科学

ESO

浅黄色黏稠油状液体有机物

中文名:环氧大豆油 外文名:ESO 适用领域: 所属学科: 熔点:-10~5℃ 分子量:约1000
ESO介绍
环氧大豆油(epoxidized soybean oil,简称ESO),是一类有机物,化学式为(RC2H2OR'COO)3C3H5,常温下为浅黄色黏稠油状液体。无毒。沸点150℃(0.53kPa)。溶于大多数有机溶剂和烃类,不溶于水。具有优良的耐热、耐光性及相溶性。常用于聚氯乙烯制品作增塑剂,尤其适用于聚氯乙烯透明制品、食品包装制品及其它无毒制品中

发展

1909年由Prileschajew使用过苯甲酸试剂实现了用不饱和化合物与有机过氧酸反应制备环氧化物,然而由于该方法成本太高,工业生产上无法使用。

20世纪40年代中、后期环氧化合物作为增塑剂使用,推动其进入快速发展。Archer-Daniels-Midland公司和FMC公司成功开发了硫酸法就地制过氧乙酸制备环氧大豆油的工艺,FMC公司还提出采取惰性溶剂如苯或己烷减少产生的环氧基在硫酸催化下开环而导致产率降低的改良方法。

1949年Rohm and Haos公司提出就地制甲酸生产环氧化植物油的方法,该方法反应活性强,可以不使用催化剂。

20世纪50年代初,国外开始生产环氧大豆油,主要生产国有美国、英国、德国、日本和前苏联。

1953年美国DuPont公司首先试验成功以树脂作为催化剂生产环氧化植物油的方法,并用于工业生产。

20世纪60年代相继出现了用乙醛气相氧化过乙酸和液相氧化过乙酸连续环氧化装置。

20世纪70年代初在西欧国家开始研制环氧大豆油的生产工艺,并投入使用。后因成本较高,价格昂贵,曾一度停止生产。再后来研究发现环氧大豆油既可代替部分增塑剂,又可少用或不用有毒的热稳定剂铅盐,还可以起到光稳定剂的作用,因此又加强了对环氧大豆油的研制并重新投入生产。生产工艺由有溶剂法转向无溶剂法,从间歇式生产转向连续化生产,从单一型催化剂向复合型发展。

中国于60年代初期开始生产环氧大豆油。1966年投入工业化生产,前期采用溶剂法生产,由于存在溶剂回收困难、生产周期长、产品质量差、成本高、环境污染大等缺点,发展速度缓慢。

到80年代初才开始研究无溶剂法合成工艺和对环氧大豆油在聚氯乙烯制品中的作用进行研究。1987年张怀俊等人报导了无溶剂一步就地制环氧大豆油的新工艺。90年代初期取得较大的发展,1990年报导了树脂催化的环氧化工艺,逐步取代溶剂法生产工艺。四川、江西、江苏等省相继建立起5个生产厂家。

物理性质

大豆油为一甘油的脂肪酸酯混合物,其脂肪酸成分为:亚油酸质量分数51%一57%,油酸质量分数32%一36%,棕榈酸质量分数2.4%一6.8%,硬脂酸质量分数4.4%一7.3%,因而环氧大豆油的成分也很复杂。

折射率(nD):1.4713

相对密度:0.988-0.999(20/4℃)

该品在水中的溶解度,溶于烃类、酮类、酯类、高级醇等有机溶剂,微溶于乙醇,不溶于水。

黏度(25℃):325mPa·s

蒸气压:13.32Pa(150℃)

表面张力:34dyn/cm(20℃)

膨胀系数:0.00071/℃(10-40℃)

着火点:310℃

化学性质

环氧大豆油上的环氧基可以与胺基发生开环反应。例如以4,4'-二硫代二苯胺(APD)为固化剂,以氨基/环氧当量比0.7/1.0,在无催化条件下合成了含动态二硫键的ESO。

环氧大豆油上的环氧基可以与羧基发生开环反应。例如10%ESO与羧基端聚蓖麻油酸酯(PRA)在160℃温度下反应约10min便可聚合形成高粘度高弹性聚合体。

环氧大豆油上的环氧基可以与磷酸发生开环反应,生成磷酸化环氧大豆油多元醇。例如取31g叔丁醇、5g磷酸、10mL去离子水于四口烧瓶中,升温至82℃,进入回流状态;再把100g大豆油(ESO)、10mL去离子水、46.5g叔丁醇放入到恒压漏斗中,逐渐滴入到四口烧瓶,1h滴完,滴完后反应6h;将反应后的产物加入到350g乙酸乙酯中,再用去离子水反复洗,直至溶液显示至中性,然后通过减压蒸馏除去乙酸乙酯和叔丁醇,最终得到磷酸化大豆油多元醇(PESOP)。

环氧大豆油上的环氧基可以与磷酸酯发生开环反应。例如将400mgESO溶于二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中,用磁力搅拌器搅拌30分钟。另外将2gDOPO充分溶解在另一个装有20mLDMF溶剂的烧杯中。然后加入2mg的硫胺素焦磷酸(TPP)作为催化剂,在130℃下加热1.5天。最后使用真空烘箱将DMF溶剂从最终产品中去除,便可合成DOPO-jointedESO。

环氧大豆油可以在催化剂催化下,利用开环剂,开环制备得到植物油基多元醇。例如将30g环氧大豆油,90g异丙醇作为溶剂,60g甘油作为开环剂及0.3g磁性固体酸催化剂加入三颈烧瓶,在80℃下机械搅拌6h后停止反应,使用外加磁场将催化剂固定于烧瓶底部,并将剩余反应液倾倒。反应结束后在反应液中加入水萃取至下层溶液中检测不到甘油的存在(CuSO4检测),将得到的上层黄色液体真空旋蒸即得到最终产物大豆油多元醇。

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