一种环保型乙酸酯类涂料成膜助剂及其生产工艺系统和应用的制作方法

本发明涉及成膜助剂
技术领域：
，具体是指一种环保型乙酸酯类涂料成膜助剂及其生产工艺系统和应用。
背景技术：
：随着社会进步，产品的升级换代，涂料业中的溶剂型产品市场已经不可持续发展。世界范围，特别是中国收紧环保政策，中国对v℃治理更是前所未有。涂料水性化的和环保可持续发展的背景下，对于涂料的添加剂有越发多的要求，实用性的水性化涂涂料目前还是很难达到完全零v℃，这要求在配方中加入少量的成膜助剂。目前主流的成膜助剂为十二碳醇酯、乙二醇醚酯类、丙二醇醚酯类产品，其各有优缺点，它们基本是石油化工原料生产链中的一员，可持续发展性差，乙二醇类产品具有较高的生物毒性，十二碳醇酯原料异丁醛气味刺激。技术实现要素：本发明的目的是提供一种环保型乙酸酯类涂料成膜助剂及其生产工艺系统和应用，具有工艺简单、材料来源广泛、纯度高、成本低的特点。本发明可以通过以下技术方案来实现：本发明公开了一种环保型乙酸酯类涂料成膜助剂，以乙酸四氢-2-呋喃甲酯作为主要成分，乙酸四氢-2-呋喃甲酯结构为：。进一步地，乙酸四氢-2-呋喃甲酯以乙酸和四氢糠醇作为原料在酸性催化剂下进行酯化反应并经过提纯所得。本发明的另外一个方面，在于保护上述环保型乙酸酯类涂料成膜助剂的生产工艺系统，包括反应段、脱酸精馏段、脱水回收段、脱醇精馏段；反应段包括反应釜，反应釜顶连接脱酸精馏段；脱酸精馏段包括脱酸精馏塔，脱酸精馏塔塔底部分回流到反应段，部分传送到脱醇精馏段，脱酸精馏塔塔顶物料去脱水回收段；脱水回收段包括脱水回收精馏塔和带水剂分相器，脱酸精馏塔与脱水回收精馏塔连通，脱水回收精馏塔和带水剂分相器连通，取用带水剂共沸带水，带水剂在带水剂分相器中分出水相，有机相全回流，脱水回收精馏塔塔底回收乙酸和四氢糠醇混合物，并输送回反应釜重新利用；脱醇精馏段包括脱醇精馏塔，脱醇精馏塔塔顶脱出醇和酯的混合物，送回反应段利用，脱醇精馏塔塔底出成品。进一步地，在反应段中，反应釜压强为50kpa，进料比酸醇比为1-1.3，反应温度为90-160℃。进一步地，在脱酸精馏段中，脱酸精馏塔的塔顶压强为40kpa，塔压降为10kpa，取用规整陶瓷或316l板波纹填料，塔板数为40-52块，入料位置为第40块板，塔顶摩尔回流比为0.27-0.37，馏出入料比为0.45，塔底温度为142-146℃，塔顶温为75-79℃。进一步地，脱水回收段中，回收精馏塔为常压塔，取用规整陶瓷或316l板波纹填料，塔板数为28-35块，入料位置为第15-18块板，塔顶摩尔回流比为0.5-1，馏出入料比为0.5-0.8，塔底温度为110-112℃，塔顶温为70-73℃，。进一步地，脱醇精馏段中，脱醇精馏塔的塔顶压强为25-35kpa，塔压降为10kpa，取用规整陶瓷或316l板波纹填料，塔板数为58-64块，入料位置为第9-12块板，塔顶摩尔回流比为2.5-2.8，馏出入料比为0.37-0.41，塔底温度为155-166℃，塔顶温为139-145℃。进一步地，带水剂为乙酸丁酯。本发明的另外的一个方面，在于保护上述环保型乙酸酯类涂料成膜助剂的应用。在使用过程中，直接添加在涂料中，加入量为0.5-5wt%。