异硬脂酸是一种广泛使用的化工原料,具有熔点低、抗氧化能力强的特性,市场需求量大。目前,工业上使用的异硬脂酸主要是作为二聚酸的副产物制得,成分复杂,难以提纯,产量低,难以满足国内需求。此外,国内外对异硬脂酸制备的研究主要是催化剂的选择和制备,效果较好的是以沸石为催化剂催化高纯油酸异构化的方法制备异硬脂酸,但是该方法对原料要求高,反应的选择性普遍不高,难以实现工业化。本文采用氢型镁碱沸石催化工业级油酸异构化的方法制备异构油酸,再经过加氢制备异硬脂酸。详细研究了异硬脂酸的制备、分离及三羟甲基丙烷三异硬脂酸酯制备的工艺优化,氢型镁碱沸石的重复利用与再生,异硬脂酸及其三酯的酸值、粘度、折光率等性能。以工业级的油酸为原料,氢型镁碱沸石(H+-Ferr)为催化剂催化油酸异构化得到异构油酸,再经过加氢制备异硬脂酸。以油酸转化率和异硬脂酸产率为指标,通过单因素实验,考察了碱添加剂及其量、助溶剂及其量、催化剂量、反应时间、反应温度对油酸异构化的影响,并以异硬脂酸的产率为响应值,采用响应面法对各因素进行优化。获得的最优异构化反应条件为:三苯基膦量(催化剂质量)8%、加水量(油酸质量)3.3%、催化剂量(油酸质量)5.3%、反应时间为6.8 h、反应温度为273.5℃,在此条件下,异硬脂酸的产率可达81.92%。经减压蒸馏将异硬脂酸产物分成单体酸和低聚物,采用GC测定单体酸中各组分含量,并通过GC-MS对各组分进行定性分析,低聚物采用质谱鉴定。结果表明,异硬脂酸样品中主要有饱和酸的脱羧产物、棕榈酸、异硬脂酸、硬脂酸、羟基脂肪酸、γ-硬脂内酯和二聚酸。研究以Ni/C为加氢催化剂,催化异构油酸加氢反应的工艺条件,考察了催化剂量,氢气压力,反应温度,反应时间和搅拌速率对加氢反应的影响。结果表明,在催化剂量(异构油酸质量)1%,氢气压力为4 MPa,反应温度为220℃和反应时间为4 h的条件下,加氢产物的碘值可降到3.18 g I2/(100g)。研究沸石催化剂的重复利用和再生,通过FT-TR、SEM、XRD和TGA对再生的催化剂进行表征,结果表明,催化剂重复利用效果不理想,随着催化剂重复使用次数的增加,催化剂的酸性和活性明显降低;催化剂能够再生10次以上,镁碱沸石具有较强的耐酸和耐热性能,多次酸化没有破坏催化剂的结构,随着催化剂使用次数的增加,催化剂表面吸附的有机物增多,催化剂的活性也随之有所降低,但经过煅烧除去催化剂表面的有机物后,再经酸化,催化剂的活性又能得到恢复。采用低温结晶法分离样品中的异硬脂酸,考察了溶剂的种类、溶剂比、结晶温度和时间对分离异硬脂酸的影响,再经过减压蒸馏对异硬脂酸样品进一步纯化,利用FT-IR、TGA和1H NMR对异硬脂酸做进一步的鉴定,并测定了异硬脂酸的酸值、碘值、皂化值、粘度等物理性能。结果表明,以正己烷为溶剂,溶剂比(溶剂与样品的质量比)为2.3:1,结晶温度为-9.5℃,结晶时间为11.4 h,分离的得率为90.42%,分离样品中异硬脂酸的含量为88.74%,再经减压蒸馏能将异硬脂酸的纯度提高至96.48%,纯化后的异硬脂酸的酸值为196.53、碘值为4.24 g I2/(100g)、皂化值为198.72、粘度指数为306、折光率为1.448、倾点为0℃。以制备的H-MMT为固体酸催化剂,催化合成三羟甲基丙烷三异硬脂酸酯。考察酸醇摩尔比、催化剂加入量、反应时间以及反应温度对酯化率的影响。通过单因素实验和正交实验确定了最佳反应条件:酸醇摩尔比为5~5.5:1、催化剂用量(异硬脂酸质量)为1%、反应时间为6~7 h、反应温度为180℃,在此条件下反应酯化率能达到95%以上。采用本论文方法制备的三羟甲基丙烷三异硬脂酸酯的热稳定性能、倾点、粘温性能均达到了理想指标,测定三羟甲基丙烷三异硬脂酸酯的分解温度为320℃,具有较高的热稳定性能,黏度指数为143,产物纯化后酸值为2.46 mgKOH/g、羟值为14.34、皂化值为178.72 mg KOH/g、折光率n25=1.468、倾点为-20℃。