PVB膠片用三甘醇二異辛酸酯生產(chǎn)技術(shù)

文/歐陽孔波（安徽皖維高新材料股份有限公司）

PVB 膠片又稱PVB 膜，是半透明的薄膜，是由聚乙烯醇縮丁醛樹脂經(jīng)增塑劑三甘醇二異辛酸酯塑化擠壓成型的一種高分子材料，廣泛應(yīng)用于建筑安全玻璃、汽車安全玻璃、太陽能光伏組件封裝膜等領(lǐng)域。經(jīng)過特殊配方生產(chǎn)的PVB 膠片在航天、軍事和高新技術(shù)工業(yè)領(lǐng)域等也有著廣泛的應(yīng)用[1]。

三甘醇二異辛酸酯是一種無色、微有氣味、不溶于水的液體，為溶劑型耐寒增塑劑，廣泛應(yīng)用于聚乙烯醇縮丁醛（PVB）安全膜和合成橡膠的特效增塑劑，也可用于滌布、粘結(jié)劑及密封材料等[2]。作為聚乙烯醇縮丁醛（PVB）膠片的特質(zhì)增塑劑，三甘醇二異辛酸酯是PVB 膠片加工過程中不可或缺的原料，每噸PVB 膠片消耗三甘醇二異辛酸酯260kg，用量較大。傳統(tǒng)生產(chǎn)路線工藝處理過程復(fù)雜、能耗大、生產(chǎn)效率低，需要改進(jìn)。

一、生產(chǎn)工藝概述

三甘醇二異辛酸酯的合成反應(yīng)是典型的脫水酯化反應(yīng)，分兩步進(jìn)行。第一步是一分子三甘醇和一分子異辛酸在催化劑作用下脫一分子水生成三甘醇單異辛酸酯；第二步是一分子三甘醇單異辛酸酯和一分子異辛酸在催化劑作用下繼續(xù)反應(yīng)脫一分子水生成三甘醇二異辛酸酯[3]。反應(yīng)方程式如下：

第一步反應(yīng)：HOCH2(CH2OCH2)2CH2OH+C7H15COOH→C7H15COOCH2(CH2OCH2)2CH2OH+H2O

第二步反應(yīng)：C7H15COOCH2(CH2OCH2)2CH2OH+C7H15COOH→C7H15COOCH2(CH2OCH2)2CH2COOC7H15+H2O

三甘醇二異辛酸醋的合成是典型的脫水酯化反應(yīng)，該反應(yīng)影響因素包括催化劑種類、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度和三甘醇與異辛酸比例等，其中催化劑的種類是關(guān)鍵。目前國內(nèi)市場上生產(chǎn)三甘醇二異辛酸酯對催化劑的選擇一部分采用無機(jī)液體酸性催化劑，通過硫酸與磷酸混合液作為催化劑[4]，另一部分采用固體酸催化劑。常規(guī)無機(jī)液體酸性催化劑在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用非常廣泛，但對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，工藝上存在大量堿洗、水洗產(chǎn)生的廢液，污染環(huán)境，副產(chǎn)品多，影響產(chǎn)品品質(zhì)；固體酸催化劑也存在價(jià)格昂貴、制備過程復(fù)雜的問題。

金泉公司和皖維公司通過多年的研究，選用氯化亞錫為主催化劑，二氧化鈦與活性炭作為助催化劑。該催化劑制作簡單、價(jià)格低，可有效抑制副反應(yīng)的發(fā)生，采用常壓工藝即可制得合格產(chǎn)品。該技術(shù)占地面積小、設(shè)備緊湊、操作簡單同時(shí)可提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

二、工藝流程簡述

該技術(shù)主要包括三甘醇二異辛酸酯的合成、異辛酸的回收、三甘醇二異辛酸酯的精制三個(gè)單元過程。工藝流程見圖1。

1.三甘醇二異辛酸酯的合成

首先將一定配比的三甘醇、異辛酸、催化劑計(jì)量后泵入酯化分離釜進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)過程通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，用蒸汽將物料升溫，在攪拌器攪拌狀態(tài)下，保持反應(yīng)溫度，操作壓力為表壓0.01～0.02kPa、溫度為180～220℃，反應(yīng)過程中輕組分通過氣相出口進(jìn)入冷卻器，經(jīng)冷卻器冷凝后的液相進(jìn)入分水器物理分離異辛酸和水，分水器上層異辛酸進(jìn)入酯化分離釜繼續(xù)酯化反應(yīng)。取樣分析酯化分離釜中的單酯含量為0.5%～1.5%時(shí)，結(jié)束酯化反應(yīng)并將分水器中的液體放至回酸收集槽。輕組分主要為異辛酸和水，夾帶少量的三甘醇二異辛酸酯。

2.異辛酸的回收

合成反應(yīng)結(jié)束后需將酯化分離釜中多余的異辛酸回收。通過物理方法繼續(xù)用蒸汽提供熱源，啟動(dòng)真空泵、酯化分離釜底部通入氮?dú)猓僮鲏毫榻^對壓力15～40kPa、溫度為200～240℃、脫酸時(shí)間3～5h。酯化分離釜中的氣相進(jìn)入冷卻器，經(jīng)冷卻的物料通過分水器進(jìn)入回酸收集槽，冷卻器中的氣相經(jīng)真空泵進(jìn)入冷凝器，冷凝后的物料進(jìn)入回酸收集槽，取樣化驗(yàn)酸價(jià)，酸價(jià)范圍在1～6mg/g 時(shí)，結(jié)束脫酸工序，并對粗反應(yīng)液降溫。

3.三甘醇二異辛酸酯的精制

將脫酸后的粗反應(yīng)液轉(zhuǎn)入冷卻粗濾釜，冷卻后經(jīng)板框壓濾壓出濾渣；濾液經(jīng)粗油槽收集后進(jìn)入脫輕組分釜。用蒸汽將脫輕組分釜升溫蒸出濾液中的超量異辛酸，得到三甘醇二異辛酸酯粗品。三甘醇二異辛酸酯粗品經(jīng)冷卻水洗釜、脫水釜、冷卻精濾釜、精油板框?yàn)V油機(jī)進(jìn)行冷卻水洗、脫水、蒸餾及過濾，得到無色透明油狀三甘醇二異辛酸酯成品。成品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：純度≥98%，酸值≤0.1mg/g（以 NaOH 計(jì)）,閃點(diǎn)(開杯)≥ 207℃,色度≤ 20 號(hào)（標(biāo)準(zhǔn)比色）。

三、結(jié)語

近年來，建筑、汽車等行業(yè)的快速發(fā)展，促進(jìn)了聚乙烯醇縮丁醛（PVB）膠片市場對增塑劑的需求，三甘醇二異辛酸酯的需求量逐漸增大，但三甘醇二異辛酸酯的生產(chǎn)技術(shù)在相關(guān)文獻(xiàn)中少見報(bào)道。本文簡要介紹了生產(chǎn)三甘醇二異辛酸酯催化劑的選擇以及一種高效節(jié)能的生產(chǎn)工藝技術(shù)，希望有助于該生產(chǎn)技術(shù)的推廣。