Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất isopropyl palmitate từ iso propanl 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



MÃ 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, nướ
c 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 dạ
ng 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)


i

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 ph
ẩm 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

ii

suất phản ứng 23
3.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác H

2
SO
4
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 ch
ất 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

iii

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 (H
2
SO
4
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

iv


Danh sách biểu đồ

Biểu đồ 1: Ảnh hưởng của tỉ lệ mol tác chất (n
IPA
/n
PA
) 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 ch
ỉ 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 đế

n 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





v

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

1
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 s
ản 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.

2
MỞ ĐẦU
Cơ sở pháp lý của đề tài
Đề tài được thực hiện theo Hợp đồng Giao khoán nội bộ số 08/HĐGK-
VD 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
giữ
a 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
phẩ
m 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: H
2
SO
4
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 (25
0
C)
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.

3
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 cứ
u 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 s
ản 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 Quố
c 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.

4
1.1.2. Tổng quan giới thiệu về Isopropyl palmitate

Tên hóa học: Iso-Propyl Palmitate
Công thức hóa học: CH
3
(CH
2
)
14

COOCH(CH
3
)
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 nhu
ận 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 ph
ần 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 (n
D
20) 1,435 – 1,438

Tỷ trọng (25
o
C) 0,850 – 0,855
Chỉ số iot (gI
2
/100g) ≤ 1
Chỉ số xà phòng hóa (mgKOH/g) 185 – 191
Điểm đục (
o
C) 9 – 12
pH (10% dung môi) ≥ 4,4
Độ ẩm ≤ 0,1

5
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 đi
ểm 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:

CH
3
(CH
2
)
14
COOH + (CH
3
)
2
CHOH CH
3
(CH
2
)
14
COOCH(CH
3
)
2
+ H
2
O
( Axit Palmitic) (Isopropanol) (Isopropyl palmitate)

- Cơ chế phản ứng: Với R = CH
3
(CH
2
)

14
; R’ = (CH
3
)
2
CH
H
2
SO
4
T

6

- 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 chấ
t 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.

7
Có nhiều cách làm sạch sản phẩm sau phản ứng: cô quay, sấy, dùng hóa
chất hút ẩm Na
2
SO
4
, xà phòng hóa IPP bằng K
2
CO
3
, 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 H
2
SO
4
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 phẩ
m).
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 triệ
u 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 th
ị 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 s
ản 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.

8
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 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
Aveeno cream and
lotion
Colloidal oatmeal, glycerin, allantoin, water,
distearyldimonium chloride, petrolatum, isopropyl
p
almitate, 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,
p

olyethylene 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,

9
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 xế
p 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:
 Phản ứng tiến hành trong bình cầu ở nhiệt độ 130
0
C, tốc độ khuấy 500
vòng/phút
 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.
 Khả năng phản ứng xảy ra theo trật tự của acid plamitic với methanol
> ethanol > isopropanol.
 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:
 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).

10
 Hệ thống phản ứng được cho vào thiết bị phản ứng siêu âm,và được gia
nhiệt bằng bức xạ trong 10 phút ở 140
o
C bằng bộ điều biến bằng điện
trong khoảng từ 15-300W.

 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.
 Hỗn hợp sau đó được làm khô với MgSO
4
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 n
ền chất mang silicagel [8].
Kết quả nghiên cứu
 Thành phần tỉ lệ mol của nguyên liệu isopropanol/ axit palmitic là 2.
 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
120
o
C.
 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 Chan-
Woo 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 25-55

0
C. 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 H
2
SO
4,đđ
. Dưới điều kiện
nhiệt độ phản ứng 91
0
C, 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 SO
4
2-
/ZrO
2
.
Kết quả cho thấy nhiệt độ có ảnh hưởng quan trọng đến tốc độ phản ứng và ở

11
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].

12
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM
2.1. Vật liệu
* Nguyên liệu:
- Isopropanol (IPA) (99,7%): Trung Quốc
- Palm stearin: Malaysia
- Axit Palmitic: Malaysia
- H
2
SO
4
đậm đặc: Trung Quốc
- Xúc tác dị thể Amberlyst-15WET.
* Hoá chất cho phân tích:
- KOH, Ethanol, Hexan, Benzen, HCl, Na
2
SO
4
, Methanol, Diethyl
ether….3.1. Phương pháp tiến hành nghiên cứu:
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.

