脂肪酸甲酯烷氧基化催化剂的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于脂肪酸甲酯一步法烷氧基化催化剂的制备方法。
【背景技术】
[0002] 脂肪酸甲酯乙氧基化合物（ethoxylated fatty acid methyl esters)，简称 FMEE，是一种新型双封端的酯醚型非离子表面活性剂。由于脂肪酸甲酯乙氧基化合物一端 具有与油脂相似的_〇CH3，根据相似相容的原理，与传统的脂肪酸聚醚、脂肪醇聚醚等相比， 有更强的去污能力，具有水溶性好，熔点低，乳化分散能力强，泡沫少等优点；另外该产品易 降解，是一种真正的环保型表面活性剂。脂肪酸甲酯化合物广泛的被应用到皮革、纺织、化 妆品行业中。FMEE在各种性能上接近于含有ΑΡΕ0的TX、NP和0P系列，在国外对环保严格 要求的背景下，使用FMEE代替TX或NP处理的玩具、地板、纺织服装等，可以减少出口过程 中导致的贸易纠纷。
[0003] 由于脂肪酸甲酯不像脂肪酸、脂肪醇或脂肪胺等含活泼氢，因此用传统的酸碱催 化剂很难乙氧基化（环氧乙烷加成，即E0加成），即使能，转化率也低，产品杂质含量高，目 前大都采用双金属或多金属氧化物或盐作为催化剂。反应温度为160~180°C，反应压力在 0. 3MPa左右，催化剂用量0. 1~1. 0%
[0004] 美国专利 US6008392 (Process for Preparing Alkoxylated Fatty Acid Alkyl Esters)公布了一种脂肪酸甲酯乙氧基化催化剂，催化剂主要以Al/Mg水滑石为主，同时添 加少量LiOH或Sn02构成。用于月桂酸甲酯乙氧基化，发现没添加 LiOH或Sn02时，未反应 的E0含量超过1.5%，E0分布指数[E0加合数在n±2范围的组分占总组分中（不包括原 料醇及PEG)的含量（其中η为主组分的E0加合数）]，小于70% ;添加 LiOH或Sn02较好， 但催化剂用量都在1. 0%以上，反应速度慢。
[0005] 美国专利 US5220246 (Process for Alkoxylation of Esters and Products Produced Therefrom)公布了一种活性烧氧化钙错复合催化剂用于椰油酸甲酯乙氧基化， E0平均加成数为8，产品中聚乙二醇高于2. 0 %，未反应的脂肪酸甲酯大于0. 5 %，催化剂用 量为1. 0%。
[0006] 上述现有技术的催化剂的不足之处是：产品中E0分布指数低、副产物多。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中存在的催化剂乙氧基化反应后，乙 氧基化产品中E0分布指数低、副产物多的问题，提供一种新的脂肪酸甲酯乙氧基化催化剂 的制备方法，该方法具有得到的催化剂用于脂肪酸甲酯乙氧基化反应时乙氧基化产品中E0 分布窄、副产物少的特点。
[0008] 本发明所要解决的技术问题之二是上述技术问题之一所述制备方法得到的催化 剂。
[0009] 本发明所要解决的技术问题之三是上述技术问题之二所述催化剂在脂肪酸甲酯 一步法烷氧基化中的应用。
[0010] 为解决上述技术问题之一，本发明的技术方案如下：脂肪酸甲酯一步法烷氧基化 催化剂的制备方法，包括以下制备步骤：
[0011] (1)将摩尔比为1: (1~10)羧酸酐与脂肪醇聚氧乙烯醚加热混合得到混合物i ;
[0012] (2)将碱土金属盐一种或几种和稀土金属盐的一种或几种加入到混合物i中并加 热混合均匀得到混合物ii，其中碱土金属盐、稀土金属盐和混合物i质量之比为（0. 1~ 0· 3) : (0· 01 ~0· 10) :1 ;
[0013] (3)用浓硫酸调节混合物ii的pH至5~8得到混合物iii ;
