Tài liệu Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất isopropyl palmitate từ iso propânl và palmstearin

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU DẦU VÀ CÂY CÓ DẦU BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ISOPROPYL PALMITATE TỪ ISOPROPANOL VÀ PALMSTEARIN Mà SỐ ĐỀ TÀI: 226.10.RD/ HĐ-KHCN CHỦ TRÌ THỰC HIỆN: KS. BÙI THANH BÌNH 8278 TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12/ 2010 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU DẦU VÀ CÂY CÓ DẦU BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ISOPROPYL PALMITATE TỪ ISOPROPANOL VÀ PALMSTEARIN Thực hiện theo Hợp đồng đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 226.10.RD/HĐ-KHCN ngày 02/4/2010 giữa Bộ Công Thương và Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu Chủ trì thực hiện: KS. Bùi Thanh Bình Tham gia thực hiện: KS. Võ Bửu Lợi KS. Đặng Thị Thanh Hương CN. Lê Thị Xuân Mai TS. Nguyễn Hữu Lương TP. Hồ Chí Minh, tháng 12/ 2010 LỜI NÓI ĐẦU Năm 2005, Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu sản xuất một số axit béo kỹ thuật từ nguồn dầu mỡ phế thải phục vụ cho công nghiệp sản xuất cao su và nhựa” kết quả đã sản xuất được axit béo kỹ thuật có hàm lượng axit palmitic là 70.68% từ nguồn nguyên liệu shortening phế thải. Đây là tiền đề để thực hiện đề tài này. Hiện nay nhu cầu về các sản phẩm mỹ phẩm tại Việt Nam tăng theo mức sống cũng như nhu cầu làm đẹp của người dân. Các sản phẩm có sử dụng isopropyl palmitate trên thị trường rất nhiều như sữa tắm, dầu gội đầu, kem dưỡng da, son môi, dầu spa … Sản phẩm này hiện nay được nhập, không có sản xuất tại Việt Nam. Trong thời gian gần đây, nước ta đang đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu sinh học từ dầu thực vật. Công nghệ sản xuất và dây chuyền thiết bị trong sản xuất nhiên liệu sinh học cũng tương tự trong sản xuất isopropyl palmitate. Vì vậy nghiên cứu này cũng giúp đa dạng hóa các sản phẩm từ dây chuyền thiết bị của các nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học. Mục tiêu của đề tài là: Đa dạng hóa các sản phẩm hóa béo, giảm nhập khẩu đồng thời tạo ra sản phẩm có giá trị cao phục vụ cho nhu cầu chăm sóc con người như các sản phẩm kem dưỡng da, dầu tắm, dầu spa … giúp làm mềm, mịn, chống lão hóa da. Góp phần đi vào nghiên cứu phát triển các sản phẩm hóa dầu béo (oleochemie) MỤC LỤC Mục lục ................................................................................................................ i Danh sách bảng ..................................................................................................iii Danh sách biểu đồ.............................................................................................. iv Danh sách hình.................................................................................................... v Tóm tắt đề tài ...................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU .......................... 3 1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................................ 3 1.1.1. Công nghệ hóa dầu béo ở Việt Nam......................................................... 3 1.1.2. Tổng quan giới thiệu về Isopropyl palmitate............................................ 4 1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước:...............................................................7 1.2.1. Nhu cầu về các sản phẩm hóa dầu béo ..................................................... 7 1.2.2. Các nghiên cứu về tổng hợp isopropyl palmitate (IPP):........................... 