双酚f合成工艺研究
双酚F是20世纪80年代开发的一种新型化工原料，它主要用作低粘度环氧树脂、特种聚酯原料及信息记录纸添加剂等。双酚F还有一主要用途是作酚醛树脂的改性剂和稳定剂，有双酚F参与制造的改性酚醛树脂，可大大改善酚醛脂的加工性能、力学性能和电性能，应用领域扩大。本文采用一步法合成双酚F，即以苯酚和甲醛为原料，以磷酸作为主要催化剂，经缩合反应得到双酚F，主要考察了原料配比、催化剂类型、反应温度、反应时间等因素对反应的影响，并对纯化后的产品进行了红外光谱和熔点测试等分析表征。实验结果表明最优工艺条件为：n（苯酚）/n（磷酸）=4:1，n（多聚甲醛）：n（磷酸）=1:1，反应时间为7h，反应温度30℃。在最优条件下进行试验，所得产品的收率可稳定在95%以上。关键词 双酚F，合成，多聚甲醛，酸催化目录
1 文献综述 1
1.1 引言 1
1.2 双酚F合成方法介绍 1
1.2.1 双酚F经典合成工艺 2
1.2.2 改性阳离子交换树脂催化合成双酚 F 2
1.2.2.1 树脂催化剂的预处理 2
1.2.2.2 阳离子交换树脂的改性 3
1.2.2.3 酚醛缩合反应 3
1.2.2.4 其他合成工艺 4
1.2.3 合成工业用双酚F的方法 4
1.3 双酚F的应用 5
1.3.1 合成双酚F型环氧树脂 5
1.3.2 合成聚碳酸酯（PC)树脂 6
1.3.3 合成聚酯树脂 6
1.3.4 酚醛树脂改性 6
1.3.5 双酚F产品应用现状 6
1.4 本课题研究意义与内容 7
1.4.1 研究意义 7
1.4.2 研究内容 8
2 实验部分 8
2.1 实验仪器及药品 8
2.2 实验原理 9
2.2.1 双酚F合成机理 9
2.3 实验流程 10
2.4 实验步骤 11
2.4.1 以苯酚与甲醛溶液为原料合成 11
2.4.2 以苯酚与多聚甲醛为原料合成 11
2.4.3 产品的后续处理 11 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
2 实验部分 8
2.1 实验仪器及药品 8
2.2 实验原理 9
2.2.1 双酚F合成机理 9
2.3 实验流程 10
2.4 实验步骤 11
2.4.1 以苯酚与甲醛溶液为原料合成 11
2.4.2 以苯酚与多聚甲醛为原料合成 11
2.4.3 产品的后续处理 11
2.5 产物的分析方法 12
2.6 实验数据处理方法 12
3 结果与讨论 12
3.1 反应条件的优化 12
3.1.1 甲醛形态对反应的影响 13
3.1.2 催化剂类型对反应的影响 13
3.1.3 原料配比对反应的影响 13
3.1.4 反应温度对反应的影响 14
3.1.5 反应时间对反应的影响 15
3.2 产品后处理 15
3.2.1 产品纯化 15
3.2.2 产品后续处理遇到的问题及尝试 16
结论 17
致谢 18
参考文献 19
1 文献综述
1.1 引言
双酚F(BisphenolF)，是二羟基二苯基甲烷(Dihydroxydi-phenylmethane) 的俗称，为白色叶状结晶，分子式为C13H12O2，分子量为200.24。双酚F是20世纪80年代开发的一种新型化工原料,主要应用于替代双酚A作为工业生产原料或是树脂产品添加剂，是重要的有机化工原料苯酚和丙酮的衍生物，用于生产聚碳酸酯、环氧树脂、聚砜树脂、聚苯醚树脂、不饱和聚酯树脂等多种高分子材料[1]，也可用于生产增塑剂、阻燃剂、抗氧剂、热稳定剂、橡胶防老剂、农药、涂料等精细化工产品，可用于化工生产，建筑用涂料、工程塑料等多个方面。
1.2 双酚F合成方法介绍
双酚系化合物系指两个羟苯基由一个或多个碳原子连接起来的一类化合物[2]，分子结构式为：
式中R1，R2，R3，R4为烷基、羟烷基、H或卤原子。双酚系化合物的命名规则为以合成单体中除苯酚外另一单体的英文单词的第一个字母来命名，例如双酚F的合成单体为苯酚和甲醛，甲醛的英文单词为Formaldehyde，故命名为双酚F。
