中碳鏈脂肪酸聚合甘油酯的制備

本文采用樟樹籽仁油為實(shí)驗(yàn)原料,制備中碳鏈脂肪酸聚甘油酯。制備方法分二步,先是合成聚甘油,再用自制固體堿催化劑催化聚甘油與中碳鏈脂肪酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成中碳鏈脂肪酸聚甘油酯。本文主要研究了固體堿催化劑的制備和酯化反應(yīng)條件的優(yōu)化。 本文采用均相催化劑(5%(w/w)的氫氧化鈉水溶液)催化聚甘油的合成,反應(yīng)條件為：常壓,260℃,以出水量判斷反應(yīng)終點(diǎn)。所得產(chǎn)品顏色淺、且無刺激性氣味。測定羥值并經(jīng)換算得出平均聚合度為5.6。質(zhì)譜檢測分析表明,產(chǎn)品中大部分為直鏈聚甘油,環(huán)狀聚甘油含量較少,且聚合度介于2-9之間,產(chǎn)品質(zhì)量較好。 本文采用浸漬法制備固體堿催化劑。選擇同一制備條件(主催化劑與載體比1：4,焙烤溫度600℃,焙烤時間為6 h)制備四種固體催化劑(KOH/MgO、NaOH/MgO、KOH/Al2O3、NaOH/Al2O3),以酯化率為參考指標(biāo),對催化劑進(jìn)行篩選。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明KOH/Al2O3催化************,酯化率為78.28%。對這四種催化劑進(jìn)行堿強(qiáng)度范圍測定,KOH/Al2O3堿強(qiáng)度******,其次分別是NaOH/Al2O3、KOH/MgO、NaOH/MgO。 選擇KOH/Al2O3為目標(biāo)催化劑,對其制備工藝進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。采用單因素分析焙烤時間、焙烤溫度、主催化劑與載體質(zhì)量比對催化效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨焙烤時間的增加,酯化率呈先上升、后趨于平穩(wěn)的趨勢,最適焙烤時間為6.5h,此時酯化率為82.32%；隨焙烤溫度的升高,酯化率呈先上升、后急劇下降的趨勢,最適焙烤溫度為650℃,此時酯化率為83.65%；隨主催化劑與載體質(zhì)量比上升,酯化率呈先上升、后趨于平穩(wěn)的趨勢,最適比值為4：10,此時酯化率為82.88%。在單因素的基礎(chǔ)上采用響應(yīng)面分析,設(shè)計(jì)3因素3水平共17個試驗(yàn)點(diǎn)的響應(yīng)面分析試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明,主催化劑與載體比為0.5；焙烤溫度645.32℃；焙烤時間6.63h；此時酯化率為83.96%,與模擬計(jì)算值84.64%基本接近。對最適固體堿催化劑進(jìn)行紅外表征,出現(xiàn)了KAlO2的特征峰,表明該固體堿催化劑在制備過程中形成了穩(wěn)定的KAlO2活性中心。 本文采用直接酯化法制備中碳鏈脂肪酸聚甘油酯。采用單因素分析聚甘油與中碳鏈脂肪酸質(zhì)量比、催化劑用量、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度對酯化率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨聚甘油與中碳鏈脂肪酸質(zhì)量比、催化劑用量、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度的增大,酯化率均呈先上升、后下降的趨勢,其最適工藝參數(shù)為：聚甘油與中碳鏈脂肪酸質(zhì)量比為70：40、催化劑用量為5%、反應(yīng)時間為2.5h、反應(yīng)溫度為220℃,此時酯化率分別為88.41%、89.74%、88.37%、92.58%。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)4因素3水平共29個試驗(yàn)點(diǎn)的響應(yīng)面分析試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：催化劑用量5.05%,反應(yīng)時間2.45h,反應(yīng)溫度219.44℃,聚甘油與中碳鏈脂肪酸質(zhì)量比1.77,此時酯化率為91.89%,與模擬計(jì)算值92.778%基本接近。對所得產(chǎn)品進(jìn)行紅外表征,出現(xiàn)了酯官能團(tuán)的特征峰,表明產(chǎn)品為中碳鏈脂肪酸聚甘油酯。