活性白土催化合成苯乙烯化苯酚

張春生

盤錦市工業(yè)研究所，遼寧 盤錦 124010

苯乙烯化苯酚又名防老劑SP，是一種淡黃色粘稠狀液體，主要用于丁苯橡膠和氯丁橡膠等的防老化劑，聚烯烴和聚甲醛等的抗氧劑，可以延緩高分子材料的氧化過程，保證制品加工及應(yīng)用的穩(wěn)定性[1]。SP傳統(tǒng)的合成工藝是以硫酸為催化劑，但是硫酸腐蝕設(shè)備，而且工藝流程長。因此，許多學(xué)者采用固體酸[2-3]，如氧化物、離子交換樹脂、沸石、對甲苯磺酸等代替硫酸催化合成SP，但均存在一定缺點(diǎn)，如催化劑制備困難、價(jià)格昂貴、產(chǎn)品收率低等，不適于工業(yè)生產(chǎn)。筆者采用價(jià)格低廉的活性白土催化合成苯乙烯化苯酚，制備出高性能防老劑SP。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

苯乙烯，工業(yè)一級(jí)品，含量≥99.0%，盤錦乙烯工業(yè)公司；苯酚，工業(yè)一級(jí)品，含量≥99.0%，錦西化工總廠；活性白土，工業(yè)級(jí)，遼寧義縣白土廠。

1.2 試驗(yàn)儀器

1.2.1 反應(yīng)儀器

500mL四口圓底燒瓶、電動(dòng)攪拌器、真空泵、電加熱套等。

1.2.2 分析儀器

比重瓶、阿貝折光儀、粘度計(jì)、氣相色譜。

1.3 試驗(yàn)方法

在裝有攪拌器、溫度計(jì)、滴液漏斗的四口燒瓶中加入一定量的苯酚和催化劑活性白土，催化劑用量為總質(zhì)量的3%～8%。升溫至一定溫度，攪拌并以一定速度滴加苯乙烯。滴加完畢，繼續(xù)攪拌10min，使反應(yīng)完全。然后進(jìn)行真空過濾，得到實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品苯乙烯化苯酚。

1.4 分析方法

通過測定產(chǎn)品的比重，折光率，粘度，可以得出結(jié)論，試驗(yàn)產(chǎn)品為苯乙烯化苯酚。我們采用氣相色譜對產(chǎn)品進(jìn)行定量定性分析[4]。

Sp-3000型氣相色譜儀，色譜分析條件：柱溫130℃～300℃；氮?dú)饬髁?ml/min；樣品處理方式，乙醇溶解。

2 結(jié)果與結(jié)論

2.1 反應(yīng)溫度的影響

以原料苯乙烯與苯酚摩爾比2.1:1，催化劑用量占總量的5%，反應(yīng)時(shí)間1.5h條件不變，只改變反應(yīng)溫度，考察了不同溫度對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，結(jié)果見表1。

表1 反應(yīng)溫度對產(chǎn)品收率的影響

由表1可知，反應(yīng)溫度升高，產(chǎn)品收率有所增加，溫度增加到一定程度時(shí)，產(chǎn)品色澤加深，溫度升高使副反應(yīng)增加，特別是苯乙烯自聚物增加，易結(jié)焦。所以溫度選擇125℃左右為宜。

2.2 催化劑用量的影響

催化劑過少反應(yīng)較慢，催化劑過多反應(yīng)劇烈不易控制。保持苯乙烯與苯酚摩爾比2.1:1，反應(yīng)溫度125℃，反應(yīng)時(shí)間1.5h條件不變，只改變活性白土用量考察產(chǎn)品收率和產(chǎn)品色澤的影響。結(jié)果見表2。

表2 催化劑用量對產(chǎn)品收率的影響

由表2可見，催化劑用量較少時(shí)，反應(yīng)較慢，收率低，隨著催化劑的增加，反應(yīng)速度逐漸加快，當(dāng)催化劑增加到一定程度，反應(yīng)速度變化不明顯，但產(chǎn)品顏色加深。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選用催化劑用量為原料質(zhì)量的5%較適宜。

2.3 原料苯乙烯與苯酚的摩爾比對對產(chǎn)品收率的影響

苯酚的凝固點(diǎn)低，常溫下容易堵塞管道、閥門，因此采用苯乙烯過量的方法。保持催化劑用量占總量的5%，反應(yīng)溫度125℃，反應(yīng)時(shí)間1.5h條件不變，改變苯乙烯與苯酚的摩爾比，考察原料摩爾比對產(chǎn)品的影響，結(jié)果見表3。

表3 原料摩爾比對產(chǎn)品的影響

由表3可知，隨著苯乙烯與苯酚摩爾比的增加，產(chǎn)品收率提高，苯乙烯過量可以是反應(yīng)充分。但苯乙烯量不宜過大，當(dāng)苯酚反應(yīng)耗盡后，苯乙烯自聚副產(chǎn)物增加，降低產(chǎn)品質(zhì)量。所以選擇苯乙烯與苯酚摩爾比2.1:1～2.2:1較適宜。

3 結(jié)論

活性白土作為苯乙烯化苯酚合成反應(yīng)的催化劑，反應(yīng)穩(wěn)定，容易控制，不腐蝕設(shè)備，無三廢污染，同時(shí)不用另加助慮劑，節(jié)省成本。

苯乙烯化苯酚合成反應(yīng)條件為：溫度120～130，原料苯乙烯與苯酚摩爾比2.1:1～ 2.2:1，反應(yīng)時(shí)間1.5h，產(chǎn)品收率大于96%。

[1]兀新養(yǎng)，鄒忠良，黃捷.礦物質(zhì)催化合成SP及SP-C.山西化工[J]，1997(9)：19-20.

[2]李杰，劉杰.苯酚烷基化催化劑研究進(jìn)展.應(yīng)用化工[J]，2004，33(4)：11-18.

[3]周冶峰.固體超強(qiáng)酸催化劑的研究進(jìn)展.遼寧化工[J]，2005，34(1):22-24.

[4]張兆慶，宋培軍，等.氣相色譜法分析苯乙烯化苯酚中有效組分及雜質(zhì)含量.彈性體[J]，2003，13(1)：30-32.