Способ получения эпоксидированных растительных масел

 

Использование: в качестве пластификаторов-стабилизаторов для хлорорганических полимерных материалов. Сущность изобретения: продукт - эпоксидированные эфирные растительные масла. Реагент 1: растительное масло. Реагент 2: пероксид водорода. Условия реакции: муравьиная кислота, 60 - 80^oС, эпоксидированное масло. 3 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к эпоксисоединениям, а именно к способу получения эпоксидированных растительных масел (ЭРМ), предпочтительно соевого, подсолнечного льняного, рапсового, хлопкового.

Эпоксидированные растительные масла широко используются в качестве пластификаторов-стабилизаторов для многих хлорорганических полимерных материалов, являясь в этой области приоритетными компонентами.

Известен способ эпоксидирования двойных связей пероксидом водорода и муравьиной кислотой в присутствии катализатора гидроксиэтан-1,2-дифосфоновой кислоты [1] Существенным недостатком указанного способа являются использование катализатора-стабилизатора, что усложняет переработку конечных водных стоков; применение дорогостоящих и опасных высококонцентрированных растворов пероксида водорода (50-90% вес. основного вещества), предпочтительно 70% сложная технологическая схема, включающая минимум три реактора в комплексе с сепараторами и противоточно-перекрестным движением потоков; недостаточно высокое качество эпоксидированного соевого масла (иодное число не ниже 2,2; эпоксидное число не более 6,2).

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ [2] получения эпоксидированных эфиров жирных кислот путем эпоксидирования эфиров ненасыщенных жирных кислот в среде пластификаторов смесью муравьиной кислоты и перекиси водорода. Процесс ведут при температуре 70-75^оС с поддержанием в процессе реакции кислотности водного слоя 70-110 мг КОН/г путем добавления муравьиной кислоты. Общее время эпоксидирования составляет 11-12 ч.

Основными недостатками способа-прототипа являются использование в качестве растворителя пластификаторов, что ухудшает экологические и технологические характеристики процесса, ограничивает области применения эпоксидированных эфиров из-за нахождения их в смеси с пластификаторами, прежде всего в пищевой и медицинской промышленности, относительно низкое качество продукта (эпоксидное число 7), невысокая интенсивность процесса в реакторе.

Целью изобретения является повышение качества эпоксидированных растительных масел путем увеличения значения эпоксидного числа; уменьшения выхода побочных веществ; интенсификация процесса; создание технологии с высокими природоохранными характеристиками за счет исключения применения токсичных растворителей, что позволяет также получать эпоксидированные растительные масла не содержащие токсичных растворителей и отвечающие требованиям, предъявляемым при использовании полимерных хлорсодержащих композиций для изготовления химически и экологически безопасных изделий и материалов медицинского и пищевого назначения.

Цель достигается тем, что процесс осуществляют путем взаимодействия растительных масел с пероксидом водорода в присутствии муравьиной кислоты (подаются в реактор одновременно или раздельными потоками) при температуре 60-80^оС, при этом к исходному растительному маслу добавляют готовый продукт эпоксидированное растительное масло в количестве 0,2-50 мас. содержание инертного растворителя составляет 0-50 мас. к исходному растительному маслу, общее содержание воды в процессе составляет 10-100 мас. от исходного количества растительного масла.

Предлагаемый способ позволяет интенсифицировать процесс (сократить время реакции); обеспечивает получение эпоксидированных продуктов высокого качества, которые могут быть использованы при производстве полимерных композиций для пищевых и медицинских целей (например, для соевого масла значение эпоксидного числа составляет 7,60-7,90, что выше указанного в прототипе); упрощает технологический процесс.

Несоблюдение заявляемых условий не позволяет достигнуть целей изобретения. Сущность предлагаемого способа изложена в следующих примерах.

П р и м е р 1. В реактор с мешалкой, обратным холодильником, рубашкой для нагрева и охлаждения загружают 1950 г соевого масла с иодным числом 142 (что соответствует 10,9 грамм-эквивалентам двойных связей), 975 г толуола и добавляют 9,75 г готового эпоксидированного соевого масла с эпоксидным числом 7,8. Содержимое реактора при перемешивании нагревают до температуры 70 ± 2^оС, после чего одновременно дозируют в течение 50 мин из соответствующих мерников 35%-ный водный раствор пероксида водорода в количестве 22,89 молей пероксида водорода и 86,5%-ный раствор муравьиной кислоты в количестве 8,72 молей муравьиной кислоты. Температуру реакционной смеси поддерживают в пределах 70 ± 2 ^oС. По окончании дозирования компонентов реакционную смесь выдерживают еще в течение 4-х часов при той же температуре, после чего реакционную массу охлаждают до температуры 50 ± 2^оС, затем выключают перемешивание и проводят разделение водной и органической фазы. Органический слой подвергают водной экстракционной очистке до получения кислотного числа (в пересчете на 100% -ное масло) не более 0,4 мг КОН/г масла, затем удаляют растворитель и воду под вакуумом и продукт фильтруют. Получают эпоксидированное соевое масло, имеющее следующие показатели: эпоксидное число 7,72, иодное число 1,5, содержание летучих компонентов не более 0,04 мас. Производительность реактора (съем эпоксидированного соевого масла с единицы объема реакционной массы в единицу времени) составляет 78,4 кг/м^{3 .} ч.

П р и м е р ы 2-12 выполнены по примеру 1, условия проведения и результаты сведены в таблицу.

Как следует из данных примеров 1-12, выполнение условий по предлагаемому способу позволяет повысить качество эпоксидированных масел, достигнув значения эпоксидного числа в готовом продукте, например, для эпоксидированного соевого масла 7,90 (пример 4) вместо 7,0 (по прототипу); интенсифицировать процесс, достигнув производительности реактора 167,8 кг/м^3.ч (пример 7) вместо 35,9 кг/м^3.ч (по прототипу); эпоксидированное растительное масло, полученное по технологии, исключающей применение инертного растворителя, не содержит токсичных примесей, одновременно упрощается технологический процесс и улучшаются его экологические и технологические характеристики.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭПОКСИДИРОВАННЫХ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ путем взаимодействия растительного масла с пероксидом водорода в присутствии муравьиной кислоты при повышенной температуре в среде органического растворителя, отличающийся тем, что в исходную реакционную смесь вводят соответствующие эпоксидированные масла в количестве 0,2 50 мас. и процесс ведут при 60 80^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что органический растворитель заменяют частично или полностью на эпоксидированный продукт в количестве 0,5 - 50 мас. от исходного растительного масла.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду вводят в реакционную смесь за все время процесса в количестве 0,53 0,88 мас. от всей реакционной массы.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве исходного растительного масла используют соевое, подсолнечное, рапсовое, льняное, хлопковое.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2