دیاکتیل فتالات (DOP) که نام دقیقتر آن Bis(۲-ethylhexyl) phthalate و اختصار شیمیایی آن DEHP است، یکی از پلاستیسایزرهای شناختهشده مورد استفاده در تولید PVC نرم و محصولات پلیمری انعطافپذیر است.
تولید تجاری DOP عمدتاً بر پایه واکنش انیدرید فتالیک (Phthalic Anhydride) با ۲-اتیل هگزانول (۲-Ethylhexanol) انجام میشود. در این فرایند، با پیشرفت واکنش استریفیکاسیون، ابتدا مونواستر و سپس دیاستر تشکیل شده و آب بهعنوان محصول جانبی ایجاد میشود.
فرایند تولید DOP میتواند بهصورت Batch یا Continuous طراحی شود و شرایط عملیاتی مانند دما، فشار، نوع کاتالیست، نسبت مواد اولیه و روش جداسازی بسته به طراحی واحد تولید متفاوت است.
در این مقاله، مراحل اصلی تولید DOP، نقش مواد اولیه و کاتالیست، نحوه حذف آب و بازیابی الکل، عوامل مؤثر بر کیفیت محصول و نکات مهم در انتخاب DOP بررسی میشود.
.jpg)
مواد اولیه اصلی برای تولید DOP عبارتاند از:
۱. انیدرید فتالیک
انیدرید فتالیک یکی از مواد اولیه اصلی فرایند است. این ماده در واکنش با ۲-اتیل هگزانول وارد مسیر استریفیکاسیون شده و اسکلت فتالات محصول را تشکیل میدهد.
۲. ۲-اتیل هگزانول
دی اتیل هگزانول الکل مورد استفاده برای تشکیل گروههای استری DOP است.
در فرایند تولید، معمولاً از مقدار اضافی الکل نسبت به مقدار تئوری استفاده میشود تا پیشرفت واکنش و تبدیل ماده اولیه به دیاستر تسهیل شود. مقدار واقعی و نسبت خوراک به طراحی فرایند و شرایط تولید بستگی دارد. منابع صنعتی نیز تولید DEHP را با استفاده از excess ۲-ethylhexanol توصیف کردهاند.
واکنش کلی تولید DOP را میتوان بهصورت ساده به شکل زیر نشان داد:
Phthalic Anhydride + ۲-Ethylhexanol → Di(۲-ethylhexyl) phthalate + Water
یا بهصورت خلاصه:
C₆H₄(CO)₂O + ۲ C₈H₁₇OH → C₂₄H₃₈O₄ + H₂O
در این واکنش، انیدرید فتالیک و ۲-اتیل هگزانول ابتدا وارد مرحله تشکیل مونواستر شده و سپس واکنش تا تشکیل دیاستر ادامه پیدا میکند.
بنابراین آب یکی از محصولات جانبی اصلی واکنش است و حذف آن از محیط واکنش نقش مهمی در پیشبرد استریفیکاسیون دارد.
تولید تجاری DEHP از همین واکنش با ۲-اتیل هگزانول اضافی و در حضور کاتالیستهایی مانند اسید سولفوریک یا پارا-تولوئن سولفونیک اسید گزارش شده است.
اگرچه جزئیات یک واحد صنعتی میتواند بر اساس طراحی فرایند متفاوت باشد، ساختار کلی تولید DOP را میتوان در چند مرحله اصلی بررسی کرد:
۱. شارژ مواد اولیه
در ابتدا، انیدرید فتالیک و ۲-اتیل هگزانول بر اساس نسبت تعیینشده وارد راکتور میشوند.
راکتور تولید معمولاً به تجهیزات گرمایش، همزن و سامانههای مناسب برای کنترل دما و جداسازی محصولات فرار مجهز است.
بهدلیل استفاده از الکل اضافی، ۲-اتیل هگزانول علاوه بر نقش واکنشدهنده، در ادامه فرایند میتواند بهعنوان بخشی از جریان بازیافتی مجدداً به فرایند بازگردد.
۲. تشکیل مونواستر
پس از شروع واکنش، انیدرید فتالیک با ۲-اتیل هگزانول واکنش داده و مونو(۲-اتیلهگزیل) فتالات تشکیل میشود.
این مرحله نسبتاً سریعتر از ادامه استریفیکاسیون در نظر گرفته میشود، زیرا حلقه انیدرید برای واکنش با الکل فعال است.
در ادامه، مونواستر بهعنوان حدواسط وارد مرحله تشکیل دیاستر میشود.
۳. تشکیل دیاستر
در مرحله بعد، مونواستر با مولکول دیگری از ۲-اتیل هگزانول واکنش میدهد و Bis(۲-ethylhexyl) phthalate یا DOP تشکیل میشود.
در این مرحله نیز آب بهعنوان محصول جانبی تولید میشود.
واکنش کلی را میتوان به شکل زیر نوشت:
Monoester + ۲-Ethylhexanol → DOP + H₂O
پیشرفت این واکنش به عواملی مانند دما، کاتالیست، نسبت الکل، زمان ماند و نحوه خارج کردن آب وابسته است.
۴. حذف آب حاصل از واکنش
استریفیکاسیون یک واکنش تعادلی است. بنابراین خارج کردن آب حاصل از واکنش میتواند تعادل را به سمت تشکیل استر بیشتر جابهجا کند.
در فرایندهای صنعتی، نحوه جداسازی آب به طراحی واحد بستگی دارد و میتواند با استفاده از سیستمهای تقطیر و جداسازی مناسب انجام شود.
به همین دلیل جمله ساده «آب با تقطیر حذف میشود» برای همه واحدها کافی نیست؛ روش جداسازی آب بخشی از طراحی فرایند است.
