Transcript Bisphénol A ou diphénylolpropane (DPP)

Bisphénol A
ou diphénylolpropane (DPP)
CH3
HO
par
et
Gilles LEFEBVRE
Claude RAIMBAULT
C
OH
CH3
Institut français du Pétrole (IFP)
1.
1.1
1.2
1.3
Procédés de fabrication..........................................................................
Procédés en phase homogène ....................................................................
Procédés de catalyse hétérogène ...............................................................
Installations en service.................................................................................
2.
2.1
2.2
Fiche produit bisphénol A ......................................................................
Propriétés physico-chimiques .....................................................................
Précautions d’emploi ...................................................................................
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—
2
—
3
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3
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3
3
4
L
e bisphénol A ou diphénylolpropane (DPP) est une matière première pour la
fabrication des polycarbonates et des résines époxy, on l’utilise aussi dans
la fabrication de résines polyesters insaturées, de résines polyarylates et d’ignifugeants.
Deux types de procédés coexistent actuellement dans le monde.
L’avantage économique des procédés de catalyse hétérogène réside dans le
coût d’investissement plus bas résultant de l’emploi d’un catalyseur non corrosif. Par ailleurs, l’absence d’eaux usées à recycler réduit l’importance des installations de recyclage.
Par contre, les procédés, en phase homogène, utilisant l’acide chlorhydrique
opèrent à température plus basse ce qui favorise l’isomère 4-4 ′ par rapport aux
autres sous-produits. Enfin, ils ne comportent pas de recyclage de l’acétone et
ne nécessitent pas de purification supplémentaire pour éliminer l’isomère 2-4 ′.
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© Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés
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BISPHÉNOL A OU DIPHÉNYLOLPROPANE (DPP)
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1. Procédés de fabrication
1.1 Procédés en phase homogène
Le lecteur pourra se reporter aux références [1], [2], [3].
Le bisphénol A est obtenu par condensation de deux molécules
de phénol avec une molécule d’acétone en présence d’un catalyseur
acide :
CH3
C
O
+
2
OH
CH3
2
HO
CH3
3
1
4
C
3'
2'
1'
4'
OH
+
H2O
CH3
En plus de l’isomère 4-4′ représenté ci-dessus, il se forme, en
quantités variables selon les procédés, de l’isomère 2-4′.
La qualité époxy peut renfermer jusqu’à 5 % d’isomère 2-4′, qualité indésirable pour les polycarbonates qui nécessitent une teneur
inférieure à 0,2 % (qualité polycarbonate).
Les procédés commerciaux se distinguent les uns des autres par
la nature du catalyseur acide mis en œuvre.
Les procédés classiques opèrent en phase liquide homogène renfermant un acide fort, le plus souvent l’acide chlorhydrique.
Des procédés plus récents utilisent un catalyseur acide solide
constitué par une résine échangeuse d’ions.
La réaction de condensation phénol-acétone a lieu en phase
liquide dans une série de réacteurs vitrifiés (ou verrés) agités. Elle
est catalysée par HCl gazeux, qui se dissout dans le milieu réactionnel, et s’effectue en présence d’un grand excès de phénol.
Dans le procédé Rhône-Poulenc (figure 1), la réaction de condensation s’effectue en 40 et 50 °C dans une série de réacteurs en cascade. L’acétone est pratiquement totalement convertie en sortie des
réacteurs.
On réalise ensuite une distillation sous pression réduite permettant la séparation de HCl et de l’eau de réaction. Les eaux phénolées
acides des fractions de tête de cette distillation sont traitées par
extraction liquide-liquide dans les mélangeurs et dans les décanteurs, et le phénol extrait est recyclé. Les eaux acides sont ensuite
traitées par distillation extractive avec une solution de CaCl2 qui permet de rompre l’azéotrope HCl/H2O.
Le mélange phénol-bisphénol A de pied de la première distillation
subit une vaporisation flash de manière à augmenter son titre en
bisphénol A. Le mélange obtenu est soumis à une première cristallisation qui permet de séparer un solide : le mélange équimolaire
phénol-bisphénol A. Ce produit est lavé sur un filtre rotatif. Les eaux
mères de la première cristallisation subissent alors une seconde
cristallisation. Les impuretés lourdes sont éliminées dans les eaux
mères de cette opération.