双酚系化合物分子结构中含有酚羟基及苯环，由于酚羟基的邻对位效应，易发生亲电加成反应，可以进行醚化、酯化、烷基化、卤代烃化、氢化和硝化等反应，由此衍生出种类繁多的双酚系化合物，如卤代双酚A、氢化双酚A、羟甲基化双酚A、此外还有侧链双酚A/双酚P、双酚PA、双酚S和二烯丙基双酚A等。。由于这些树脂结构的特殊性，因而具有独特的耐热性、高韧性、低粘度、低应力等性能[3]。
合成双酚F绝大多数是用苯酚和甲醛为原料，在催化剂的作用下进行，双酚F通常由二羟基二苯基甲烷的三种异构体组成，即4，4-二羟基二苯基甲烷、2，4-二羟基二苯基甲烷和2，2 二羟基二苯基甲烷，其中性能最佳的为4，4-二羟基二苯基甲烷。至今单独合成4，4-二羟基二苯基甲烷的过程尚未研究出来[4]。
1.2.1 双酚F经典合成工艺
催化剂的选择是双酚F合成工艺中的重要工艺条件之一。最初人们仍想借鉴
双酚A合成的工艺条件[5]，选用强无机酸，如盐酸、硫酸作为催化剂。但这些强
酸在反应的催化过程中出现了一些较难解决的问题，主要有：强酸对设备装置的
腐蚀、氯化氢气体的挥发、产生氯乙醚、氯甲基酚、磺化产物等的副反应，以及
反应结束后水溶液与有机相分离较困难等，所以人们最终未能完善以强无机酸为
催化剂合成双酚F的工艺路线，必须要选择适合双酚F合成的催化剂。
1983年，美国的Morris R.Ort和Wilbraham．Mass[6]研究成功了以磷酸为
催化剂合成双酚F的新工艺[4]，使双酚F产品进入到工业化生产和应用开发研究的新阶段。该工艺确定的原料和催化剂的适宜配比(摩尔比)范围：n(苯酚)/n(甲醛)=4~6:1；n(苯酚)/n(磷酸)=2~4:1；n(水)/n(磷酸)=2.5~3.0:1，其简单的工艺过程为：将85%的磷酸加入到温度控制在45℃的液态苯酚中，并通过强力搅拌使之分散均匀[3]。将47%的甲醛溶液以一定的速度滴加到磷酸/苯酚混合液中。反应温度控制在45±2℃；然后将无机相(酸)与有机相(双酚F异构体混合物)分离，绝大部分磷酸以70%水溶液的形式得到回收；分离出的有机相先加入NaHCO3中和残余酸，然后经减压蒸馏蒸出过量的苯酚，蒸馏设备中剩余的馏份即为双酚F异构体混合物，可以直接作为最终产品，也可以利用4，4-异构体与另外两种异构体凝固点相差较大的性质使之得到分离。粗产品中苯酚的含量较大，对产品品质影响很大，需要通过重结晶的方法来进行提纯处理[4]。采用这一工艺过程。以甲醛计双酚F的收率约90%，4,4-异构体的含量约为55%，BPF产品用液
1 文献综述 1
1.1 引言 1
1.2 双酚F合成方法介绍 1
1.2.1 双酚F经典合成工艺 2
1.2.2 改性阳离子交换树脂催化合成双酚 F 2
1.2.2.1 树脂催化剂的预处理 2
1.2.2.2 阳离子交换树脂的改性 3
1.2.2.3 酚醛缩合反应 3
1.2.2.4 其他合成工艺 4
1.2.3 合成工业用双酚F的方法 4
1.3 双酚F的应用 5
1.3.1 合成双酚F型环氧树脂 5
1.3.2 合成聚碳酸酯（PC)树脂 6
1.3.3 合成聚酯树脂 6
1.3.4 酚醛树脂改性 6
1.3.5 双酚F产品应用现状 6
1.4 本课题研究意义与内容 7
1.4.1 研究意义 7
1.4.2 研究内容 8
2 实验部分 8
2.1 实验仪器及药品 8
2.2 实验原理 9
2.2.1 双酚F合成机理 9
2.3 实验流程 10
2.4 实验步骤 11
2.4.1 以苯酚与甲醛溶液为原料合成 11
2.4.2 以苯酚与多聚甲醛为原料合成 11
2.4.3 产品的后续处理 11 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
2 实验部分 8
2.1 实验仪器及药品 8
2.2 实验原理 9
2.2.1 双酚F合成机理 9
2.3 实验流程 10
2.4 实验步骤 11
2.4.1 以苯酚与甲醛溶液为原料合成 11
2.4.2 以苯酚与多聚甲醛为原料合成 11
2.4.3 产品的后续处理 11
2.5 产物的分析方法 12
2.6 实验数据处理方法 12
3 结果与讨论 12
3.1 反应条件的优化 12
3.1.1 甲醛形态对反应的影响 13
