一种中长/短链异山梨醇基结构脂增塑剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种中长/短链异山梨醇基结构脂增塑剂及其制备方法，属于塑料助剂领域。本发明专利技术采用具有芳香结构的异山梨醇与中长链脂肪酸和短链脂肪酸进行酯化反应和酰化反应制得中长/短链脂肪酸异山梨醇结构脂。其具有和苯二甲酸酯类增塑剂相似的化学结构和理化特性，具有可再生、绿色无毒、生物可降解等特点。其结构如下：n=6

【技术实现步骤摘要】
一种中长/短链异山梨醇基结构脂增塑剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种中长/短链异山梨醇基结构脂增塑剂及其制备方法，属于塑料助剂领域。

技术介绍

[0002]在“碳达峰碳中和”的大背景下，生物基增塑剂替代石油基增塑剂必将成为发展趋势。苯二甲酸酯类增塑剂具有潜在毒性和致癌性会对人体健康和生态环境产生极大的威胁。生物质来源的生物基增塑剂具有绿色、无毒、生物可降解性将会有广阔的发展前景。
[0003]中长/短链脂肪酸异山梨醇结构脂增塑剂来源于纤维素、葡萄糖和油脂，具有可再生、绿色无毒、可生物降解等特点。相较而言，具有和苯二甲酸类增塑剂相似的化学结构和理化特性。同时，具有可设计性和良好的PVC、PLA相容性、良好的力学性能、玻璃化转变温度低、热稳定性好、低挥发性、低迁移性和耐抽提性等优点。因此，开发此类增塑剂具有很好的实际应用价值。李文博、任亮、陶子俊等研究了“异山梨醇基增塑剂的制备及其增塑PVC的性能”(《工程塑料应用》2021年4期)，其通过异山梨醇和壬酸合成一种新型生物基增塑剂—异山梨醇二正壬酸酯(SDN)来改性聚氯乙烯(PVC)树脂，研究了绿色增塑剂的增塑作用及对共混物性能的影响，但是SDN不具有可设计性，不能满足PVC不同的配方要求，对PLA的相容性和迁移性欠佳。目前未见中长/短链脂肪酸异山梨醇结构脂增塑剂的相关报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种中长/短链脂肪酸异山梨醇结构脂增塑剂。
[0005]为实现本专利技术目的，技术方案如下：
[0006]该中长/短链脂肪酸异山梨醇结构脂增塑剂结构如下：n＝6
‑
16；m＝0
‑
5。
[0007]其通过以下步骤制备：
[0008](1)将异山梨醇和中长链脂肪酸投入反应釜，加入催化剂，在真空下，升温进行酯化反应。反应结束后，降温，测定酸值小于3达到终点，得到异山梨醇单脂肪酸酯。异山梨醇和中长链脂肪酸摩尔比优选1:1。反应温度优选160
‑
190℃。
[0009](2)将短链脂肪酸酐逐步加入到上述异山梨醇单脂肪酸酯中，同时加入催化剂，在真空下加热到120
‑
140℃进行酰化反应，反应结束后降温，测定酸值小于3为终点。将得到的粗品进行过滤、洗涤、蒸馏精制即可。异山梨醇单脂肪酸酯和短链脂肪酸酐的摩尔比优选1:1；反应温度优选130℃。
[0010]所述催化剂为酞酸四丁酯、苯磺酸、磷酸、磷钨酸盐等其中一种或多种。
[0011]所述的中长链脂肪酸为C8
‑
18饱和脂肪酸，优选：辛酸、异辛酸、癸酸、月桂酸、棕榈酸、环氧化油酸或硬脂酸等。
[0012]所述的短链脂肪酸酐为C2
‑
7饱和脂肪酸酐，优选乙酸酐、丁酸酐、戊酸酐或庚酸酐等。
[0013]本专利技术优点：本专利技术增塑剂来源于生物质，具有可再生、绿色无毒、生物可降解等特点。具有和苯二甲酸酯类增塑剂相似的化学结构和理化特性。
附图说明
[0014]图1为加入不同增塑剂的PVC试片的分解温度曲线图；
[0015]图2为不同PVC试片中增塑剂在质量百分比95％乙醇中的迁移情况；
[0016]图3为不同增塑剂在PVC试片中的挥发损失率与时间的关系柱状图；
[0017]图4为不同PLA试片中增塑剂在质量百分比95％乙醇中的迁移情况：
[0018]图5为不同增塑剂在PLA试片中的挥发损失率与时间的关系柱状图。
具体实施方式
[0019]为对本专利技术进行更好地说明，举实施如下：
[0020]实施例1
