己二酸正辛正庚酯的合成工艺研究

己二酸正辛正庚酯的合成工艺研究

二聚酸二甲酯是以二聚酸二甲酯和正醇为原料，通过正醇酯和正归醇酯的反应合成的直链脂肪二元酸混合酯。这是一种性能良好的直链和抗寒性增塑剂。己二酸正辛正癸酯为聚氯乙烯优良的耐寒增塑剂,与己二酸支链醇相比具有更好的耐低温性能,同时,挥发损失、耐热性和耐光性、耐水抽出性等性能也较支链醇酯优良。该品与邻苯二甲酸酯共用,能改进聚氯乙烯和醋酸乙烯酯共聚物乳液性能,广泛地用于聚醋酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、硝酸纤维素和乙基纤维素。己二酸正辛正癸酯在塑溶胶中,初期粘度低,粘度稳定性好。传统的合成方法是以硫酸为催化剂。由于硫酸腐蚀设备,需碱洗、水洗过程,三废排放量大,且副反应多,色泽深,易影响产品质量。针对这些缺点,采用固体酸催化剂合成此产品,反应结束后将其过滤除去,省去碱洗、水洗等步骤,简化了生产工艺,除酯化反应过程中产生少量废水外,无其他废料排放。1试验部分1.1氧化亚锡、化学纯试剂:己二酸,化学纯,上海五联化工厂生产;正辛醇、正癸醇混合物,工业品,吉林化学工业集团公司生产;氧化亚锡,化学纯,上海昊化化工有限公司生产。仪器:WZS—I型阿贝折射仪,上海光学仪器厂;JJ—1型增力电动搅拌器,金坛市恒丰仪器厂;GC102型气相色谱仪,带氢火焰离子化检测器,上海分析仪器厂;CDMC—5型色谱数据处理机,上海计算机研究所。1.2合物、活性炭的制备在装有温度计、油水分离器及回流冷凝管的三口烧瓶中,加入20.2g己二酸和一定量的正辛醇与正癸醇混合物、活性炭及固体酸催化剂,于电热套中开始加热并开动电磁搅拌,待己二酸全部溶解后,将电热套调至指定的加热温度,当回流冷凝管出现冷凝液时开始计时,加热回流反应至冷凝液中不再有水带出,停止反应并冷却,将反应液在真空状态下蒸出正辛醇与正癸醇混合物,过滤出催化剂及活性炭,即得己二酸正辛正癸酯产品。2结果与讨论2.1酯化温度对收率的影响采用单因素试验法,在混合醇与酸的质量比为3.88、催化剂用量为1.2g(己二酸的用量为20.2g)、酯化时间45min,lg活性炭的条件下,酯化温度在195～220℃,考察了温度对酯化反应的影响,结果见表1。由表1中的数据可以看出,酯化温度提高到210℃以上时,收率改变很小,如果酯化温度超过220℃,产品的色泽较深,后处理麻烦。所以酯化温度确定为210℃,收率可达95.5%。2.2反应混合物酸值对收率的影响在混合醇与酸的质量比为3.88、催化剂用量为1.2g(己酸用量20.2g)、活性炭lg的条件下,在酯化反应进行的过程中,每隔一定时间取样分析反应混合物的酸值,计算己二酸正辛正癸酯的收率,结果见表2。由表2中的数据可以看出,酯化时间为45min时收率可达95.5%。酯化时间过长,产品色泽较深,后处理困难。同时,在温度较高的情况下,容易生成一些焦状物,使产品收率下降。所以酯化反应的时间应为45min。2.3原料质量比对酯化反应的影响在酯化温度210℃、催化剂用量为1.2g(己二酸用量为20.2g)、酯化时间45min、活性炭1g的条件下,通过改变正辛醇与正癸醇混合物的用量,考察了不同的原料质量比对酯化反应的影响,结果见表3。由表3中可见,增大混合醇与酸的质量比有利于产品收率的提高,因为本试验中正辛醇与正癸醇混合物既是反应物也是带水剂,增加其用量有利于及时将酯化反应生成的水带出反应体系,使平衡向生成产物的方向移动,所以收率提高,当混合醇与酸的质量比增加到3.88时,己二酸正辛正癸酯的收率最可达95.5%。再增大正辛醇与正癸醇混合物的用量,酯的收率开始下降,这是由于醇的用量过多,不能提高酯化反应的温度。所以适宜的混合醇与酸的质量比为3.88。2.4催化剂用量对酯化反应的影响催化剂对酯化反应的影响较大,在混合醇与酸的质量比为3.88(己二酸用量为20.2g)、酯化温度210℃、酯化时间45min、1.0g活性炭的条件下,改变催化剂的用量,考察催化剂用量对酯化反应的影响,结果见表4。由表4中的数据可以看出,产品收率随催化剂用量的增加而提高,当催化剂的用量为1.2g时,产品的收率达到95.5%。催化剂的用量再增加,产品的收率虽有所增加,但增加的幅度很小,所以催化剂的最佳用量为1.2g。2.5催化剂的重复试验本试验所用的固体酸催化剂容易分离,分离后仍保留其催化活性,在上述最佳工艺条件(20.2g己二酸、78.4g正辛醇与正癸醇混合物、1.2g催化剂、1g活性炭、反应温度为210℃、反应时间45min)下进行催化剂的重复试验,结果见表5。由表5中的数据可以看出,催化剂的重复使用性能良好,使用3次之后产品的收率不低于94.2%。但使用4次以上时,由于酯化温度高,反应生成的胶状物粘附在催化剂的表面上,使催化剂的活性逐渐降低,产品收率下降的幅度较大。2.6产品分析采用上述确定的最佳工艺条件,得到的己二酸正辛正癸酯的物理性质与文献值相同,产品的质量指标也符合要求。结果见表6。3优化后处理工艺以己二酸和正辛醇与正癸醇混合物为原料,采用固体酸催化剂合成己二酸正辛正癸酯,该催化剂活性高,性质稳定,价廉易得,易于保存,使用方便。反应液不需碱洗、水洗等工序,后处理工艺简单,大大减少了废液排放,反应时间短,反应条件温和。催化剂留在反应器内可直接回收使用,是一种高效、经济、环保型的酯化催化剂,采用该催化剂合成己二酸正辛正癸酯的适宜条件为:正辛醇与正癸醇混合物与己二酸物质的质量比为