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一种蜡的酯化改性方法与流程

花匠小妙招
2025-03-02 08:53

本发明涉及化工领域，具体涉及一种蜡的酯化改性方法。

背景技术：

费托蜡是亚甲基聚合物，是天然气合成的烷烃。费托合成就是指将一氧化碳和氢气，在高压下，加上独特的催化剂合成烷烃的一种生产过程。根据下游产品(如燃料、润滑油、蜡)的要求，费托工艺可以合成不同链长度的烷烃，并采取蒸馏的办法分离烷烃。目前天然气合成费托蜡已经被广泛地应用于天然气转化为合成燃料的用途上。费托蜡由90～95％的常规石蜡烃组成，其余的是在分子末端有分支的叔烃和甲基烃。

通常所用的动植物蜡一般都是酯化蜡，如蜂蜡、虫蜡、卡拉巴蜡、甘蔗蜡等，具有极佳的光泽、乳化性、颜料分散性、持油性，在许多行业有着广泛的应用，是重要的化工原料。但由于其来源、气候、价格等方面的因素，加之某些性能如滴点、韧性等不能满足特殊需要，从而促使了改性酯化蜡的迅速发展。

在现有的一种酯化蜡的合成方法中，以微晶蜡为原料同高碳醇反应一步合成。其中的高碳醇为c18-c24醇，价格非常高昂，成本非常高；在纯氧以及高温(120℃-160℃)的条件下进行氧化酯化一步合成，极有可能将高碳醇也进行氧化进而引入醛和羧酸等杂质，杂质的引入会使蜡的针入度提高，同时将蜡的焓值以及熔点等降低，进而影响蜡的色泽以及光滑度等品质，影响产品的质量。

在现有的一种褐煤蜡酯化精制的乳化型蜡及其制备方法中，将蜡溶解在一种有机溶剂(苯、甲苯、二甲苯等)中，充分溶解后加入醇类物质进行酯化反应；这种方法的优点在于酸和醇都充分地溶解在了有机溶剂中，接触比较充分；缺点是该方法的溶剂采用回流的方法带水来使酯化反应朝正向进行，这样在反应的过程中溶剂是不断减少的，而该方法却没有对溶剂进行补充；同时溶剂的量为蜡的一到三倍，而蜡经过加热其实本来就可以以一种液态的形式存在，这样加入溶剂来溶解蜡其实是没有必要的，这样加热溶解蜡以及后续蒸馏溶剂都是对能源的不必要浪费；蒸馏溶剂的时候也会夹带蜡里的低熔点组分，使蜡的量减少，性质改变，同时蒸馏得到的溶剂里也夹带着蜡，溶剂采用循环使用的方式进行使用势必会对之后的生产造成影响；该方法未提及有关氮气保护的相关举措，在酯化的过程中也会发生产品的氧化，影响产物的质量。

在现有的一种高酯值蜡的制备方法中，采用的原料为不饱和酸或其酸酐(如富马酸、丙烯酸、米糠酸、马来酸、马来酸酐或长链烯基酸等)，其原料为碳数很高的不饱和酸或其酸酐，价格昂贵；同时该方法未添加带水剂使酯化反应朝正反应的方向进行，反应可能不太充分。

鉴于以上制备酯化改性蜡的方法或价格高昂(原料为纯度很高的高碳羧酸或高碳醇)、或没有考虑酯化反应的可逆性，没有带水剂除水导致化学反应不会充分正向进行、或加入的溶剂过多，不利于环保并且会对资源进行一定程度上的浪费、或采用氧化酯化一步反应引入杂质，均有所不足，因而急需一种可以使反应充分正向进行，对资源和能力浪费少，引入杂质少以及成本低的费托合成蜡的酯化反应的方法。

对于费托合成蜡的酯化改性，主要有以下几个缺点：

1.没有保护气保护反应，使原料在酯化的同时被氧化

2.没有刻意地排水，来使反应尽可能地朝正反应的反应方向进行

3.反应的原料基本都为高酸值的脂肪酸或酸酐，没有针对低酸值的费托合成蜡的酯化改性的方法

技术术语：

费托合成蜡：费托合成蜡是指通过费托合成制取的固态蜡，主要成分为c21-c60烷烃，正构烷烃含量达90％左右，硫、氮及芳烃含量极低，是制取精制蜡的原料，费托蜡主要由相对分子质量在500-1000的直链、饱和的高碳烷烃组成，这就赋予了这种化学品精细的晶体结构、高熔点、窄熔点范围、低油含量、低针入度、低迁移率、低熔融粘度、坚硬、耐磨及稳定性高的优点。

氧化蜡：氧化蜡是指以蜡为原料经过氧化得到的蜡的氧化物产品，是以蜡为原料在一定催化剂下经过纯氧或空气氧化得到的氧化物产品，通过氧化改性引入羟基，羧基等基团，使亲和性，乳化性，溶船性，润滑性等从根本上得到改善。

酯化蜡：酯化蜡是指以氧化蜡为原料针对氧化蜡上的羧基官能团，引入带有醇羟基的一元醇(乙醇、戊醇等)或多元醇(乙二醇等)改变其化学性质，从而使其物理性质发生根本性的改变，具有极佳的光泽、乳化性、颜料分散性以及持油性，在许多行业有着广泛的应用，是一种重要的化工原料。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出了一种蜡的酯化改性方法，用于解决现有技术中存在的至少部分问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种蜡的酯化改性方法，包括蜡的氧化步骤和氧化蜡的酯化步骤，其中，蜡的氧化步骤包括：在蜡中加入氧化催化剂，通入空气，然后加热至140-160℃(例如142℃、145℃、148℃、150℃、152℃、155℃、158℃)进行氧化反应得到氧化蜡；

