[发明专利]一种三羟甲基丙烷脂肪酸三酯的制备与纯化方法

说明书

技术领域

本发明属于可降解生物润滑油领域，具体涉及一种利用各种动植物油脂来源的脂肪酸甲酯制备三羟甲基丙烷脂肪酸三酯的方法。

背景技术

传统润滑油来自石油，同塑料一样，使用废弃后无法生物降解。废弃润滑油已经成为全球最大的液体污染源。我国每年废弃润滑油(机油)达600多万吨，直接影响着环境的保护和经济的可持续发展。没有润滑油，就没有现代工业。任何有传动、摩擦的地方都需要润滑油来减少磨损，提高机器寿命。生物润滑油(biolubricant)是近年来欧美开始研究，并逐步产业化的石油润滑油的新型替代品。具有润滑效率高、耐磨、耐高温以及可生物降解的优点。由于其环境友好以及可再生等优点，在欧美发达国家成为重点发展的新型工业，近年来，陆续出现工业化产品。三羟甲基丙烷(trimethylolpropane，TMP)脂肪酸三酯是一种主要的生物润滑油成分，结构如图1所示。可以用动植物油脂、潲水油、地沟油以及酸化油为原料，先制备脂肪酸甲酯，然后脂肪酸甲酯进一步和TMP反应得到三羟基丙烷脂肪酸三酯。现有文献中还没有关于三羟甲基丙烷脂肪酸三酯制备方面的报道。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的首要目的在于提供一种三羟甲基丙烷脂肪酸三酯的制备与纯化方法；该方法利用动植物油脂的脂肪酸甲酯为原料制备和纯化三羟甲基丙烷脂肪酸三酯。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种三羟甲基丙烷脂肪酸三酯的制备与纯化方法，包括以下操作步骤：

(1)三羟甲基丙烷脂肪酸三酯的合成：以脂肪酸甲酯和三羟甲基丙烷(TMP)为原料，加入碱性催化剂，在真空条件下进行酯交换反应，控制回流冷凝器中的冷却水温度，使得酯交换生成的甲醇被真空抽走，TMP冷凝回流，得到酯交换反应混合物；

(2)反应液的中和及水洗：向步骤(1)所得酯交换反应混合物中加入磷酸溶液，中和反应除去碱性催化剂；反应结束后，静置分层或者离心分层，上层油层的主要成分是三羟甲基丙烷脂肪酸酯和过量的脂肪酸甲酯，下层水层为水和中和生成的磷酸盐；将上层油层用去离子水水洗，再通过静置分离或者离心分离，进一步除去残留的盐，得到油层和水层；

(3)三羟甲基丙烷脂肪酸三酯的纯化：将步骤(2)所得油层在真空下脱水干燥，通过刮膜式分子蒸馏的方法脱除和回收过量的脂肪酸甲酯，所得重相为纯化的三羟甲基丙烷脂肪酸三酯产品，所得轻相为回收的脂肪酸甲酯。

步骤(1)所述脂肪酸甲酯的纯度一般大于99％，酸值低于1.0mgKOH/mg；或者采用符合GB/T20828-2007标准的生物柴油产品为脂肪酸甲酯原料。

步骤(1)所述原料中脂肪酸甲酯和TMP的摩尔比为3～5.5∶1；所述碱性催化剂与TMP的摩尔比为0.025～0.15∶1；所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾和碳酸氢钠；所述酯交换反应的时间为30～300min，反应温度为110～160℃，反应压力为100～5000Pa；所述回流冷凝器中的冷却水的温度为30～80℃。

步骤(1)所述原料中脂肪酸甲酯和TMP的摩尔比为4∶1；所述碱性催化剂与TMP的摩尔比为0.09∶1；所述碱性催化剂为碳酸钾；所述酯交换反应的时间为60min，反应温度为120℃，反应压力为300Pa；所述回流冷凝器中的冷却水的温度为30℃。

步骤(2)所述磷酸溶液的添加量为酯交换反应混合物重量的10～30％，磷酸的绝对添加量为中和碱性催化剂所需理论磷酸量的80～120％；所述中和反应温度为60～90℃，反应时间为15～60min；所述静置分层的时间为30～90min；所述离心分层的时间为10～20min，离心力为1000～3000g；所述去离子水水洗采用的去离子水为上层油层重量的10～30％，所述水洗温度为60～90℃，水洗时间为15～60min；所述静置分离的时间为30～90min；所述离心分离的时间为10～20min，离心力为1000～3000g。

步骤(2)所述磷酸溶液的添加量为酯交换反应混合物重量的10％，磷酸的绝对添加量为中和碱性催化剂所需理论磷酸量的90％；所述中和反应温度为70℃，反应时间为20min；所述静置分层的时间为60min；所述离心分层的时间为15min，离心力为1500g；所述去离子水水洗采用的去离子水为上层油层重量的10％，所述水洗温度为90℃，水洗时间为30min；所述静置分离的时间为90min；所述离心分离的时间为20min，离心力为2000g。