CN108929435B - 低聚山梨糖醇含量的聚山梨酯80的合成方法 - Google Patents
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Abstract
低聚山梨糖醇含量的聚山梨酯80的合成方法：⑴失水山梨醇的制备：真空状态下山梨醇在催化剂作用下失水，制备失水山梨醇；⑵失水山梨醇中聚山梨糖醇的分离：将失水山梨醇、低碳醇和吸附剂混合后升温溶解、降温结晶、真空干燥，得到精制失水山梨醇；⑶油酸山梨坦的制备：将精制失水山梨醇与油酸混合后在催化剂作用下进行酯化反应，制备油酸山梨坦；⑷聚山梨酯80的合成：将油酸山梨坦与约20摩尔的环氧乙烷在催化剂作用下发生加成聚合反应，制备聚山梨酯80。本发明除去了其中的聚山梨糖醇，控制了精制失水山梨醇的羟值，保证了组份的相对稳定；并且降低了聚山梨糖醇的含量（＜0.1%），提升了聚山梨酯80产品的生物安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种低聚山梨糖醇含量的聚山梨酯80的合成方法，属于化工合成技术领域。
技术背景
聚山梨酯80（也称吐温-80、聚氧乙烯（20）失水山梨醇单油酸酯）在医药、生物制品、食品、化妆品和化工领域广泛被用作分散剂、增稠剂、、防雾剂、渗透剂等，近年来该产品在生物制品特别在生产疫苗方面，使用量大。
文献报道的聚山梨酯 80的合成路线归纳起来有以下两条：
路线一：首先以山梨醇为原料，在酸作用下直接与油酸进行酯化反应，同时进行分子内失水反应制备司盘80；或首先将山梨醇在碱催化下进行失水反应制备失水山梨醇，然后再与油酸进行酯化反应制备司盘80（参见美国专利US4297290）。再将司盘80与环氧乙烷以摩尔比约1:20的比例进行加成聚合反应制备聚山梨酯80。
路线二：首先是将山梨醇在催化剂作用下进行失水反应制备失水山梨醇，再将失水山梨醇中的各组分进行分离和精制，分别制备高纯度一失水山梨醇、二失水山梨醇；再将高纯度山梨醇、一失水山梨醇、二失水山梨醇按一定比例混合后与环氧乙烷进行加成聚合反应，或将高纯度山梨醇、一失水山梨醇、二失水山梨醇分别与环氧乙烷进行加成聚合反应后再按一定的比例混合，制备聚氧乙烯山梨醇酐；所得聚氧乙烯山梨醇酐再在催化剂作用下与油酸进行酯化反应制备聚山梨酯80（参见中国专利CN102352032B、CN102127217B、CN101983977B和CN101701065B）。
上述路线一中，山梨醇在脱水和酯化的同时，不可避免会产生聚山梨糖醇，通常在5%以上，如果不经分离而直接用于聚山梨酯80的合成，则会生成较大分子的聚山梨糖醇的环氧乙烷聚合物及其油酸酯，这类大分子物质的存在严重影响了聚山梨酯80使用的安全性；此外该方法中，由于受司盘80羟值的限定，在山梨醇与油酸酯化反应完全后，还需进一步进行山梨醇羟基的失水反应，以控制司盘80的羟值在一定的范围内，这延长了反应的时间。
上述路线二通过对不同程度失水山梨醇组成的控制，可以解决聚山梨酯80中聚山梨糖醇的残留问题，但需要将不同失水程度的山梨醇分别精制提纯，工艺复杂，步骤繁多，规模化生产效率低成本高。
发明内容
针对上述现有技术问题，本发明的目的是为了提供一种低聚山梨糖醇含量的聚山梨酯80的合成方法。
本发明所采用的技术方案如下：
一种低聚山梨糖醇含量的聚山梨酯80的合成方法，其特征在于，合成步骤如下：
⑴ 失水山梨醇的制备：真空状态下，山梨醇在催化剂作用下发生分子内失水反应，制备失水山梨醇；
⑵ 失水山梨醇中聚山梨糖醇的分离：将步骤⑴所得的失水山梨醇、低碳醇和吸附剂按一定比例混合后升温溶解、降温结晶、真空干燥等步骤，得到精制失水山梨醇；
⑶ 油酸山梨坦的制备：将步骤⑵所得的精制失水山梨醇与油酸按一定的比例混合后在催化剂作用下进行酯化反应，制备油酸山梨坦（即司盘80）；
