北方伟业计量集团有限公司
邻苯二甲酸二丁酯(DBP)是一种优良的通用型增塑剂,主要用于聚氯乙烯加工,可赋于制品良好的柔软性,还可用于制造油漆、粘接剂、人造革、印刷油墨、安全玻璃、赛璐珞、染料、杀虫剂、香料溶剂、织物润滑剂等。由于其相对价廉且加工性好,对多种树脂具有很强溶解力,在国内使用非常广泛。
DBP常用的合成方法是由邻苯二甲酸酐与正丁醇在硫酸作用下酯化而成,虽然硫酸价廉、工艺成熟、产品收率较高,但易引起副反应,腐蚀严重,存在三废污染和产品质量难以控制等缺点。随着当代科技迅猛发展和环保意识日益加强,人们对使用新型催化剂合成DBP仍在进行探索与实践,先后筛选出一批比硫酸腐蚀小、污染少、易于分离和操作的催化剂。本文以硫酸氢钠为催化剂,加入带水剂,探讨了合成邻苯二甲酸二丁酯的反应条件,取得较佳效果。
1实验部分
1.1主要试剂
邻苯二甲酸酐(国药集团)、正丁醇、硫酸氢钠(NaHSO4.H2O)等均为市售化学纯试剂。
1.2主要仪器
WYA(2WAJ)型阿贝折射仪,上海精科制造;GC7900型气相色谱仪,上海天美制造;电加热套、四口硼硅烧瓶、分水器、回流冷凝管、数显温度计、电子天平等均为国产常规有机合成仪器。
1.3合成原理
DBP的合成分两步进行,反应过程中存在中间产物邻苯二甲酸单丁酯,其化学反应方程式为:
1.4合成工艺
在装有温度计、回流冷凝器、分水器的250mL的四口圆底烧瓶中,加入邻苯二甲酸酐30g,正丁醇60mL,硫酸氢钠0.6g,二甲苯25mL,搅拌下加热至回流,然后逐渐升温至195℃左右,反应2h后停止反应,冷却过滤。滤液用10%碳酸钠溶液中和至pH值为7~8,然后用等量去离子水及饱和食盐水洗涤3次,用适量的无水硫酸钠干燥30min,50℃温水浴中用少量活性炭脱色10min,再减压抽滤得到无色透明液体成品,用气相色谱仪及阿贝折射仪检测产品的纯度。
1.5产品分析
DBP纯度用气相色谱内标法测定,FID检测器,30m毛细管色谱柱,氮气∶氢气∶空气流量为1∶1∶10,检测室及气化室温度250℃,柱温230℃。通过减压蒸馏得到的邻苯二甲酸二丁酯为无色透明液体,用阿贝折射仪测定,其20℃折射率为1.4900±0.001。
2结果与讨论
我们通过调节催化剂用量、反应温度、反应时间及带水剂比例等因素来提高DBP产率。
2.1催化剂用量
采用30g邻苯二甲酸酐、60mL正丁醇,二甲苯25mL,分别用H2SO4及NaHSO4·H2O做催化剂,回流分水2h,提纯后的产品收率见图1。由图1看出,两种催化剂效果比较接近,NaHSO4·H2O催化活性适宜,考虑到H2SO4的副作用,实验选用NaHSO4·H2O做催化剂,其用量为0.6g(占苯酐总量的2%)时满足产品纯度及收率。另外,据报道,硫酸氢钠难溶于反应体系中,留下的固体仍有一定催化活性,只是每次稍有损失使产品收率逐渐下降,所以其还可回收再利用,是一种优良的催化剂。
2.2正丁醇用量
实验基本配方不变,改变正丁醇用量,回流分水2h,实验结果见图2。实验过程中发现,正丁醇过少时,反应温度很快上升,出水不明显,成品颜色变黄;而正丁醇过多时,反应温度难以上升,影响产品纯度及反应时间。实验中正丁醇60mL(苯酐与正丁醇摩尔比1∶3)满足要求。
2.3二甲苯用量
其回流带水,实验结果见图3。
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