聚氯乙烯增塑劑（環氧脂肪酸甲酯）的微通道反應器綠色合成工藝

環氧脂肪酸甲酯在室溫下為淺黃色液體，是一種相容性好、揮發性低、光熱穩定性好的新型環保無毒增塑劑。此外，環氧脂肪酸甲酯還可作為表面活性劑和分散劑添加到環氧涂料和環氧樹脂中。符合可持續發展政策，在中國具有巨大的發展潛力。

圖1 豪邁化工小試微反設備

1 環氧脂肪酸甲酯的合成路線

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

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

目前，我國環氧脂肪酸甲酯的生產主要采用無溶劑濃硫酸催化氧化和傳統釜式間歇反應。反應時間長，生產不連續，自控水平低，副反應多，產品環氧值低。針對此問題，專門開發出一種運用微通道反應器合成環氧脂肪酸甲酯的工藝，相較于傳統工藝，此方法使用個縮短了反應時間，實現了生產的連續化，自動化，而且僅使用雙氧水進行環氧化，無需添加濃硫酸、濃鹽酸催化，減少廢酸廢水排放，為環氧脂肪酸甲酯的工業化生產提供了一條綠色工藝。

2 微通道反應器中環氧脂肪酸甲酯的合成研究

微通道反應器中環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料至微通道反應器中，反應體系保持1MPa左右壓力。冷熱一體機設備在反應過程中高效保持反應器內溫度恒定。對產品進行進一步處理后的環氧值進行分析檢測。

在實驗過程中，根據反應效果，及時調整反應材料的比例、溫度和停留時間，找到較佳反應條件。

圖2 在微反應器中合成環氧脂肪酸甲酯的示意圖

3 結果分析與討論

3.1 反應溫度對環氧值的影響

固定材料的反應質量比例為88%甲酸：70%過氧化氫：脂肪酸甲酯=0.04:0.5:1。反應的停留時間是80s。調果如下圖所示：

圖3 反應溫度對環氧值的影響

從圖中可以看出，隨著溫度的升高，當溫度達到80時，產品的環氧值不斷升高℃當環氧值達到較大值時，隨著溫度的升高，反應難以控制，產生更多的副產品，降低產品的環氧值。

3.2 甲酸劑量對環氧值的影響

固定反應溫度為80℃，停留時間為80s，與脂肪酸甲酯相比，70%的過氧化氫和材料質量為0.5:1，改變88%甲酸的用量，調查其對環氧脂肪酸甲酯的影響，如圖4所示:

圖4 甲酸劑量對環氧值的影響

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

3.3 對環氧值的影響

固定反應溫度為80℃，停留時間為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，調查其對環氧脂肪酸甲酯的影響：

圖5 對環氧值的影響

從圖中可以看出，70%的過氧化氫與脂肪酸甲酯的質量比為0.5:1產品的環氧值較高。當過氧化氫的比例小于0.5時，可能會導致系統過氧酸不足，導致環氧值過低。當過氧化氫的比例高于0.5時，可能會進一步導致環氧化物的分解，從而降低產品的環氧值。

3.4 反應停留時間對環氧值的影響

固定反應溫度為80℃，進料質量比例為88%甲酸：70%過氧化氫：脂肪酸甲酯=0.04：0.5:1。。反應停留時間對甲氧基苯甲酸合成的影響如下圖所示：

圖6 停留時間對甲氧基苯甲酸合成的影響

從上圖可以看出，當反應停留時間為80s如果反應時間短，產品的環氧值達到較大值， 反應不足，環氧值低； 反應時間過長， 過氧酸含量降低， 環氧化反應減少，開環副反應增加。

4 總結

本文介紹了英雄化工自主研發生產的微通道反應器合成環氧脂肪酸甲酯的生產工藝，以70%的過氧化氫和88%的甲酸為質量分數制備環氧脂肪酸甲酯。與傳統的釜式反應相比，反應時間大大縮短，生產效率大大提高。同時，該工藝優化了反應原料的配比，提高了反應的安全性，降低了工藝成本，減少了三廢處理。提高經濟效益。