增塑剂—邻苯二甲酸二丁酯的合成

增塑剂—邻苯二甲酸二丁酯的合成

一 实验目的

1 了解增塑剂的增塑原理

2 了解邻苯二甲酸二丁酯的制备原理和方法

3 学习分水器的使用方法，掌握减压蒸馏等操作

二 实验原理

增塑剂是一种与塑料或合成树脂兼容的化学品，它能够使塑料变软并降低脆性，可以简化塑料的加工过程，并赋予塑料某些特殊性能。其作用基本原理在于增塑剂本身具有极性基团，这些极性基团具有与高分子链相互作用的能力，促使相邻高分子链间的吸引力减弱，以及使高分子链断开。按照化学结构不同，增塑剂主要分为邻苯二甲酸酯类、脂肪酸二元酸酯类、磷酸酯类、环氧化合物类、偏苯三甲酸酯类、聚酯类、氯化石蜡、二元醇与多元醇类、磺酸衍生物，其中尤其以邻苯二甲酸酯类（也称钛酸酯）产量大，用途广。

邻苯二甲酸二丁酯（也称钛酸二丁酯）为无色油状液体，微具有芳香味，沸点340℃，折光率n 20D 1.4900。能与大多数有机溶剂、树脂、油类和烃类相混容。在水中的溶解度为0.03%（25℃），水在其中的溶解度为0.4%（25℃）。毒性低，挥发性优于邻苯二甲酸二甲酯。主要用于聚氯乙烯的增塑剂。当用于醋酸纤维素时，常与邻苯二甲酸二甲酯合用，以提高制品的耐水性、弹性，并赋予制品适当的硬度；用于硝酸纤维素时，可以得到耐光性、强韧性优良的无臭味的赛璐珞制品。此外，它还用于提高聚醋酸乙烯酯胶黏剂的黏合力或用作醇酸树脂的增塑剂。

合成反应方程式如下： O

n-C 4H 9

OH H 2SO 4COOC 4H 9COOH + n-C 4H 9OH COOC 4H 9COOC 4H 9+H 2O COOC 4H 9COOH +O

O

反应的第一步进行迅速而完全。反应的第二步是可逆反应。为提高邻苯二甲酸二丁酯的产率，需利用分水器将生成的水不断从体系中除去。

三 实验所需药品及装置

邻苯二甲酸酐14.8g （约0.1mol ）、正丁醇25mL （0.274mol ）、浓硫酸、饱和食盐水、5%碳酸钠溶液、无水硫酸镁

三口烧瓶、冷凝管、分水器、分液漏斗、温度计、梨形烧瓶、空心玻璃塞、铁架台、循环真空泵、加热套、布氏漏斗

四实验步骤

1 在预先装有2.4mL正丁醇（或装入一定量的去离子水，水面高度离分水器切口约1cm）的分水器及其上端装有回流冷凝器的三口烧瓶中，放入29.6g（约0.1mol）邻苯二甲酸酐、50mL （0.274mol）正丁醇、8滴浓硫酸及几粒沸石，充分混合。

带有分水器的回流装置，分液装置，减压蒸馏装置。反应装置见图

制备邻苯二甲酸二丁酯的反应装置

2 缓慢进行加热，一直到固体邻苯二甲酸酐消失。升温到沸腾（控制升温速度，每秒钟滴液1-2滴），当酯化反应进行到一定程度的时候，可以观察到从冷凝管滴入到分水器的冷凝液中出现水珠。随着反应的进行，分出水层增多，反应温度逐渐升高。当分水器中水层不再升高时，从分水器中放出正丁醇。

3 当反应混合物温度升高到160℃，冷却反应物到70℃，倒入分液漏斗中，用等量的饱和食盐水洗涤两次。用5%碳酸钠中和后（过程中用PH试纸定性测试至中性），再用饱和食盐水洗涤有机层至中性，分离出油状粗产物，以无水硫酸镁干燥。可以用布氏漏斗进行过滤得到反应物（一定注意干燥所有的玻璃仪器）。

4收集滤液，进行减压蒸馏（烧瓶中放入沸石或磁子），减压下蒸去正丁醇（40℃左右的馏分），再收集200~210℃/2666Pa或180~199℃/1333Pa (绝对压力)馏分，即为邻苯二甲酸二丁酯产品。

5测定产物的折射率（1.491-1.493）。样品称重，计算产率。

五注意事项

1 反应器及药品尽量避免带入水分。

2 无沸石时，也可以用搅拌器代替，使物料混合良好。

3正丁醇-水共沸点为93℃（含水44.5%），共沸物冷却后，在分水器中分层，上层主要是正丁醇（含水20.1%），继续回流到反应瓶中，下层为水（含正丁醇7.7%）。

4反应温度过高（180℃），产物在酸性条件下会发生分解反应。

5根据从分水器中分出的水量（注意其中含正丁醇7.7％）来判断反应进行的程度。也可以用温度来判断，随着反应的进行，体系中的水越来越少，温度逐渐上升。

6中和温度（≤70℃）和碱的浓度不宜过高，否则酯易于起水解（即皂化）反应，同时也是为了防止在洗涤过程中发生乳化现象，而且这种处理后不必进行干燥也即可进行下一步操作。

7 根据真空度的不同，也可能改为收集：200 ~210℃/2670Pa 、175 ~180℃/ 670Pa以及

165~170℃/270Pa的馏分。

8 安全提示

邻苯二甲酸二丁酯：本品低毒。

邻苯二甲酸酐：对皮肤、黏膜有局部刺激性，具有中等毒性。

正丁醇：毒性与乙醇相似，刺激性强，低毒。

浓硫酸：具有极强的吸水性和腐蚀性，接触人体能引起严重烧伤。属于一级无机酸性腐蚀物品。

六思考题

1 酯化反应有什么特点？

2 酯化反应中为什么要及时分出生成的水分？分水器有几类？

3 为什么用硫酸镁干燥？

4 为什么用饱和食盐水洗涤？

七反应器设计

假如邻苯二甲酸二丁酯合成的反应动力学方程为：r=-dC A/dt=kC A C B，其中速率常数k=0.000 7 L.mol-1.min-1，根据自己所合成邻苯二甲酸二丁酯合成反应的转化率设计年产5000吨，年工作日为300天，每批非生产时间为0.5小时，装料系数为0.8，所需间歇反应器的体积。