از آنجا که در تولید DOP معمولاً از مقدار اضافی ۲-اتیل هگزانول استفاده میشود، بخشی از این الکل پس از واکنش در محصول باقی میماند و باید از جریان محصول جدا شود.
این الکل میتواند با روشهای جداسازی مناسب، از جمله تقطیر و در برخی فرایندها تحت خلأ، بازیابی و در صورت مطابقت با مشخصات فرایندی دوباره به سیستم بازگردانده شود.
بازیابی و recycle الکل یکی از اجزای مهم اقتصاد فرایند است. منابع صنعتی نیز به بازیابی و استفاده مجدد از الکل اضافی اشاره کردهاند.
۶. خنثیسازی و شستوشو
نوع عملیات تصفیه پس از واکنش به کاتالیست و طراحی کارخانه بستگی دارد.
در برخی فرایندهای اسیدکاتالیستی، عملیات شستوشو و خنثیسازی برای حذف بقایای اسید و ناخالصیهای محلول انجام میشود.
در برخی فرایندهای دیگر، بهدلیل استفاده از کاتالیستهایی با ماهیت متفاوت، ساختار تصفیه میتواند متفاوت باشد.
بنابراین نباید «شستوشو با آب» را یک مرحله الزامی در تمام فناوریهای تولید DOP معرفی کرد.
EPA نیز تفاوتهایی میان فرایندهای کاتالیست اسیدی و فرایندهای غیر اسیدی/آمفوتریک در مرحله purification گزارش کرده است.
۷. فیلتراسیون و تصفیه نهایی
پس از تکمیل واکنش و عملیات اولیه جداسازی، محصول برای حذف ناخالصیهای باقیمانده وارد مرحله تصفیه میشود.
بسته به فناوری مورد استفاده، روشهایی مانند:
۱. فیلتراسیون
۲. vacuum stripping
۳. جذب ناخالصیهای رنگی
۴. شستوشو و خنثیسازی
۵. تقطیر
میتوانند در زنجیره تصفیه مورد استفاده قرار گیرند.
در منابع فرایندی قدیمیتر، استفاده از vacuum distillation و/یا activated charcoal برای تصفیه DEHP نیز گزارش شده است.
۸. کنترل کیفیت و ذخیرهسازی
در پایان، محصول تولیدشده از نظر پارامترهای کیفی مورد بررسی قرار میگیرد.
بسته به مشخصات گرید، پارامترهایی مانند:
Acidity، Color، Specific Gravity، Refractive Index، Viscosity، Water و سایر ناخالصیها
میتوانند برای کنترل کیفیت محصول بررسی شوند.
پس از تأیید مشخصات، DOP در مخازن مناسب ذخیره شده و برای بستهبندی یا ارسال آماده میشود.
انتخاب کاتالیست یکی از عوامل مهم در طراحی فرایند تولید DOP است.
در منابع صنعتی و پژوهشی، انواع مختلفی از کاتالیستها برای استریفیکاسیون انیدرید فتالیک با ۲-اتیل هگزانول بررسی یا استفاده شدهاند.
کاتالیستهای اسیدی
یکی از گروههای شناختهشده، کاتالیستهای اسیدی هستند.
از جمله:
۱. سولفوریک اسید
۲. p-Toluenesulfonic acid (PTSA)
ترکیبات تیتانیومی و زیرکونیومی
در مطالعات فرایندی، ترکیبات تیتانیوم و زیرکونیوم نیز برای افزایش سرعت و کارایی استریفیکاسیون بررسی شدهاند.
بهعنوان مثال، پژوهشهای انجامشده روی تولید DOP، کاتالیستهایی مانند tetrabutyl titanate و tetrabutyl zirconate را بررسی کردهاند.
کاتالیستهای جامد اسیدی
کاتالیستهای اسیدی جامد نیز برای تولید DOP مورد مطالعه قرار گرفتهاند.
"پژوهشی منتشرشده در Applied Catalysis A عملکرد کاتالیستهای اسیدی جامد و superacidic را در تولید DOP از phthalic anhydride و ۲-ethylhexanol بررسی کرده و به ویژگیهایی مانند فعالیت، انتخابپذیری، قابلیت استفاده مجدد و اقتصاد فرایند توجه کرده است."
«بنابراین، نمیتوان گفت یک کاتالیست خاص در تمام واحدهای صنعتی بهترین گزینه است. انتخاب کاتالیست به طراحی فرایند، شرایط عملیاتی، تجهیزات جداسازی، هزینه، کیفیت محصول موردنظر و روش تصفیه بستگی دارد.»
تولید صنعتی DOP بر پایه واکنش فتالیک انیدرید و دی اتیل هگزانول انجام میشود و فرایند شامل تشکیل مونواستر، ادامه استریفیکاسیون تا تشکیل دیاستر، حذف آب، بازیابی الکل اضافی و مراحل مختلف خالصسازی است.
با این حال، هیچ نسخه واحدی از فرایند تولید DOP وجود ندارد که بتوان شرایط آن را برای تمام کارخانهها یکسان دانست.
نوع کاتالیست، دما، فشار، نسبت مواد اولیه، روش حذف آب و شیوه تصفیه همگی تابع طراحی فرایند و مشخصات محصول موردنظر هستند.
به همین دلیل، برای ارزیابی کیفیت DOP بهتر است به جای اتکا به نام محصول یا فقط درصد خلوص، COA و مشخصات فنی واقعی محموله بررسی شود.
برای دریافت اطلاعات فنی و قیمت روز DOP، با کارشناسان مونوتاو در ارتباط باشید.
