牛脂脂肪酸作为丁苯橡胶乳化剂原料改性的新方法
【专利摘要】本发明为牛脂脂肪酸作为丁苯橡胶乳化剂原料改性的新方法。利用自制选择性催化剂对牛脂脂肪酸进行加氢改性，在一定的实验条件下，该自制催化剂可迅速降低十八碳二烯酸值，而同时保证碘值变化不大。根据加氢改性后的分析数据可知，该方法的最佳工艺条件范围是反应温度为160±5℃，压力为2.5±0.2MPa，催化剂浓度1.5±0.2‰，时间45~50min，此时牛脂脂肪酸的碘值降低为34~39，十八碳二烯酸值＜0.5，达到生产优质丁苯橡胶乳化剂生产原料的要求；最优效果时温度为160℃，压力2.5MPa，催化剂浓度1.5‰，时间45min，此时碘值为37.5，十八碳二烯酸值为0.257。
【专利说明】牛脂脂肪酸作为丁苯橡胶乳化剂原料改性的新方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及对丁苯橡胶乳化剂生产的研究，属于橡胶领域，特别提供了一种改善 牛脂脂肪酸性能的方法。该方法选用自制选择性催化剂(代号：M，配方保密）对牛脂脂肪酸 进行加氢改性处理，在保证一定碘值的同时尽量降低十八碳二烯酸的含量，使之达到丁苯 橡胶乳化剂生产原料的要求。适用于生产优质橡胶乳化剂原料的，可进一步降低乳化剂的 生产成本，提升橡胶乳化剂的质量。
【背景技术】
[0002] 牛脂脂肪酸是以牛油为主要原料经过油脂预处理、油脂水解和脂肪酸蒸馏等工序 制得的十六碳酸、十八碳酸、十八碳烯酸等多种脂肪酸的混合物，由于牛油来源丰富、价格 低廉，所以牛脂脂肪酸作为一种主要的动物油脂脂肪酸在轻化工、橡胶工业等领域有着重 要的用途。其中，以牛脂脂肪酸为原料制备乳化剂用于丁苯橡胶乳液聚合是目前牛脂脂肪 酸最为广泛的应用之一。
[0003] 作为天然橡胶主要替代品，丁苯橡胶主要通过低温乳液聚合法生产，而乳化剂在 乳液聚合反应中起决定作用。橡胶工业的发展不仅提高了乳化剂的质量要求，对乳化剂生 产原料的各项指标要求也不断提高。相关研究表明，脂肪酸中的不饱和成分对聚合反应影 响很大，烯酸值太少会导致脂肪酸的溶解性下降，烯酸中共轭双键会产生一定阻滞作用，导 致聚合延迟并使橡胶塑性增大，因此，作为生产乳化剂的原料，应在尽量降低脂肪酸中二烯 酸、多烯酸含量的同时，应保证一定数量的单烯酸存在。
[0004] 目前针对牛脂脂肪酸改性工艺的研究较少。本专利选取自制选择性催化剂考察反 应温度、反应时间、反应压力及催化剂浓度对牛脂脂肪酸加氢改性效果的影响，确定该催化 剂条件下的牛脂脂肪酸加氢改性的最优条件范围和最佳处理条件，期望可以扩大乳化剂生 产的原料来源，降低乳化剂的生产成本，提升橡胶乳化剂的质量。
【发明内容】
[0005] 常见的丁苯橡胶乳化剂生产原料与牛脂脂肪酸相比，其成本高，来源相对匮乏，这 严重制约了生产成本的降低，本发明利用自制催化剂对牛脂脂肪酸进行加氢改性实验，在 尽量降低脂肪酸中二烯酸、多烯酸含量的同时，应保证一定数量的单烯酸存在，这样既保证 了脂肪酸的溶解性，又可避免生产出的乳化剂中含有过多二烯酸，导致聚合延迟并使橡胶 塑性增大。
[0006] 本发明的目的是改善牛脂脂肪酸的性质，使之满足生产优质丁苯橡胶乳化剂原料 的要求，尽量降低乳化剂生产的成本。
[0007] 本发明是牛脂脂肪酸作为丁苯橡胶乳化剂原料改性的新方法，该方法包含了自制 的选择性催化剂及其相应的最佳控制条件范围。其特征在于在该最优条件范围内，选择性 催化剂对十八碳二烯酸具有很好的选择性，可迅速降低十八碳二烯酸值到〇. 5以下，并同 时保证碘值在34~39之间，满足了生产优质丁苯橡胶乳化剂的原料的要求。
[0008] 本发明的优点：使改性后的牛脂脂肪酸达到了生产优质丁苯橡胶乳化剂的原料的 要求，这增大了乳化剂生产原料的来源，降低了乳化剂生产的成本，对实际工业生产具有非 常重要的现实意义，且该方法简单、操作安全、成本低、改性效果显著。
