氨基磺酸催化制備硬脂酸丁酯工藝研究

邵廣偉

(山東巖海建設(shè)資源有限公司，山東 煙臺(tái) 264006)

硬脂酸丁酯是一種重要的化工原料，作為膠黏劑的配合劑、金屬加工潤(rùn)滑劑、樹(shù)脂添加劑、深層消泡劑、橡膠和聚烯烴樹(shù)脂的增塑劑，又是混凝土防濕劑、上光劑的組成成分，對(duì)改進(jìn)氯乙烯醋酸乙烯共聚物、聚苯乙烯、丁腈橡膠等的加工性能十分有效，是一種理想的化妝品原料[1-2]。本研究以硬脂酸和正丁醇為原料，探索了氨基磺酸催化合成硬脂酸丁酯的工藝。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與試劑

硬脂酸：一級(jí)品，東馬棕櫚工業(yè)(張家港)有限公司；正丁醇：分析純，天津市富宇精細(xì)化工有限公司；氨基磺酸：分析純，天津市廣成化學(xué)試劑有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將稱量好的硬脂酸加入裝有分水器、冷凝管的500 mL三口燒瓶中，加熱至硬脂酸融化，開(kāi)啟攪拌，依次加入計(jì)量的正丁醇、氨基磺酸，加熱回流，待分水器中生成的水量不再增加，取樣測(cè)試轉(zhuǎn)化率，將反應(yīng)液減壓蒸餾脫除過(guò)量的正丁醇，脫完醇后更換真空油泵，繼續(xù)升溫減壓蒸餾，收集175～190 ℃餾分，即得硬脂酸丁酯產(chǎn)品，稱重計(jì)算收率。

1.3 轉(zhuǎn)化率計(jì)算方法[3]

根據(jù)原料硬脂酸和產(chǎn)物硬脂酸丁酯的酸值，按下式計(jì)算轉(zhuǎn)化率：

轉(zhuǎn)化率=[(AV0-AV)/AV]×100%

(1)

式中AV0為反應(yīng)前原料的酸值，AV為反應(yīng)后產(chǎn)物的酸值。酸值計(jì)算公式如下：

酸值=(56.1×V×c)/m

(2)

式中V為滴定消耗氫氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；c為氫氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；m為被測(cè)樣品質(zhì)量，g；56.1為氫氧化鉀摩爾質(zhì)量，g/mol。

2 結(jié)果與討論

2.1 醇酸物質(zhì)的量比對(duì)轉(zhuǎn)化率影響

催化劑氨基磺酸用量為硬脂酸質(zhì)量的1.0%，回流反應(yīng)3.5 h，改變醇酸物質(zhì)的量比為：1.5∶1，1.75∶1，2.0∶1，2.25∶1，2.5∶1，探討醇酸物質(zhì)的量比對(duì)轉(zhuǎn)化率影響，結(jié)果如圖1。

圖1 醇酸摩爾比對(duì)轉(zhuǎn)化率影響

由圖1可見(jiàn)，隨著醇酸物質(zhì)的量比的增大，轉(zhuǎn)化率逐漸增大，當(dāng)醇酸物質(zhì)的量比達(dá)到2.0∶1以上時(shí)，轉(zhuǎn)化率增加緩慢，醇加多后，增加回收成本且降低設(shè)備利用率，因此，醇酸物質(zhì)的量比2.0∶1為宜。

2.2 催化劑氨基磺酸用量對(duì)轉(zhuǎn)化率影響

醇酸物質(zhì)的量比為2.0∶1，回流反應(yīng)3.5 h，催化劑氨基磺酸用量為硬脂酸質(zhì)量的0.6%，0.8%，1.0%，1.2%，1.4%，探究催化劑氨基磺酸用量對(duì)轉(zhuǎn)化率影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 催化劑用量對(duì)轉(zhuǎn)化率影響

由圖2可見(jiàn)，隨著催化劑用量的增加，轉(zhuǎn)化率逐漸增大，當(dāng)催化劑用量達(dá)到1.0%以上時(shí)，轉(zhuǎn)化率基本無(wú)提升，考慮成本及后處理的影響，選取催化劑用量為硬脂酸質(zhì)量的1.0%較佳。

2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)轉(zhuǎn)化率影響

催化劑氨基磺酸用量為硬脂酸質(zhì)量的1.0%，醇酸物質(zhì)的量比為2.0∶1，回流反應(yīng)2.5，3.0，3.5，4.0，4.5 h，探究反應(yīng)時(shí)間對(duì)轉(zhuǎn)化率影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)轉(zhuǎn)化率影響

由圖3可見(jiàn)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，轉(zhuǎn)化率逐漸增大，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到3.5 h時(shí)，轉(zhuǎn)化率達(dá)到95.9%，繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，轉(zhuǎn)化率基本無(wú)增長(zhǎng)，通過(guò)生產(chǎn)效率考慮，較佳的反應(yīng)時(shí)間宜選3.5 h。

2.4 后處理方式對(duì)收率的影響

催化劑氨基磺酸用量為硬脂酸質(zhì)量的1.0%，醇酸物質(zhì)的量比為2.0∶1，回流反應(yīng)3.5 h，反應(yīng)結(jié)束后，通過(guò)水洗、堿洗脫醇，脫色處理得到產(chǎn)品為淺黃色油狀硬脂酸丁酯，轉(zhuǎn)化率95.9%，收率85.2%。反應(yīng)結(jié)束后通過(guò)減壓除脫過(guò)量的正丁醇，脫完醇后更換真空油泵，減壓蒸餾，得到無(wú)色油狀的硬脂酸丁酯，轉(zhuǎn)化率95.9%，收率95.0%。

3 結(jié)論

以氨基磺酸催化硬脂酸與正丁醇制備硬脂酸丁酯，確定最佳反應(yīng)條件為：催化劑氨基磺酸用量為硬脂酸質(zhì)量的1.0%，醇酸物質(zhì)的量比為2.0∶1，回流反應(yīng)3.5 h，硬脂酸轉(zhuǎn)化率為95.9%，通過(guò)減壓處理，產(chǎn)品收率95.0%。