3.1.2 催化剂类型对反应的影响 13
3.1.3 原料配比对反应的影响 13
3.1.4 反应温度对反应的影响 14
3.1.5 反应时间对反应的影响 15
3.2 产品后处理 15
3.2.1 产品纯化 15
3.2.2 产品后续处理遇到的问题及尝试 16
结论 17
致谢 18
参考文献 19
1 文献综述
1.1 引言
双酚F(BisphenolF)，是二羟基二苯基甲烷(Dihydroxydi-phenylmethane) 的俗称，为白色叶状结晶，分子式为C13H12O2，分子量为200.24。双酚F是20世纪80年代开发的一种新型化工原料,主要应用于替代双酚A作为工业生产原料或是树脂产品添加剂，是重要的有机化工原料苯酚和丙酮的衍生物，用于生产聚碳酸酯、环氧树脂、聚砜树脂、聚苯醚树脂、不饱和聚酯树脂等多种高分子材料[1]，也可用于生产增塑剂、阻燃剂、抗氧剂、热稳定剂、橡胶防老剂、农药、涂料等精细化工产品，可用于化工生产，建筑用涂料、工程塑料等多个方面。
1.2 双酚F合成方法介绍
双酚系化合物系指两个羟苯基由一个或多个碳原子连接起来的一类化合物[2]，分子结构式为：
式中R1，R2，R3，R4为烷基、羟烷基、H或卤原子。双酚系化合物的命名规则为以合成单体中除苯酚外另一单体的英文单词的第一个字母来命名，例如双酚F的合成单体为苯酚和甲醛，甲醛的英文单词为Formaldehyde，故命名为双酚F。
双酚系化合物分子结构中含有酚羟基及苯环，由于酚羟基的邻对位效应，易发生亲电加成反应，可以进行醚化、酯化、烷基化、卤代烃化、氢化和硝化等反应，由此衍生出种类繁多的双酚系化合物，如卤代双酚A、氢化双酚A、羟甲基化双酚A、此外还有侧链双酚A/双酚P、双酚PA、双酚S和二烯丙基双酚A等。。由于这些树脂结构的特殊性，因而具有独特的耐热性、高韧性、低粘度、低应力等性能[3]。
合成双酚F绝大多数是用苯酚和甲醛为原料，在催化剂的作用下进行，双酚F通常由二羟基二苯基甲烷的三种异构体组成，即4，4-二羟基二苯基甲烷、2，4-二羟基二苯基甲烷和2，2 二羟基二苯基甲烷，其中性能最佳的为4，4-二羟基二苯基甲烷。至今单独合成4，4-二羟基二苯基甲烷的过程尚未研究出来[4]。
1.2.1 双酚F经典合成工艺
催化剂的选择是双酚F合成工艺中的重要工艺条件之一。最初人们仍想借鉴
双酚A合成的工艺条件[5]，选用强无机酸，如盐酸、硫酸作为催化剂。但这些强
酸在反应的催化过程中出现了一些较难解决的问题，主要有：强酸对设备装置的
腐蚀、氯化氢气体的挥发、产生氯乙醚、氯甲基酚、磺化产物等的副反应，以及
反应结束后水溶液与有机相分离较困难等，所以人们最终未能完善以强无机酸为
催化剂合成双酚F的工艺路线，必须要选择适合双酚F合成的催化剂。
1983年，美国的Morris R.Ort和Wilbraham．Mass[6]研究成功了以磷酸为
催化剂合成双酚F的新工艺[4]，使双酚F产品进入到工业化生产和应用开发研究的新阶段。该工艺确定的原料和催化剂的适宜配比(摩尔比)范围：n(苯酚)/n(甲醛)=4~6:1；n(苯酚)/n(磷酸)=2~4:1；n(水)/n(磷酸)=2.5~3.0:1，其简单的工艺过程为：将85%的磷酸加入到温度控制在45℃的液态苯酚中，并通过强力搅拌使之分散均匀[3]。将47%的甲醛溶液以一定的速度滴加到磷酸/苯酚混合液中。反应温度控制在45±2℃；然后将无机相(酸)与有机相(双酚F异构体混合物)分离，绝大部分磷酸以70%水溶液的形式得到回收；分离出的有机相先加入NaHCO3中和残余酸，然后经减压蒸馏蒸出过量的苯酚，蒸馏设备中剩余的馏份即为双酚F异构体混合物，可以直接作为最终产品，也可以利用4，4-异构体与另外两种异构体凝固点相差较大的性质使之得到分离。粗产品中苯酚的含量较大，对产品品质影响很大，需要通过重结晶的方法来进行提纯处理[4]。采用这一工艺过程。以甲醛计双酚F的收率约90%，4,4-异构体的含量约为55%，BPF产品用液
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