9 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ..................................................................... 12 2.1. Vật liệu....................................................................................................... 12 2.2. Phương pháp nghiên cứu ...........................................................................12 2.2.1. Phương pháp kế thừa: ............................................................................. 12 2.2.2. Phương pháp phân tích ........................................................................... 12 2.2.3. Phương pháp toán học: ........................................................................... 12 2.2.4. Phương pháp thực nghiệm ...................................................................... 12 2.3. Thiết bị - dụng cụ....................................................................................... 19 CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN ................................................. 20 3.1. Lựa chọn nguyên liệu và chất xúc tác phù hợp .........................................20 3.1.1. Sản xuất Axit palmitic từ Palm stearin [2] ............................................. 20 3.1.2. Lựa chọn xúc tác phù hợp....................................................................... 22 3.2. Nghiên cứu xác định các thông số kỹ thuật cho qui trình sản xuất isopropyl palmitate............................................................................................23 3.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng:................23 3.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ isopropanol/axit palmitic đến hiệu i suất phản ứng .................................................................................................... 23 3.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác H2SO4 đến hiệu suất phản ứng............................................................................................................ 25 3.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất phản ứng 27 3.2.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của của lượng dư và nồng độ dung dịch KOH đến quá trình tinh chế sản phẩm ....................................................................... 29 3.3. Xây dựng qui trình sản xuất isopropyl palmitate từ isopropanol và palmstearin ........................................................................................................33 3.3.2. Sản xuất isopropyl palmitate từ isopropanol và axit palmitic ................ 34 3.4. Phân tích chất lượng sản phẩm isopropyl palmitate..................................35 3.5. Đánh giá hiệu quả kinh tế ..........................................................................36 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 37 Kết luận .............................................................................................................37 Kiến nghị...........................................................................................................38 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 39 ii Danh sách bảng Bảng 1: Đặc điểm kỹ thuật của Isopropyl palmitate ......................................... 4 Bảng 2: Một số sản phẩm mỹ phẩm có sử dụng isopropyl palmitate trong thành phần của mình ..................................................................................................... 