一种生产双三羟甲基丙烷油酸酯的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于有机化学原料制造领域，涉及了一种生产双三羟甲基丙烷油酸酯的方法。
【背景技术】
[0002]在众多的脂肪酸酯中，有一类脂肪酸酯具有季碳原子的特殊结构，又称新戊基结构，典型的例子如:季戊四醇脂肪酸酯、双季戊四醇脂肪酸酯、三羟甲基丙烷脂肪酸酯、双三羟甲基丙烷脂肪酸酯、新戊二醇脂肪酸酯，它们备受人们的青睐。因为这些新戊基脂肪酸酯的羰基的β位碳原子上没有氢原子，所以不能和酯基的醇部分的碳和氢形成六原子环状的共振结构，只有高能量才能破坏这样的酯结构，这使得新戊基多元醇脂肪酸酯的抗氧化性和抗消去反应的稳定性很好。因而新戊基多元醇脂肪酸酯具有其它酯类无可比拟的优越性，成为目前润滑油中的高端合成酯的最佳选择。
[0003]新戊基多元醇脂肪酸酯不仅热分解温度高，而且耐低温性能好、在环境中易降解，可以用作润滑油的合成基础油和金属乳制过程中的润滑剂，所以越来越受到人们的重视。
[0004]虽然人们已经合成出了众多的新戊基多元醇脂肪酸酯，但是用双三羟甲基丙烷(又称二 -三轻甲基丙烧，D1-trimethylolpropane)和油酸在酸性催化剂的作用下进行酯化反应来合成双三羟甲基丙烷油酸酯的报道很少。
[0005]双三羟甲基丙烷是一种有四个醇羟基、具有新戊基结构的化合物。它不像季戊四醇一样，它的醇羟基不是连接在一个碳原子上的，不至于和酸进行酯化反应后形成立体状的分子，而是分散在两个碳原子上的，因而可以形成平面型的分子。由于双三羟甲基丙烷的分子量较大，所以用双三羟甲基丙烷来合成的新戊基多元醇脂肪酸酯虽然具有较高的粘度，但是分子中的位阻效应不是很明显，而且粘度指数较高，不失为一种很好的润滑剂，可以应用于需要高粘度润滑剂的场合。
[0006]油酸是一种常见的不饱和脂肪酸，不饱和键的存在虽然对产物的氧化稳定性会产生一定的影响，但是却可以使得用这种有十八个碳原子的大分子量的脂肪酸和新戊基多元醇、高级脂肪醇等合成得到的合成酯具有较低的倾点，在一般的基础油应用中仍然广受欢迎。
[0007]当今合成新戊基多元醇脂肪酸酯类产品的工艺文献不少，不外乎采用直接酯化法和酯交换法。酯交换法由于要用到碱性催化剂，且会产生低级脂肪醇等有易燃和爆炸危险的副产品，所以实际上用得不多。即使是采用直接酯化法，大都是采用某种原料过量来促使反应正向进行，这在后续的提纯、精制过程中就会遇到过量的原料和产物分离的困难。即使采用分子精馏等手段来脱除某种过量的原料，就算能够脱得很彻底，也必然会引起目标产物得率的下降，而且由此分离过程带来的能耗也是不容忽视的，因而很难合成出价格有竞争性的产品来。
[0008]有些文献反映的当前生产工艺显示，在合成新戊基多元醇脂肪酸酯的过程中，采用溶剂或带水剂来提高脱水的效率，使酯化反应不至于在较高温度下才能进行彻底。然而采用这样的工艺带来的一个可怕的效果就是最终要让这些溶剂或带水剂和产物实现彻底的分离也很困难。而少量的低沸点溶剂或带水剂的存在会导致产品的闪点明显下降，给产品在高温下使用带来隐患。
[0009]还有些文献反映的当前生产工艺显示，为了提高酯化率、减少反应的时间，往往采用脂肪酸过量的办法来进行反应，然后对产物进行后处理。在对产品的后处理方面，大都采用中和、水洗和分相等提纯手段。采用这样的技术带来的后果是这些酸性的原料会有损失、单耗难以达到理想的水平、生产成本居高不下。在中和过程中产生的盐难以除去，要对处在废水中的盐进行符合环保要求的处理也是一件令人非常头痛的事情。在后处理的过程中因为用到了碱性物质，还可能发生已经合成出来的酯再发生皂化反应的情况，使得产物在后续的使用过程中出现问题。
