一種脂肪酸異丙酯的合成方法及其在特種油中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種脂肪酸異丙酯的合成方法及在特種油中的 應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 脂肪酸異丙酯，它具有合成酯類(lèi)的優(yōu)良抗磨性能、良好的低溫特性、高溫穩(wěn)定性、 低揮發(fā)性，因而能滿(mǎn)足較高的潤(rùn)滑要求；此外它還具有抗靜電性，使頭發(fā)梳理性好、爽滑，有 利于保護(hù)損傷性頭發(fā)。將脂肪酸異丙酯用于化妝品中作膏、霜、蜜的油性成分，可使填料及 色素分散效果更好，是優(yōu)良的油性溶劑，尤其適合在特種油行業(yè)中的應(yīng)用。
[0003] 脂肪酸異丙酯具有潤(rùn)滑性能優(yōu)、粘度指數(shù)高、生物降解率高、毒性低等特性，是一 種綠色潤(rùn)滑油，其作為油性劑在冷乳薄板乳制油、鋼管拉拔油、切削油及其它金屬加工液中 廣泛使用，脂肪酸異丙酯也可作為紡織皮革助劑的中間體和紡織油劑。
[0004] 現(xiàn)有脂肪酸異丙酯的合成方法主要有直接酯化法與酯交換法，這些方法多使用質(zhì) 子酸、金屬氧化物、無(wú)機(jī)鹽催化劑等，合成法反應(yīng)主要使用帶水劑，而且存在反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、轉(zhuǎn) 化率低、產(chǎn)品質(zhì)量差、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、反應(yīng)后處理困難、廢酸污染嚴(yán)重等問(wèn)題。
[0005] 工業(yè)上，脂肪酸異丙酯的生產(chǎn)方法主要是異丙醇與脂肪酸進(jìn)行直接酯化。這是一 可逆反應(yīng)，由于反應(yīng)生成的水能與異丙醇形成共沸，在蒸出水的同時(shí)異丙醇也被蒸出，在反 應(yīng)期間中異丙醇與脂肪酸的摩爾比在不斷地減少，不利于酯化反應(yīng)的進(jìn)行。這也是反應(yīng)中 酸價(jià)一直降不下來(lái)的原因，為此應(yīng)設(shè)法使水分盡量多地蒸出，而盡可能少地帶出異丙醇，提 高酯化率。通過(guò)引入帶水劑，使酯化反應(yīng)生成的水與引入的帶水劑、異丙醇一起形成恒沸， 被大量帶出，就能相應(yīng)的減少所帶出的異丙醇的量。但目前文獻(xiàn)報(bào)道中使用的帶水劑一般 為環(huán)己烷、苯、甲苯，毒性較高，對(duì)脂肪酸異丙酯在化妝品中的應(yīng)用并不適合。此外，目前在 脂肪酸異丙酯生產(chǎn)中多以硫酸作催化劑，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，酯化率不高，產(chǎn)品后處理復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種脂肪酸異丙酯的合成方法及 在特種油中的應(yīng)用。
[0007] 本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：
[0008] 本發(fā)明脂肪酸異丙酯的合成方法，其特點(diǎn)在于：是以有機(jī)酸和異丙醇為原料，在催 化劑的催化作用下，85°C~95°C條件下常壓反應(yīng)3~5小時(shí)，即得脂肪酸異丙酯；所述催化 劑為N-烷基吡咯烷酮基團(tuán)甲基磷酸離子液體催化劑。
[0009] 具體的是，設(shè)置如圖1所示的反應(yīng)裝置和分餾裝置，將有機(jī)酸、異丙醇及催化劑加 入反應(yīng)裝置中，加熱至85°C~95°C反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中生成的水與異丙醇形成共沸，進(jìn)入分 餾裝置，根據(jù)異丙醇的沸點(diǎn)低于水的原理，通過(guò)分餾裝置把異丙醇分餾回到反應(yīng)裝置中繼 續(xù)作為原料參加反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行3~5小時(shí)結(jié)束，即得脂肪酸異丙酯。
[0010] 所述有機(jī)酸選自油酸、月桂酸、辛酸、硬脂酸和棕櫚酸中的任意一種。
[0011] 所述有機(jī)酸和異丙醇的摩爾比為I :3~10 ;所述催化劑的添加量為原料質(zhì)量的 0· 15% -0· 35%〇