⑷.聚山梨酯80的合成：将步骤⑶所得的油酸山梨坦与环氧乙烷在催化剂作用下发生加成聚合反应，制备聚山梨酯80。
其中：步骤⑴所述的失水山梨醇的制备：
所述催化剂，是质子酸，如硫酸、磷酸、亚磷酸、次亚磷酸或固体酸，其中较优的是亚磷酸和次亚磷酸，更优的是次亚磷酸；催化剂使用量为山梨醇质量的0.1~0.6%，优选0.4~0.5%；
所述失水反应，真空度≤-0.09MPa（G），优选≤-0.095Mpa（G），更优的≤-0.098MPa（G）；失水反应温度，是100~160℃，优选120~140℃；失水反应时间1~8h，优选4~5h；
按步骤⑴所述的制备方法，山梨醇失水量约1摩尔，所得失水山梨醇的主要组成为山梨醇、一失水山梨醇、二失水山梨醇和聚山梨糖醇，羟值约为1100~1400mgKOH/g，其中聚山梨糖醇的含量≤10%；
步骤⑵所述的失水山梨醇中聚山梨糖醇的分离：
所述低碳醇，是甲醇、乙醇中的一种或其混合物，低碳醇的添加量为失水山梨醇质量的0.5~10倍,优选1~5倍，更优的是2~3倍；
所述吸附剂为活性炭、硅胶、多硅酸镁种的一种或几种的混合物，吸附剂的添加量为失水山梨醇质量的0.01倍。
所述的升温溶解的温度为60~80℃；
所述的降温结晶，结晶温度为-30~0℃，优选-25~0℃，更优的是-10~-5℃；结晶时间为1~10小时，优选3~8小时，更优的是4~5小时；
所述的真空干燥，真空度≤-0.080MPa（G），优选≤-0.095MPa，更优的是≤-0.098MPa；干燥温度是30~80℃，优选40~50℃；干燥时间是6~8小时；
按步骤⑵所述的精制方法，所得的精制失水山梨醇，羟值约为1250~1350mgKOH/g，其主要成分山梨醇、一失水山梨醇和二失水山梨醇的比例约为0~10 : 40~80 : 0~20，且聚山梨糖醇的含量≤0.1%，可直接用于油酸山梨坦的制备；
步骤⑶所述的油酸山梨坦的制备：
所述催化剂，是碱金属和碱土金属的氧化物、氢氧化物或其碳酸盐、碳酸氢盐，如氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙，其中优选的是碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠，更优的是碳酸钾，加量为精制失水山梨醇质量的0.2~1%，优选0.4~0.5%；
所述失水山梨醇与油酸的比例为1 : 2.28-3.10，优选1 : 2.6-3.0，更优的是1 :2.8-2.9。
所述酯化反应温度，是180~230℃，优选200~220℃，酯化反应的时间为5~6小时。
所述催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾或甲醇钠、甲醇钾，添加量为油酸山梨坦质量的0.006-0.0125倍；
本发明提供了一种低聚山梨糖醇聚山梨酯80的合成方法，通过山梨醇的预失水和精制，除去其中的聚山梨糖醇，控制精制失水山梨醇的羟值，保证了精制失水山梨醇组份的相对稳定；并且，由于进行了山梨醇的预失水和精制，与采用山梨醇为原料进行的酯化相比，缩短了反应时间，降低了在酯化反应过程中山梨醇形成聚合物的几率，降低了聚山梨酯80中聚山梨糖醇的含量（＜0.1%），提升了聚山梨酯80产品的生物安全性，实现了聚山梨酯80的规模化生产。
具体实施方式
为了更好地说明本发明，我们列举了下列实施例，但本发明并不仅限于下述实施例。
实施例1 失水山梨醇的制备：
实施例1.1 在2L反应釜中投入山梨醇1200g，硫酸5g，真空脱水反应，真空度≤-0.095Mpa（G），脱水温度120~140℃，时间5小时。所得失水山梨醇的羟值为1150mgKOH/g。
实施例1.2 与实施例1.1基本相同，但有如下改变：用磷酸代替硫酸，所得失水山梨醇羟值为1210mgKOH/g；
