增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯的合成研究

范鳳艷，黃　艷

(四川化工職業技術學院，四川　瀘州　646005)

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增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯的合成研究

范鳳艷，黃艷

(四川化工職業技術學院，四川瀘州646005)

分析鄰苯二甲酸二丁酯的重要性，對酯化過程做實驗分析。研究用苯酐與正丁醇在溫度145～150 ℃和催化劑存在的條件下合成DBP的過程。首先探討使用幾種不同催化劑對酯化時間的影響，得到采用無水硫酸氫鈉為催化劑酯化時間最短。然后探討使用同一種催化劑不同用量對酯化時間的影響，得到原始數據呈現拋物線趨勢。最后用數據處理軟件Origin二項式擬合，結論y=0.18008(x-20.83576)2+124.87594。研究得到當催化劑的用量為20.8 g時，此時酯化時間最短，只需要124.9 min。

鄰苯二甲酸二丁酯；空間球棒模型；催化劑；二項式擬合；合成

鄰苯二甲酸二丁酯(Dibutyl Phthalate，DBP)是一般化學分析用試劑、氣相色譜固定液、溶劑、殺蟲劑、增塑劑等。作為聚氯乙烯、硝基纖維素、聚醋酸乙烯、醇酸樹脂、硝基纖維素、乙基纖維素及氯丁橡膠、丁腈橡膠的增塑劑，可使制品具有良好的柔軟性，但揮發性和水抽出性較大，因而耐久性差。但其穩定性、耐撓曲性、黏結性和防水性均優于其他增塑劑，因而應用廣泛。利用化工軟件Chemoffice軟件查詢DBP的結構特點[1]，DBP的物理性質詳見表1。

表1　DBP的物理性質一覽表

急性毒性：LD50:12000 μg/kg(大鼠經口),5282 μg/kg(小鼠經口)；LC50:7900 μg/m3(大鼠吸入),2100 μg/m3(小鼠吸入)。

1　實驗原理

本文采用的是1 mol鄰苯二甲酸酐與不少于2 mol正丁醇，在溫度145～150 ℃和催化劑存在的條件下合成鄰苯二甲酸二丁酯；本酯化反應，分二步進行[2]。

1.1單酯的生成

在115 ℃時苯酐很快的溶解于丁醇中并相互反應形成鄰苯二甲酸單丁酯(此反應不需要催化劑即可順利進行且反應是不可逆的)。

1.2雙酯的生成

在145～150 ℃下單酯在催化劑的作用下，與丁醇反應生成雙酯和水。反應的第二步是可逆反應，為提高鄰苯二甲酸二丁酯的產率，需利用分水器將生成的水不斷從體系中除去，促使反應正向進行。

1.3酯化總反應方程式

2　實　驗

2.1實驗裝置簡介

本實驗的設備為成套裝置——多功能精細化工合成實驗裝置。規格型號為TDYH，天津天波科達科技有限公司制造。裝置示意圖見圖1。

圖1　多功能精細化工合成實驗裝置示意圖

2.2實驗設計

此裝置在實訓室內多數為學生實訓操作時使用，由于實訓時間的限制，在保證安全和規定的純度要求下，快速地完成實驗實訓操作，是主要考慮的因素。

本裝置中的精餾塔作用，分離產物中的水，促使可逆反應

正向進行。使原本20 h的酯化反應縮短至2 h完成、再加上開車前準備、開車、設備正常運行中記錄、停車、分析總共時間保證6學時完成，大大的方便了教學工作(本實驗不考慮做實驗時間先后順序不同而帶來的誤差)。

2.3實驗操作步驟

(1)閉合電源開關；

(2)打開計算機，進入操作系統后，啟動裝置控制系統；

(3)打開反應釜，加入原材料：苯酐1000.0 g，正丁醇1600.0 mL，催化劑(NaHSO4·H2O)22.0 g，升釜并均勻上緊螺栓密封反應釜；

(4)打開換熱器及攪拌軸的冷凝水，開動攪拌，設置加熱油溫220 ℃左右，控制精餾塔頂溫度90～98 ℃開始酯化反應；

(5)待反應2 h，至精餾塔頂無水分出后，停止反應；

(6)打開釜內冷卻水，冷卻至70 ℃以下，收集油水分離器中的油相和水相于量筒中；

(7)實驗后處理，取量測酯化反應程度。

(8)重復步驟1～7，其中催化劑更改為(NaHSO4)22.0 g、(稀H2SO4)22.0 g、(十二烷基苯磺酸)22.0 g，做對照實驗；

(9)重復步驟1～7，其中催化劑(NaHSO4)用量分別為15 g、20 g、25 g、30 g做對照實驗；

(10)重復步驟1～7，其中催化劑(NaHSO4)用量分別為20 g、21 g、22 g、23 g做對照實驗。

3　結果及討論

按照實驗步驟1～8，分別用不同的催化劑酯化，最終得到的原始數據不同催化劑酯化的反應時間表詳見表2。

表2　不同催化劑酯化的反應時間表

對實驗原始數據的分析，利用數據處理軟件Excel作出相應的散點+折線圖，供后期分析使用。不同催化劑酯化的反應時間圖，詳見圖2。

圖2　不同催化劑酯化的反應時間圖

從中可以得到結論，使用無水硫酸氫鈉做催化劑的反應時間明顯短于其他幾款催化劑，故從新按照實驗步驟1～8，采用無水硫酸氫鈉為催化劑酯化反應，最終得到的不同用量對反應時間影響數據表詳見表3。