8 Bảng 3: Chất lượng và thành phần của palm stearin và axit palmitic thành phẩm.................................................................................................................. 21 Bảng 4: Chất lượng và thành phần của axit palmitic (Malaysia) trên thị trường22 Bảng 5: Sự thay đổi chỉ số axit (AV) trong quá trình phản ứng khi sử dụng 2 loại xúc tác đồng thể (H2SO4 đđ) và dị thể (Amberlyst-15WET): ................... 22 Bảng 6: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến chỉ số axit và hiệu suất phản ứng .................................................................................................................... 23 Bảng 7 : Kết quả phân tích chất lượng sản phẩm Isopropyl palmitate............. 35 Bảng 8: Tính toán giá thành sản phẩm ............................................................. 36 iii Danh sách biểu đồ Biểu đồ 1: Ảnh hưởng của tỉ lệ mol tác chất (nIPA/nPA) đến chỉ số axit của IPP.24 Biểu đồ 2: Ảnh hưởng của tỉ lệ tác chất đối với hiệu suất phản ứng................ 25 Biểu đồ 3: Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến chỉ số axit của IPP ........... 26 Biểu đồ 4: Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến chỉ số axit của IPP………26 Biểu đồ 5: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến chỉ số axit của IPP. .......... 28 Biểu đồ 6: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất .......................... 29 Biểu đồ 7: Ảnh hưởng của lượng dư KOH đến chỉ số axit sau cùng của sản phẩm IPP ........................................................................................................... 30 Biểu đồ 8: Ảnh hưởng của lượng dư KOH đến hiệu suất quá trình xà phòng 30 Biểu đồ 9: Ảnh hưởng của nồng độ KOH đến chỉ số axit sau cùng của sản phẩm IPP ........................................................................................................... 31 Biểu đồ 10: Ảnh hưởng của nồng độ KOH đến hiệu suất quá trình xà phòng. 32 iv Danh sách hình Hình 1: Sơ đồ lắp đặt phản ứng tổng hợp IPP. ................................................. 14 Hình 2: Qui trình sản xuất axit palmitic từ palm stearin .................................. 20 Hình 3: Qui trình sản xuất axit palmitic từ palmstearin ................................... 33 Hình 4: Qui trình sản xuất Isopropyl Palmitate từ axit palmitic và isopropanol34 Hình 5,6: Quá trình tổng hợp Isopropyl palmitate............................................ 41 Hình 7: Quá trình lắng, rửa Isopropyl palmitate............................................... 41 Hình 8: Sản xuất thử nghiệm Isopropyl palmitate (3kg/mẻ) ............................ 42 Hình 9: Sản phẩm Isopropyl palmiate .............................................................. 42 v TÓM TẮT ĐỀ TÀI Đề tài “Nghiên cứu xây dựng qui trình công nghệ sản xuất Isopropyl Palmitate từ isopropanol và palmstearin” được thực hiện từ tháng 01 – 12/2010 với sự phối hợp giữa Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu với Trung tâm Công nghệ Lọc Hóa Dầu, trường Đại học Bách khoa Tp.HCM. Đề tài đã lựa chọn sử dụng nguyên liệu là axit palmitic (được thủy phân từ palmstearin và loại axit palmitic Malaysia có sẵn trên thị trường) với xúc tác axit đồng thể là H2SO4 đậm đặc. Xây dựng qui trình công nghệ sản xuất Isopropyl palmitate (IPP) gồm 02 giai đoạn với hiệu suất thu hồi là 89%. - Giai đoạn 1: Quá trình tổng hợp IPP, với các thông số: Tỉ lệ mol của isopropanol/axit palmitic là 25:1, hàm lượng xúc tác H2SO4 đđ là 7%, nhiệt độ phản ứng là 830C, thời gian phản ứng là 8 giờ. - Giai đoạn 2: Quá trình tinh chế sản phẩm (xà phòng hóa), với các thông số: nồng độ dung dịch KOH: 0,2M, hàm lượng dung dịch KOH dư là 6%. Sản phẩm có hàm lượng isopropyl