实施例1.3 与实施例1.1基本相同，但有如下改变：用固体酸代替硫酸，所得失水山梨醇羟值为1260mgKOH/g；
实施例1.4 与实施例1.1基本相同，但有如下改变：用亚磷酸代替硫酸，所得失水山梨醇羟值为1300mgKOH/g；
实施例1.5 与实施例1.1基本相同，但有如下改变：用次亚磷酸代替硫酸，所得失水山梨醇羟值为1320mgKOH/g。
实施例2 失水山梨醇的精制：
实施例2.1 取上述失水山梨醇500g，加入1250g甲醇，活性炭5g，升温至60~80℃，搅拌直至失水山梨醇完全溶解，缓慢降温至-10℃后，保温结晶4小时，过滤。滤饼40~50℃减压干燥6小时，真空度≤-0.098MPa。所得精制失水山梨醇羟值为1300mgKOH/g，其中山梨醇、一失水山梨醇、二失水山梨醇的比例为10:75:15，聚山梨糖醇的含量为0. 04 %。
实施例2.2 与实施例2.1基本相同，但有如下改变：缓慢降温至-30℃后保温结晶4小时，所得精制失水山梨醇羟值为1340mgKOH/g，其中山梨醇、一失水山梨醇、二失水山梨醇的比例为8:75:17，聚山梨糖醇的含量为0. 10%。
实施例2.3 与实施例2.1基本相同，但有如下改变：缓慢降温至0℃后保温结晶4小时，所得精制失水山梨醇羟值为1250mgKOH/g，其中山梨醇、一失水山梨醇、二失水山梨醇的比例为0:80:20，聚山梨糖醇的含量为0.06%。
实施例2.4与实施例2.1基本相同，用乙醇代替甲醇，所得精制失水山梨醇羟值为1300mgKOH/g，其中山梨醇、一失水山梨醇、二失水山梨醇的比例为6:78:16，聚山梨糖醇的含量为0.09%。
实施例2.5 与实施例2.1基本相同，但有如下改变：用硅胶代替活性炭，所得精制失水山梨醇羟值为1300mgKOH/g，其中山梨醇、一失水山梨醇、二失水山梨醇的比例为5:80:15，聚山梨糖醇的含量为0.08%。
实施例2.6 与实施例2.1基本相同，但有如下改变：用多硅酸镁代替活性炭，所得精制失水山梨醇羟值为1300mgKOH/g，其中山梨醇、一失水山梨醇、二失水山梨醇的比例为5:80:15，聚山梨糖醇的含量为0.08%。
实施例3 油酸山梨坦的制备：
实施例3.1 在2L反应釜中投入由实施例2所制备的精制失水山梨醇400g（聚山梨糖醇含量为0.06%），油酸1145g，催化剂氢氧化钠2g，升温酯化反应，反应温度200~220℃，反应时间5小时，得油酸山梨坦，其中聚山梨糖醇含量为0.08%。
实施例3.2与实施例3.1基本相同，但有如下改变：用氢氧化钾代替氢氧化钠，反应时间5小时，所得油酸山梨坦中聚山梨糖醇含量为0.09%。
实施例3.3与实施例3.1基本相同，但有如下改变：用碳酸钠代替氢氧化钠，反应时间7小时，所得油酸山梨坦中聚山梨糖醇含量为0.08%。
实施例3.4与实施例3.1基本相同，但有如下改变：用碳酸钾代替氢氧化钠，反应时间6小时，所得油酸山梨坦中聚山梨糖醇含量为0.06%。
实施例4 聚山梨酯80的制备：
实施例4.1 向2L高压反应釜中加入实施例3所制备的油酸山梨坦400g，氢氧化钠5g，0.3MPa氮气置换后抽真空至釜内真空度-0.1MPa，重复上述氮气置换和真空操作三次。升温至90~120℃，真空脱气1小时。缓慢通入环氧乙烷800g，控制反应釜压力≤0.3MPa，反应温度100-160℃，直至环氧乙烷通料完毕。通料结束后，保温老化至反应釜内外压力差降为0，降温出料。所得聚山梨酯80中聚山梨糖醇的含量为0.03%。
实施例4.2 与实施例4.1基本相同，但有如下改变：采用氢氧化钾代替氢氧化钠，所得聚山梨酯80中聚山梨糖醇的含量为0.03%
实施例4.3 与实施例4.1基本相同，但有如下改变：采用甲醇钠代替氢氧化钠，所得聚山梨酯80中聚山梨糖醇的含量为0.03%。
实施例4.4 与实施例4.1基本相同，但有如下改变：采用甲醇钾代替氢氧化钠，所得聚山梨酯80中聚山梨糖醇的含量为0.02%。
