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摘 要

增塑剂既可以改善高分子材料的性能，又能够降低成本、提高生产效益，市场潜力巨大，对于发展我国的国民经济意义重大。然而近年来屡次被曝出的非法使用增塑剂从而造成食品污染事件引起了广大人民对于增塑剂安全性的关注。2,5-呋喃二甲酸酯毒性低且易于合成，具有高效的增塑性能，是一种新型的增塑剂。本文利用脂肪酶作为催化剂，催化正丁醇与2,5-呋喃二甲酸二甲酯的转酯反应以合成2,5-呋喃二甲酸正丁醇酯，对反应时间、脂肪酶的种类、反应温度、反应溶剂、底物摩尔比等工艺条件进行一定程度上的完善与优化，得出最适的反应条件为：在CRL、Novozyme435、CAL-B、PPL（猪胰脂肪酶）四种脂肪酶中，Novozyme435的催化效果要优于其他种类的脂肪酶。Novozyme435作为反应催化剂时，甲苯是最适溶剂，对于2,5-呋喃二甲酸一丁酯来讲，最适的反应条件为12 h、30 ℃、酯:醇=1:8（底物摩尔比），产率为67.1 %；而对于呋喃二甲酸二丁酯，30 h、45 ℃、酯醇比1:5为最适反应条件，产率为38.5 %。

关键字：增塑剂 呋喃二甲酸正丁醇酯 脂肪酶 工艺优化

Optimization of Process for Synthesis of N-Butyl furandicarboxylate by Lipase Catalytic Synthesis

Abstract

Plasticizers can not only improve the performance of polymeric materials, but also reduce costs and improve production efficiency. The market potential is enormous and particularly important for the development of the Chinese national economy. However, in recent years, the illegal use of plasticizers has been repeated and the problem of food contamination has arisen, raising concerns about the safety of plasticizers. The 2,5-furandicarboxylic acid ester is a new type of plasticizer with low toxicity, easy synthesis and high plasticization efficiency. In this article, we use lipase as a catalyst to catalyze the transesterification of n-butanol and 2,5-dimethyl furandicarboxylic acid to synthesize n-butanol 2,5-furandicarboxylic acid. Processing conditions, such as reaction time, type of lipase, reaction temperature, reaction solvent, molar ratio of the substrate, etc. have been improved and optimized to some extent to obtain optimal reaction conditions. Among the four CRL lipases, Novozyme435, CAL-B and PPL (porcine pancreatic lipase), Novozyme435 has a better catalytic effect than other types of lipases. Toluene is the most suitable solvent when Novozyme 435 is used as a reaction catalyst. For the 2,5-furandicarboxylic acid monobutyl ester, the most suitable reaction conditions are 12 hours, 30 ° C., ester: alcohol = 1: 8), yield 67.1%, dibutyl furibondicarboxylate 30 hours, 45 C, The alcohol ester 1: 5 is the most suitable reaction condition and the yield is 38.5%.

Keywords:Plasticizer;N-Butyl furandicarboxylate;lipase;process optimization

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 综述及研究背景 1

1.1增塑剂 1

1.1.1增塑剂及其作用 1

1.1.2增塑剂的性能 1

1.1.3影响增塑剂性能的主要因素 1

1.1.4增塑剂的分类 2

1.1.5新型环保增塑剂 2

1.1.6增塑剂的应用 3

1.1.7国内增塑剂行业的发展方向 4

1.2呋喃二甲酸酯的研究应用进展 4

1.2.1呋喃二甲酸简述 5

1.2.2呋喃二甲酸酯的应用 5

1.2.3呋喃二甲酸酯的合成 6

1.3脂肪酶 7

1.3.1脂肪酶简述 7

1.3.2脂肪酶的分类 8

1.3.3脂肪酶的应用 8

1.4有机相中酶促反应的研究进展 9

1.4.1有机相中酶促反应的优势 9

1.4.2有机相中影响酶促反应的因素 9

1.5有机相中酶促反应条件的优化 10

1.5.1温度的优化 10

1.5.2 pH值的优化 11

1.5.3浓度的优化 11

1.6本论文的研究目的与主要研究内容 11

1.6.1研究目的 11

1.6.2主要研究内容 11

第二章 实验材料与方法 12

2.1实验材料 12

2.1.1实验试剂 12

2.1.2实验仪器 12

2.2实验方法 13

2.2.1脂肪酶催化合成2,5-呋喃二甲酸酯的方法 13

2.2.2酶催化反应的条件优化 13

2.2.3建立呋喃二甲酸正丁醇酯的气相色谱检测方法 13

第三章 结果与分析 14

3.1气相色谱标准曲线的建立 14

3.2酯化反应时间对于反应产物的影响 15

3.3脂肪酶的种类对于酯化反应产物的影响 16

3.4不同反应温度对于酯化反应产物的影响 17

3.5底物摩尔比对酯化反应产物的影响 19

3.6不同反应溶剂对酯化反应产物的影响 20

第四章 结论 22

参考文献 23

致谢 26

第一章综述及研究背景

1.1增塑剂

1.1.1增塑剂及其作用

增塑剂是一种在加工聚氯乙烯(PVC)树脂过程中使用到的助剂，在PVC塑料制品中占比高达40 %-50 %，能够通过改变PVC的树脂结构，从而削弱分子链间的作用力，进而降低Tg（即玻璃化转变温度），加大断裂伸长率，减小拉伸强度，增强可塑性，使制品更加柔软、低温性能更加良好，以改进PVC树脂的可加工性。

增塑剂的主要作用是通过减小聚合物分子间的范德华力来减小分子链的结晶性，加大分子链的可移动性，从而增加PVC塑料的可塑性，增强塑料的柔软性和伸长性，降低塑料的模量、硬度、脆化温度和软化温度，改进增塑剂的机械性能^[1]。

1.1.2增塑剂的性能

增塑剂的常见性能包括但不限于耐雾化性、耐挥发性、耐抽出性、耐迁移性、耐老化性、耐寒性、耐久性、耐候性(主要指热稳定性、光稳定性以及氧化稳定性)。

1.1.3影响增塑剂性能的主要因素

影响增塑剂性能的主要因素有氢键、范氏力和聚合物的结晶度。范氏力在聚合物分子内或分子间普遍存在、是一种较弱的分子间作用力、作用范围较小且具有加和性，所以它在某些时刻强度会很大，以致于对在聚合物分子间插入增塑剂分子的阻碍作用较大；而氢键则是一种较强的分子间作用力，它的存在可以影响增塑剂分子插入聚合物分子间的难易程度，因此氢键数目多的聚合物很难增塑；在多数情况下，聚合物不可能实现完全结晶，通常是将结晶区域分散插入无定形区域中来构成，然而增塑剂分子插入结晶区域的难度系数要比插入无定形区域大得多^[2]。

1.1.4增塑剂的分类

目前现有的增塑剂可以分为两大类：即苯甲酸酯类增塑剂类、非苯甲酸酯类增塑剂类。

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