Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий.

Кічура Д. Б., Каспришин Н. М., Яхура Ю. Б.

Національний університет ²Львівська політехніка²,

вул. С.Бандери, 12, м. Львів, 79013 Україна Е-mail: rpka_ganna@ukr.net.

Основні засади синтезу моноестерів на основі бурштинового ангідриду та спиртів С₂ - С₅

У спиртовій промисловості постійно впроваджуються нові схеми комплексної переробки сировини ресурсозберігаючі та безвідходні технології, що дозволяє зменшити матеріалоємність продукції, її собівартість, а також суттєво знизити рівень забруднення повітря, води, грунту. У процесі виділення та очистки спирту одержується ряд побічних продуктів: барда, лютерна вода, головна фракція, сивушна олія, сивушний спирт. З барди і лютерної води виводиться нелетка частина бражки; леткі домішки виводяться з головною фракцією або її концентратом, сивушною олією та сивушним спиртом. Останні компоненти містять чималу частину спиртів спирти С₂-С₅ нормальної та ізо-будови. Оскільки бурштиновий ангідрид використовується для синтезу деяких синтетичних смол, то може служити як вихідна сировина для синтезу нових мономерів на основі вищезгаданих спиртів.

Мета роботи: дослідити вплив температури процесу та будови спирту на синтез моноестерів на основі спиртів сивушної олії та бурштинового ангідриду.

У своїх дослідженнях як основний вихідний продукт ми використовували бурштиновий ангідрид (БА), який має високу реакційну здатність. Зокрема, частина БА припадає на виробництво пластмасс, поліестерних смол, таких як алкідні, а також еластомерів, де його застосування дозволяє створювати поверхневі алкідні покриття з підвищеною ударною в¢язкістю та тривалим терміном використання. Взаємодіючи з одноатомними спиртами можна отримати моно- та диестери, з гліколями – ненасичені поліестери.

Співвідношення вихідних реагентів БА : спирт =1 : 1 (мол.) інтервал температур 333…373 К. Основними фізико-хімічними показниками, що характеризували відповідний моноестер є кислотне число, число омилення, молекулярна маса.

Кислотність вказує на вміст у сполуці карбоксильних групп, що у свою чергу розширює області подальшого застосування синтезованих моноетсерів. Оскільки температура кипіння етанолу 351 К, то досліджуваний інтервал темеператур знаходився в межах 333…353 К. Експериментальні дослідження показали (див. рис. 1) , що в початковий момент часу, коли реакційна суміш нагрілась до температури реакції кислотне число становить 7….11 мг КОН/г. Так для етанолу з підвищенням температури від 333 до 353 К тривалість процесу зменшується від 50 до 30 хв. У перші 20 хв часу кислотне число зростає найбільше в середньому на 50 мг КОН/г. На 30 хв проведення процесу конденсації при температурі 333 К кислотність збільшується на 40 мг КОН/г. Для температури 343 К максимальне значення кислотного чисоа має місце на 40 хв, а для 353 К на 50 хв. Вміст карбоксильних груп коливається в межах від 1 до 18 % мас.

Рис. 1. Залежність кислотного числа моноетанолбурштинату від температури та тривалості процессу

Рис. 2. Вплив тривалості та температури процесу на кислотне число монопропанолбурштинату

Рис. 3. Залежність кислотного числа моноізобутанобурштинату від температури та тривалості процесу

Рис. 4. Вплив тривалості та температури процесу на кислотне число моноізопентанолбурштинату

Подібні експериментальні дані були отримані і при використанні інших спиртів, а саме пропанову, ізобутанолу та ізопентанолу. З рис. 2 – 4 видно, що найдовше синтезується моноестер з участю ізобутанолу до 90 хв, пропаном – 70 хв, а ізопентанол – 50 хв. Зміна накопичення кислотного числа має прямопропорційний характер для пропанову та ізобутанолу, а для ізопентанолу змінюється прямопропорційно лише до 30 хв.

Синтезовані моноестери характеризували молекулярною масою. Яку визначали кріоскопічним методом, як розчинник використовували діоксан. Проводився також комплексний елементний аналіз синтезованих моноестерів методом спалювання для визначення кількісного вмісту вуглецю та водню. Для окислення звичайно використовують кисень у присутності платини, як каталізатора при температурі 973 К, дані наведені у табл. 1. Фізиуо-хімічні показники синтезованих продуктів наведені у табл.. 2.

Таблиця 1

Елементний склад синтезованих моноестерів

Моноестер	Молекулярна маса теор./визн.	Елементний вміст, % (теоретичний/визначений)
		С	Н	О
етанолмалеїнат	146,16 / 145	49,3 / 47,5	6,91 / 6,99	43,79 / 45,6
пропанолмалеїнат	160,19 / 160	52,48 / 51,7	7,56 / 7,69	39,95 / 40,2
ізобутанолмалеїнат	174,22 / 170	55,15 / 53,3	8,11 / 8,4	36,74 / 38,2
ізоамілмалеїнат	188,25 / 185	57,43 / 55,9	8,58 / 8,9	33,99 / 35,1

Таблиця 2

Основні хімічні характеристики моноестерів

Моноестер	Вміст карбоксильних груп, % мас.	Кислотне чис-ло, мг КОН / г	Число омилення, мг КОН / г
етанолмалеїнат	18	227	767
пропанолмалеїнат	16,5	199	700
ізобутанолмалеїнат	15,3	191	644
ізоамілмалеїнат	14,1	177	596

Дані експерементальних досліджень пропонують спосіб утилізації сивушної олії з метою одержання моноестерів, які будуть підвищувати економічну ефективність спиртового виробництва. Синтезовані сполуки можуть знайти застосування у хімії високомолекулярних сполук як мономери чи пластифікатори, а також бути додатковою сировиною для парфумерної промисловості та виробництва миючих засобів, оскільки володіють освіжаючими та дезинфікуючими властивостями.