綠色基礎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，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，從而進行綠色工藝生產。

關鍵詞：DMC；化工原料；碳酸二甲酯；MTBE；化學原料

1 碳酸二甲酯化學成分以及分子結構

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、酯以及氨基醇進行一系列的反應，其英文（dimethylcarbonale簡稱DMC），結構式CH3O-CO-OCH3。在農藥、醫藥、工程塑料、染料、電子化學品、食品添加劑等有著廣泛的用途。

DMC的分子結構中只有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53.3%，可使噴霧芯區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，是一種環境友好的綠色化學品，甲醇相氧化羰基合成碳酸二甲酯是熱力學上工藝成熟的且原料廉價的物質，符合21世紀綠色化學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，歐洲有關組織將它列為無毒化學品。根據綠色化學的觀點，要從原料開始采用無毒或者低毒的原料，生產過程中，盡量采用不產生污染物的生產工藝。DMC作為某些劇毒產品的代替品，已經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。DMS具有毒性和腐蝕性，為了避免生產過程中的危險，腐蝕設備及環境污染，使用DMC比DMS反應率更高，工藝更簡單。

DMC的化學反應囊括了光氣和DMS在化工用途中的絕大部分反應。按照實際反應過程中DMC的有效碳基化數和甲基化數分別是光氣和DMS的2.2倍、1，7倍。假設未來幾年光氣和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

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

3 DMC作為綠色溶劑

DMC具有優良的溶解性能，不僅是因為它和其他溶劑的相溶性好，還具有較高的蒸發溫度及蒸發速度快的特點。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20年代合成的化學性質，其不具有可燃性和毒性，被當做制冷劑、發泡劑和清潔劑。被應用于家用電器、泡沫塑料、日用化學品、汽車、消防器材等領域。當今社會中，氟利昂等物質應用非常廣泛，要想全面淘汰氟利昂，必須要找到氟利昂的替代物質和替代技術。DMC可以代替CFC應用于半導體工業使用的清潔劑。

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。當汽油達到與同等含氧量時，達到與甲基叔丁基醚（簡稱MTBE）相近地調和效果，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氫化合物、一氧化碳和甲醛的排放量。

為方便人類出行，各大城市設立了公交車，而公交車燃燒是柴油。柴油汽車對環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在分子結構中，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，其含氧值達到53.3%，從而使噴霧芯區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。現如今，人類對地球環境的保護越來越重視，減少或取代高污染化學品的使用一直是許多化學家和化學工程努力的目標。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品，成為廣泛使用的化學原料。碳酸二甲酯與苯酚反應產生的苯甲醚，是一種重要的使用香料。它在醫藥、香料、染料等行業均有廣泛的用途。碳酸二甲酯與胺類物質及酸反應，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用。碳酸二甲酯替代光氣等有害物質進行羰基化反應，如碳酸二甲酯與苯酚合成碳酸苯甲酯，是生產芳香族聚碳酸酯、異氰酸酯、氨基酸甲酯等的中間體，也可以用來合成農藥原料。

5 DMC可以用于涂料

由于國家環保政策和法規逐步強化，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保法規有關，還涉及技術、經濟有關企業家社會責任心和全社會的環保意識提高等因素。因此溶解性涂料在國家環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，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和樹脂溶解參數更接近，溶解性也會更好。從而也更好的達到了環保的效果。

6 結語

碳酸二甲酯被譽為“21世紀綠色化工原料”及“綠色化工產品的基石”。隨著社會的發展和進步，人類健康、環境保護意識的增強，碳酸二甲酯在能源、醫藥、農業、電池等領域備受歡迎，在近十年內引起了國內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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