palmitate là 98,74%, chỉ số axit là 0,42 mgKOH/g, chỉ số xà phòng là 186,37 mgKOH/g , độ ẩm 0,062%, đạt chất lượng đã đăng ký. 1 MỞ ĐẦU Cơ sở pháp lý của đề tài Đề tài được thực hiện theo Hợp đồng Giao khoán nội bộ số 08/HĐGKVD ngày 28 tháng 4 năm 2010, trên cơ sở của Quyết định số 6228/QĐ-BCT của Bộ trưởng Bộ Công thương về việc đặt hàng thực hiện các nhiệm vụ KH và CN năm 2010 cho Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu và Hợp đồng Nghiên cứu Khoa học và Phát triển công nghệ số 226.10.RD/HĐ-KHCN ký ngày 02/4/2010 giữa Vụ Khoa học và Công nghệ - Bộ Công thương và Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Tận dụng isopropanol (trong công nghiệp dầu mỏ) và palmstearin (trong dầu cọ) để sản xuất isopropyl palmitate sử dụng trong công nghiệp sản xuất mỹ phẩm và các chất hoạt động bề mặt. Đa dạng hóa các sản phẩm hóa béo, giảm nhập khẩu đồng thời tạo ra sản phẩm có giá trị cao phục vụ cho nhu cầu chăm sóc con người như các sản phẩm kem dưỡng da, dầu tắm, dầu spa … giúp làm mềm, mịn, chống lão hóa da. Góp phần đi vào nghiên cứu phát triển các sản phẩm hóa dầu béo (oleochemie) Đối tượng / phạm vi và nội dung nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: - Isopropanol và Axit Palmitic từ Palmstearin, Axit palmitic thị trường - Xúc tác axit đồng thể và dị thể: H2SO4 đậm đặc và Amberlyst -15WET Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu xây dựng qui trình sản xuất Isopropyl palmitate từ Isopropanol và Palmstearin - Sản xuất thử ở qui mô 3kg/mẻ. Sản phẩm đạt chất lượng: * Hàm lượng Isopropyl palmitate: ≥ 90% * Chỉ số axit : ≤0,5 mgKOH/g * Chỉ số xà phòng: 180 – 190 * Chỉ số khúc xạ: 1,435 – 1,438 (250C) Nội dung nghiên cứu: - Chọn nguyên liệu và chất xúc tác phản ứng phù hợp. - Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất isopropyl palmitate từ isopropanol và palmstearin (dầu cọ) quy mô 3kg/mẻ. - Đánh giá hiệu quả kinh tế. 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước 1.1.1. Công nghệ hóa dầu béo ở Việt Nam Hiện nay, công nghiệp hóa dầu béo ở nước ta là chưa có. Gần như 100% các sản phẩm hóa dầu béo là nhập khẩu. Ngành dầu thực vật chỉ mới có được vài sản phẩm căn bản là dầu ăn, magarin, shortening… Từ năm 2005 – 2008, Viện nghiên cứu Dầu và Cây có dầu đã có những nghiên cứu bước đầu trong công nghệ hóa dầu béo như [3]: - Nghiên cứu sản xuất các loại axit béo kỹ thuật từ nguồn dầu mỡ phế thải. Từ nguồn nguyên liệu phế thải là dầu mỡ động thực vật thu hồi trong quá trình tinh luyện dầu ăn, giết mổ gia súc, chế biến thủy sản và thực phẩm ăn liền, đã nghiên cứu xây dựng qui trình sản xuất axit stearic và axit oleic kỹ thuật ở qui mô 5kg/mẻ. Sản phẩm đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật sử dụng trong sản xuất cao su và nhựa theo tiêu chuẩn của Liên Xô (cho axit oleic) và tiêu chuẩn của Mỹ (cho axit stearic) - Nghiên cứu xây dựng qui trình sản xuất một số sản phẩm hóa béo: Sử dụng axit stearic và axit oleic sản xuất từ nguồn dầu mỡ phế thải làm nguyên liệu để xây dựng quy trình sản xuất các sản phẩm hóa béo tiếp theo là Stearate Magie và Oleate Ammonia. - Nghiên cứu ứng dụng Oleate Ammonia để sản xuất phân bón lá và thuốc bảo vệ thực vật cho cây có dầu. Ứng dụng sản phẩm Oleate Ammonia làm ra từ quy trình sản xuất các sản phẩm hóa béo để làm chất bám dính thay thế thành phần có công dụng tương tự trong sản xuất phân bón lá và thuốc bảo vệ thực vật dùng cho các cây có dầu. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu và ứng dụng dầu béo để sản xuất nhiên liệu sinh học (biodiesel) chủ yếu tập trung vào quá trình transester hóa các triglyceride có trong dầu thực vật với methanol trên các lọai xúc tác acid và baz. Trong khỏang 5 năm gần đây, các nghiên cứu về điều chế nhiên liệu biodiesel từ dầu thực vật đã được thực hiện ở Hà Nội (Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc Gia) và Tp. Hồ Chí Minh (Đại học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh). Từ năm 2000, một số nhóm nghiên cứu ở Viện Hóa Học, Viện Môi Trường (Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc Gia) và ở Trung tâm Khoa học Môi trường và Phát triển bền vững thuộc Đại học Quốc Gia Hà Nội bắt đầu nghiên cứu công nghệ siêu âm để điều chế nhiên liệu biodiesel từ dầu thực vật. 3 1.1.2. Tổng quan giới thiệu về Isopropyl palmitate Tên hóa học: Iso-Propyl Palmitate Công thức hóa học: CH3(CH2)14COOCH(CH3)2 Khối lượng phân tử: 298,51 g/mol - Isopropyl palmitate là ester của axit béo, một dạng biến thể từ dầu cọ. - Malaysia là một trong những nước sản xuất và xuất khẩu lượng dầu cọ lớn nhất thế giới. Dầu cọ là nền tảng của ngành công nghiệp hóa học tổng hợp, nó đang được phát triển mạnh, đa dạng hóa và là nguồn xuất khẩu quan trọng thu nhiều lợi nhuận của Mailaysia. - Khả năng tiêu thụ những sản phẩm tiêu dùng này đi từ ngành hóa học tổng hợp như: xà phòng, chất tẩy rửa, mỹ phẩm,v.v… được dự đoán sẽ phát triển nhanh chóng cùng với sự cải thiện mức sống của người dân ở khu vực châu Á – Thái Bình Dương. a. Các tính chất của Isopropyl palmitate: - Tính chất vật lý và hóa học: không màu, trong suốt, không tan trong nước, nhưng tan trong alcohol, ether, methylene chloride, và các loại dầu mỡ, có vai trò giúp các thành phần khác thấm vào da dễ dàng hơn. Bảng 1: Đặc điểm kỹ thuật của Isopropyl palmitate [13] Các chỉ tiêu Tiêu chuẩn Hàm lượng Isopropyl palmiate (%) ≥ 95,0 Điểm chảy 13,5°C Chỉ số axit (mgKOH/g) ≤ 0,5 Chỉ số khúc xạ (nD20) 1,435 – 1,438 Tỷ trọng (25oC) 0,850 – 0,855 Chỉ số iot (gI2/100g) ≤ 1 Chỉ số xà phòng hóa (mgKOH/g) 185 – 191 Điểm đục (oC) 9 – 12 pH (10% dung môi) ≥ 4,4 Độ ẩm ≤ 0,1 4 Tạp chất hữu cơ dễ bay hơi trong khoảng cho phép Mùi đặc trưng b. Ứng dụng của Isopropyl palmitate: Ester của axit béo chủ yếu được dùng làm chất độn cơ bản trong ngành mỹ phẩm (có thể giữ ẩm cho da và giúp da không bị khô), y dược, và các sản phẩm chăm sóc cá nhân. Lượng Isopropyl palmitate có thể thêm vào trong mỹ phẩm từ 2 – 10%. Isopropyl palmitate là một loại dung môi tốt cho dầu khoáng, silicon và mỡ cừu. Từ tính chất này, người ta đang nghiên cứu dùng Isopropyl palmitate để làm phụ gia chống đóng băng cho Biodiesel, nó sẽ giúp hạ điểm đông của Biodiesel xuống thấp hơn đối với các khu vực có khí hậu lạnh. c. Cơ chế phản ứng tổng hợpisopropyl palmiate - Phản ứng ester hóa tổng hợp Isopropyl palmitate diễn ra theo phương trình: CH3(CH2)14COOH + (CH3)2CHOH ( Axit Palmitic) H2SO4 T (Isopropanol) CH3(CH2)14COOCH(CH3)2 + H2O (Isopropyl palmitate) - Cơ chế phản ứng: Với R = CH3(CH2)14; R’ = (CH3)2CH 5 - Giải thích cơ chế phản ứng: • Trong môi trường axit (H+), axit palmitic [I] được proton hóa tạo hợp chất trung gian [II]. • Đôi (e) trên C bị kéo về nguyên tử oxy kế cận làm C thiếu (e). • Nguyên tử oxy của rượu [III[ giàu (e) hơn, tác kích vào nguyên tử C thiếu (e) hình thành hợp chất trung gian [IV]. • Nguyên tử oxy thiếu e rút đôi (e) chung của nguyên tử C kế cận hình thành hợp chất ester [VI]. - Các thông số ảnh hưởng đến phản ứng tổng hợp IPP: + Tỉ lệ tác chất rượu : axit palmitic + Hàm lượng chất xúc tác axit sulphuric đậm đặc + Nhiệt độ phản ứng + Thời gian phản ứng - Tinh chế