本发明涉及一种二亚苄基山梨糖醇(Dibenzylidene Sorbitol简称 DBS)的合成方法,用该方法制备的二亚苄基山梨糖醇可作聚烯烃塑料制品 的透明化添加剂,在聚丙烯、聚乙烯等塑料成型时,加入少量二亚苄基山 梨糖醇即能降低塑料制品雾度、提高透明度。
在现有技术中,日本专利报导的制备二亚苄基山梨糖醇的方法是在反 应釜中加入70重量%浓度的山梨糖醇和苯甲醛,以硫酸、盐酸、磷酸或对甲 基苯磺酸作催化剂,采用苯、甲苯、二甲苯或环己烷作反应溶剂;用水溶 性有机溶剂N,N’-二甲基甲酰胺(简称DMF)作反应促进剂。由于原料苯甲 醛溶于反应溶剂环己烷而山梨糖醇不溶于环己烷,其缩醛反应为液—液非 均相反应,在反应过程中生成既不溶于山梨糖醇也不溶于苯甲醛与环己烷 相的固体,加之反应溶剂对生成物的凝胶化作用,使反应系统呈淤浆状态, 造成搅拌困难,反应物料传质与分散性下降,导致反应能力减弱,最终使 产物收率和选择性下降,反应时间延长。因反应是在一种淤浆状态下进行, 因而不能采用通常的液相搅拌装置,在专利WO 81/03331中采用捏和机作 为反应装置。但这种装置对反应物料虽有较好的混合与剪切效果,但结构 复杂、设备投资大、清釜麻烦。
本发明的目的在于提供一种制备二亚苄基山梨糖醇的方法,能使缩醛 化反应充分进行、反应时间短、制备收率较高并且其合成设备结构简单、 投资小,清釜容易。
为了达到上述目的,本发明所采用的方法是用硫酸作催化剂,以N,N’ -二甲基甲酰胺(简称DMF)或N-甲基吡咯烷酮和低级醇等水溶性溶剂作混 合反应促进剂,以含量为70重量%以上的山梨糖醇和苯甲酸含量低于1重 量%的苯甲醛为原料,采用框—锚—斜桨搅拌器在300~400转/分的搅拌转 速下,制备出收率达60%以上的二亚苄基山梨糖醇。
本发明所采用的山梨糖醇水溶液浓度为70重量%以上。当山梨糖醇浓 度转低时,原料带入的水较多,不能及时排出系统外,使缩醛化反应速度 慢,反应时间延长,二亚苄基山梨糖醇产品收率低。
提供使用的原料山梨糖醇如果含量仅为50重量%以上,低于70重量%, 由于上述原因最好不直接提供使用。但是可以在缩醛化反应前,在反应釜 中先对50重量%这样的低浓度山梨糖醇原料进行脱水处理达到70重量%后再 加苯甲醛与之反应。具体方法可以是:在反应釜中先加入15重量份环己烷, 尔后加入1重量份的低浓度山梨糖醇,加热至环己烷回流温度69℃,山梨 糖醇水溶液所带入的水随环己烷蒸出,将低浓度的山梨糖醇水溶液蒸浓至 70重量%以上,同时也可脱出某些微量杂质。用这样处理过的山梨糖醇应用 本发明也可缩短反应时间,制得较高收率的二亚苄基山梨糖醇。
苯甲醛在空气中极易氧化为苯甲酸,在二亚苄基山梨糖醇的合成中, 苯甲酸的存在尽管不影响产品质量,却能显著地降低产品收率,本发明研 究发现,苯甲酸含量低于1重量%的苯甲醛为原料可得到高的产品收率。 采取的措施如在反应过程中通入氮气保护,防止苯甲醛被氧化;用闪蒸方 法,利用苯甲醛(沸点178℃)与苯甲酸(沸点204℃)沸点差将其分离,从 而使苯甲酸含量降低。
本发明中所采用的搅拌装置为框—锚—斜桨搅拌器,在搅拌速度为300 ~400转/分范围内操作,可使反应釜中物料达到轴向与径向均匀混合,并 且这种搅拌器还具有高剪切功能,在强烈搅拌下,使生成物固体凝团被破 碎,物料表面不断得到更新,使缩醛化反应充分进行,可得到高收率、高 纯度的二亚苄基山梨糖醇。该搅拌装置与捏和机这类强制搅拌装置以及普 通液相搅拌装置相比,在搅拌装置结构复杂程度、设备投资以及清釜难易 程度上,框—锚—斜桨搅拌器更接近于普通液相搅拌装置,而使用这种搅 拌器能使二亚苄基山梨糖醇的收率比通常的液相搅拌器提高15~20%。