实施例5，包括实施例1--实施例4的全部步骤，并且与实施例1-4基本相同，但其中步骤⑴所述的催化剂是硫酸；加量为山梨醇质量的0.4%；
所述失水反应，真空度≤-0.098MPa（G）；失水反应温度，是100~120℃；失水反应时间4h；
按步骤⑴所述的制备方法，山梨醇失水量约1摩尔，所得失水山梨醇的主要组成为山梨醇、一失水山梨醇、二失水山梨醇和聚山梨糖醇，羟值约为1100~1400mgKOH/g，其聚山梨糖醇的含量≤10%；
步骤⑵所述的失水山梨醇中聚山梨糖醇的分离：
所述低碳醇，是异丙醇，添加量为失水山梨醇质量的0.5倍；
所述的升温溶解的温度为50；
所述的降温结晶，结晶温度为-25~0℃；结晶时间为5小时；
所述的真空干燥，真空度是≤-0.098MPa；干燥温度是40~50℃；干燥时间是6小时；
按步骤⑵所述的精制方法，所得的精制失水山梨醇，羟值约为1250~1350mgKOH/g，其主要成分山梨醇、一失水山梨醇和二失水山梨醇的比例约为0 ：40 ：20，且聚山梨糖醇的含量≤0.1%，可直接用于油酸山梨坦的合成；
步骤⑶所述的油酸山梨坦的制备：所述催化剂是氧化钙，加量为精制失水山梨醇质量的0.4%；
所述酯化反应温度，是180~200℃。
实施例6，与实施例5基本相同，但其中步骤⑴所述的失水山梨醇的制备，所述催化剂是固体酸；加量为山梨醇质量的0.5%；
所述失水反应，真空度≤-0.09MPa（G）；失水反应温度，是140~160℃；失水反应时间8h；
步骤⑵所述的失水山梨醇中聚山梨糖醇的分离：所述低碳醇，是甲醇、乙醇、异丙醇的等比例混合物，添加量为失水山梨醇质量的10倍；
所述的升温溶解的温度为90℃；
所述的降温结晶，结晶温度为10℃；结晶时间为1小时；
所述的真空干燥，真空度≤-0.095MPa；干燥温度是30℃；干燥时间是8小时；
按步骤⑵所述的精制方法，所得的精制失水山梨醇，羟值约为1250~1350mgKOH/g，其主要成分山梨醇、一失水山梨醇和二失水山梨醇的比例约为10 ：80 ：0，且聚山梨糖醇的含量≤0.1%，可直接用于油酸山梨坦的合成；
步骤⑶所述的油酸山梨坦的制备：所述催化剂是氢氧化钙，加量为精制失水山梨醇质量的0.2%；
所述酯化反应温度，是230℃。
实施例7，与实施例5基本相同，但其中步骤⑴所述的失水山梨醇的制备，所述催化剂加量为山梨醇质量的0.1%；
所述失水反应温度，是100℃；失水反应时间1h；
步骤⑵所述的失水山梨醇中聚山梨糖醇的分离：所述低碳醇添加量为失水山梨醇质量的2倍；
所述的升温溶解的温度为50℃；
所述的降温结晶，结晶时间为10小时；
所述的真空干燥，真空度≤-0.080MPa（G）；干燥温度是80℃；干燥时间是6小时；
步骤⑶所述的油酸山梨坦的制备：所述酯化反应温度是200~220℃，酯化反应的时间为5~6小时。
实施例8，与实施例5基本相同，但其中步骤⑴所述的失水山梨醇的制备，所述催化剂加量为山梨醇质量的0.1%；
所述失水反应温度，是100℃；失水反应时间1h；
步骤⑵所述的失水山梨醇中聚山梨糖醇的分离：所述低碳醇添加量为失水山梨醇质量的5倍；
所述的降温结晶，结晶时间为3小时；
所述的真空干燥，真空度≤-0.080MPa（G）；干燥温度是30~80℃，优选40~50℃；干燥时间是6~8小时；
步骤⑶所述的油酸山梨坦的制备：所述催化剂是碳酸钙，加量为精制失水山梨醇质量的1%。
Claims (4)
1.一种低聚山梨糖醇含量的聚山梨酯80的合成方法，其特征在于，合成步骤如下：
⑴失水山梨醇的制备：真空状态下，山梨醇在催化剂作用下发生失水反应，制备失水山梨醇；
⑵失水山梨醇中聚山梨糖醇的分离：将步骤⑴所得的失水山梨醇、低碳醇和吸附剂按一定比例混合后升温溶解、降温结晶、真空干燥，得到精制失水山梨醇；
