偏苯三甲酸酐

偏苯三甲酸酐

偏苯三甲酸酐(Trimellitic Anhydride,TMA)簡稱為偏酐,為具有3個羧酸官能基(Carboxyl group)的芳香族石化下游衍生物。外觀呈白色粉末狀,熔點為168℃,在水、乙醇、丙酮及大多數的有機溶劑中為易溶。

前言

偏苯三甲酸酐(Trimellitic Anhydride,TMA)簡稱為偏酐,為具有3個羧酸官能基(Carboxyl group)的芳香族石化下游衍生物。外觀呈白色粉末狀,熔點為168℃,在水、乙醇、丙酮及大多數的有機溶劑中為易溶。化學式:C9H4O5 結構式:

TMA的酸酐環在潮濕空氣中會逐漸分解,因此需密封貯藏。
TMA是高附價值的石化下游衍生產品,目前國際行情每公噸約2,200美元。台灣目前無任何廠商生產TMA,2000年進口量超過8,000公噸,較1999年成長8%,有95%左右是由美國進口,歷年進口統計數字如表-1所示。雖然TMA的用途廣泛,但台灣大部份都使用作為可塑劑的原料。
根據經濟日報90年10月2日報導,中油公司石化事業部將利用各煉油廠所產生的九碳烴,分離出124三甲基苯(Pseudocumene),再經過氧化程式可以製造偏酐,以供應石化下游廠商生產可塑劑或水性塗料。在國際石化市場不振的影響下,中油公司石化事業部背負嚴重虧損,前述新產品開發的構想若能實現,將有助於改善中油公司的獲利能力。

偏酐的製法與用途

工業上製造偏酐的方法基本上有兩種,一種是以Pseudocumene為原料,另外一種則以meta-xylene為原料,茲分述如下:
(1) Pseudocumene
美國印地安那州的標準石油公司開發這項製程,將原料溶於醋酸溶劑中,並加入醋酸鈷、醋酸鎂、溴化鈉等無機物作為觸媒,反應在23.1atm及210℃下進行,即可得到粗製的Trimellitic Acid。經過兩個階段的結晶化純化過程之後,Trimellitic Acid在325mm壓力及232℃的條件下進行脫水反應之後即可得到偏酐,收率以Pseudocumene為基準可以達到86%
(2) meta-xylene
日本三菱瓦斯化學公司開發這項製程,該公司擁有從mixed-xylene中分離高純度meta-xylene的獨特技術,因此利用meta-xylene開發下游高附加價值產品有其利基存在。製程中首先利用meta-xylene與一氧化碳反應得到2,4-Dimethyl Benzaldehyde,再經過氧化與脫水反應即可得到TMA。
TMA可視為三元酸,利用其良好的反應性可進行一系列的酯化反應,從而合成許多下游產品。其中最典型的套用例是與2-EH反應合成Trioctyl trimellitate(TOTM),作為電線電纜被覆材的可塑劑。TOTM的耐熱性、絕緣性遠超過DOP、DINP等業界熟悉的PVC用可塑劑,同時美國FDA亦認定它可使用於醫療器材或藥品包裝材。
除了前述用途以外,TMA作為環氧樹脂硬化劑、玻璃纖維接著劑、煙霧抑制劑、橡膠硫化促進劑、金屬罐用印刷油墨快速硬化劑以及作為PVC用滑劑等套用技術亦具有商業化價值。

全球偏酐的供需分析

美國Amoco公司在1968年起即開始生產TMA,當時的年產能為2.3萬公噸,隨後逐漸擴充至5萬公噸。1999年透過M. W. Kellogg Constructors公司承攬全部生產設備的改善,再將產能提升至6.5萬公噸。義大利的LONZA是歐洲唯一生產TMA的廠商,從1995年開始正式量產。1993年Amoco本有意在比利時設廠生產TMA,但該計畫並未實現。日本三菱瓦斯化學公司生產TMA的製程有別於歐美的廠商,起始原料為meta-xylene.
除了前述生產廠商以外,BP Amoco計畫投資美金1億5仟萬元在馬來西亞的Kuantan設定一座年產能65,000公噸的TMA工廠,該公司將採用最新開發的專利製程,並預訂在2002年的第四季正式量產,屆時BP Amoco的TMA總產能將達到130,000公噸,居全球之冠。目前全球TMA每年需求量約10萬公噸,而且以5~10%左右穩定成長。中國大陸已經開始生產TMA,估計2000年的需求量為4,000公噸,是全球最受期待的TMA消費市場。

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