綠色基礎(chǔ)化工原料碳酸二甲酯的主要用途

麻永強

摘 要：DMC分子含有多種有機反應(yīng)，由于它的低毒性、良好的溶解性、高含氧量，使其可以作為重要的化工原料、綠色有機溶劑和高辛烷值油品添加劑，并可替代某些劇毒的化工原料，從而進(jìn)行綠色工藝生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：DMC；化工原料；碳酸二甲酯；MTBE；化學(xué)原料

1 碳酸二甲酯化學(xué)成分以及分子結(jié)構(gòu)

碳酸二甲酯其分子中含有甲基、羰基和甲酯基三種官能團，能與多種醇、酚、胺、酯以及氨基醇進(jìn)行一系列的反應(yīng)，其英文（dimethylcarbonale簡稱DMC），結(jié)構(gòu)式CH3O-CO-OCH3。在農(nóng)藥、醫(yī)藥、工程塑料、染料、電子化學(xué)品、食品添加劑等有著廣泛的用途。

DMC的分子結(jié)構(gòu)中只有C-H和C-O鍵，不含易生成顆粒的C-C鍵，所以如果燃燒，DMC本身不生成炭煙粒子。DMC含氧量達(dá)53.3%，可使噴霧芯區(qū)因缺氧而生成的微粒量大幅度下降，從而可使NOx和炭煙的排放得以降低。

DMC就目前來看，是一種環(huán)境友好的綠色化學(xué)品，甲醇相氧化羰基合成碳酸二甲酯是熱力學(xué)上工藝成熟的且原料廉價的物質(zhì)，符合21世紀(jì)綠色化學(xué)理念地工藝合成路線。

2 DMC可作為有毒原料的代替品

DMC的毒性很低。1992年，歐洲有關(guān)組織將它列為無毒化學(xué)品。根據(jù)綠色化學(xué)的觀點，要從原料開始采用無毒或者低毒的原料，生產(chǎn)過程中，盡量采用不產(chǎn)生污染物的生產(chǎn)工藝。DMC作為某些劇毒產(chǎn)品的代替品，已經(jīng)有越來越多的人注意到它。

2.1 代替硫酸二甲酯（DMS）作甲基化劑

常用的甲基化劑有硫酸二甲酯（DMS）和氯化烷（CH3CL）。CH3CL為低毒有機物，而DMS屬于高毒類物質(zhì)。DMS具有毒性和腐蝕性，為了避免生產(chǎn)過程中的危險，腐蝕設(shè)備及環(huán)境污染，使用DMC比DMS反應(yīng)率更高，工藝更簡單。

DMC的化學(xué)反應(yīng)囊括了光氣和DMS在化工用途中的絕大部分反應(yīng)。按照實際反應(yīng)過程中DMC的有效碳基化數(shù)和甲基化數(shù)分別是光氣和DMS的2.2倍、1，7倍。假設(shè)未來幾年光氣和DMS需求量的30%被DMC取代，僅此一項就需要DMC30萬噸/年以上。

2.2 代替光氣作羰基化劑

光氣雖然反應(yīng)活性較高，但是它的劇毒和高腐蝕對環(huán)境有著巨大壓力，因此逐漸被淘汰，DMC具有類似的親核反應(yīng)中心，DMC的羰基受到親核攻擊時，酰基-氧鍵斷裂，形成羰基化合物，副產(chǎn)物為甲醇，因此DMC代替光氣后，由于DMC無毒、無腐蝕，降低了設(shè)備制造、操作管理及廢物處理等方面的技術(shù)要求。更重要的是，能較容易地制作高品質(zhì)產(chǎn)品。

3 DMC作為綠色溶劑

DMC具有優(yōu)良的溶解性能，不僅是因為它和其他溶劑的相溶性好，還具有較高的蒸發(fā)溫度及蒸發(fā)速度快的特點。DMC不僅毒性小，還具有閃點髙、蒸汽壓低和空氣中爆炸下限高、易于汽化、脫脂能力高等特點，是具有清潔性和安全性的綠色溶劑。