[0021](1)将异山梨醇和辛酸以1:1摩尔比投入反应釜中，加入磷钨酸盐催化剂，在真空下，升温到160℃进行酯化反应。反应4
‑
5h后，降温至60℃，测定酸值小于3达到终点，得到异山梨醇单脂肪酸酯。
[0022](2)将乙酸酐以1:1摩尔比逐步加入到上述异山梨醇单脂肪酸酯中，同时再补加磷钨酸盐催化剂，在真空下加热130℃进行酰化反应2h，反应结束后降温至60℃，测定酸值小于3为终点。将得到的粗品进行过滤、洗涤、蒸馏精制即可。
[0023]实施例2
[0024](1)将异山梨醇和月桂酸以1:1摩尔比投入反应釜中，加入苯磺酸催化剂，在真空下，升温到180℃进行酯化反应。反应4
‑
5h后，降温至60℃，测定酸值小于3达到终点，得到异山梨醇单脂肪酸酯。
[0025](2)将丁酸酐以1:1摩尔比逐步加入到上述异山梨醇单脂肪酸酯中，同时再补加苯磺酸催化剂，在真空下加热130℃进行酰化反应2h，反应结束后降温至60℃，测定酸值小于3为终点。将得到的粗品进行过滤、洗涤、蒸馏精制即可。
[0026]实施例3
[0027](1)将异山梨醇和环氧化油酸以1:1摩尔比投入反应釜中，加入苯磺酸催化剂，在真空下，升温到170℃进行酯化反应。反应4
‑
5h后，降温至60℃，测定酸值小于3达到终点，得到异山梨醇单脂肪酸酯。
[0028](2)将庚酸酐以1:1摩尔比逐步加入到上述异山梨醇单脂肪酸酯中，同时再补加苯磺酸催化剂，在真空下加热130℃进行酰化反应2h，反应结束后降温至60℃，测定酸值小于3为终点。将得到的粗品进行过滤、洗涤、蒸馏精制即可。
[0029]应用例1
[0030]上述实施例制得的增塑剂简称ISP，将其应用在PVC中，性能测试如下：
[0031]1、与DOP、DOTP,TBC、ATBC等相比，ISP的分解温度是最高的，有很好的热稳定性，见附图1和表1。
[0032]加入不同增塑剂的PVC试片的分解温度如下表:
[0033]表1
[0034][0035]2、根据欧盟食品级测试法规food(EU)No1020116112对加入不同增塑剂(ISP、DOP、DOTP TBC、ATBC)的PVC试片进行迁移率测试，结果表明：在质量百分比95％的乙醇溶液中，ISP与DOP、DOTP、TBC、ATBC等相比其迁移率较小，见附图2。
[0036]3、根据HG/T 4458
‑
2012中的活性炭法对加入不同增塑剂(ISP、DOP、TBC、ATBC)的PVC试片进行挥发损失率测试，ISP试片的挥发损失率明显低于其他产品试片，见附图3。
[0037]4、加入不同增塑剂的PVC试片机械强度实验：
[0038][0039]应用例2
[0040]在PLA中的应用：
[0041]1、根据欧盟食品级测试法规food(EU)No1020116112对PLA试片(增塑剂添加量20％)进行迁移率测试实验，结果表明，与传统增塑剂ESO、TBC、ATBC等相比，ISP试片迁移率较小。从而说明ISP与PLA材料具有很好的相容性，见附图4。
[0042]2、根据HG/T 4458
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2012中的活性炭法对加入不同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异山梨醇基增塑剂，其特征在于：该增塑剂为中长/短链脂肪酸异山梨醇结构脂，其分子结构式如下： n=6
‑
16；m=0
‑
5。2.一种制备如权利要求1所述的异山梨醇基增塑剂的方法，其特征在于，通过以下步骤制备：（1）将异山梨醇和中长链脂肪酸投入反应釜，加入催化剂，在真空下，升温到140
‑
190℃进行酯化反应，反应结束后，降温，测定酸值小于3达到终点，得到异山梨醇单脂肪酸酯；所述异山梨醇和中长链脂肪酸摩尔比选1:1；（2）将短链脂肪酸酐逐步加入到上述异山梨醇单脂肪酸酯中，同时加入催化剂，在真空下加热到12...

【专利技术属性】
技术研发人员：楚喆，
申请(专利权)人：河南正通食品科技有限公司，
类型：发明
国别省市：