[发明专利]一种酶法合成短、中长链混合脂肪酸多元醇酯的方法

说明书

本发明公开了一种酶法合成短、中长链混合脂肪酸多元醇酯的方法，将短链脂肪酸(C5～C10)与可从动植物基油脂中获得的中长链脂肪酸(C10～C22)按一定比例混合，在无溶剂体系下与多元醇经脂肪酶催化，高效绿色反应，底物反应转化率与选择性高，反应过程产生的水通过鼓入的干燥空气带走，无废水与副产物产生。同时反应结束后，酶与产物高速离心完全分离，酶可重复用。本发明克服单一中长链脂肪酸无溶剂体系下酶法催化合成多元醇酯效率低下，不能用生物酶法直接酯化合成多元醇酯，降低了多元醇酯成本。经蒸馏提纯后的多元醇酯润滑油产品粘温性能优异，闪点高，低温性能与相对应的单一中长链脂肪酸多元醇酯有所提高，可满足不同低温环境下的使用。

技术领域

本发明涉及一种酶法合成多元醇酯的方法，尤其是涉及一种短、中长链混合脂肪酸多元醇酯合成的方法，属于合成润滑剂中酯类合成润滑油领域。

背景技术

随着社会的发展，润滑油在交通运输、航空航天、工业加工等领域需求量逐年增加，矿物基润滑油仍占据大部分。但随着能源危机与环境危机的加剧，矿物基润滑油由于生物降解性低，粘温性能差、挥发性大等原因，有超过50％的废润滑油直接进入环境中，长时间内难以讲解，对环境毒性大。此外，矿物基润滑油抗摩擦性能差，工件磨损严重降低了使用寿命。现代润滑油基础油按照API(美孚石油学会)的分类，酯类合成润滑油属于Ⅴ类，多元醇酯类润滑油属于合成润滑油中的有机酯类。多元醇酯类润滑油与其它酯类油相比具有的优点：(1)较宽的液体范围，较高的粘度指数；(2)优良的粘温性能与低温性能，热安定性好，热分解温度较高；(3)分子结构中含有较高活性的酯基基团，易于吸附在金属表面形成牢固的润滑油膜，具有较好的摩擦润滑特性；(4)动、植物油可作为其原料来源，广泛可再生。

目前多元醇酯类润滑油研究主要集中在某种具有新戊基结构的多元醇和某种短链饱和脂肪酸(C5～C10)形成的多元醇酯，合成的短链脂肪酸多元醇酯低温性能(一般倾点-40℃)得到极大改善，但短链饱和脂肪酸(C5～C10)不能直接从动、植物基油脂中获得，油品粘温性能一般。动植物基油脂中获得的中长链脂肪酸如月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸，芥酸等与多元醇合成的多元醇酯粘温性能在短链饱和脂肪酸(C5～C10)形成的多元醇酯基础上得到提高，但由于链长的增加使得低温性能变差，以及由于不饱和双键存在下氧化安定性更糟。

在催化剂选择上路易斯酸如硫酸等强腐蚀性酸仍是主要的催化剂，反应过程副反应多，产品质量低，后续的纯化工艺更是繁琐，能耗高排废多，设备受腐蚀使用寿命也大打折扣；近些年固体酸催化剂开发使用成为热点，如专利CN102887825A中制备的复合固体酸催化效率高，能多次回收利用；如专利CN101367726A中开发的稀土固体多相酸，反应时间短，转化率高，不需中和水洗，可重复使用。但总的来说固体酸催化剂制备成本高，难以大规模生产。脂肪酶避免了以上所存在的问题，如专利CN101130796A中，在溶剂体系下一元酸制备多元醇酯，催化剂可重复多次使用，成本低廉，反应条件温和，环境友好。但是中长链脂肪酸用于多元醇酯合成过程中，由于空间位阻效应大，脂肪酶催化活性不够，酶法催化合成多元醇酯效率低下，另外十四酸、棕榈酸、硬脂酸等高熔点中长链饱和脂肪酸在无溶剂体系下不能用生物酶法直接酯化合成多元醇酯。

发明内容

本发明的目的是为了解决多元醇酯类润滑油原料来源昂贵，克服单一中长链脂肪酸用生物酶法催化合成多元醇酯效率低下，特别是克服十二酸、十四酸、棕榈酸、硬脂酸等高熔点中长链饱和脂肪酸无溶剂体系下不能用生物酶法直接酯化合成多元醇酯。采用短链脂肪酸(C5～C10)与中长链脂肪酸(C10～C22)按一定比例混合的方法在无溶剂体系下与多元醇经脂肪酶催化，高效绿色反应，反应条件温和，底物反应转化率与选择性高，反应过程产生的水通过鼓入的干燥空气带走，无废水与副产物产生。同时反应结束后，酶与产物高速离心完全分离，酶可重复使用。

反应式为：

其中：R₁COOH为C5～C10短链饱和脂肪酸，R₂COOH为C10～C22中长链脂肪酸