[0009] 通过逐一考察反应压力、反应温度、反应时间及催化剂浓度对加氢改性效果的影 响，总结得出上述四个反应条件对改性影响的变化趋势。在转速为1000 r/min，温度为 160±5 °C，压力为2. 5±0. 2 MPa，催化剂浓度1.5±0. 2 %。，反应时间45?50min的条件下， 牛脂脂肪酸的碘值降低为34~39,十八碳二烯酸值< 0. 5,达到生产优质丁苯橡胶乳化剂生 产原料的要求。当反应温度为160 °C，反应压力2. 5 MPa，催化剂浓度1.5 %。，时间45 min， 为最佳实验条件，此时碘值为37. 5,十八碳二烯酸值为0. 257。
[0010] 本发明提供的技术方案是牛脂脂肪酸作为丁苯橡胶乳化剂原料改性的新方法，目 的是为了使改性后的牛脂脂肪酸达到丁苯橡胶乳化剂生产原料的指标要求，具体步骤为： (1) 取一定量牛脂脂肪酸置于密封容器中，将其放于真空烘箱使其温度达到70°C，呈流 动状态；后迅速取50g牛脂脂肪酸置于CQF搅拌式反应釜中，反应釜采用FKM智能控温系 统，控制温度波动范围为土 1°C ; (2) 控制单一变量，考察反应压力、反应温度、反应时间及催化剂浓度对加氢改性效果 的影响； (3) 进行加氢反应实验，试验完成后分析改性后的牛脂脂肪酸碘值和十八碳二烯酸值 的变化； (4) 对处理后的数据进行对比，分析反应压力、反应温度、反应时间及催化剂浓度对改 性效果影响及变化趋势，并得出在该自制选择性催化剂条件下，牛脂脂肪酸改性的最优处 理条件范围和最优处理条件。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明： 图1是CQF搅拌式反应釜系统示意图；I :加热炉体；II :搅拌装置；III:控制器；A :固 定螺栓；B :釜槽；C :加热炉；D :进气口；E :压力表；F :转子；G :测速圈；；Η :磁铁；I :冷却 水J :取气口；Κ :搅拌杆；L :热电偶套管；Μ :控制器电源开关；Ν :电压调节按钮；0 :转速调 节按钮。
[0012] 图2是不同压力下催化剂Μ对牛脂脂肪酸加氢改性的效果图。
[0013] 图3是不同浓度的催化剂Μ对牛脂脂肪酸加氢改性的效果图。
[0014] 图4是不同温度下催化剂Μ对牛脂脂肪酸加氢改性的效果图。
[0015] 图5是催化剂Μ作用下加氢时间对牛脂脂肪酸加氢改性的效果图。
【具体实施方式】
[0016] (1)取一定量的牛脂脂肪酸置于密封容器中，将其放于真空烘箱使其温度达到70 °C，呈流动状态；后迅速取50 g牛脂脂肪酸置于CQF搅拌式反应釜中，反应釜采用FKM智能 控温系统，控制温度波动范围为±1 °C ; (2)控制单一变量，考察反应压力、反应温度、反应时间及催化剂浓度对加氢改性效果 的影响； (3) 进行加氢反应实验，试验完成后分析改性后的牛脂脂肪酸碘值和十八碳二烯酸值 的变化； (4) 对处理后的数据分析进行对比，分析反应压力、反应温度、反应时间及催化剂浓度 对改性效果影响及变化趋势，并得出在该自制选择性催化剂条件下，牛脂脂肪酸改性的最 有处理条件范围和最优处理条件。
[0017] 实施例1 (1) 取一定量牛脂脂肪酸置于密封容器中，将其放于真空烘箱中，使其温度达到70 °C， 呈流动状态；后迅速取50 g牛脂脂肪酸置于CQF搅拌式反应釜中，反应釜采用FKM智能控 温系统，控制温度波动范围为±1 °C ; (2) 控制实验条件为温度160 °C，催化剂浓度1.5 %。，加氢时间45 min，调节反应压力 分别为 1. 5MPa、2MPa、2. 5MPa、3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa 进行加氢反应； (3) 实验完成后，分析改性后牛脂脂肪酸的碘值和十八碳二烯酸值的变化，并得出压力 对牛脂脂肪酸加氢改性效果的影响； 控制压力为单一变量，我们得到随反应压力的增加碘值呈下降趋势，十八碳二烯酸值 出现先减小后增大的变化趋势，存在最佳压力点约为2. 5MPa，此时十八碳二烯酸值最小值 为0. 257,碘值为37. 5,压力在2. 5±0. 2MPa内完全达到脂肪酸改性要求。