sản phẩm sau phản ứng: Đo chỉ số axit (AV)của IPP sau phản ứng, nếu lớn hơn 1 cần phải tinh chế sản phẩm để loại bỏ axit dư, rượu dư và nước ra khỏi sản phẩm. 6 Có nhiều cách làm sạch sản phẩm sau phản ứng: cô quay, sấy, dùng hóa chất hút ẩm Na2SO4, xà phòng hóa IPP bằng K2CO3, KOH, kết tinh hỗn hợp sau phản ứng để loại bỏ axit pamitic, hoặc kết hợp các phương pháp trên với nhau,… Mục đích hạ chỉ số axit đến giá trị tối ưu nhất có thể. - Những ưu, khuyết điểm khi sử dụng xúc tác H2SO4 đậm đặc: * Ưu điểm: + Là xúc tác đồng thể. + Nhiệt độ phản ứng thấp, áp suất khí quyển. + Hiệu suất phản ứng cao. + Thời gian thực hiện phản ứng ngắn vài giờ so với phản ứng khi không có xúc tác có thể diễn ra trong vài ngày. * Nhược điểm: + Tốn lượng nhiều xúc tác cho các phản ứng. + Phải tinh chế và thu hồi sản phẩm (tách axit ra khỏi sản phẩm). 1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước: 1.2.1. Nhu cầu về các sản phẩm hóa dầu béo Nhu cầu của Thế giới về các sản phẩm của công nghệ hóa dầu béo ngày càng tăng và vì vậy công nghiệp hóa dầu béo cũng ngày càng phát triển. Năm 2000, tổng các sản phẩm là 6,26 triệu tấn và người ta dự đoán đến năm 2010 là 7,75 triệu tấn. Doanh thu của tập đoàn Cognis từ các sản phẩm hóa dầu béo năm 2004 là 430 triệu euro, năm 2005 là 436 triệu euro (tăng 1,5%). Các sản phẩm hóa dầu béo có các ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp như dược phẩm, mỹ phẩm, dệt, nhựa, cao su, khoáng chất … Chỉ riêng các sản phẩm của công nghiệp các chất hoạt động bề mặt tính bình quân trên đầu người hàng năm ở các nước công nghiệp là 20kg, ở các nước Đông Nam Á là 5kg. Trong tương lai gần, với mức sống tăng lên, Đông Nam Á, đặc biệt là Tây Á và Trung Quốc là một thị trường tiềm năng to lớn cho các sản phẩm chăm sóc con người, và các chất tẩy rửa, chất hoạt động bề mặt. Người ta dự đoán đến năm 2010 các sản phẩm làm sạch chăm sóc con người, các chất tẩy rửa sẽ tăng 4%/năm và các sản phẩm mỹ phẩm tăng 7,7%/năm tại châu Á. Trong các sản phẩm trên thì lượng các ester béo (isopropyl palmitate và isopropyl stearate) sử dụng từ 2-10%. Đặc biệt là trong các sản phẩm Spa chúng được dùng làm dầu nền cao cấp với lượng sử dụng lên đến 90% vì khả năng thấm sâu vào da, giúp làm mềm, mịn và chống lão hóa da. Nhu cầu về các sản phẩm hóa dầu béo, trong đó có các sản phẩm chăm sóc phục vụ cho con người, các chất tẩy rửa cao cấp và mỹ phẩm là rất lớn và ngày càng gia tăng theo mức sống của xã hội. 7 Bảng 2. Một số sản phẩm mỹ phẩm có sử dụng isopropyl palmitate trong thành phần của mình: Tên sản phẩm giữ ẩm Thành phần Alcoderm cream Aveeno lotion cream Liquid paraffin, isopropyl palmitate, sodium lauryl sulphate, methylparaben, propylparaben, sorbitol solution, cetyl alcohol, stearyl alcohol, sorbitan monostearate, cetyl esters wax, dimeticone, perfume, citric acid anhydrous or sodium hydroxide, purified water and Colloidal oatmeal, glycerin, allantoin, water, distearyldimonium chloride, petrolatum, isopropyl palmitate, cetyl alcohol, dimeticone, benzyl alcohol, sodium chloride Eucerin cream Urea, benzyl alcohol, light liquid paraffin, sodium lactate solution, magnesium stearate, microcrystalline wax, triglycerol diisosterate, isopropyl palmitate, wool alcohols, magnesium sulphate, purified water Eucerin lotion Urea, benzyl alcohol, elfacos ST 9, elfacos E200, arlacel 582, cremophor WO7, light liquid paraffin, isopropyl palmitate, medium chain triglycerides, octyldodecanol, glycerol, sodium lactate solution, lactic acid, magnesium sulphate, dimeticone, purified water