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天行健,君子以自强不息。地势坤,君子以厚德载物。——《周易》
浅谈蓖麻油的改性及其应用研究进展
前言
随着环境问题的日益严峻,世界石油资源的紧缺和石油价格的不
断上涨,开发利用生物降解性好的可再生资源制备化工产品,已成为
化工领域各行各业共同关注的焦点。蓖麻,大戟科蓖麻属植物,其主
要产地在印度、巴西以及中国,是一年或多年生草本植物,种子椭圆
形,含油量在42%~48%,用于制备可生物降解的润滑油、媒染剂、药
物等。源于蓖麻的蓖麻油是一种天然的脂肪酸甘油三酸酯,脂肪酸中
90%是蓖麻油酸(9-烯基-12-羟基十八酸),还有10%不含羟基的油酸和
亚油酸,是自然界中唯一含有羟基的植物油。蓖麻油的羟基平均官能
度为2.7左右,碘值为82~90mg(I2)/g,属于不干性油,皂化值
170~190mg(KOH)/g,羟基值155~165mg(KOH)/g。
由于蓖麻油结构中含有烯烃双键、酯基、羟基等活性基团,因而
可以通过酯化、氢化、环氧化、脱氢、脱水、醇解及酯交换等一系列
化学反应,制备出各种适用的原材料。然后,再通过深度加工制成聚
合物材料,如:表面涂料、弹性材料、泡沫保温材料、过滤材料等。
目前,蓖麻油及其衍生物被广泛应用于生物柴油、紫外光固化涂料、
润滑剂、皮革加工助剂、泡沫塑料、水性聚氨酯等诸多领域。
1蓖麻油的改性
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天行健,君子以自强不息。地势坤,君子以厚德载物。——《周易》
1.1琥珀酸酯化改性
蓖麻油因其羟基值较高,工业上利用蓖麻油酸分子位于12位碳
原子上羟基的有关反应进行改性。蓖麻油的琥珀酸酯化反应是通过蓖
麻油分子中羟基与不饱和酸酐发生酯化,增加其亲水性。
该反应是一个复杂的反应过程,首先是马来酸酐开环同蓖麻油上
的仲羟基发生酯化,此步反应较易进行,且没有副产物生成。另外,
在条件允许的情况下,马来酸酐开环后,生成的羧基还会继续同蓖麻
油上的羟基进一步酯化,即马来酸酐发生双酯化反应,此时就会有副
产物水生成。因此,可以通过生成水分的多少来判断马来酸酐的双酯
化程度。鲍利红等研究了催化剂对马来酸酐与蓖麻油反应的影响,发
现催化剂对反应起着决定性作用,它的加入有利于马来酸酐的双酯化。
E.Mistri等在无催化剂条件下优化了蓖麻油的琥珀酸酯化反应条
件,得出最佳反应条件:顺丁烯二酸酐和蓖麻油反应的摩尔比为3∶
1,125℃条件下搅拌反应4h。该反应进度可通过检测反应过程中体
系的酸值和黏度系数来衡量。
1.2氢化改性
由于在蓖麻酸的碳链上含有不饱和双键(mdash;CH=CHmdash;),
在加压和催化剂作用下,与氢气混合,就会发生加成反应,使碳键饱
和。但由于蓖麻酸甘三酯包含有三蓖麻酸甘-11、二蓖麻酸甘-11和一
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天行健,君子以自强不息。地势坤,君子以厚德载物。——《周易》
蓖麻酸甘三酯三种饱和度不同的分子结构,这三者与催化剂吸附的强
弱、先后次序有很大差别,氢化速率不同,因此,对蓖麻油的一个特
定官能团进行选择性氢化,可得到不同的产品,如:12-羟基硬脂酸酯、
硬脂酸酯、蓖麻烯醇、l2-酮基硬脂酸甘油酯等。
已有研究表明,以DM-2型镍催化剂催化蓖麻油氢化,在低氢气
压强(0.59~0.79MPa)的条件下,温度在100~120℃时,反应时间为
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