[0014] (4)将混合物iii在100°C以下真空干燥得到所述催化剂。
[0015] 上述技术方案中，所述羧酸酐优选为脂肪酸所形成的羧酸酐。
[0016] 上述技术方案中，所述羧酸酐优选为由C2~Ci。的羧酸酐。例如但不限于乙二酸 酐、琥珀酸酐和马来酸酐中至少一种，但优选琥珀酸酐。
[0017] 上述技术方案中，所述脂肪酸优选为二元酸。
[0018] 上述技术方案中，所述脂肪醇聚氧乙烯醚优选用以下通式表示：r-0-(ch2ch 20) n-H，其中R优选为C2~C2。的烃基，更优选Cs~C12, η为E0加成的平均个数，数目优选为 1~10,更优选6~8。
[0019] 上述技术方案中，所述碱土金属盐和稀土金属盐分别独立优选自硝酸盐、醋酸盐 或盐酸盐，更优选醋酸盐。
[0020] 上述技术方案中，所述的碱土金属优选自镁、钙、锶和钡中的至少一种。
[0021] 上述技术方案中，所述稀土金属优选自镧、铈、镨、钕、钐和铕中的至少一种。所述 稀土金属同时包括镧和钐时比单独包括镧而不包括钐效果好，也比单独包括钐而不包括镧 效果好。
[0022] 作为最最优选的技术方案：所述的碱土金属同时包括镁和钡，且所述稀土金属同 时包括镧和钐。
[0023] 上述技术方案中，步骤（1)中羧酸酐与脂肪醇聚氧乙烯醚的摩尔比优选为 1: (2. 5~5);步骤（3)中的pH值优选pH大于等于5且小于7,更优选pH为5. 5~6. 5。 步骤（1)中所述加热温度优选为60~120°C;加热时间优选为10~60min。步骤（2)中所 述加热温度优选为60~120°C;加热时间优选为10~60min。步骤（3)中所述浓硫酸质量 百分浓度优选大于95%，步骤（4)中所述真空脱水的温度优选为50°C以上且低于KKTC，脱 水时间优选为10~60min。
[0024] 本发明的催化剂均按照下列工艺进行评价：将100~300g脂肪酸甲酯和催化剂 (为脂肪酸甲酯的〇. 1~〇. 8wt% )加入1升带搅拌浆的不锈钢高压反应釜中，搅拌下升温 至80°C，抽真空lOmin，脱除水分和低沸点物质；然后用氮气置换至少3次；在温度150~ 180°C及压力0. 3~0. 6MPa下，连续滴加环氧乙烷（E0)至所要求的量；老化30min后，通冷 却水进行冷却，卸压，移出产品，称重、分析。
[0025] 评价结果表明，本发明催化剂的脂肪酸甲酯乙氧基化产品E0分布指数大于80%， 总副产品（聚乙二醇、未反应的脂肪酸甲酯）小于l.Owt%，催化剂用量小于LOwt% (占 总产品质量）。因此本发明提供的催化剂具有乙氧基化产品E0分布指数高、副产品少的特 点。
[0026] 下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。
【具体实施方式】 [0027]【实施例1】
[0028] 将2mol琥珀酸酐和5mol分子式为CsH170(CH 2CH20)6H的脂肪醇聚氧乙烯醚在带回 流冷凝的三口烧瓶中，80°C下搅拌加热30min，冷却后得到混合物i ;将2g醋酸镁、0. 5g醋 酸镧和100g混合物i在带回流冷凝的三口烧瓶中，80°C下搅拌加热30min，冷却后得到混合 物ii ;用浓度为98wt%的硫酸在强烈搅拌下滴加到混合物ii中，使得最后的混合物pH为 6. 0,冷却后得到混合物iii ;将混合物iii在80°C下，真空脱水30min，冷却后得到所需的 催化剂。
[0029] 将上述1. 0g催化剂加入到100g月桂酸甲酯中，边搅拌边投入到1L的高压釜中； 高压釜升温至80°C，真空干燥10min，然后用高纯氮置换3次，升温至150°C，导入E0,保持 温度在150°C，压力在0. 4MPa，反应30min至E0加入量为144g，老化30min，冷却至室温放 出物料，称重为244g，得到平均E0加成数为7的月桂酸甲酯乙氧基化物。乙氧基化产品中 各种物质含量采用GC - MS分析。为了方便比较，催化剂配方见表1，分析结果见表2。