13
b. Lựa chọn xúc tác H
2
SO
4
cho phản ứng: ở thể rắn và lỏng. Tiến hành
khảo sát phản ứng với 2 loại xúc tác.
- TN1: Xúc tác axit dạng lỏng: H
2
SO

4
đđ
- TN 2: Xúc tác axit dạng rắn: Amberlyst – 15WET
+ Các yếu tố cố định:
- Tỉ lệ mol Isopropanol/axit Palmitic : 20:1
- Hàm lượng xúc tác: 7,0%
- Nhiệt độ phản ứng: 83
0
C
- Tốc độ khuấy: 500 vòng/phút
+ Chỉ tiêu theo dõi: Chỉ số axit theo thời gian
Nội dung 2:
Nghiên cứu xác định các thông số kỹ thuật (tỉ lệ IPA/PA,
nồng độ xúc tác, nhiệt độ, thời gian phản ứng và phương pháp tinh chế hỗn
hợp sản phẩm để thu IPP)
Quá trình tổng hợp IPP được chia thành hai giai đọan: (1) tổng hợp IPP
và (2) tinh chế sản phẩm.
Giai đọan 1: Tổng hợp IPP: Khảo sát tìm điều kiện tối ưu cho quá trình
chuyển hóa axit Palmitic thành Isopropyl palmitate
Cách thức tiến hành:
- Cân chính xác khối lượng axit palmitic rắ
n bằng cân 4 chữ số.
- Đong chính xác thể tích isopropyl alcohol (IPA) bằng ống đong theo tỉ lệ
đặt ra.
- Cân xúc tác H
2
SO
4
đúng tỉ lệ phần trăm khối lượng theo axit palmitic.
- Cho tất cả vào thiết bị phản ứng dạng bình cầu 3 cổ (500ml).

- Hệ thống tổng hợp IPP được lắp đặt theo dạng thiết bị khuấy, họat động
gián đọan, có bộ phận sinh hàn để ngưng tụ hơi IPA trong quá trình phản
ứng.
- Lắp đặt hệ thống ống sinh hàn, bếp từ, n
ồi chứa dầu tải nhiệt (như trong
hình 1).

14

Hình 1: Sơ đồ lắp đặt phản ứng tổng hợp IPP.
- Cài đặt nhiệt độ bếp từ ở nhiệt độ cần thiết và tiến hành khuấy trộn bằng
cá từ cơ học trong thời gian thực hiện phản ứng.
- Sau khi phản ứng kết thúc, tắt bếp, đợi cho hỗn hợp nguội dần.
- Cho hỗn hợp vào phễu chiết, dùng nước cất
ấm (60
0
C) rửa hỗn hợp trên.
Dùng giấy quỳ tím kiểm tra sơ bộ nước rửa xem còn axit dư hay không,
nếu giấy quỳ vẫn còn đỏ thì tiếp tục rửa cho đến khi giấy quỳ không đổi
màu thì dừng rửa.
- Sấy hỗn hợp ở nhiệt độ 105
o
C trong khoảng 60 phút để bay hơi nước.
- Sau đó đo chỉ số axit của hỗn hợp sau rửa.
- Cân lượng sản phẩm hỗn hợp thu được để tính hiệu suất phản ứng
- Hỗn hợp sản phẩm có chỉ số axít (AV) thấp nhất sẽ được tiếp tục khảo
sát ở giai đọan 2.
Giai đọan 2: Khảo sát quá trình tinh chế hỗn hợp sản phẩm bằng
phương pháp xà phòng hóa nh
ằm loại bỏ lượng axit palmitic dư (giảm

AV sản phẩm)
- Dựa vào AV của hỗn hợp và nồng độ KOH sử dụng, tính toán lượng
KOH cần thiết để trung hòa.
- Sử dụng một lượng dư KOH so với tính toán để xà phòng hóa hỗn hợp.
Sau đó rửa lại hỗn hợp bằng nước cất ấm (60
0
C).
- Sau đó, sấy hỗn hợp ở nhiệt độ 105
o
C trong khoảng 60 phút để bay hơi
nước (tương tự lần sấy trước).
- Đo chỉ số axit của mẫu sản phẩm sau sấy.

15
- Xác định hiệu suất thu IPP.
Mỗi thí nghiệm được thực hiện 3 lần để đánh giá độ lặp lại của kết quả thí
nghiệm, sai số giữa các kết quả của cùng điều kiện thí nghiệm cho phép không
vượt quá 5%.
a. Các nghiệm thức nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất
phản ứng
- NT1: Nhiệt độ phả
n ứng : 65
o
C
- NT2: Nhiệt độ phản ứng : 83
o
C
+ Yếu tố cố định:
- Tỉ lệ mol isopropanol/axit palmitic : 25:1
- Hàm lượng xúc tác H

