一种新戊基多元醇混合酸酯的制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于有机化学原料制造领域，特别涉及一种新戊基多元醇混合酸酯的制备 工艺。
【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0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混合酸酯的抗氧化 性和抗消去反应的稳定性很好。因而新戊基多元醇混合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氧化安定性好、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、金属乳制过程中的润滑剂或者金属切削 过程中的润滑冷却液，所以越来越受到人们的重视。
[0004] 常见的新戊基多元醇脂肪酸酯所用的有机酸是某一种酸，如：庚酸、2-乙基己酸、 月桂酸、油酸、硬脂酸等，但是纯度较高的这些酸往往比较贵，这会使得合成出来的新戊基 多元醇脂肪酸酯的价格也很高，从而影响到这些酯的应用。因而在一些要求不是特别严苛 的场合，可以考虑用价格较低的混合酸，如椰子油酸、棕榈仁油酸等，作为原料。椰子油酸、 棕榈仁油酸都是以十二个碳原子的脂肪酸(月桂酸）为主的混合酸，所以用椰子油酸或者棕 榈仁油酸也能合成出既好又经济的新戊基多元醇混合酸酯。
[0005] 当今合成新戊基多元醇混合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。
[0006] 有些文献反映的当前生产工艺显示，在合成新戊基多元醇混合酸酯的过程中，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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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混合酸酯，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。
[0010] 针对现有生产新戊基多元醇混合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、合理地生产新戊基多元 醇混合酸酯。
【发明内容】
[0011] 本发明要解决的技术问题是提供一种采用对甲苯磺酸为催化剂，经济且合理的新 戊基多元醇混合酸酯的制备工艺。
[0012] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种新戊基多元醇混合酸酯的制备 工艺，其创新点在于：对于采购来的当前批次的新戊基多元醇和混合酸， 首先对混合酸进行色谱分析，根据分析结果显示的各种脂肪酸的含量，算出其折合分 子量，然后根据所用新戊基多元醇分子中羟基的数量和相应的混合酸进行完全的酯化反应 所需的理论摩尔配比，或根据以前对于新戊基多元醇和这样的混合酸形成的经验摩尔配比 来选择当前小试的摩尔配比； 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 ^ 1. 5mgK0H/g； 加入吸附脱色剂，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/T7305- 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。
[0013] 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新戊基多元醇和混合酸，先对混合酸进行色谱分 析，根据分析结果显示的各种脂肪酸的含量，算出其折合分子量，计算所用新戊基多元醇分 子中羟基的数量来确定和这样的混合酸进行完全的酯化反应所需的理论摩尔配比，或根据 以前对于新戊基多元醇和这样的混合酸形成的经验摩尔配比来进行小试试验，若所用新戊 基多元醇的羟基数为n，则混合酸与新戊基多元醇的理论摩尔比为n; 步骤S2:设定本次小试中新戊基多元醇与混合酸的摩尔比为0. 9:n~1. 3:n; 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. 4~1. 6mol的混 合酸，然后根据步骤S2中设定的摩尔比投入相应量的新戊基多元醇，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ll〇±4°C时，加入混合酸和所用新戊基多 元醇总投料质量的〇. 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~ 100mL/min的流速通入氮气，开启磁力搅拌爸内搅拌子的搅动，从此时开始计时，将爸内的 物料升温到120~250°C，加热5~24h，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S6:取样测定反应后的酸值，若酸值< 1. 5mgK0H/g，则跳到步骤S9 ;若酸值> 1. 5mgK0H/g，则进入下一步； 步骤S7:判断上述步骤S6中测定的酸值与相邻前一次酸值差的绝对值，若该绝对值> 0? 5mgK0H/g，则返回步骤S5 ;若该绝对值彡0? 5mgK0H/g，则进入下一步； 步骤S8:若酸值仍> 1. 5mgK0H/g，则结束本次小试，并返回步骤S2,重新在0. 9:n~ 1. 3:n的范围内调整并设定下一次新戊基多元醇与混合酸小试试验的具体摩尔配比；若酸 值已彡1. 5mgK0H/g，则进入下一步； 步骤S9:向三颈瓶中加入所用新戊基多元醇和混合酸总投料质量的0. 5~5%、粒径 为65~80ym的吸附脱色剂，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； 步骤S10:按照GB/T7305- 2003规定的方法，测定试剂瓶中的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，记下该批次所用混合酸和新戊基多元醇 合适的摩尔配比，以本次小试的摩尔配比作为用当前批次的原料来进行规模化生产时的原 料配比；如果测定结果显示合成液和水的分离性不好，则返回步骤S2,微调小试试验中混 合酸与新戊基多元醇的具体摩尔配比，然后进行下一次小试； 步骤S11:规模化生产； 进一步地，所述规模化生产的步骤具体为： 步骤S111:以小试得到的当前批次所用新戊基多元醇和混合酸的摩尔比，在1M3的反 应爸中，投入混合酸和新戊基多元醇，使爸内原料的总质量处在300~800kg的范围内，开 启搅拌，开始时转速维持在5~50rpm，开启反应爸的加热阀门，对爸内的物料进行加热，当 釜内温度升到115±5°C时，加入混合酸和所用新戊基多元醇总投料质量的0. 5~2%的对 甲苯磺酸作为催化剂，打开氮气阀门，以1~l〇〇L/min的流速通入氮气，将搅拌的转速提高 到50~300rpm，从此时开始计时，将釜内的物料升温到120~250°C，加热5~24h，观察反 应副产的水在氮气的带动下脱出到收集装