2-乙基己酸雙三羥甲基丙烷酯及其一種生產方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于有機化學原料制造領域，公開了一種用雙三羥甲基丙烷和2-乙基己 酸通過酯化反應得到的2-乙基己酸雙三羥甲基丙烷酯，還涉及一種2-乙基己酸雙三羥甲 基丙烷酯的制備工藝。
【背景技術】
[0002] 在眾多的脂肪酸酯中，有一類脂肪酸酯具有季碳原子的特殊結構，又稱新戊基結 構，典型的例子如：季戊四醇脂肪酸酯、雙季戊四醇脂肪酸酯、三羥甲基丙烷脂肪酸酯、雙三 羥甲基丙烷脂肪酸酯、新戊二醇脂肪酸酯，它們備受人們的青睞。因為這些新戊基脂肪酸酯 的羰基的0位碳原子上沒有氫原子，所以不能和酯基的醇部分的碳和氫形成六原子環狀 的共振結構，只有高能量才能破壞這樣的酯結構，這使得新戊基多元醇脂肪酸酯的抗氧化 性和抗消去反應的穩定性很好。因而新戊基多元醇脂肪酸酯具有其它酯類無可比擬的優越 性，成為目前潤滑油中的高端合成酯的最佳選擇。
[0003] 新戊基多元醇脂肪酸酯不僅熱氧化安定性好、熱分解溫度高，而且耐低溫性能好、 在環境中易降解，可以用作潤滑油的合成基礎油和金屬乳制過程中的潤滑劑，所以越來越 受到人們的重視。
[0004] 雖然人們已經合成出了眾多的新戊基多元醇脂肪酸酯，但是用雙三羥甲基丙烷 (又稱二-三輕甲基丙烷，Di-trimethylolpropane)和2-乙基己酸在酸性催化劑的作用下 進行酯化反應來合成2-乙基己酸雙三羥甲基丙烷酯的報道很少。
[0005] 雙三羥甲基丙烷是一種有四個醇羥基、具有新戊基結構的化合物。它不像季戊四 醇一樣，它的醇羥基不是連接在一個碳原子上的，不至于和酸進行酯化反應后形成立體狀 的分子，而是分散在兩個碳原子上的，因而可以形成平面型的分子。由于雙三羥甲基丙烷 的分子量較大，所以用雙三羥甲基丙烷來合成的新戊基多元醇脂肪酸酯雖然具有較高的粘 度，但是分子中的位阻效應不是很明顯，可以應用于需要高粘度潤滑劑的場合。
[0006] 2-乙基己酸是一種常見、易得的飽和脂肪酸，而且因為其是帶支鏈的酸，所以不僅 其本身的凝固點較低，而且用其來合成出的新戊基多元醇脂肪酸酯的傾點也比較低，使得 產品不僅可以耐高溫，而且可以耐低溫，處于液態的溫度范圍較寬。用飽和脂肪酸合成得到 的合成酯，其抗氧化的穩定性也會比較好。
[0007] 當今合成新戊基多元醇脂肪酸酯類產品的工藝文獻不少，不外乎采用直接酯化法 和酯交換法。酯交換法由于要用到堿性催化劑，且會產生低級脂肪醇等有易燃和爆炸危險 的副產品，所以實際上用得不多。即使是采用直接酯化法，大都是采用某種原料過量來促使 反應正向進行，這在后續的提純、精制過程中就會遇到過量的原料和產物分離的困難。即使 采用分子精餾等手段來脫除某種過量的原料，就算能夠脫得很徹底，也必然會引起目標產 物得率的下降，而且由此分離過程帶來的能耗也是不容忽視的，因而很難合成出價格有競 爭性的產品來。
[0008] 有些文獻反映的當前生產工藝顯示，在合成新戊基多元醇脂肪酸酯的過程中，采 用溶劑或帶水劑來提高脫水的效率，使酯化反應不至于在較高溫度下才能進行徹底。然而 采用這樣的工藝帶來的一個可怕的效果就是最終要讓這些溶劑或帶水劑和產物實現徹底 的分離也很困難。而少量的低沸點溶劑或帶水劑的存在會導致產品的閃點明顯下降，給產 品在高溫下使用帶來隱患。