2
SO
4
đđ : 7,0%
- Thời gian phản ứng : 8 giờ
- Tốc độ khuấy : 500 vòng/phút
+ Chỉ tiêu đánh giá: Chỉ số axit và Hiệu suất phản ứng
b. Các nghiệm thức nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ isopropanol/axit palmitic
đến hiệu suất phản ứng
- NT1: Tỉ lệ mol isopropanol/axit palmitic : 15:1
- NT2: Tỉ lệ mol isopropanol/axit palmitic : 17.5:1
- NT3: Tỉ lệ mol isopropanol/axit palmitic : 20:1
- NT4: Tỉ lệ mol isopropanol/axit palmitic : 22.5:1
- NT5: T
ỉ lệ mol isopropanol/axit palmitic : 25:1
- NT6: Tỉ lệ mol isopropanol/axit palmitic : 27.5:1
- NT7: Tỉ lệ mol isopropanol/axit palmitic : 30:1
+ Yếu tố cố định:
- Hàm lượng xúc tác H
2
SO
4
đđ: 7,0%
- Nhiệt độ phản ứng: 83
0
C
- Thời gian phản ứng: 8 giờ
- Tốc độ khuấy: 500 vòng/phút
+ Chỉ tiêu đánh giá: Chỉ số axit , hiệu suất phản ứng
c. Các nghiệm thức nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác (H

2
SO
4
)
đến hiệu suất phản ứng
- NT1: Hàm lượng chất xúc tác H
2
SO
4
đđ: 5,0%
- NT2: Hàm lượng chất xúc tác H
2
SO
4
đđ: 6,0%

16
- NT3: Hàm lượng chất xúc tác H
2
SO
4
đđ: 7,0%
- NT4: Hàm lượng chất xúc tác H
2
SO
4
đđ: 8,0%
- NT5: Hàm lượng chất xúc tác H
2
SO

4
đđ: 9,0%
+ Yếu tố cố định:
- Tỉ lệ mol isopropanol/axit palmitic : 25:1
- Nhiệt độ phản ứng: 83
0
C
- Thời gian phản ứng: 8 giờ
- Tốc độ khuấy: 500 vòng/phút
+ Chỉ tiêu đánh giá: Chỉ số axit, hiệu suất phản ứng
d. Các nghiệm thức nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất
phản ứng
- NT1: Thời gian phản ứng : 4 giờ
- NT2: Thời gian phản ứng : 6 giờ
- NT3: Thời gian phản ứng : 8 gi
ờ
- NT4: Thời gian phản ứng : 10 giờ
+ Yếu tố cố định:
- Tỉ lệ mol isopropanol/axit palmitic : 25:1
- Hàm lượng xúc tác H
2
SO
4
đđ : 7,0%
- Nhiệt độ phản ứng : 83
o
C
- Tốc độ khuấy : 500 vòng/phút
+ Chỉ tiêu đánh giá: Chỉ số axit , hiệu suất phản ứng
e. Các nghiệm thức nghiên cứu ảnh hưởng của lượng KOH dư đến quá trình tinh

chế sản phẩm
- NT1: Lượng KOH dư : 2,0%
- NT2: Lượng KOH dư : 4,0%
- NT3: Lượng KOH dư : 6,0%
- NT4: Lượng KOH dư : 8,0%
- NT5: Lượng KOH dư : 10,0%
+ Yếu tố cố định:
- Chế
độ rửa sản phẩm: bằng nước cất 60
0
C
- Nồng độ KOH : 0,1 M
+ Chỉ tiêu đánh giá: Độ giảm AV tương đối, hiệu suất quá trình xà phòng
hóa

17
f. Các nghiệm thức nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ KOH đến quá trình tinh
chế sản phẩm
- NT1: Nồng độ KOH : 0,05 M
- NT2: Nồng độ KOH : 0,10 M
- NT3: Nồng độ KOH : 0,20 M
- NT4: Nồng độ KOH : 0,50 M
+ Yếu tố cố định:
- Lượng KOH dư : 6,0%
- Chế độ rửa sản phẩm: bằng nước cất 60
0
C
+ Chỉ tiêu đánh giá: Độ giảm AV tương đối, hiệu suất quá trình xà phòng
hóa
Các phương pháp tính chỉ số axit và hiệu suất phản ứng

• Chỉ số axit: là số mg KOH cần thiết để trung hòa hết lượng axit béo tự
do có trong 1g sản phẩm
Cách làm
:
- Cân mẫu vào bình nón 250ml.
- Hòa tan mẫu bằng 50 ml dung môi Etanol tuyệt đối 99,6
0
C đã được đun
nóng và được trung hòa bằng KOH 0,1N với chỉ thị phenolphthalein từ
không màu chuyển sang màu hồng nhạt bền trong 30 giây.
- Lắc đều để mẫu hòa tan hoàn toàn trong dung môi.
- Chuẩn độ mẫu thử bằng dung dịch KOH 0,1N với chỉ thị
phenolphthalein cho đến khi xuất hiện màu hồng bền trong 30 giây. Ghi
nhận kết quả và tính kết quả.
- Thực hiện 3 lần lặp lại. Kết quả là trung bình cộng của 3 lần lặ
p lại.
Kết quả
:
Chỉ số axit tính theo công thức:
V x F
AV =
m
Trong đó:
V : Thể tích dd KOH 0,1N tiêu tốn (ml).
m : Khối lượng mẫu dầu cần phân tích (g).
F : Hệ số hiệu chỉnh dd KOH 0,1N.
F = e x 56,11