[0018] 实施例2 (1) 取一定量牛脂脂肪酸置于密封容器中，将其放于真空烘箱使其温度达到70°c，呈流 动状态；后迅速取50g牛脂脂肪酸置于CQF搅拌式反应釜中，反应釜采用FKM智能控温系 统，控制温度波动范围为±1°C ; (2) 控制实验条件为温度160°C，反应压力2. 5MPa，加氢时间45min，分别控制催化剂浓 度为 0· 5%。、0· 75%。、1%。、1· 25%。、1· 5%。、1· 75%。、2%。、2· 25%。、2· 5%。进行加氢反应； (3) 实验完成后，分析改性后牛脂脂肪酸的碘值和十八碳二烯酸值的变化，分析并得出 催化剂浓度对牛脂脂肪酸加氢改性效果的影响； 控制催化剂浓度为单一变量，我们得到随催化剂浓度的增加碘值和十八碳二烯酸值均 出现先减小后增大的变化趋势，两者均在催化剂浓度为1. 5%。左右时达到最小值，最小值分 别为37. 5和0. 257,且在催化剂浓度为1. 5±0. 2%。的范围内，加氢改性的效果完全达到质 量要求。
[0019] 实施例3 (1) 取一定量牛脂脂肪酸置于密封容器中，将其放于真空烘箱使其温度达到70°c，呈流 动状态；后迅速取50g牛脂脂肪酸置于CQF搅拌式反应釜中，反应釜采用FKM智能控温系 统，控制温度波动范围为±1°C ; (2) 控制实验条件为反应压力为2. 5MPa，催化剂浓度1. 5%。，加氢时间45min，分别控制 压力在 145°C、150°C、155°C、160°C、165°C、17(TC、175°C、18(rC 进行加氢反应； (3) 实验完成后，分析改性后牛脂脂肪酸的碘值和十八碳二烯酸值的变化，分析并得出 催化剂浓度对牛脂脂肪酸加氢改性效果的影响； 控制催化剂浓度为单一变量，我们得到随催化剂浓度的增加碘值和十八碳二烯酸值均 出现先减小后增大的变化趋势，十八碳二烯酸含量最低时为〇. 257,此时碘值为37. 5,且在 反应温度为160 ±5°C的范围内，加氢改性的效果完全达到质量要求。
[0020] 发明效果 在最优加氢改性条件范围内，牛脂脂肪酸的碘值降低为34~39,十八碳二烯酸值 < 0. 5,达到生产优质丁苯橡胶乳化剂生产原料的要求。根据实验数据得到的最优效果时， 反应温度160°C，反应压力2. 5MPa，催化剂浓度1. 5%。，反应时间为45min，此时碘值为37. 5， 十八碳二烯酸值为0.257。
【权利要求】
1. 牛脂脂肪酸作为丁苯橡胶乳化剂原料改性的新方法；其特征在于采用自制选择性 催化剂(代号：M，配方保密)，通过控制反应压力、反应温度、反应时间及催化剂浓度的变化， 对牛脂脂肪酸进行加氢改性处理；该方法处理牛脂脂肪酸的最优处理条件范围是：反应釜 的转速1000 r/min，反应温度160±5 °C，反应压力2. 5±0. 2 MPa，催化剂浓度1.5±0. 2 %〇，反应时间45飞0 min，其中，当反应温度为160 °C，反应压力为2. 5 MPa，催化剂浓度 1. 5%。，时间45 min时，达到最佳处理条件。
2. 按照权利要求1所述的控制条件，其特征在于反应条件处于最优处理条件范围内 时，牛脂脂肪酸的碘值降低为34~39,十八碳二烯酸值< 0. 5,达到生产优质丁苯橡胶乳 化剂生产原料的要求；在最佳处理条件时，牛脂脂肪酸碘值为37. 5,十八碳二烯酸值为 0· 257。
3. 按照权利要求所述，其特征在于自制选择性催化剂，在权利要求1的条件下，经加氢 反应，使牛脂脂肪酸改性后达到丁苯橡胶乳化剂生产原料的指标要求，扩大了乳化剂原料 的来源，降低了乳化剂生产的成本。
【文档编号】C07C57/12GK104109087SQ201310140036
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月22日 优先权日:2013年4月22日
【发明者】张强, 孙昱东, 吴乐乐 申请人:中国石油大学(华东)