氨基磺酸催化制备硬脂酸丁酯工艺研究

邵广伟

(山东岩海建设资源有限公司，山东 烟台 264006)

硬脂酸丁酯是一种重要的化工原料，作为胶黏剂的配合剂、金属加工润滑剂、树脂添加剂、深层消泡剂、橡胶和聚烯烃树脂的增塑剂，又是混凝土防湿剂、上光剂的组成成分，对改进氯乙烯醋酸乙烯共聚物、聚苯乙烯、丁腈橡胶等的加工性能十分有效，是一种理想的化妆品原料[1-2]。本研究以硬脂酸和正丁醇为原料，探索了氨基磺酸催化合成硬脂酸丁酯的工艺。

1 实验部分

1.1 原料与试剂

硬脂酸：一级品，东马棕榈工业(张家港)有限公司；正丁醇：分析纯，天津市富宇精细化工有限公司；氨基磺酸：分析纯，天津市广成化学试剂有限公司。

1.2 实验方法

将称量好的硬脂酸加入装有分水器、冷凝管的500 mL三口烧瓶中，加热至硬脂酸融化，开启搅拌，依次加入计量的正丁醇、氨基磺酸，加热回流，待分水器中生成的水量不再增加，取样测试转化率，将反应液减压蒸馏脱除过量的正丁醇，脱完醇后更换真空油泵，继续升温减压蒸馏，收集175～190 ℃馏分，即得硬脂酸丁酯产品，称重计算收率。

1.3 转化率计算方法[3]

根据原料硬脂酸和产物硬脂酸丁酯的酸值，按下式计算转化率：

转化率=[(AV0-AV)/AV]×100%

(1)

式中AV0为反应前原料的酸值，AV为反应后产物的酸值。酸值计算公式如下：

酸值=(56.1×V×c)/m

(2)

式中V为滴定消耗氢氧化钾标准溶液的体积，mL；c为氢氧化钾标准溶液的浓度，mol/L；m为被测样品质量，g；56.1为氢氧化钾摩尔质量，g/mol。

2 结果与讨论

2.1 醇酸物质的量比对转化率影响

催化剂氨基磺酸用量为硬脂酸质量的1.0%，回流反应3.5 h，改变醇酸物质的量比为：1.5∶1，1.75∶1，2.0∶1，2.25∶1，2.5∶1，探讨醇酸物质的量比对转化率影响，结果如图1。

图1 醇酸摩尔比对转化率影响

由图1可见，随着醇酸物质的量比的增大，转化率逐渐增大，当醇酸物质的量比达到2.0∶1以上时，转化率增加缓慢，醇加多后，增加回收成本且降低设备利用率，因此，醇酸物质的量比2.0∶1为宜。

2.2 催化剂氨基磺酸用量对转化率影响

醇酸物质的量比为2.0∶1，回流反应3.5 h，催化剂氨基磺酸用量为硬脂酸质量的0.6%，0.8%，1.0%，1.2%，1.4%，探究催化剂氨基磺酸用量对转化率影响，结果见图2。

图2 催化剂用量对转化率影响

由图2可见，随着催化剂用量的增加，转化率逐渐增大，当催化剂用量达到1.0%以上时，转化率基本无提升，考虑成本及后处理的影响，选取催化剂用量为硬脂酸质量的1.0%较佳。

2.3 反应时间对转化率影响

催化剂氨基磺酸用量为硬脂酸质量的1.0%，醇酸物质的量比为2.0∶1，回流反应2.5，3.0，3.5，4.0，4.5 h，探究反应时间对转化率影响，结果见图3。

图3 反应时间对转化率影响

由图3可见，随着反应时间的延长，转化率逐渐增大，当反应时间达到3.5 h时，转化率达到95.9%，继续延长反应时间，转化率基本无增长，通过生产效率考虑，较佳的反应时间宜选3.5 h。

2.4 后处理方式对收率的影响

催化剂氨基磺酸用量为硬脂酸质量的1.0%，醇酸物质的量比为2.0∶1，回流反应3.5 h，反应结束后，通过水洗、碱洗脱醇，脱色处理得到产品为浅黄色油状硬脂酸丁酯，转化率95.9%，收率85.2%。反应结束后通过减压除脱过量的正丁醇，脱完醇后更换真空油泵，减压蒸馏，得到无色油状的硬脂酸丁酯，转化率95.9%，收率95.0%。

3 结论

以氨基磺酸催化硬脂酸与正丁醇制备硬脂酸丁酯，确定最佳反应条件为：催化剂氨基磺酸用量为硬脂酸质量的1.0%，醇酸物质的量比为2.0∶1，回流反应3.5 h，硬脂酸转化率为95.9%，通过减压处理，产品收率95.0%。