[发明专利]二步法生产高含量和高光学纯度乳酸戊酯的方法

说明书

技术领域

本发明属于有机化工技术领域，具体涉及一种由丙交酯与无水戊醇为直接原料，通过酯交换反应二步法生产高含量和高光学纯度乳酸戊酯的方法。

背景技术

乳酸戊酯具有特殊香味，是一种重要的精细化工原料。由于乳酸戊酯含有不对称碳原子，因此具有两种光学异构体，也是一种具有光学活性的重要工业溶剂，可用作硝化纤维、乙酸纤维、戊醇酸树脂、贝壳松酯、马尼拉树脂、松香、虫胶、乙烯树脂、油漆等的溶剂，同时还是人造珍珠类的高级溶剂。在其它工业领域还被用做增塑剂，在不对称合成中用来合成具有光学活性的羧酸酯，在食品、酿酒、化工、医药等行业具有广泛用途。

同时由于乳酸戊酯具有无毒、溶解性好、小易挥发等特点，又具有可生物降解性，因此乳酸戊酯又是极具开发价值和应用前景的“绿色溶剂”。随着人们生活水平的不断提高，对环境的要求越来越高，而目前在工业上使用的溶剂大都是有毒的溶剂，对环境和人类造成了极大的危害，如卤代类、醚类、氟氯碳类溶剂等，因此乳酸戊酯作为“绿色溶剂”具有广阔的应用前景。

乳酸戊酯合成技术，中国所有公开的专利中均没有提到以丙交酯与无水戊醇为原料通过酯交换反应生产乳酸戊酯的工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服现有乳酸戊酯生产技术所存在的缺陷，提供一种二步法生产高含量和高光学纯度乳酸戊酯的方法，该方法工艺简单，操作简易，适合工业化生产应用，且无“三废”排放。该方法首先采用乳酸为原料合成丙交酯，再以精制丙交酯和无水戊醇为原料合成乳酸戊酯，整条工艺路线可以分为丙交酯生产与乳酸酯生产两个流程，所以我们称之为“二步法”。

本发明的技术解决方案是这样实现的：它包括以下步骤：

A、乳酸缩聚：在乳酸中加入催化剂，催化剂与乳酸的重量比为0.1/10000～10/10000，优选1/10000，加完后进行缩聚反应，在温度80～180℃、真空度20000～2000Pa的条件下持续反应1～4小时，即得到分子量在1000～2500的乳酸低聚物；

B、低聚物解聚：在乳酸低聚物中加入催化剂，催化剂与乳酸低聚物的重量比为0.1/10000～10/10000，优选1/10000，加完后在解聚反应器内，在温度200～250℃、真空度3000～50Pa(绝压)的条件下连续反应，即可持续得到含量在80％～95％的粗品丙交酯；

C、丙交酯纯化：对粗品丙交酯进行精制，得到含量在99.5％以上，光学纯度在99％以上的精制丙交酯；

D、乳酸戊酯合成：将精制丙交酯与无水戊醇按重量比1∶1.3～1∶13的比例加入反应釜，然后按重量比为10/1000～100/1000的比例加入催化剂，连续搅拌进行全回流反应，得到乳酸戊酯；

E、乳酸戊酯纯化：将乳酸戊酯进行纯化分离。

本发明较好的技术解决方案是：在乳酸缩聚之前，先在真空度10000～500Pa条件下，蒸馏温度40～90℃的条件下对乳酸进行真空蒸馏，去除其中的游离水。

其中：在乳酸缩聚和低聚物解聚中加入的催化剂为锌类催化剂、锡类催化剂或有机催化剂中的至少一种，其加入的重量比为0.1/10000～5/10000。优选乳酸锌、氧化锌、锌粉、二乙基锌、乳酸锡、氧化锡、二氧化锡、氧化亚锡、乳酸亚锡、辛酸亚锡、氯化亚锡、锡粉、丙酸或钛酸丁酯中的一种或多种的复合催化剂。更优选的催化剂为氧化锌、氧化锡和钛酸丁酯按重量比为1∶1∶1的混合物。

其中：在乳酸戊酯合成中加入的催化剂为交换树脂或固体高强酸催化剂中的一种或两种，其加入的重量比为10/1000～100/1000。优选氢型阳离子交换树脂或SO₄^2-/TI₂O₄固体高强酸催化剂中的一种或两种的复合催化剂。

其中：步骤C中对粗品丙交酯进行精制的方法是重结晶、减压精馏或熔融结晶，或者是上述精制方法中的两种及两种以上的组合。优选先重结晶再熔融结晶。

其中：步骤E中将乳酸戊酯进行纯化分离是将乳酸戊酯加入到精馏塔进行精馏，精馏塔常压操作，塔顶与塔釜压差为1.5～3KPa，塔釜温度为150℃～210℃，塔顶温度为100～140℃，塔侧出口得到含量在99.5％以上的乳酸戊酯产品，塔顶得到含量99.5％以上的戊醇，塔底溢出含量在99.5％以上的乳酰基乳酸戊酯。塔底溢出的乳酰基乳酸戊酯可以返回步骤D的反应釜中参与乳酸戊酯合成反应。塔顶得到的戊醇可以返回步骤D的反应釜中参与乳酸戊酯合成反应。

所述的无水戊醇是正戊醇、异戊醇，叔戊醇或新戊醇。