Le produit issu de la première cristallisation subit ensuite différents traitements de purification permettant de diminuer le taux de
phénol résiduaire (déphénolage). Le solide obtenu est fondu et peut
être écaillé (par coulée sur un tambour réfrigéré) ou mis en forme
par granulation (prilling) avant conditionnement.
Vide
Phénol
A
Acétone
B
C
HCl
HCl recyclé
Phénol recyclé
Solution
de CaCl2
Phénol
Eau
D
DPP
(qualité "époxy")
E
DPP
(qualité "polycarbonate")
C
F
F
Séchage
H
A
B
C
D
CaCl2
bac de mélange et de préchauffage
réacteurs agités en cascade
colonne de distillation sous vide
cristalliseur
E
F
G
H
purificateur
mélangeur décanteur
colonne de distillation extractive
sécheur
Figure 1 – Procédé en phase homogène
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______________________________________________________________________________________________ BISPHÉNOL A OU DIPHÉNYLOLPROPANE (DPP)
Phénol
Acétone
Cristallisation
Synthèse
Recyclages
Eau
Froid
Eau
Centrifugation
Séparations
Froid
Vapeur
Purification
Bisphénol A
Centrifugation
Dissolution
Recristallisation
Figure 2 – Procédé par catalyse hétérogène
Le solide épuré constitue, sous forme d’écailles, la qualité polycarbonate, tandis que le mélange solide épuré-solide cristallisé, présenté en perles, constitue la qualité époxy (destinée à la fabrication
des polyépoxydes).
1.3 Installations en service
Le lecteur se reportera en fin de volume (pages à bande magenta)
pour les capacités de production et les principaux producteurs européens.
1.2 Procédés de catalyse hétérogène
Dans ces procédés, la réaction a lieu à la surface d’un catalyseur
solide constitué par une résine échangeuse de cations (copolymère
divinylbenzène - styrène sulfoné).
2. Fiche produit bisphénol A
Le lecteur pourra se reporter aux références [1], [2], [3].
L’activité plus faible de ce catalyseur par rapport à l’acide chlorhydrique en solution oblige à opérer à plus haute température (7080 °C). Par ailleurs, on doit mettre en œuvre un grand excès de phénol par rapport à l’acétone (cinq fois la quantité stœchiométrique)
afin de maintenir le bisphénol A en solution et d’éviter son dépôt à
la surface du catalyseur.
On opère dans une série de réacteurs garnis de la résine échangeuse d’ions et refroidis par circulation du milieu réactionnel dans
un échangeur (figure 2).
Le mélange réactionnel passe ensuite dans une série de cristalliseurs où sa température s’abaisse jusqu’à 40 °C. La liqueur mère est
débarrassée de son eau, le phénol dirigé vers la section de récupération.
Les cristaux sont constitués de l’adduct* phénol-bisphénol A, ils
sont fondus et décomposés thermiquement sous vide vers 170 °C.
Le phénol est recyclé et le bisphénol A recristallisé.
* Adduct : composé d’addition d’un produit sur un autre.
2.1 Propriétés physico-chimiques
Le bisphénol A est un solide blanc, cristallisé.
Masse moléculaire .................................................... 228
Température de fusion.............................................. 156,9 °C
Température d’ébullition sous 5,33 mbar ............... 220 °C
Masse volumique à 20 °C ......................................... 1,17 g/cm3
Solubilité : le bisphénol A est :
— insoluble dans l’eau;
— soluble dans les alcools et les bases diluées;
— légèrement soluble dans CCl4.
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BISPHÉNOL A OU DIPHÉNYLOLPROPANE (DPP)
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2.2 Précautions d’emploi
En cas de projection cutanée, laver les surfaces contaminées à
l’eau et au savon.
■ Toxicité
■ Risques d’incendie
En cas de projection oculaire, laver les yeux à l’eau pure.
Le bisphénol A ne présente pas de toxicité particulière; on évitera
toutefois le contact direct avec la peau et les yeux (effet irritant) par
le port de gants, de masque et de lunettes de protection.
Le bisphénol A est un solide facilement inflammable.
Les moyens d’extinction recommandés sont l’anhydride carbonique et les poudres.
Références bibliographiques
[1]
Hydrocarbon Processing Petrochemical Processes 97, vol. 76, n° 3, mars 1997.
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[2]
European Chemical News Chemscope, oct.nov. 1990.
[3]
Chemical Week, vol 146, n° 14, avril 1990.
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