本发明一种环保型乙酸酯类涂料成膜助剂及其生产工艺系统和应用，具有如下的有益效果：第一、工艺简单，本发明利用乙酸与四氢糠醇在酸性催化剂下直接酯化得到，通过两塔工艺和回收酸工艺，工业化工艺有效并简单；第二、材料来源广泛，本发明成膜助剂的主要原料为乙酸和四氢糠醇，乙酸廉价易得，四氢糠醇为农业副产品，是绿色可持续原料产品；第三、产品纯度高，本发明制备的成膜助剂最终产品的纯度≥99.90wt%，且原料中不含有酰氯有效避免酰氯造成的毒性影响；第四、成本低廉，相对于现有技术采用四氢糠醇和酸酐或酰氯反应制备方式，本发明有效克服酰氯毒性大、酸酐成本高和只能小装置生产的制约，产能可达1-5万吨/年，规模化降低制造成本；第五、成膜性能好，制备得到乙酸四氢糠醇酯可完全或部分代替现有成膜助剂使用，并保持良好的成膜性。附图说明附图1为本发明一种环保型乙酸酯类涂料成膜助剂的生产工艺系统组成示意图；附图中的标记包括：b1为混合器或预热器，b2为反应釜，b3为脱酸精馏塔，b4为脱水回收精馏塔，b5为带水剂分相器，b6为脱醇精馏塔。具体实施方式为了使本
技术领域：
的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明产品作进一步详细的说明。实施例1本发明公开了一种环保型乙酸酯类涂料成膜助剂，以乙酸四氢-2-呋喃甲酯作为主要成分，乙酸四氢-2-呋喃甲酯结构为：。在本实施例中，乙酸四氢-2-呋喃甲酯以乙酸和四氢糠醇作为原料在酸性催化剂下进行酯化反应并经过提纯所得。实施例2如图1所示，一种环保型乙酸酯类涂料成膜助剂的生产工艺系统，包括反应段、脱酸精馏段、脱水回收段、脱醇精馏段；反应段包括反应釜b2，反应釜b2顶连接脱酸精馏段。脱酸精馏段包括脱酸精馏塔b3，脱酸精馏塔b3塔底部分回流到反应段，部分传送到脱醇精馏段，脱酸精馏塔b3塔顶物料去脱水回收段；脱水回收段包括脱水回收精馏塔b4和带水剂分相器b5，脱酸精馏塔b3与脱水回收精馏塔b4连通，脱水回收精馏塔b4和带水剂分相器b5连通，取用带水剂共沸带水，带水剂为乙酸丁酯，带水剂在带水剂分相器b5中分出水相，有机相全回流，脱水回收精馏塔b4塔底回收乙酸和四氢糠醇混合物，并输送回反应釜b2重新利用。脱醇精馏段包括脱醇精馏塔b6，脱醇精馏塔b6塔顶脱出醇和酯的混合物，送回反应段利用，脱醇精馏塔b6塔底出成品。在本实施例中，原料和回流到反应釜的组分通过混合器或预热器b1进行混合和预热。在本实施例中，在反应段中，反应釜压强为50kpa，进料比酸醇比为1.3，反应温度为120℃。在本实施例中，在脱酸精馏段中，脱酸精馏塔的塔顶压强为40kpa，塔压降为10kpa，取用规整陶瓷或316l板波纹填料，塔板数为52块，入料位置为第40块板，塔顶摩尔回流比为0.32，馏出入料比为0.45，塔底温度为142℃，塔顶温为79℃。在本实施例中，脱水回收段中，回收精馏塔为常压塔，取用规整陶瓷或316l板波纹填料，塔板数为35块，入料位置为第17块板，塔顶摩尔回流比为0.5-1，馏出入料比为0.5，塔底温度为112℃，塔顶温为72℃，。在本实施例中，脱醇精馏段中，脱醇精馏塔的塔顶压强为35kpa，塔压降为10kpa，取用规整陶瓷或316l板波纹填料，塔板数为61块，入料位置为第9块板，塔顶摩尔回流比为2.8，馏出入料比为0.39，塔底温度为155℃，塔顶温为145℃。在本实施例中，经过测试，最终产品的纯度为99.93wt%。实施例3一种环保型乙酸酯类涂料成膜助剂的生产工艺系统，包括反应段、脱酸精馏段、脱水回收段、脱醇精馏段；反应段包括反应釜，反应釜顶连接脱酸精馏段。