氧化蜡的酯化步骤包括：在氧化蜡中加入醇、酯化催化剂和带水剂，在保护气氛下加热至110-130℃进行酯化反应。

在一些实施例中，氧化反应的反应时间为5-15h(例如6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h、13h、14h)。

在一些实施例中，氧化反应的反应耗氧为每小时0.1l-0.3l空气/g蜡，优选0.2l/h/g。

在一些实施例中，氧化催化剂为蜡质量1-5％(例如2％、3％、4％)的硬脂酸或高锰酸钾。

在一些实施例中，酯化反应中的带水剂为有机溶剂，该有机溶剂能够与水构成共沸体系且共沸沸点低于水及该有机溶剂沸点。

在一些实施例中，所述带水剂为苯、甲苯或乙醇。

在一些实施例中，酯化反应中加入的醇为一元醇或多元醇。

在一些实施例中，所述酯化催化剂为氧化蜡质量0.1-0.5％(例如0.2％、0.3％、0.4％)的对甲基苯磺酸。

在一些实施例中，酯化反应的反应温度为112℃、115℃、118℃、120℃、122℃、125℃或128℃。

在一些实施例中，酯化反应在1.1-2个大气压(例如1.3、1.5、1.8个大气压)的n2气氛下进行。

在一些实施例中，所述蜡为费托合成蜡，优选地，其馏程为550℃-630℃。

与现有技术相比，本发明的方法具有以下优点：

1.以略高于大气压的n2做保护气，既可以保证酯化反应时不会有外界气体通入，又不会对资源形成过量的浪费；

2.采用少量带水剂蒸馏排水，促使反应朝正反应反应的方向进行；

3.反应原料为伊泰集团生产的费托合成蜡，原料的酸值可以自由选择。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供一种蜡的酯化改性方法，尤其适用于费托合成蜡的酯化改性，该方法实质上是分两步进行的反应，第一步是将主要成分为饱和直链烷烃的费托合成蜡进行氧化改性引入羧基，第二步是将进行过氧化改性的氧化蜡同一元醇或多元醇进行酯化反应得到以酯化蜡为主要成分的酯化改性蜡，该反应为可逆反应，在此反应中生成的水需要带出；同时该反应的还原性物质较多，反应过程中需避免同氧化剂接触。

本发明实施例提供一种蜡的酯化改性方法，包括蜡的氧化步骤和氧化蜡的酯化步骤，其中，蜡的氧化步骤包括：在蜡中加入氧化催化剂，通入空气，然后加热进行氧化反应得到氧化蜡。

氧化反应的反应温度为140-160℃，例如142℃、145℃、148℃、150℃、152℃、155℃、158℃，氧化反应的反应时间为5-15h不等(例如6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h、13h、14h)，具体情况以要制备的蜡的具体酸值为参照。

氧化反应的反应耗氧为每小时0.1l-0.3l空气/g蜡，优选0.2l/h/g，氧化催化剂为蜡质量1-5％(例如2％、3％、4％)的硬脂酸或高锰酸钾。

氧化蜡的酯化步骤包括：在氧化蜡中加入醇、酯化催化剂和带水剂，在保护气氛下加热进行酯化反应。

酯化反应的反应温度为110-130℃，例如112℃、115℃、118℃、120℃、122℃、125℃。

酯化反应中加入的醇为一元醇或多元醇，一元醇包括甲醇、乙醇、冰纯、丁醇等中的一种或多种，多元醇包括乙二醇、丙三醇等中的一种或多种。

酯化反应的带水剂为苯、甲苯、乙醇等可以和水构成共沸体系且共沸沸点低于水及该溶剂沸点的有机溶剂。

酯化催化剂为蜡质量0.1-0.5％(例如0.2％、0.3％、0.4％)的对甲基苯磺酸。

酯化反应以略高于一个大气压(1.1-2个大气压)的n2进行吹扫，使反应物同空气隔绝。

在一些实施例中，本发明采用的原料为内蒙古伊泰集团有限责任公司生产的馏程为550℃-630℃费托合成蜡，主要成分为直链饱和烃。

实施例1

称取140g伊泰一号费托蜡以及硬脂酸4.2g于500ml三口烧瓶中，一口接空气泵，空气流量设定为1l/min，一口接温度计，缓慢升温至150℃，一口用塞子封死；第6.5小时取样，测得酸值为23.44mgkoh/g，趁热取出。

该氧化蜡的各项指标如下：

称取100g伊泰一号氧化蜡100g、乙二醇0.3g、对甲基苯磺酸0.3g以及苯3g于500ml三口烧瓶中，一口接冷凝管回流生成的水，一口接温度计，缓慢升温至120℃，一口接氮气瓶以略高于大气的压力进行氮气吹扫，反应4h至液体蜡发生明显的变色，同时不再有明显的水珠生成，移去冷凝管，继续反应半小时将苯蒸干。

该酯化蜡的各项指标如下：

在上述一种费托合成蜡的酯化改性的方法中，在氧化改性的基础上进行酯化改性，在n2保护下的气体氛围内进行化学反应，同时采用少量带水剂带水，促使反应朝正反应的反应方向进行。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。