⑶油酸山梨坦的制备：将步骤⑵所得的精制失水山梨醇与油酸按一定的比例混合后在催化剂作用下进行酯化反应，制备油酸山梨坦；
⑷聚山梨酯80的合成：将步骤⑶所得的油酸山梨坦与20摩尔的环氧乙烷在催化剂作用下发生加成聚合反应，制备聚山梨酯80；
步骤⑴所述的失水山梨醇的制备，所述催化剂，是质子酸；质子酸使用量为山梨醇质量的0.1~0.6%；
所述失水反应，真空度≤-0.09MPa；
失水反应温度，是100~160℃；失水反应时间1~8h；
按步骤⑴所述的制备方法，山梨醇失水量1摩尔，所得失水山梨醇的主要组成为山梨醇、一失水山梨醇、二失水山梨醇和聚山梨糖醇，羟值为1100~1400mgKOH/g，其中聚山梨糖醇的含量≤10%；
步骤⑵所述的失水山梨醇中聚山梨糖醇的分离，所述低碳醇，是甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或其混合物，添加量为失水山梨醇质量的0.5~10倍；
所述吸附剂是活性炭、硅胶或多硅酸镁，使用量为失水山梨醇质量的0.01-0.1倍；
所述的升温溶解的温度为50~90℃；
所述的降温结晶，结晶温度为-30~10℃；结晶时间为1~10小时；
所述的真空干燥，真空度≤-0.080MPa；干燥温度是30~80℃；干燥时间是6~8小时；
按步骤⑵所述的精制方法，所得的精制失水山梨醇，羟值为1250~1350mgKOH/g，其主要成分山梨醇、一失水山梨醇和二失水山梨醇的质量比为0~10:40~80:0~20，且聚山梨糖醇的含量≤0.1%，可直接用于油酸山梨坦的合成；
步骤⑶所述的油酸山梨坦的制备：所述催化剂，是碱金属和碱土金属的氧化物、氢氧化物或其碳酸盐、碳酸氢盐，使用量为精制失水山梨醇质量的0.2~1%；
所述精制失水山梨醇与油酸的质量比为1:2.28~3.10；
所述酯化反应温度，是180~230℃，酯化反应的时间为5~6小时。
2.根据权利要求1所述的低聚山梨糖醇含量的聚山梨酯80的合成方法，其特征在于，
步骤⑴所述的失水山梨醇的制备，所述催化剂选自硫酸、磷酸、亚磷酸、次亚磷酸或固体酸；使用量为山梨醇质量的0.4~0.5%；
所述失水反应，真空度≤-0.095MPa；失水反应温度是120~140℃；失水反应时间4~5h；
步骤⑵所述的失水山梨醇中聚山梨糖醇的分离，所述低碳醇的添加量为失水山梨醇质量的1~5倍；
所述的升温溶解的温度为60~80℃；
所述的降温结晶，结晶温度为-30~0℃；结晶时间为3~8小时；
所述的真空干燥，真空度≤-0.095MPa；干燥温度是40~50℃；
步骤⑶所述的油酸山梨坦的制备，所述催化剂是碱金属的碳酸盐，使用量为精制失水山梨醇质量的0.4~0.5%；
所述酯化反应温度是200~220℃。
3.根据权利要求2所述的低聚山梨糖醇含量的聚山梨酯80的合成方法，其特征在于，
步骤⑴所述的失水山梨醇的制备，所述催化剂是次亚磷酸；
所述失水反应，真空度≤-0.098MPa；
步骤⑵所述的失水山梨醇中聚山梨糖醇的分离，所述低碳醇添加量为失水山梨醇质量的是2~3倍；
所述的降温结晶，结晶温度为-10~-5℃；结晶时间为4~5小时；
所述的真空干燥，真空度是≤-0.098MPa；
步骤⑶所述的油酸山梨坦的制备，所述催化剂是碳酸钾。
4.根据权利要求1-3之一所述的低聚山梨糖醇含量的聚山梨酯80的合成方法，其特征在于，按照上述方法所制备的聚山梨酯80中聚山梨糖醇的含量＜0.1%。
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2018
- 2018-08-02 CN CN201810868359.9A patent/CN108929435B/zh active Active
Patent Citations (5)
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