環(huán)氧脂肪酸甲酯在室溫下為淺黃色液體，是一種相容性好、揮發(fā)性低、光熱穩(wěn)定性好的新型環(huán)保無毒增塑劑。此外，環(huán)氧脂肪酸甲酯還可作為表面活性劑和分散劑添加到環(huán)氧涂料和環(huán)氧樹脂中。符合可持續(xù)發(fā)展政策，在中國具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

圖1 豪邁化工小試微反設(shè)備

1 環(huán)氧脂肪酸甲酯的合成路線

環(huán)氧脂肪酸甲酯有兩種合成方法。一種是以環(huán)氧植物油為原料，通過與甲醇的酯交換反應(yīng)獲得環(huán)氧脂肪酸甲酯。其反應(yīng)類型為：

另一種方法是以不飽和脂肪酸甲酯為原料，通過不同的環(huán)氧化反應(yīng)備環(huán)氧脂肪酸甲酯，常用的合成路線為：

目前，我國環(huán)氧脂肪酸甲酯的生產(chǎn)主要采用無溶劑濃硫酸催化氧化和傳統(tǒng)釜式間歇反應(yīng)。反應(yīng)時(shí)間長，生產(chǎn)不連續(xù)，自控水平低，副反應(yīng)多，產(chǎn)品環(huán)氧值低。針對此問題，專門開發(fā)出一種運(yùn)用微通道反應(yīng)器合成環(huán)氧脂肪酸甲酯的工藝，相較于傳統(tǒng)工藝，此方法使用個(gè)縮短了反應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的連續(xù)化，自動(dòng)化，而且僅使用雙氧水進(jìn)行環(huán)氧化，無需添加濃硫酸、濃鹽酸催化，減少廢酸廢水排放，為環(huán)氧脂肪酸甲酯的工業(yè)化生產(chǎn)提供了一條綠色工藝。

2 微通道反應(yīng)器中環(huán)氧脂肪酸甲酯的合成研究

微通道反應(yīng)器中環(huán)氧脂肪酸甲酯的合成是以脂肪酸甲酯為原料，以過氧化氫和甲酸為氧化劑。將脂肪酸甲酯、70%雙氧水、88%甲酸按照一定的比例用平流泵進(jìn)料至微通道反應(yīng)器中，反應(yīng)體系保持1MPa左右壓力。冷熱一體機(jī)設(shè)備在反應(yīng)過程中高效保持反應(yīng)器內(nèi)溫度恒定。對產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步處理后的環(huán)氧值進(jìn)行分析檢測。

在實(shí)驗(yàn)過程中，根據(jù)反應(yīng)效果，及時(shí)調(diào)整反應(yīng)材料的比例、溫度和停留時(shí)間，找到較佳反應(yīng)條件。

圖2 在微反應(yīng)器中合成環(huán)氧脂肪酸甲酯的示意圖

3 結(jié)果分析與討論

3.1 反應(yīng)溫度對環(huán)氧值的影響

固定材料的反應(yīng)質(zhì)量比例為88%甲酸：70%過氧化氫：脂肪酸甲酯=0.04:0.5:1。反應(yīng)的停留時(shí)間是80s。調(diào)果如下圖所示：

圖3 反應(yīng)溫度對環(huán)氧值的影響

從圖中可以看出，隨著溫度的升高，當(dāng)溫度達(dá)到80時(shí)，產(chǎn)品的環(huán)氧值不斷升高℃當(dāng)環(huán)氧值達(dá)到較大值時(shí)，隨著溫度的升高，反應(yīng)難以控制，產(chǎn)生更多的副產(chǎn)品，降低產(chǎn)品的環(huán)氧值。

3.2 甲酸劑量對環(huán)氧值的影響

固定反應(yīng)溫度為80℃，停留時(shí)間為80s，與脂肪酸甲酯相比，70%的過氧化氫和材料質(zhì)量為0.5:1，改變88%甲酸的用量，調(diào)查其對環(huán)氧脂肪酸甲酯的影響，如圖4所示:

圖4 甲酸劑量對環(huán)氧值的影響

從圖中可以看出，88%的甲酸脂肪酸甲酯的比例為0.04:1，環(huán)氧值較高。如果甲酸量過少，產(chǎn)生的過氧甲酸量過少，產(chǎn)品的環(huán)氧值較小；如果甲酸量過大，很容易加速環(huán)氧化合物與水的開環(huán)副作用，但環(huán)氧值會下降。

3.3 對環(huán)氧值的影響

固定反應(yīng)溫度為80℃，停留時(shí)間為80s，88%的甲酸與脂肪酸甲酯的比例為0.如圖5所示：1、改變過氧化氫的用量，調(diào)查其對環(huán)氧脂肪酸甲酯的影響：

圖5 對環(huán)氧值的影響

從圖中可以看出，70%的過氧化氫與脂肪酸甲酯的質(zhì)量比為0.5:1產(chǎn)品的環(huán)氧值較高。當(dāng)過氧化氫的比例小于0.5時(shí)，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)過氧酸不足，導(dǎo)致環(huán)氧值過低。當(dāng)過氧化氫的比例高于0.5時(shí)，可能會進(jìn)一步導(dǎo)致環(huán)氧化物的分解，從而降低產(chǎn)品的環(huán)氧值。

3.4 反應(yīng)停留時(shí)間對環(huán)氧值的影響

固定反應(yīng)溫度為80℃，進(jìn)料質(zhì)量比例為88%甲酸：70%過氧化氫：脂肪酸甲酯=0.04：0.5:1。。反應(yīng)停留時(shí)間對甲氧基苯甲酸合成的影響如下圖所示：

圖6 停留時(shí)間對甲氧基苯甲酸合成的影響

從上圖可以看出，當(dāng)反應(yīng)停留時(shí)間為80s如果反應(yīng)時(shí)間短，產(chǎn)品的環(huán)氧值達(dá)到較大值， 反應(yīng)不足，環(huán)氧值低； 反應(yīng)時(shí)間過長， 過氧酸含量降低， 環(huán)氧化反應(yīng)減少，開環(huán)副反應(yīng)增加。

4 總結(jié)

本文介紹了英雄化工自主研發(fā)生產(chǎn)的微通道反應(yīng)器合成環(huán)氧脂肪酸甲酯的生產(chǎn)工藝，以70%的過氧化氫和88%的甲酸為質(zhì)量分?jǐn)?shù)制備環(huán)氧脂肪酸甲酯。與傳統(tǒng)的釜式反應(yīng)相比，反應(yīng)時(shí)間大大縮短，生產(chǎn)效率大大提高。同時(shí)，該工藝優(yōu)化了反應(yīng)原料的配比，提高了反應(yīng)的安全性，降低了工藝成本，減少了三廢處理。提高經(jīng)濟(jì)效益。