НАУЧНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СИНТЕЗА НОВЫХ СЛОЖНОЭФИРНЫХ ПЛАСТИФИКАТОРОВ НА ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО СЫРЬЯ
Аннотация
Разработаны методы синтеза сложноэфирных нетоксичных биоразлагаемых пластификаторов (4 класс опасности) с использованием возобновляемого сырья: глицеринсодержащего отхода, образующегося при производстве биотоплива; лимонной кислоты, получаемой микробным синтезом из отходов производства сахара – мелассы; многоатомного спирта (неополиола) – триметилолпропана – продукта оксосинтеза, получаемого на базе природного газа. Целевые продукты – сложные эфиры с диапазоном молекулярной массы 250-600, с низким давлением насыщенного пара, хорошей термостабильностью и совместимостью с полимерами, химической инертностью. Представлены результаты комплексных исследований процессов этерификации карбоновых кислот гидроксилсодержащими соединениями на гомогенных промышленных катализаторах разной кислотности (серная кислота, п-толуолсульфокислота, фосфорная кислота). Полученные данные позволили определить основные подходы к выбору сырья по химическому составу с учетом доступности и токсикологических характеристик и оценке технологических особенностей процессов этерификации для повышения конверсии исходного сырья и достижения высокой селективности по целевому продукту. Показано, что для преодоления термодинамического ограничения во всех процессах необходимо использовать 6-7 кратный мольный избыток второго реагента: кислоты или спирта. В исходную смесь добавляют растворитель (бензол, толуол), обеспечивающий поддержание постоянной температуры и вывод реакционной воды в виде азеотропа. Для выделения целевых продуктов из реакционной массы предложено использовать пленочный испаритель, работающий под вакуумом (р=5-10 мм. рт. ст, t=105-120 ℃). Получены образцы трибутират глицерина, триамилцитрата и триэтаноата чистотой ≥ 98%; определены основные физико-химические свойства; проведено сравнение с известными промышленными аналогами. Оценка ключевых качественных показателей подтверждает возможность их использования в качестве пластификаторов в рецептуре ПВХ-паст.
Литература
Grosman F. Guidelines for the development of compositions based on polyvinyl chloride. SPb.: Professiya. 2009. 608 p. (in Russian).
Rahman M., Brazel C.S. The plasticizer market: an assessment of traditional plasticizers and research trends to meet new challenges. Progress Polym. Sci. 2004. V. 29. P. 1223-1248. DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2004.10.001.
Yagudina D.I., Sadretdinov I.F., Sultanbekova I.A., Alyabyev A.S. Diisononyl and diisodecyl phthalates are new promising plasticizers for the domestic industry. Neftegaz. Delo. 2014. N 12. P. 132-133 (in Russian).
Melnikova K.S., Besshaposhnikova K.M., Belyakova V.S. The impact of polyvinyl chloride products on human health in everyday life and ways to minimize harmful factors. Obrazov. Nauka Sovrem. Mire. Innovatsii. 2016. N 6-1. P. 173-179 (in Russian).
Lackeyev S.N. Polyvinyl chloride ester plasticizers. Zhurn. Priklad. Khim. 2016. V. 89. N 1. P. 3-18 (in Rus-sian).
Knothe G., Gerpen J.V., Krahl J. The Biodiesel Hand-book. USA: AOCS Press. 2005. 303 p.
Safronov S.P., Krasnykh E.L., Levanova S.V., Zhabina A.A. Obtaining plasticizing compositions from renewable plant raw materials. Khim. Prom. Segodnya. 2013. N 9. P. 4-7 (in Russian).
Maslova E.V. Analysis and prospects for the development of the citric acid market. Interuniver. Collect. of sci. papers. Economy. Society. Person. Belgorod State Technol. V.G. Shukhov Univ. 2014. P. 108-118 (in Russian).
Sushkova S.V., Levanova S.V., Glazko I.L., Alexandrov A.Yu. Esterification of citric acid with aliphatic alcohols C2-C5. Tonkie Khim. Tekhnol. 2017. V. XII. N 3. P. 28-31 (in Russian). DOI: 10.32362/2410-6593-2017-12-3-28-32.
Sushkova S.V., Levanova S.V., Glazko I.L., Pavlova K.V. Kinetic of esterification of citric acid in production of trialkyl citrates. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2017. V. 60. N 2. P. 74-78 (in Russian). DOI: 10.6060/tсct.2017602.5442.
Tonkonogov B.P., Popova K.A., Khurumova A.F. Prospects of application of esters of domestic production as bases of oils for aviation equipment. Tr. the Institute of Russian State University of Oil and Gas named after I. M. Gubkin. 2015. V. 1. N 278. P. 109-120 (in Russian).
Marochkin D.V., Noskov Yu.G., Kron T.E., Karchev-skaya O.G., Korneeva G.A. Products of oxosynthesis in the production of complex lubricating oils. Nauch.-Tekhn. Vestn. OAO "NK Rosneft". 2016. N 4. P. 74-80 (in Russian).
Alexandrov A.Yu., Krasnykh E.L., Levanova S.V., Glazko I.L., Lukina O.D. Development of technology for obtaining a plasticizer based on trimethylolpropane. Tonkie Khim. Tekhnol. 2019. V. XIV. N 1. P. 66-74. DOI: 10.32362/2410-6593-2019-14-1-66-740.
Safronov S.P., Krasnykh E.L., Maslakova A.S., Levanova S.V. Identification of carboxylic acid esters of various structures by chromatomass spectrometry. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2012. V. 55. N 5. P. 55-58 (in Russian).
Sushkova S.V., Levanova S.V., Glazko I.L. Identification and quantitative determination of citric acid esters. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 10. P. 110-117. DOI: 10.6060/ivkkt.20196210.6036.
Nesterova T.N., Nesterov I.A., Sarkisova V.S. Predic-tion of properties of organic compounds. Samara: Samar. state tech. un-t. 2006. 240 p. (in Russian).
Kolah A. K., Asthana N. S, Vu D.T., Lira C.T., Miller D.J. Reaction kinetics of the catalytic esterification of citric acid with ethanol. Indust. Eng. Chem. Res. 2007. V. 46. P. 3180-3187. DOI: 10.1021/ie060828f.
Schastlivaya S.V., Kondratiev D.N., Kozlovsky R.L., Shvets V.F. Development of a heterogeneous-catalytic method for obtaining butyl lactate. Khim. Prom. Segod-nya. 2007. N 4. P. 20-25 (in Russian).
Tsai Y. T., Lin M.-m., Lee M.-J. Kinetics of heterogeneous esterification of glutaric acid with methanol over Amberlyst 35. J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 2011. V. 42. N 2. P. 271-277. DOI: 10.1016/j.jtice.2010.07.010.
Kotov S.V., Timofeeva G.V., Kotova N.S., Tarasov A.V., Zerzeva I.M. Comparison of the catalytic activity of sulfocationites in the synthesis of alkyl (C16-C18)phenols – intermediates of additive manufacturing. Neftepererab. Neftekhim. Nauch.-Tekhn. Dostizh. Pered. Opyt. 2011.
V. 21. N 8. P. 40-43 (in Russian).
