柠檬酸三丁酯(TBC)是一种优良的环保增塑剂和润滑剂。在常温下,它是无毒、有果香味、透明且为油状液体。其沸点为170℃(133.3Pa),闪点为185℃(开杯)。它能溶于多数有机溶剂,并具有挥发性小、与树脂相容性好、增塑效率高等特点,在欧美等国家被允许用于食品包装和医疗制品,以及儿童软质玩具、制药、医用制品、香精香料及化妆品制造等行业。该物质还能赋予产品良好的耐寒性和耐水性,并且抗霉性强。在树脂经过TBC增塑后,其透明度良好且低温绕曲性能佳,在不同介质中具有低挥发性和低抽出性。热稳定性好,遇热不变色;用本品制备的润滑油同样具备优良的润滑性能。
新型无毒塑料增塑剂目前工业上常用的增塑剂为邻苯二甲酸酯类,因可能导致致癌已被国外严格控制使用,并且我国也制定了相关法规逐步淘汰其在食品包装材料、医疗器具和玩具中的应用。柠檬酸三丁酯(TBC)是一种新型的无毒塑料增塑剂,由于具有良好的相溶性、高增塑效率、无毒性不易挥发及耐候性强等特点而受到广泛的关注,并成为替代邻苯二甲酸酯类的理想选择,是绿色环保产品。随着人们对环保意识的提高和相关法规的不断完善,开发生产TBC有着极好的发展前景。
柠檬酸三丁酯通常是由柠檬酸与正丁醇在催化剂作用下进行酯化反应制得,传统的催化剂为浓硫酸,尽管其价格低廉且催化活性高,但存在严重的设备腐蚀问题、复杂的后处理工艺以及选择性差和环境污染等问题。因此,寻找可替代浓硫酸的催化剂的研究十分活跃,目前已经发现了很多效果较好的催化剂:
一水合硫酸氢钠催化合成柠檬酸三丁酯
一水合硫酸氢钠是一种强离子型化合物,易溶于水且呈强酸性,但在有机酸和醇反应体系中不溶解。研究表明,其作为酯化反应的催化剂具有高催化活性、稳定性好、收率高、易于分离、合成方法简便无腐蚀无污染的优点。
固体超强酸催化合成
超强酸的酸性强于100%硫酸,在酯化反应中表现出选择性好、反应速度快、高收率、操作方便、催化剂稳定可重复使用且不腐蚀设备的特点,是一种具有发展前途的催化剂。
对甲苯磺酸催化合成
对甲苯磺酸作为一种强有机酸,其作为酯化反应的催化剂相比浓硫酸能减少对设备的腐蚀和三废污染。该催化剂活性高、选择性好、成本低且用量少,适用于工业化生产。
杂多酸催化合成柠檬酸三丁酯
杂多酸是多元质子强酸,酸性强有利于形成盐,为其他亲核基团提供进攻条件并能提高反应收率。该催化剂具有高选择性和优异的稳定性,在实际应用中表现出良好的效果。
柠檬酸和正丁醇(投料比为1∶1)在0.3%硫酸的作用下于150℃回流4~5小时,反应物的酸值降至1mgKOH/g以下即达到酯化终点。产物通过活性炭脱色、过滤、中和、水洗、减压蒸馏后得到成品。
制备方法如下:
中文名称 | 英文名称 | CAS号 | 化学式 | 分子量 |
---|---|---|---|---|
柠檬酸酐 | citric acid anhydride | 24555-16-6 | C6H6O6 | 174.11 |
柠檬酸 | citric acid | 77-92-9 | C6H8O7 | 192.125 |
中文名称 | 英文名称 | CAS号 | 化学式 | 分子量 |
---|---|---|---|---|
—— | trihexyl citrate | 16544-70-0 | C24H44O7 | 444.609 |
乙酰柠檬酸三丁酯 | acetyltributyl citrate | 77-90-7 | C20H34O8 | 402.485 |
—— | propane-1,2,3-tricarboxylic acid tributyl ester | 38094-11-0 | C18H32O6 | 344.448 |