[0009] 還有些文獻反映的當前生產工藝顯示，為了提高酯化率、減少反應的時間，往往采 用脂肪酸過量的辦法來進行反應，然后對產物進行后處理。在對產品的后處理方面，大都采 用中和、水洗和分相等提純手段。采用這樣的技術帶來的后果是這些酸性的原料會有損失、 單耗難以達到理想的水平、生產成本居高不下。在中和過程中產生的鹽難以除去，要對處在 廢水中的鹽進行符合環保要求的處理也是一件令人非常頭痛的事情。在后處理的過程中因 為用到了堿性物質，還可能發生已經合成出來的酯再發生皂化反應的情況，使得產物在后 續的使用過程中出現問題。
[0010] 翻翻公開的關于合成酯的工藝資料，可以發現當前的工藝技術中在催化劑的選擇 方面，大都摒棄傳統的催化劑，改用各式各樣的負載或復合催化劑。其實制備各種新型的催 化劑的成本就比較高，而且這些新型的催化劑的催化效果還不如傳統催化劑好。即使有些 固體催化劑可以回收，但是隨著在使用過程中固載催化劑的有效成分不斷被洗脫，實際上 這些催化劑可以重復使用的壽命有限。
[0011] 由于原料的來源不同，生產工藝也不盡相同，不同批次原料的純度、雜質含量等指 標存在著細微的波動，所以要生產出合格的新戊基多元醇脂肪酸酯，也需要針對不同批次 原料的特點進行小試摸索，合理調整原料的配比才行。
[0012] 針對現有生產新戊基多元醇脂肪酸酯類產品工藝的不足以及不同批次間原料的 質量波動，有必要考慮控制生產成本和兼顧產品質量的均衡性，采用易得的對甲苯磺酸作 為催化劑，結合靠小試來確定不同批次原料間合理的配比，來經濟、合理地生產2-乙基己 酸雙三羥甲基丙烷酯。
[0013]
【發明內容】
[0014] 本發明的目的是公開了一種用雙三羥甲基丙烷和2-乙基己酸通過酯化反應得到 的2-乙基己酸雙三羥甲基丙烷酯，還提供一種采用對甲苯磺酸為催化劑，結合靠小試來調 整、確定不同批次原料間合理的配比，經濟、合理的2-乙基己酸雙三羥甲基丙烷酯的制備 工藝。
[0015] 為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：2_乙基己酸雙三羥甲基丙烷酯，其 創新點在于：其分子式為C44HS209，具有結構式如下：
一種上述的2-乙基己酸雙三羥甲基丙烷酯的制備方法，其創新點在于：所述制備工藝 相應的反應方程式如下：
對于采購來的當前批次的雙三羥甲基丙烷和2-乙基己酸，先根據所用雙三羥甲基丙 烷分子中羥基的數量來確定和2-乙基己酸進行完全的酯化反應所需的理論摩爾配比，或 根據以前對于雙三羥甲基丙烷和2-乙基己酸形成的經驗摩爾配比來選擇當前小試的摩爾 比； 采用對甲苯磺酸作為催化劑，在通氮氣的情況下依靠加熱進行酯化反應，并通過收 集裝置收集隨氮氣帶出的水，觀察到收集裝置中在5~20分鐘內不再有水脫出后，取 樣，測定樣品的酸值，通過一次或多次小試摩爾配比的調整使得當前小試樣品滿足酸值 ^ 1. 5mgK0H/g； 加入活性炭，繼續加熱攪拌〇. 5~2h，然后停止加熱，等小試樣品冷卻到50~70°C時， 趁熱在鋪有硅藻土和中速定量濾紙的布氏漏斗中進行抽濾，將抽濾瓶中的產物轉移到試劑 瓶中，按照GB/T7305- 2003規定的方法，測定合成液和水的分離性；如果測得的結果顯示 高速攪拌結束后在靜置的三十分鐘時間內后，乳化層的體積小于3mL，則表示該合成液和水 的分離性良好，結束該次小試； 以本次小試中酸值< 1. 5mgKOH/g且合成液和水的分離性也符合要求的小試摩爾配比 作為當前批次原料的原料配比來進行規模化生產。
[0016] 進一步地，所述具體步驟如下： 步驟S1:對于采購來的當前批次的雙三羥甲基丙烷和2-乙基己酸，計算所用雙三羥 甲基丙烷分子中羥基的數量來確定和2-乙基己酸進行完全的酯