[0030] 【实施例2】
[0031] 将2mol琥珀酸酐和5mol分子式为CsH170(CH 2CH20)6H的脂肪醇聚氧乙烯醚在带回 流冷凝的三口烧瓶中，80°C下搅拌加热30min，冷却后得到混合物i ;将2g醋酸镁、0. 5g醋 酸钐和100g混合物i在带回流冷凝的三口烧瓶中，80°C下搅拌加热30min，冷却后得到混合 物ii ;用浓度为98wt%的硫酸在强烈搅拌下滴加到混合物ii中，使得最后的混合物pH为 6. 0,冷却后得到混合物iii ;将混合物iii在80°C下，真空脱水30min，冷却后得到所需的 催化剂。
[0032] 将上述1. 0g催化剂加入到100g月桂酸甲酯中，边搅拌边投入到1L的高压釜中； 高压釜升温至80°C，真空干燥10min，然后用高纯氮置换3次，升温至150°C，导入E0,保持 温度在150°C，压力在0. 4MPa，反应30min至E0加入量为144g，老化30min，冷却至室温放 出物料，称重为244g，得到平均E0加成数为7的月桂酸甲酯乙氧基化物。乙氧基化产品中 各种物质含量采用GC - MS分析。为了方便比较，催化剂配方见表1，分析结果见表2。
[0033] 【实施例3】
[0034] 将2mol琥珀酸酐和5mol分子式为CsH170(CH 2CH20)6H的脂肪醇聚氧乙烯醚在带回 流冷凝的三口烧瓶中，80°C下搅拌加热30min，冷却后得到混合物i ;将2g醋酸钡、0. 5g醋 酸镧和100g混合物i在带回流冷凝的三口烧瓶中，80°C下搅拌加热30min，冷却后得到混合 物ii ;用浓度为98wt%的硫酸在强烈搅拌下滴加到混合物ii中，使得最后的混合物pH为 6. 0,冷却后得到混合物iii ;将混合物iii在80°C下，真空脱水30min，冷却后得到所需的 催化剂。
[0035] 将上述1. 0g催化剂加入到100g月桂酸甲酯中，边搅拌边投入到1L的高压釜中； 高压釜升温至80°C，真空干燥10min，然后用高纯氮置换3次，升温至150°C，导入E0,保持 温度在150°C，压力在0. 4MPa，反应30min至E0加入量为144g，老化30min，冷却至室温放 出物料，称重为244g，得到平均E0加成数为7的月桂酸甲酯乙氧基化物。乙氧基化产品中 各种物质含量采用GC - MS分析。为了方便比较，催化剂配方见表1，分析结果见表2。
[0036] 【实施例4】
[0037] 将2mol琥珀酸酐和5mol分子式为CsH170(CH 2CH20)6H的脂肪醇聚氧乙烯醚在带回 流冷凝的三口烧瓶中，80°C下搅拌加热30min，冷却后得到混合物i ;将2g醋酸钡、0. 5g醋 酸钐和100g混合物i在带回流冷凝的三口烧瓶中，80°C下搅拌加热30min，冷却后得到混合 物ii ;用浓度为98wt%的硫酸在强烈搅拌下滴加到混合物ii中，使得最后的混合物pH为 6. 0,冷却后得到混合物iii ;将混合物iii在80°C下，真空脱水30min，冷却后得到所需的 催化剂。
[0038] 将上述1. 0g催化剂加入到100g月桂酸甲酯中，边搅拌边投入到1L的高压釜中； 高压釜升温至80°C，真空干燥10min，然后用高纯氮置换3次，升温至150°C，导入E0,保持 温度在150°C，压力在0. 4MPa，反应30min至E0加入量为144g，老化30min，冷却至室温放 出物料，称重为244g，得到平均E0加成数为7的月桂酸甲酯乙氧基化物。乙氧基化产品中 各种物质含量采用GC - MS分析。为了方便比较，催化剂配方见表