3.1 DMS是大氣臭氧層有破壞作用是我清潔劑的替代產(chǎn)品

氟氯化碳簡稱CFC，俗稱氟利昂，是破壞臭氧層的始作俑者，氟利昂是本世紀(jì)20年代合成的化學(xué)性質(zhì)，其不具有可燃性和毒性，被當(dāng)做制冷劑、發(fā)泡劑和清潔劑。被應(yīng)用于家用電器、泡沫塑料、日用化學(xué)品、汽車、消防器材等領(lǐng)域。當(dāng)今社會中，氟利昂等物質(zhì)應(yīng)用非常廣泛，要想全面淘汰氟利昂，必須要找到氟利昂的替代物質(zhì)和替代技術(shù)。DMC可以代替CFC應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)使用的清潔劑。

3.2 作為汽油以及柴油添加劑的考察

由于DMC含氧量較高、蒸汽壓低、可溶性好，而且是無毒無害的產(chǎn)品，因而是極有前途的汽油添加劑。在DMC中有提高辛烷值地作用，還具有五香份里、低毒和快速生物溶解等性質(zhì)。當(dāng)汽油達(dá)到與同等含氧量時，達(dá)到與甲基叔丁基醚（簡稱MTBE）相近地調(diào)和效果，使得對汽油的飽和度與蒸汽壓、冰點、水溶性不相上下。從而，降低了汽車尾氣中碳?xì)浠衔?、一氧化碳和甲醛的排放量?/p>

為方便人類出行，各大城市設(shè)立了公交車，而公交車燃燒是柴油。柴油汽車對環(huán)境造成地影響主要是炭煙粒子（冒出黑色煙），排放的有害物質(zhì)主要以氮氧化物為主（NOx），降低碳氧化物和炭煙粒子排放是我們一直研究的課題。DMC除了含氧量較高、蒸汽壓力低、可溶性相對較高意外，還有其它特點：其一、DMC在分子結(jié)構(gòu)中，不易生成顆粒，如果完全燃燒，DMC本身不會生成炭煙粒子，對于環(huán)境的污染會大大減小。其二、DMC 具有較高地含氧量，其含氧值達(dá)到53.3%，從而使噴霧芯區(qū)因為全氧而造成的微粒量大量減少，碳氧化物和炭煙的排放也會降低。

4 DMC是綠色的化工原料

DMC是一種用途較為廣泛的化工原料，利用獨特性能制造了許多新的衍生物。現(xiàn)如今，人類對地球環(huán)境的保護越來越重視，減少或取代高污染化學(xué)品的使用一直是許多化學(xué)家和化學(xué)工程努力的目標(biāo)。DMC的性能決定了它未來可以全面取代某些高污染劇毒化學(xué)品，成為廣泛使用的化學(xué)原料。碳酸二甲酯與苯酚反應(yīng)產(chǎn)生的苯甲醚，是一種重要的使用香料。它在醫(yī)藥、香料、染料等行業(yè)均有廣泛的用途。碳酸二甲酯與胺類物質(zhì)及酸反應(yīng)，能夠得到不同的季銨鹽，在防腐劑、消泡劑和纖維添加劑等方面得到應(yīng)用。碳酸二甲酯替代光氣等有害物質(zhì)進(jìn)行羰基化反應(yīng)，如碳酸二甲酯與苯酚合成碳酸苯甲酯，是生產(chǎn)芳香族聚碳酸酯、異氰酸酯、氨基酸甲酯等的中間體，也可以用來合成農(nóng)藥原料。

5 DMC可以用于涂料

由于國家環(huán)保政策和法規(guī)逐步強化，溶劑型涂料占年下降速度可能會超過一個百分點。溶劑型涂料占比降低的速度不僅與環(huán)保法規(guī)有關(guān)，還涉及技術(shù)、經(jīng)濟有關(guān)企業(yè)家社會責(zé)任心和全社會的環(huán)保意識提高等因素。因此溶解性涂料在國家環(huán)境階段占有重要地位。

由于DMC和涂料常用樹脂與溶劑有相近的溶解參數(shù)，因此可以用DMC和其它溶劑配制混合溶劑，使混合溶劑的溶解參數(shù)和樹脂溶解參數(shù)更接近，溶解性也會更好。從而也更好的達(dá)到了環(huán)保的效果。

6 結(jié)語

碳酸二甲酯被譽為“21世紀(jì)綠色化工原料”及“綠色化工產(chǎn)品的基石”。隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，人類健康、環(huán)境保護意識的增強，碳酸二甲酯在能源、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、電池等領(lǐng)域備受歡迎，在近十年內(nèi)引起了國內(nèi)外化工界的廣泛重視，在國際上具有廣闊的市場前景。

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