脱酸精馏段包括脱酸精馏塔，脱酸精馏塔塔底部分回流到反应段，部分传送到脱醇精馏段，脱酸精馏塔塔顶物料去脱水回收段；脱水回收段包括脱水回收精馏塔和带水剂分相器，脱酸精馏塔与脱水回收精馏塔连通，脱水回收精馏塔和带水剂分相器连通，取用带水剂共沸带水，带水剂为乙酸丁酯，带水剂在带水剂分相器中分出水相，有机相全回流，脱水回收精馏塔塔底回收乙酸和四氢糠醇混合物，并输送回反应釜重新利用。脱醇精馏段包括脱醇精馏塔，脱醇精馏塔塔顶脱出醇和酯的混合物，送回反应段利用，脱醇精馏塔塔底出成品。在本实施例中，在反应段中，反应釜压强为50kpa，进料比酸醇比为1.15，反应温度为90℃。在本实施例中，在脱酸精馏段中，脱酸精馏塔的塔顶压强为40kpa，塔压降为10kpa，取用规整陶瓷或316l板波纹填料，塔板数为46块，入料位置为第40块板，塔顶摩尔回流比为0.27，馏出入料比为0.45，塔底温度为146℃，塔顶温为77℃。在本实施例中，脱水回收段中，回收精馏塔为常压塔，取用规整陶瓷或316l板波纹填料，塔板数为32块，入料位置为第15块板，塔顶摩尔回流比为1，馏出入料比为0.7，塔底温度为110℃，塔顶温为73℃，。在本实施例中，脱醇精馏段中，脱醇精馏塔的塔顶压强为30kpa，塔压降为10kpa，取用规整陶瓷或316l板波纹填料，塔板数为58块，入料位置为第12块板，塔顶摩尔回流比为2.65，馏出入料比为0.37，塔底温度为166℃，塔顶温为142℃。在本实施例中，经过测试，最终产品的纯度为99.93wt%。实施例4一种环保型乙酸酯类涂料成膜助剂的生产工艺系统，包括反应段、脱酸精馏段、脱水回收段、脱醇精馏段；反应段包括反应釜，反应釜顶连接脱酸精馏段。脱酸精馏段包括脱酸精馏塔，脱酸精馏塔塔底部分回流到反应段，部分传送到脱醇精馏段，脱酸精馏塔塔顶物料去脱水回收段；脱水回收段包括脱水回收精馏塔和带水剂分相器，脱酸精馏塔与脱水回收精馏塔连通，脱水回收精馏塔和带水剂分相器连通，取用带水剂共沸带水，带水剂为乙酸丁酯，带水剂在带水剂分相器中分出水相，有机相全回流，脱水回收精馏塔塔底回收乙酸和四氢糠醇混合物，并输送回反应釜重新利用。脱醇精馏段包括脱醇精馏塔，脱醇精馏塔塔顶脱出醇和酯的混合物，送回反应段利用，脱醇精馏塔塔底出成品。在本实施例中，在反应段中，反应釜压强为50kpa，进料比酸醇比为1，反应温度为160℃。在本实施例中，在脱酸精馏段中，脱酸精馏塔的塔顶压强为40kpa，塔压降为10kpa，取用规整陶瓷或316l板波纹填料，塔板数为41块，入料位置为第40块板，塔顶摩尔回流比为0.37，馏出入料比为0.45，塔底温度为160℃，塔顶温为75℃。在本实施例中，脱水回收段中，回收精馏塔为常压塔，取用规整陶瓷或316l板波纹填料，塔板数为28块，入料位置为第18块板，塔顶摩尔回流比为0.8，馏出入料比为0.5，塔底温度为112℃，塔顶温为72℃，。在本实施例中，脱醇精馏段中，脱醇精馏塔的塔顶压强为25kpa，塔压降为10kpa，取用规整陶瓷或316l板波纹填料，塔板数为64块，入料位置为第11块板，塔顶摩尔回流比为2.5，馏出入料比为0.41，塔底温度为160℃，塔顶温为139℃。在本实施例中，经过测试，最终产品的纯度为99.95wt%。实施例5一种环保型乙酸酯类涂料成膜助剂的生产工艺系统，包括反应段、脱酸精馏段、脱水回收段、脱醇精馏段；反应段包括反应釜，反应釜顶连接脱酸精馏段。