表3　不同用量的無水硫酸氫鈉對酯化時間影響表

對實驗原始數據的分析，利用數據處理軟件Origin 7.0作出相應的散點圖[3]，供后期分析使用。不同用量的無水硫酸氫鈉對酯化時間影響圖，詳見圖3。

圖3　不同用量的無水硫酸氫鈉對酯化時間影響圖

從原始數據可以看出，使用不同量的無水硫酸氫鈉對酯化時間影響不一樣，整個過程是一個降低后上升的一個趨勢，對原始數據進行二項式擬合：Y=A+B1*X+B2*X^2，結論詳見表4。

表4　不同用量的無水硫酸氫鈉對酯化時間二項式擬合結論

故繼續實驗步驟1～8，采用細分催化劑用量對酯化反應時間的分析，最終得到的不同用量對反應時間影響數據表詳見表5。

表5　不同用量的無水硫酸氫鈉對酯化時間影響表

對實驗原始數據的分析，利用數據處理軟件Origin 7.0作出相應的散點圖，供后期分析使用。不同用量的無水硫酸氫鈉對酯化時間影響圖，詳見圖4。

圖4　不同用量的無水硫酸氫鈉對酯化時間影響圖

繼續對原始數據進行二項式擬合:Y=A+B1*X+B2*X^2，從而得到結論詳見表6。

表6　不同用量的無水硫酸氫鈉對酯化時間二項式擬合結論

得到此拋物線方程為y=0.18008(x-20.83576)2+124.87594，故當催化劑的用量為20.8 g時，此時酯化時間最短，只需要124.9 min(由于實驗特殊性本文保留小數點后邊一位)。

4　結　論

(1)采用1 mol鄰苯二甲酸酐與不少于2 mol正丁醇，在溫度145～150 ℃和催化劑存在的條件下合成鄰苯二甲酸二丁酯的過程中。先探討使用幾種不同催化劑對酯化時間的影響，分別使用20 g的一水硫酸氫鈉、無水硫酸氫鈉、稀硫酸、磺酸為催化劑，從得到的實驗數據分析，采用無水硫酸氫鈉為催化劑酯化時間最短為120 min。

(2)繼續探討使用同一種催化劑無水硫酸氫鈉不同用量對酯化時間的影響，得到原始數據呈現拋物線趨勢，對其二項式擬合，結論y=0.18008(x-20.83576)2+124.87594，故當催化劑的用量為20.8 g時，此時酯化時間最短，只需要124.9 min(由于實驗特殊性本文保留小數點后邊一位)。

(3)鄰苯二甲酸二丁酯作為增塑劑用途廣泛，研究其酯化過程有它的必要性，對此做實驗分析，由于編者能力有限，整個過程中采用的數據點有限，要更準確的數據還得做更深入的研究。

[1]范鳳艷.化學辦公軟件在高聚物中的應用[J].廣東化工,2014,41(21):141-142.

[2]劉德崢.精細化工生產技術.2版[M].化學工業出版社,2011(9):47-52.

[3]范鳳艷.常用的化工軟件及其應用[J].廣州化工,2015,43(1):39-41.

Study on Synthesis of Plasticizer Dibutylo-phthalate

FANFeng-yan,HANGYan

(Sichuan Vocational College of Chemical Technology, Luzhou SiChuan 646005, China)

The importance of dibutyl phthalate and esterification process was analyzed. The process of DBP synthesis with phthalic anhydride and butyl alcohol at a temperature of 145 to 150 ℃ and the existence conditions of catalyst were studied. The effects of several different catalyst on the esterification time were examined, using the anhydrous sodium bisulfate as catalyst, the esterification time was shortest. The effect of different dosage of the same catalyst on esterification time was discussed, and the raw data presented a parabola trend. Using data processing software origin to the binomial fitting, it was concluded that y=0.18008(x-20.83576)2+124.87594. Study obtained that when the dosage of the catalyst was 20.8 g, esterification time was 124.9 min, it was shortest as the result.

dibutylo-phthalate; space model; catalysts; binomial fitting; aynthesis

范鳳艷(1987-)，女，主要研究方向為精細化工和軟件化學。

TQ414.1

A

1001-9677(2016)07-0096-03