[0012] 由于脂肪酸異丙酯的合成反應(yīng)生成的水需要被蒸出，才能有利于反應(yīng)的進(jìn)行，本 發(fā)明的上述合成方法不引入新的帶水劑，是直接以原料異丙醇為帶水劑，通過(guò)反應(yīng)裝置把 反應(yīng)物中的產(chǎn)物水帶到分流裝置中，然后根據(jù)異丙醇的沸點(diǎn)低與水的原理，在分餾塔中把 異丙醇通過(guò)分流裝置經(jīng)冷凝管回到反應(yīng)裝置中，異丙醇又可以作為原料參加反應(yīng)，保證了 異丙醇具有足夠的量參加反應(yīng)，同時(shí)又可以把反應(yīng)物中的產(chǎn)物水帶到分流裝置中，這樣循 環(huán)利用，有利于降低成本，異丙醇即作為反應(yīng)原料又可以作為帶水劑，反應(yīng)生成的水被異丙 醇不斷帶走，提高酯化效率；多余的異丙醇可以回收利用。
[0013] 反應(yīng)后整個(gè)反應(yīng)液是終產(chǎn)品，不需要分離純化等后處理，催化劑可以在產(chǎn)品中， 產(chǎn)品酸值已經(jīng)很小，催化劑和產(chǎn)品中少量游離酸在特油體系中不會(huì)產(chǎn)生影響。
[0014] 本發(fā)明進(jìn)一步公開(kāi)了按上述合成方法所合成的脂肪酸異丙酯及其在特種油中的 應(yīng)用。
[0015] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：
[0016] 1、本發(fā)明通過(guò)選擇N-烷基吡咯烷酮基團(tuán)甲基磷酸離子液體催化劑合成脂肪酸異 丙酯，具有反應(yīng)溫度低，催化劑添加量少，不引入新的帶水劑，反應(yīng)時(shí)間短，酯化率高等特 點(diǎn)，生產(chǎn)的產(chǎn)品酸值小。
[0017] 2、本發(fā)明所合成的脂肪酸異丙酯具有生物降解性，同時(shí)具有毒性低和潤(rùn)滑功能。
[0018] 3、本發(fā)明在特種油中用脂肪酸異丙酯代替部分潤(rùn)滑劑，可以提高特種油的使用壽 命。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明脂肪酸異丙酯的合成裝置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 本發(fā)明實(shí)施例所用N-烷基吡咯烷酮基團(tuán)甲基磷酸離子液體催化劑購(gòu)買(mǎi)自合肥綠 酯金屬保護(hù)材料有限公司。
[0021] 本發(fā)明有機(jī)酸選擇油酸、月桂酸、辛酸、硬脂酸和棕櫚酸等，通過(guò)正交化試驗(yàn)研究 異丙醇與有機(jī)酸的不同反應(yīng)摩爾比，催化劑添加量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度對(duì)酯化程度的影 響，如下表（酸值越低，酯化度越高）：
[0022] 表1、油酸和異丙醇的不同摩爾比試驗(yàn)
[0024] 從表1油酸和異丙醇的不同摩爾比試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)催化劑添加量為0. 35%、反 應(yīng)溫度為90°C、在常壓下反應(yīng)4個(gè)小時(shí)、醇/酸摩爾比1 :10時(shí)，酸值為3. lmgKOH/g的相對(duì) 較好。
[0025] 表2、油酸和異丙醇的正交化試驗(yàn)
[0027] 由表2可知，當(dāng)有機(jī)酸和異丙醇的反應(yīng)摩爾比為1 :10、催化劑添加量為0. 25%， 反應(yīng)溫度為90°C、在常壓下反應(yīng)4個(gè)小時(shí)，酸值為I. 2mgK0H/g，酯化度最高；當(dāng)異丙醇和有 機(jī)酸的反應(yīng)摩爾比為1 :1〇、催化劑添加量為原料的0. 35%，反應(yīng)溫度85°C，在常壓下反應(yīng) 3個(gè)小時(shí)，酸值為I. 8mgK0H/g，酯化度次之；當(dāng)異丙醇和有機(jī)酸的反應(yīng)摩爾比為1 :10、催化 劑添加量為〇. 35%、反應(yīng)溫度為95°C、在常壓下反應(yīng)5個(gè)小時(shí)，酸值為2. 6mgK0H/g。
[0028] 根據(jù)油酸和異丙醇的正交試驗(yàn)結(jié)果，本發(fā)明又利用辛酸、硬脂酸、月桂酸和棕櫚酸 進(jìn)行了反應(yīng)，結(jié)果如下表：
[0029] 表3、辛酸和異丙醇的反應(yīng)
[0032] 表4、月桂酸和異丙醇的反應(yīng)
[0033]
[0038] 通過(guò)表2-6,可以看出在同等條件下，五種有機(jī)酸都可以和異丙醇進(jìn)行酯化反應(yīng)。
[0039] 實(shí)施例1
[0040] 稱(chēng)取600g異丙醇和282g油酸加入平底燒瓶中，攪拌均勻后加入I. 023gN-烷基吡 咯烷酮基團(tuán)甲基磷酸離子液體催化劑，攪拌，加熱，控制溫度為90°C，反應(yīng)3小時(shí)，即得最終 產(chǎn)品，酸值為11.2mgK0H/g。
[0041] 實(shí)施例2
[0042] 稱(chēng)取600g異丙醇和282g油酸加入平底燒瓶中，攪拌均