BPA和TBBA在氯苯中溶解度的測(cè)定與關(guān)聯(lián)

周清云，馬君，韓芳

（天津長(zhǎng)蘆漢沽鹽場(chǎng)有限責(zé)任公司，天津300480）

四溴雙酚A（TBBA）是一種高效溴系阻燃劑，以其毒性較低，與基材相溶性好而得到廣泛的應(yīng)用，在阻燃型環(huán)氧樹脂制備領(lǐng)域，TBBA是形成其阻燃性能的關(guān)鍵材料，目前仍然處于無(wú)可替代的地位。

采用雙酚A（BPA）溴化是合成TBBA的通用方法，在反應(yīng)和結(jié)晶過(guò)程中，溶劑會(huì)影響產(chǎn)品的收率、純度和色澤，以氯苯為溶劑所得TBBA熔點(diǎn)高，顏色白，母液循環(huán)套用多次，產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)劣變趨勢(shì)，因而是一種較為理想的溶劑[3]。本文擬通過(guò)測(cè)定不同溫度下BPA、TBBA在氯苯中的溶解度，為進(jìn)一步改進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)投料比做理論依據(jù)，并為后期的TBBA結(jié)晶和氯苯蒸餾回收操作做出理論指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

BPA(天津長(zhǎng)蘆漢沽鹽場(chǎng)有限責(zé)任公司提供、聚碳級(jí))，TBBA(天津長(zhǎng)蘆漢沽鹽場(chǎng)有限責(zé)任公司提供、工業(yè)級(jí))，氯苯(市售，工業(yè)級(jí))。

1.2溶解度測(cè)定

采用動(dòng)態(tài)法[4，5]對(duì)BPA和TBBA在氯苯中的溶解度進(jìn)行了測(cè)定。精確稱取定量氯苯和溶質(zhì)加入帶夾套的玻璃容器中，通循環(huán)水控溫，磁力攪拌使固液相混合均勻，通過(guò)激光監(jiān)視系統(tǒng)觀測(cè)物系中固相的消失來(lái)判定終點(diǎn)，測(cè)定不同溫度下BPA和TBBA在氯苯中的溶解度。

2 結(jié)果與討論

2.1 BPA、TBBA在氯苯中的溶解度數(shù)據(jù) 見(jiàn)圖1。

圖1BPA和TBBA在氯苯中的溶解度

圖 1采用動(dòng)態(tài)法測(cè)試了 0～100℃下 BPA和TBBA在氯苯中的溶解度，TBBA在氯苯中的溶解度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于BPA。低溫下BPA與TBBA溶解度相距不顯著，隨著溫度的升高，TBBA在氯苯中的溶解度迅速增大，而BPA幾乎不變；當(dāng)溫度超過(guò)70℃后，TBBA的溶解度急劇上升，由此可知工業(yè)生產(chǎn)工藝控制操作溫度至少應(yīng)高于70℃，且溫度越高最終結(jié)晶所得TBBA粉體的純度越高，質(zhì)量色澤也相對(duì)較好。

2.2 數(shù)學(xué)模型擬合結(jié)果

為更好的指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)，本文依據(jù)所測(cè)得的BPA、TBBA在氯苯中的溶解度數(shù)據(jù)，采用Matlab數(shù)據(jù)處理軟件，運(yùn)用溫度多項(xiàng)式（式1）擬合數(shù)據(jù)，得出了BPA和TBBA的溶解度溫度擬合曲線和溶解度方程，見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 BPA在氯苯中的溶解度擬合曲線

式中，x為絕對(duì)溫度/K，a、b、c、d 為常數(shù)。

圖3 TBBA在氯苯中的溶解度擬合曲線

由圖2可得BPA在氯苯中的溶解度方程：

決定系數(shù)R2=0.9993，平均相對(duì)誤差為4.57%。

由圖3可得TBBA在氯苯中的溶解度方程：

決定系數(shù)R2=0.9997，平均相對(duì)誤差為1.79%。BPA和TBBA溶解度方程的決定系數(shù)均達(dá)到0.999以上，數(shù)據(jù)擬合程度高，誤差小，可滿足指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需要。

3 結(jié)論及意義

3.1 測(cè)定了BPA和TBBA在溫度為0～100℃范圍內(nèi)氯苯中的溶解度。

3.2 運(yùn)用Matlab軟件采用三項(xiàng)式關(guān)聯(lián)了BPA和TBBA的溶解度數(shù)據(jù)，決定系數(shù)R2分別為0.9993和0.9997，平均相對(duì)誤差分別為4.57%和1.79%，關(guān)聯(lián)結(jié)果較好，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可運(yùn)用于TBBA合成和結(jié)晶過(guò)程。

3.3 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定TBBA在氯苯中的溶解度，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工藝，可以在以下幾個(gè)方面指導(dǎo)生產(chǎn)：

①溶解度曲線在核定生產(chǎn)投料比方面的作用：在生產(chǎn)設(shè)備裝置定型的情況下，根據(jù)各反應(yīng)釜的實(shí)際容積，確定合成TBBA的溶劑用量-氯苯投加量。確定氯苯投加量后，可以依據(jù)TBBA在一定溫度下的溶解度，計(jì)算出反應(yīng)釜內(nèi)生成TBBA的最大量，因而核算出單批產(chǎn)出最大量投料比，進(jìn)行一些工藝改進(jìn)提高產(chǎn)品收率，進(jìn)而達(dá)到提高產(chǎn)量的目的。

②溶解度曲線在分析溴化反應(yīng)機(jī)理方面的作用：生產(chǎn)四溴雙酚A的一般方法是將雙酚A溶于溶劑，在一定溫度下加入溴素和氧化劑進(jìn)行溴化反應(yīng)，溶劑是反應(yīng)進(jìn)行的介質(zhì)環(huán)境，必須對(duì)反應(yīng)物和產(chǎn)物呈惰性，能溶解或部分溶解雙酚A，使反應(yīng)得以均相進(jìn)行[6]。由雙酚A溶解度曲線分析，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中溴化反應(yīng)階段溴素與雙酚A的反應(yīng)極少量是在氯苯中進(jìn)行，反應(yīng)在水相與氯苯相界面來(lái)進(jìn)行，生成的TBBA再逐步溶解到氯苯溶劑中來(lái)，因此反應(yīng)體系中一定要加入適量的水來(lái)促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。同時(shí)可借鑒生產(chǎn)異常情況下采用氯苯溶解方式來(lái)處理生產(chǎn)系統(tǒng)中的雙酚A是不可取的。

③溶解度曲線在結(jié)晶降溫過(guò)程的作用：由圖1和圖3可以看出，溫度越低，TBBA在氯苯中的溶解度越小；但是當(dāng)溫度在20℃以內(nèi)時(shí)，溫度降低，TBBA在氯苯中的溶解度減少緩慢。生產(chǎn)單位可以根據(jù)自身結(jié)晶冷量情況和節(jié)能產(chǎn)品收率多角度控制結(jié)晶終止溫度，結(jié)晶降溫終止溫度低可以大大提高產(chǎn)品收率，生產(chǎn)單位應(yīng)考慮冬季夏季生產(chǎn)的差異性，進(jìn)而更加有效的來(lái)調(diào)整生產(chǎn)工藝參數(shù)，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)增加經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn):

［1］周瑩,孫漢洲,謝斌，等.四溴雙酚A的合成及復(fù)合阻燃效應(yīng)[J].化學(xué)與生物工程,2005(2):24-26.

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［3］李春英.助燃劑四溴雙酚A的合成研究[D].碩士畢業(yè)論文:河北工業(yè)大學(xué),2008.

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