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环氧脂肪酸甲酯的制备及应用

发布日期:2019/11/2 13:16:10

背景及概述[1][2]

增塑剂是一种用量最大的塑料橡胶助剂,其中有一定毒性的邻苯二甲酸酯类使用最为广泛。随着人们对塑料增塑剂安全性能的要求越来越高,环氧类增塑剂越来越受到国内外研究者的重视。环氧脂肪酸甲酯是一种新型环保增塑剂,具有无毒、光热稳定性好、相容性好、挥发性低及迁移性小等优点,能有效替代邻苯二甲酸酯类的使用。

制备[1]

环氧脂肪酸甲酯的合成先是在酸性条件下甲酸和双氧水生成环氧化剂过氧甲酸,过氧甲酸再去氧化脂肪酸甲酯中的双键,主要反应方程式如下:

称取一定量自制的脂肪酸甲酯、甲酸及催化剂加入带机械搅拌和恒压滴加漏斗的三口烧瓶,搅拌下油浴加热,升至预定温度缓慢滴加过氧化氢,滴加结束后,保温反应一定时间。反应完成后,将反应液转至分液漏斗,静置分层,弃去下层水层,油层用一定量5%的NaOH 水溶液碱洗,然后用热水水洗至PH≈7,分去水层,得到粗产品。将粗产品减压蒸馏即可得目标产物环氧脂肪酸甲酯。

甲酸路线法适合于工业化生产环氧脂肪酸甲酯,通过添加复合表面活性剂缩短了反应周期,使用对甲苯磺酸作为酸催化剂,对操作人员和设备有利。优化的工艺条件为:脂肪酸甲酯:甲酸:过氧化氢=1∶0.1∶0.6,对甲苯磺酸加入量为 1.5%,复合表面活性剂的加入量为0.2%,反应时间4h,反应温度60℃。在此条件下产品的环氧值可达到 4.62%。

环氧值按GB 1677-81方法测定。产品结构表征,用KBr压片的红外光谱扫描。从图1中可以得出,脂肪酸甲酯在波数为3008.95 cm-1 处可观察到有明显的碳碳双键伸缩振动,而图2环氧脂肪酸酯相同波数附近没有该特征峰,同时环氧脂肪酸甲酯在波数为843.5cm-1处可看到有环氧基特征峰,表明双键已经发生了环氧化反应生成了环氧脂肪酸甲酯。

应用[2]

环氧脂肪酸甲酯可用于一般PVC塑料产品的生产和特殊功能 PVC塑料产品 生产,具有相容性好、水抽出率低、增塑效率高、无毒、不易挥发等特点,对人体没有潜在危害。在塑料制品中添加本产品能提高产品的柔韧度、 光泽度、耐 寒性、热和光稳定性,并能减少稳定剂的用量。因此该产品不但可以用于一般PVC塑料制品,而且在儿童玩具、食品和医药制品等PVC塑料产品方面也同样有一定的市场。

1.应用于PVC电线电缆料

韦兴祥等考察了环氧脂肪酸甲酯用量对PVC电线电缆料性能的影响:随着 环氧脂肪酸甲酯用量的增加,材料的电阻率呈下降趋势、冲击催化性能和热稳定性能改善,而拉伸性能变化不大,当环氧脂肪酸甲酯替代对苯二甲酸二辛酯(DOTP)的量为30%时,材料综合性能最优。

2.应用于PVC人造革

人造革又称仿皮,外观手感接近真皮,柔软 而且耐磨,由于真皮资源稀缺且价格昂贵,人造革在人们生活中的使用越来越广泛。环氧脂肪酸甲酯作为增塑剂可以用于PVC人造革的生产,制得的PVC人造革柔软,手感好,且对人体无害,更加环保,适用领域广泛。

3.应用于儿童玩具

环氧脂肪酸甲酯水抽出率低、增塑效率高、无毒、环保。经其增塑的塑料制品加工性能优良,热合性好、二次加工方便,是儿童玩具制造领域理想的增塑剂。

4.应用于食品包装材料

环氧脂肪酸甲酯无毒、无味,符合美国FDA食品添加物规则,是可用于食品包装材料的化学工艺助剂。添加该增塑剂生产的PVC包装材料不会引起食品异味,具有很好的热稳定性和热收缩性。

5.应用于医疗用品

在塑料制品中添加环氧脂肪酸甲酯能提高产品的柔韧度、光泽度、耐寒性、热和光稳定性。用了它的药物包装材料,弹性强,不易破碎。以环氧脂 肪酸甲酯作为增塑剂的PVC制品主要用于输液瓶、输液袋、输血袋等 。

6.其他领域

环氧脂肪酸甲酯具有良好的分散性、润滑性、相容性、也可用作涂料的分散剂,可生物降解的润滑剂,环氧脂肪酸甲酯中的环氧官能团由于极性和环张力而具有很高的反应活性,可以作为中间体,发生开环、聚合等反应,合成聚氨酯,聚酯,环氧树脂等。

主要参考资料

[1]高原,刘林兰,何光洪.环保增塑剂环氧脂肪酸甲酯的合成[J].浙江化工,2017,48(02):14-19.

[2]李祥庆,沈凯华,严秋钫.环氧脂肪酸甲酯的合成研究进展及应用[J].塑料助剂,2016(04):23-27.

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