[发明专利]碳纤维油剂用双三羟甲基丙烷正辛酸酯的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维油剂用双三羟甲基丙烷正辛酸酯的合成方法。

背景技术

多元醇脂肪酸酯是碳纤维油剂的主要成分，其具有耐高温，耐水解以及耐酸碱性能，更为重要的是没有毒性，松本油脂公司的研究人员在专利中提出(JP2006-070706，CN1013263313A)，使用分子中含有3个以上酯基的酯类化合物与聚二甲基硅氧烷作为碳纤维油剂主要成分是碳纤维低硅油剂的主要发展方向，同时也越来越受到人们的重视；双三羟甲基丙烷正辛酸酯是具有四元醇的脂肪酸酯，与现有的多元醇酯相比，更具有明显的优势。双三羟甲基丙烷酯分子中间存在柔性醚键，可以保证纤维产品具有很好的韧性；两个酯溶性乙基－C₂H₅的存在，可以保证与树脂、纤维等产品具有很好的相容性，使其具有更好的抗拉强度、伸张性、更有利于制品加工和使用。

以往常规高级脂肪酸酯的合成多采用苯磺酸和对甲苯磺酸作为催化剂，但要加入脱水剂促进脱水酯化反应的进行，脱水溶剂对后续分离产生不变。如果不加入脱水溶剂，采用固体超强酸、杂多酸作为催化剂，要在较高温度下进行，易副反应发生。如辽阳石化公司研究院秦中秋等人发表的“三羟甲基丙烷三异辛酯合成工艺研究”反应要在220℃下进行。

2010年宋岩等人报道了以双三羟甲基丙烷与正辛酸为原料，对甲基苯磺酸为催化剂，采用甲苯作为脱水剂，脱水酯化合成双三羟甲基丙烷正辛酸酯的技术路线。该工艺采用有机酸作为催化剂，甲苯作为脱水剂也为溶剂，进行酯化，，后期要进行氢氧化钠液碱综合处理，这样在产品中引入了钠金属离子，含量在80mg/L以上，该工艺的产品可用于塑料、树脂等增塑剂，但用于碳纤维油剂产品中，存在钠离子金属含量高的弊端，这是在碳纤维油剂产品中不允许。同时该技术存在溶剂使用量大、处理繁琐、工艺流程长、能耗高的缺点。

近年来，离子液体特别是酸性离子液体在酯化过程中的研究尤为活跃，它不仅可以作为反应的溶剂，使反应能够在均相条件下进行，还可以利用其所具有的Bronsted酸性或Lewis酸性作为催化剂，进行酸催化反应。例如，2006年南京理工大学化工学院岳彩波等人，发表的“新型酸性离子液体[Hmim]HSO₄中合成乙酸酯”文章，介绍了Bronsted酸性离子液体[Hmim]HSO₄的合成及在乙酸和乙醇酯化反应中的作用。2007年武汉大学公开了专利“一种酯化反应的离子液体催化剂及其制备方法和用途”(申请号：200710052175.7)采用N-烷基吡咯烷酮和甲烷磺酸反应生产吡咯烷酮基团的Bronsted酸性离子液体，可以用于醇酸酯化反应，但该离子液体在对含有多元醇的醇酸酯化反应中收率不理想，最高为93％。但上述技术合成的质子酸型离子液体对水和空气稳定，属于高效绿色的催化剂，这对以后酯化反应的研究奠定了基础。

发明内容

本发明的目的在于开发一种碳纤维油剂用的多元醇脂肪酸酯，具体的说是双三羟甲基丙烷正辛酸酯，该产品金属杂质，且方法简单，能耗低。

本发明提供一种碳纤维油剂用双三羟甲基丙烷正辛酸酯的合成方法，包括如下步骤：

在装有电动搅拌器、温度计、冷凝管的反应釜中，依次加入酸性离子液体[Hmim]HSO₄、双三羟甲基丙烷、正辛酸，缓慢升温，控制反应温度，回流一定时间，反应结束，反应液降温，静止分层，上层的双三羟甲基丙烷正辛酸酯经水洗、干燥得淡黄色油状产品。

其中，所述双三羟甲基丙烷和正辛酸摩尔比优选为1：4.2～4.5。

所述酸性离子液体[Hmim]HSO₄质量与反应物总质量比优选0.3～1.5：1。

所述反应温度优选为135～145℃。

所述回流时间优选为2～3.5小时。

本发明可详述如下：

本发明涉及在一种离子液[Hmim]HSO₄，即N-甲基咪唑和浓硫酸制备的酸性离子液体[Hmim]HSO₄中，由双三羟甲基丙烷和正辛酸，酯化反应制备双三羟甲基丙烷正辛酸酯的方法，酯化反应产品收率在97％以上。

在离子液[Hmim]HSO₄体系中，双三羟甲基丙烷和正辛酸，酯化反应方程式表达如下：

其制备步骤如下：