Lacticare lotion Lactic acid, sodium pyrrolidone carboxylate Carbomer 940, imidurea, dehydroacetic acid, sodium hydroxide, polyethylene glycol ether complex, glyceryl monostearate, cetyl alcohol, isopropyl palmitate, light liquid paraffin, myristyl lactate, antaria essence 73/82, purified water Sản phẩm dầu tắm Thành phần Oilatum bath emollient Light liquid paraffin, acetylated lanolin alcohols, isopropyl palmitate, polyethylene glycol 400 dilaurate, polyoxyethylene 40 sorbital septaoleate, floral spice Oilatum fragrance free Light liquid paraffin, acetylated lanolin alcohols, isopropyl palmitate, polyethylene glycol 400 dilaurate, 8 macrogol ester Oilatum plus Light liquid paraffin, benzalkonium chloride solution, triclosan, acetylated lanolin alcohols, isopropyl palmitate, oleyl alcohol, polyoxyethylene lauryl ether - Trong thành phần son dưỡng môi Apo 8X “Thế hệ mới” của công ty Ronto Metholatum có chứa isopropyl palmitate với hàm lượng 15%. 1.2.2. Các nghiên cứu về tổng hợp isopropyl palmitate (IPP): a. Các nhà nghiên cứu thuộc tập đoàn Mobil Oil Corp đã phát triển 1 loại vật liệu rây phân tử kích thước lỗ xốp trung bình MCM-41 để tổng hợp phản ứng ester hóa giữa axit palmitic và isopropanol. MCM-41 có thể tích riêng, diện tích bề mặt lớn, đường kính lỗ xốp trung bình, độ phân bố trật tự xắp xếp có trật tự cao cho phép khả năng tương hợp tốt với các kim loại vào cấu trúc nên gia tăng tính ổn định nhiệt và tạo thêm nhiều vùng hoạt hóa. Do đó được dùng là chất hấp thụ, xúc tác dị thể không những cho phản ứng ester hóa mà còn cho công nghiệp hóa học như: sản xuất biofuel, quá trình alkyl hóa các phân đoạn dầu mỏ. b. Nhóm tác giả Alípio C. Carmo Jr, Luiz K.C. de Souza, Carlos E.F. da Costa, E. Longo, José R. Zamian, Geraldo N. da Rocha Filho đã tiến hành nghiên cứu phản ứng ester hóa giữa axit palmitic và isopropanol sử dụng xúc tác MCM-41 với tỉ lệ Si/Al bằng 8,16,32.[4] Kết quả nghiên cứu: ƒ Phản ứng tiến hành trong bình cầu ở nhiệt độ 1300C, tốc độ khuấy 500 vòng/phút ƒ Tỉ lệ mol alcol/acid bằng 60 và 0,6% theo khối lượng xúc tác, phản ứng thực hiện trong 2h, ở áp suất khí quyển. ƒ Khả năng phản ứng xảy ra theo trật tự của acid plamitic với methanol > ethanol > isopropanol. ƒ Xúc tác MCM - 41 với tỉ lệ Si/Al bằng 8 cho hiệu suất phản ứng thu ester cao nhất. c. Nhóm tác giả C. Villa, E. Mariani, A. Loupy, C. Grippo,G. C. Grossia and A. Bargagnaa (2003) đã tiến hành nghiên cứu phản ứng ester hóa giữa axit palmitic và isopropanol sử dụng xúc tác p-toluensulphonic acid PTSA hỗ trợ bởi siêu âm [12]. Kết quả nghiên cứu: ƒ Axit palmitic (10 mmol) cùng với một lượng isopropanol theo tỉ lệ mol được cho vào ống 40ml Pyrex cùng với một lượng xúc tác PTSA (10% khối lượng acid). 9 ƒ Hệ thống phản ứng được cho vào thiết bị phản ứng siêu âm,và được gia nhiệt bằng bức xạ trong 10 phút ở 140oC bằng bộ điều biến bằng điện trong khoảng từ 15-300W. ƒ Hỗn hợp phản ứng sau đó được làm lạnh ở nhiệt độ phòng, sau đó thêm vào 20ml diethyl ether. Dung dịch sau đó được rửa lại với dung dịch NaOH 2M hai lần và sau đó tiếp tục được rửa lại với nước. ƒ Hỗn hợp sau đó được làm khô với MgSO4 và được lọc. Dung môi từ hỗn hợp sẽ được bay hơi ở áp suất thấp. Sản phẩm thô thu được từ các quá trình này sẽ trải qua quá trình chưng cất chân không nhằm thu được sản phẩm tinh khiết. d. Nhóm các tác giả S. Bhatia, A.L. Ahmad, A.R. Mohamed, S.Y. Chin, (Malaysia), năm 2006 đã tiến hành sản xuất thử nghiệm isopropyl palmitate từ axit palmitic và 2-propanol trong một tháp chưng cất xúc tác với đường kính 102 mm, chiều dài lớp packing xúc tác thiết kế 3m. Xúc tác phản ứng là kẽm acetat trên nền chất mang silicagel [8]. Kết quả nghiên cứu ƒ Thành phần tỉ lệ mol của nguyên liệu isopropanol/ axit palmitic là 2. ƒ Các thông số tối ưu đối với quy trình sau khi tiến hành thí nghiệm thu được là: Lưu lượng đầu vào: 50 mol/h, tỉ lệ dòng nguyên liệu hồi lưu 0,5. 