[0010]翻翻公开的关于合成酯的工艺资料，可以发现当前的工艺技术中在催化剂的选择方面，大都摒弃传统的催化剂，改用各式各样的负载或复合催化剂。其实制备各种新型的催化剂的成本就比较高，而且这些新型的催化剂的催化效果还不如传统催化剂好。即使有些固体催化剂可以回收，但是随着在使用过程中固载催化剂的有效成分不断被洗脱，实际上这些催化剂可以重复使用的寿命有限。
[0011]由于原料的来源不同，生产工艺也不尽相同，不同批次原料的纯度、杂质含量等指标存在着细微的波动，所以要生产出合格的新戊基多元醇脂肪酸酯，也需要针对不同批次原料的特点进行小试摸索，合理调整原料的配比才行。
[0012]针对现有生产新戊基多元醇脂肪酸酯类产品工艺的不足以及不同批次间原料的质量波动，有必要考虑控制生产成本和兼顾产品质量的均衡性，采用易得的对甲苯磺酸作为催化剂，结合靠小试来确定不同批次原料间合理的配比，来经济、合理地生产双三羟甲基丙烷油酸酯。
【发明内容】
[0013]本发明要解决的技术问题是提供一种生产双三羟甲基丙烷油酸酯的方法，采用对甲苯磺酸为催化剂，结合靠小试来调整、确定不同批次原料间合理的配比，经济、合理地来生产双三羟甲基丙烷油酸酯。
[0014]为解决上述技术问题，本发明的技术方案为:对于采购来的当前批次的双三羟甲基丙烧和油酸，
先根据所用双三羟甲基丙烷分子中羟基的数量来确定和油酸进行完全的酯化反应所需的理论摩尔配比，或根据以前对于双三羟甲基丙烷和油酸形成的经验摩尔配比来选择当前小试的摩尔比；
采用对甲苯磺酸作为催化剂，在通氮气的情况下依靠加热进行酯化反应，并通过收集装置收集随氮气带出的水，观察到收集装置中在5?20分钟内不再有水脱出后，取样，测定样品的酸值，通过一次或多次小试摩尔配比的调整使得当前小试样品满足酸值彡 1.5mgK0H/g ；
加入活性炭，继续加热搅拌0.5?2h，然后停止加热，等小试样品冷却到50?70°C时，趁热在铺有硅藻土和中速定量滤纸的布氏漏斗中进行抽滤，将抽滤瓶中的产物转移到试剂瓶中，按照GB/T 7305— 2003规定的方法，测定合成液和水的分离性；如果测得的结果显示高速搅拌结束后在静置的三十分钟时间内后，乳化层的体积小于3mL，则表示该合成液和水的分离性良好，结束该次小试；
以本次小试中酸值< 1.5mgK0H/g且合成液和水的分离性也符合要求的小试摩尔配比作为当前批次原料的原料配比来进行规模化生产。
[0015]进一步地，所述具体步骤如下:
步骤S1:对于采购来的当前批次的双三羟甲基丙烷和油酸，计算所用双三羟甲基丙烷分子中羟基的数量来确定和油酸进行完全的酯化反应所需的理论摩尔配比，或根据以前对于双三羟甲基丙烷和油酸形成的经验摩尔配比来选择当前小试的摩尔比；
步骤S2:设定本次小试中双三羟甲基丙烷和油酸的摩尔配比为0.9:4?1.2:4 ;
步骤S3:进行小试，在500mL的三颈瓶中，先放入磁力搅拌子，投入0.8?2.0mol的油酸，然后投入符合步骤S2中摩尔配比要求的相应批次的双三羟甲基丙烧，开启油浴加热器的升温开关，对釜内的物料进行加热，当釜内温度升到110±4°C时，加入油酸和双三羟甲基丙烷总投料质量的0.5?2%的对甲苯磺酸作为催化剂，将氮气管插入到液面下，以10?lOOmL/min的流速通入氮气，开启磁力搅拌Il内搅拌子的搅动，从此时开始计时，将Il内的物料升温到140?200°C，加热5?15h，观察反应副产的水在氮气的带动下脱出到收集装置中的速度情况，等到收集装置中在5?20分钟内不再有一滴水脱出后，取样；
步骤S4:测定样品的酸值，如果样品的酸值< 1.5mgK0H/g，则直接跳到步骤S9;如果样品的酸值> 1.5mgK0H/g，则进入下一步骤；
步骤S5:继续反应0.5?2h ;
步骤S