具体制备二亚苄基山梨糖醇工艺过程可以如下:
在装有温度计和回流冷凝器以及搅拌效果良好的框—锚—斜桨搅拌器 的反应釜中,加入山梨糖醇、苯甲醛和环己烷溶剂,其三者摩尔比为1∶1.8 ~2.2∶30~40,在氮气保护下边搅拌边加入0.5~1重量%(以原料重量计) 的浓硫酸,在强烈搅拌下加热使其反应。缩合反应脱出的水与环己烷共沸 馏出,经液液分离器冷凝分离出水,环己烷返回反应系统内,反应5~6小 时后,反应系统不再出水,即终止反应,经碱液中和除去酸催化剂,用热 水洗涤、过滤、再经丙酮精制,过滤不溶物后干燥,即得到白色粉末状的 二亚苄基山梨糖醇,其收率为60%以上。
本发明的特点是:
1.采用框—锚—斜桨搅拌器,能强化反应釜内物料的混合与剪切,较 之框—锚搅拌器的反应收率提高15~20%。
2.采用了高浓度(70重量%以上)山梨糖醇低苯甲酸含量的苯甲醛为原 料,在装有框—锚—斜桨搅拌器的反应釜中合成二亚苄基山梨糖醇的方法, 由于三种因素相互作用,相互促进,因此反应速度快、反应时间短,产物 收率高和纯度较高。并且该方法的合成设备结构简单,投资小,操作及清 釜容易。应用本发明制得的高纯度二亚苄基山梨糖醇,是聚烯烃塑料制品 透明化的优质添加剂。
3.应用本发明制备的二亚苄基山梨糖醇作塑料添加剂,具有用量少, 应用效果好的特点,二亚苄基山梨糖醇的添加量为0.2~0.5重量%时可使 聚丙烯片材雾度降低61%,线性低密度聚乙烯吹塑薄膜雾度降低61%,线性 低密度聚乙烯片材雾度降低74%,从而大大提高聚烯烃塑料制品的透明度。
实施例1
在装有框—锚—斜桨搅拌器、温度计、液液冷凝分离器的10立升反应 釜中,加入416.4(1.6摩尔)重量份的70重量%山梨糖醇,苯甲酸浓度为 0.81重量%的苯甲醛346.5(3.2摩尔)重量份和环己烷6000毫升,边搅拌 边加入4.47重量份的浓硫酸,57重量份的N,N’-二甲基甲酰胺和79.1重量 份的甲醇,加热釜夹套循环水至环己烷回流温度75℃,生成的水经液液分 离器分离排出系统外;环己烷返回反应体系内,在氮气保护下搅拌速度为 320转/分,反应5.5小时,终止反应。加入碱液(pH=9~11)中和酸催化剂, 并继续加热,使环己烷与水共沸后蒸馏出,粉末状固体颗粒沉淀于水中, 过滤反应液得到固体产物经精制、干燥得到白色二亚苄基山梨糖醇369重 量份、其制品收率为64.4%,产品熔点206~216℃。
元素分析:碳为65.46重量%;氢为6.33重量%;纯度为95%。 实施例2
在实施例1的反应釜中,加入环己烷6000毫升,加入62.96重量%山梨糖 醇水溶液463重量份(1.6摩尔),在搅拌下加热循环水至环己烷回流温度 75℃,与水共沸蒸馏出山梨糖醇水溶液的部分水,使山梨糖醇水溶液浓度 增至72重量%时通入氮气,加入苯甲酸含量为0.70重量%的苯甲醛373.6重 量份,60重量份的N,N’-二甲基甲酰胺和80重量份甲醇,在搅拌速度为 370转/分下反应5.5小时,得到粉末状混合物,进行实施例1同样的后处理, 得到二亚苄基山梨糖醇377重量份,产品收率为65.8%。