脱酸精馏段包括脱酸精馏塔，脱酸精馏塔塔底部分回流到反应段，部分传送到脱醇精馏段，脱酸精馏塔塔顶物料去脱水回收段；脱水回收段包括脱水回收精馏塔和带水剂分相器，脱酸精馏塔与脱水回收精馏塔连通，脱水回收精馏塔和带水剂分相器连通，取用带水剂共沸带水，带水剂为乙酸丁酯，带水剂在带水剂分相器中分出水相，有机相全回流，脱水回收精馏塔塔底回收乙酸和四氢糠醇混合物，并输送回反应釜重新利用。脱醇精馏段包括脱醇精馏塔，脱醇精馏塔塔顶脱出醇和酯的混合物，送回反应段利用，脱醇精馏塔塔底出成品。在本实施例中，在反应段中，反应釜压强为50kpa，进料比酸醇比为1.1，反应温度为150℃。在本实施例中，在脱酸精馏段中，脱酸精馏塔的塔顶压强为40kpa，塔压降为10kpa，取用规整陶瓷或316l板波纹填料，塔板数为50块，入料位置为第40块板，塔顶摩尔回流比为0.35，馏出入料比为0.45，塔底温度为145℃，塔顶温为78℃。在本实施例中，脱水回收段中，回收精馏塔为常压塔，取用规整陶瓷或316l板波纹填料，塔板数为33块，入料位置为第16块板，塔顶摩尔回流比为0.6，馏出入料比为0.6，塔底温度为111℃，塔顶温为72℃，。在本实施例中，脱醇精馏段中，脱醇精馏塔的塔顶压强为28kpa，塔压降为10kpa，取用规整陶瓷或316l板波纹填料，塔板数为63块，入料位置为第11块板，塔顶摩尔回流比为2.7，馏出入料比为0.38，塔底温度为158℃，塔顶温为143℃。在本实施例中，经过测试，最终产品的纯度为99.94wt%。实施例6一种环保型乙酸酯类涂料成膜助剂的应用。在使用过程中，直接添加在涂料中，加入量为0.5wt%。实施例7一种环保型乙酸酯类涂料成膜助剂的应用。在使用过程中，直接添加在涂料中，加入量为2wt%。实施例8一种环保型乙酸酯类涂料成膜助剂的应用。在使用过程中，直接添加在涂料中，加入量为3wt%。实施例9一种环保型乙酸酯类涂料成膜助剂的应用。在使用过程中，直接添加在涂料中，加入量为5wt%。应用实施例1乙酸流量为1200kg/h，四氢糠醇流量为2000kg/h混合后送入反应釜，釜温145℃，压强为50kpa；反应釜物料气相进入脱酸塔，塔板为41块，入口位置为第40块，塔顶摩尔回流比为0.27，馏出比为0.45，脱出444kg酸含量为65wt%的混合物水溶液去脱水回收塔，塔底出2756kg/h的纯度83wt%的粗产品到脱醇塔进行进一步分离。含酸混合物水溶液从第15块板进入回收塔，塔底温度为112℃，塔顶摩尔回流比为0.52，馏出比为0.78，塔顶物料经分相后，含带水剂的有机相全部回流，水相排走处理。塔底得到82wt%的乙酸溶液，收集后重新回收反应系统。粗产品从第9块板进入脱醇精馏塔（共58块塔板），塔顶摩尔回流比为2.5，馏出比为0.39，塔底温度为161℃，塔顶压强为30kpa，塔顶脱得醇酯分别含量约为46.1wt%和47.5wt%混合料，经收集后重新加入系统，塔底可得到2022kg/h的纯度为99.95wt%的成品乙酸四氢糠醇酯。取本产品加入到涂料配方中，作为成膜助剂，进行成膜。取产品通过搅拌一种市售苯乙烯/丙烯酸乳液中，加入量为5%重量的成膜助剂，并分散均匀，涂膜，真空除气泡，并放置48h后，进行性能评价，具体结果如表1所示：表1性能评价表成膜助剂用量%相容性24h后外观5℃成膜无0//不成膜市售pma5良好良好成膜，干擦，不掉粉应用实施例15良好良好成膜，干擦，不掉粉上述实施例仅为本发明的具体实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。当前第1页12