脂肪酸法或醇解法生產醇酸樹脂的酯化工藝上都是采用溶劑法脫水。因為醇酸樹脂最基本的化學反應是酯化反應,反應產生的水必須及時除去,酯化反應才得以深度進行。熔融法靠不斷通入惰性氣體以幫助攪拌,排出酯化反應產生的水汽和防止反應氧化。而溶劑法是利用有機溶劑作為共沸液體帶出水幫助酯化,
在酯化階段加入反應物量的3%~5%的溶劑(主要是二甲苯)。脂肪酸法制醇酸樹脂時,在投入多元酸、多元醇、脂肪酸同時加入溶劑,升溫進行酯化,共沸脫水。醇解法生產醇酸樹脂是在完成醇解反應加完苯胺后,加回流二甲苯。溶劑法反應溫度比較容易控制,通過增減溶劑來進行調節。
表1 用量與沸點的關系
溶劑 |
用量/% |
沸點/℃ |
二甲苯 |
3 |
251~260 |
二甲苯 |
4 |
246~251 |
二甲苯 |
7 |
204~210 |
溶劑法生產醇酸樹脂,在反應釜上裝有蒸汽加熱的分餾柱,柱內裝有填料。這個設備有利于含有低沸點成分的配方,如含有苯甲酸(沸點249℃)、乙二醇(沸點198℃),如果沒裝分餾柱則損失太大。兩一個優點是有利于溶劑和水的分離,加快酯化反應的進行。分餾柱用蒸汽加熱,可使酯化生成的水蒸出,而其他醇和酸、部分溶劑回流回收。
注意經冷凝器回到反應釜內的二甲苯溫度不可過高,這是因為在較高的溫度下水在二甲苯中的溶解度將增大。
表2 水在二甲苯中的溶解度
溫度/℃ |
25 |
40 |
55 |
70 |
溶解度/(g/100mL) |
0.018 |
0.06 |
0.090 |
0.118 |
表3 苯二甲酸酐在二甲苯中的溶解度
溫度/℃ |
10 |
25 |
40 |
55 |
70 |
溶解度/(g/100mL) |
0.88 |
1.50 |
2.60 |
4.25 |
5.85 |
如果帶回反應釜的水增多,不利于酯化反應的進行。特備是在酯化反應的后期出水很少,二甲苯帶回到水將延長反應時間。反之,低溫會使苯酐在二甲苯中的溶解度下降,有造成冷凝器被堵得危險(表3)。返回反應釜的二甲苯應控制在25~40℃,反應生成的水,應收集計量,以便了解酯化反應進行的程度。
醇酸樹脂的酯化工藝改進:傳統的流程為蒸出管→冷凝器→分水器→反應釜。如采用改進工藝則由填料塔→回流冷凝器→分水器→填料塔→反應釜,最后回到反應釜的二甲苯溫度為110~125℃,高于二甲苯-水的共沸溫度92℃。由于回到反應釜中的二甲苯溫度高,含水少甚至不含水,這樣既節約能源,又縮短脫水時間。按試驗裝置推算,整個酯化過程節柴油率為47.3%,整個醇解和酯化流程節柴油率為23.6%,每噸醇酸樹脂節柴油14.2kg,雖然建填料塔一次投入較大,但節能效果明顯,還是值得推廣的。
溶劑法與熔融法相比較有以下優點。
① 樹脂顏色較淺且比較均勻,
② 收率較高,因無苯二甲酸和多元醇的損失,多元醇、多元醇的比例保持基本不變。
③ 酯化溫度比較低,酯化反應周期比較短。
④ 溫度容易控制。
⑤ 反應釜容易清洗。