0,6 kW, thành phần axit palmitic:100 mol% và nhiệt độ axit palmitic là 120oC. ƒ Sản phẩm isopropyl palmitate thu được với độ tinh khiết 86%,độ chuyển hóa axit plamitic 94% ở điều kiện tối ưu. e. Các nghiên cứu khác - Các tác giả Sang-Wook Park, Hyun-Bum Cho, Dong_soo Suh và ChanWoo Kim (1999) đã nghiên cứu động học của phản ứng giữa isopropyl alcohol và axit lauric trên xúc tác tricaprylylmethylammonium chloride trong khỏang nhiệt độ 25-550C. Trên cơ sở phân tích phương trình động học phản ứng thu được, các tác giả kết luận phản ứng xảy ra trong vùng phản ứng chậm và rất chậm. [7] - Các tác giả Cheah Han Sern, Choo Yuen May, Zuriati Zakaria và Rusli Daik (2008) đã thực hiện tổng hợp isopropyl palmitate từ phản ứng ester hóa giữa axit palmitic và isopropyl alcohol với xúc tác H2SO4,đđ. Dưới điều kiện nhiệt độ phản ứng 910C, thời gian phản ứng 8 giờ, tỉ lệ mol giữa isopropyl alcohol và axit palmitic = 3:1, và nồng độ xúc tác 0,5%, hiệu suất thu isopropyl palmitate (IPP) đạt 94%. [5] - Các tác giả Xiaoting Hu, Zheng Zhou, Defang Sun, Yuantao Wang và Zhibing Zhang (2009) đã thực hiện nghiên cứu phản ứng ester hóa giữa các axit béo và một số đồng đẳng rượu đơn chức trên xúc tác acid rắn dị thể SO42-/ZrO2. Kết quả cho thấy nhiệt độ có ảnh hưởng quan trọng đến tốc độ phản ứng và ở 10 quy mô sản xuất công nghiệp, không nên sử dụng một lượng dư quá mức rượu. Các tác giả này khuyến cáo rằng phản ứng có thể được thực hiện ở một áp suất cao hơn áp suất khí quyển nhằm nâng cao hiệu suất thu sản phẩm. [10]. 11 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Vật liệu * Nguyên liệu: - Isopropanol (IPA) (99,7%): Trung Quốc - Palm stearin: Malaysia - Axit Palmitic: Malaysia - H2SO4 đậm đặc: Trung Quốc - Xúc tác dị thể Amberlyst-15WET. * Hoá chất cho phân tích: - KOH, Ethanol, Hexan, Benzen, HCl, ether….3.1. Phương pháp tiến hành nghiên cứu: Na2SO4, Methanol, Diethyl 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp kế thừa: Dựa trên tổng quan tài liệu về các nghiên cứu đã thực hiện liên quan đến phản ứng tổng hợp Isopropyl palmitate. 2.2.2. Phương pháp phân tích: Sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại theo AOAC, TCVN ... để đánh giá thành phần và tính chất của nguyên liệu và sản phẩm. - Chỉ số axit: phân tích theo phương pháp AOCS Cd 3d - 93 - Chỉ số xà phòng: phân tích theo phương pháp AOCS Cd 3 - 93 - Chỉ số Iod : phân tích theo phương pháp AOCS Cd 1 - 93 - Thành phần axít béo: phân tích theo phương pháp AOCS Ce 1e - 91 - Điểm nóng chảy: phân tích theo phương pháp AOCS Cc – 1 - Chỉ số khúc xạ: Refractometer - Độ ẩm: phân tích theo phương pháp AOCS Ca 2c – 93 - Tỷ trọng: phân tích theo phương pháp TCVN 2629-2007 2.2.3. Phương pháp toán học: Xử lý thống kê bằng phần mềm Excel. 2.2.4. Phương pháp thực nghiệm: Nội dung 1: Lựa chọn nguyên liệu và chất xúc tác phản ứng phù hợp a. Sản xuất axit Palmitic: Dựa trên qui trình sản xuất axit béo kỹ thuật do tác giả Phạm Thị Mai thực hiện trong Báo cáo tổng kết đề tài “Nghiên cứu xây dựng qui trình sản xuất một số sản phẩm hóa béo” cấp Bộ năm 2005, tiến hành sản xuất axit Palmitic từ palmstearin làm nguyên liệu cho phản ứng tổng hợp IPP. Phân tích đánh giá chất lượng nguyên liệu. 12