環(huán)氧丙烯酸酯樹脂作為紫外光固化材料的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于涂料、電子封裝、3D打印等領(lǐng)域。

其前體—3-氯醇的合成涉及強(qiáng)放熱、多步反應(yīng)，熱失控風(fēng)險突出。

近日，中國科學(xué)院廣州化學(xué)研究所專家組用差示掃描量熱DSC與 THT 絕熱加速量熱儀ES-ARC，系統(tǒng)研究了投料比與催化劑類型對反應(yīng)熱行為的影響。

THT ES-ARC憑借其高靈敏度絕熱跟蹤能力，精準(zhǔn)捕獲了不同工況下的失控起始溫度、絕熱溫升及放熱曲線，為工藝安全設(shè)計提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

3-氯醇的合成路徑為：丙烯酸羥乙酯（HEA）和鄰苯二甲酸酐（PA）反應(yīng)生成鄰苯二甲酸單酯，生成的鄰苯二甲酸單酯和環(huán)氧氯丙烷（ECH）在催化劑的作用下發(fā)生開環(huán)酯化反應(yīng)生成3-氯醇。

DSC結(jié)果顯示，該反應(yīng)為兩步放熱過程，第二步為主放熱階段。反應(yīng)機(jī)理如下：

THT絕熱加速量熱儀測試了三種投料比（HEA:PA:ECH = 1.5:1:0.5、1:1:1、0.5:1:1.5）。結(jié)果顯示：

- HEA過量時，反應(yīng)不全，放熱量僅90.6 J/g；

- 化學(xué)計量比（1:1:1）下，反應(yīng)集中、放熱量181.5 J/g，路徑清晰；

- ECH過量時，體系出現(xiàn)雙階段放熱，總放熱量飆升至324.6 J/g，源于ECH均聚及分解副反應(yīng)，熱風(fēng)險顯著升高。

1、三乙胺鹽酸鹽催化劑

THT ES-ARC測試表明，催化劑濃度從0.1%增至0.5%時，失控起始溫度從65.5°C降至55.6°C，絕熱溫升從64.5 K降至45.2 K。高濃度雖加速反應(yīng)，但總放熱降低，表明副反應(yīng)路徑被優(yōu)先激活。

2、NaOH催化劑

與三乙胺鹽酸鹽相比，NaOH催化體系在低中濃度（0.1%、0.3%）下失控起始溫度高出約10°C，安全窗口更寬。且比反應(yīng)熱穩(wěn)定在較高水平（約220–230 J/g），副反應(yīng)少，熱穩(wěn)定性優(yōu)異。

本研究充分展示了 THT 絕熱加速量熱儀在化工熱風(fēng)險評估中的不可替代性：

- 精準(zhǔn)獲取失控起始溫度（Tonset）、絕熱溫升（ΔTad）、反應(yīng)熱（ΔH）等關(guān)鍵參數(shù)；

- 清晰分辨多階段放熱及副反應(yīng)路徑（如ECH過量時的雙峰放熱）；

- 量化催化劑濃度對熱穩(wěn)定性的影響，為工藝放大提供安全邊界。

通過 THT 絕熱加速量熱儀的系統(tǒng)測試，明確了3-氯醇合成中ECH過量是主要熱危險源，NaOH催化劑在安全性與反應(yīng)路徑穩(wěn)定性上優(yōu)于三乙胺鹽酸鹽。

THT 絕熱加速量熱儀為揭示復(fù)雜聚合反應(yīng)的熱失控機(jī)理、優(yōu)化合成工藝、保障化工生產(chǎn)安全，提供了強(qiáng)有力的測試手段。

THT 絕熱加速量熱儀在獲取失控起始溫度、絕熱溫升、反應(yīng)熱等關(guān)鍵參數(shù)方面表現(xiàn)出高的靈敏度與可靠性，為化工過程的熱風(fēng)險評估提供了強(qiáng)有力的工具支持。其在揭示副反應(yīng)路徑、識別隱性熱危害方面的獨(dú)特優(yōu)勢，使其成為本質(zhì)安全工藝開發(fā)中的核心設(shè)備。

本文核心內(nèi)容引自戚龍波等人論文《環(huán)氧丙烯酸酯前體：3-氯醇合成中的熱失控特性》