鼓风干燥箱对磺酸钠的催化合成研究中的应用

间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠( 简称 SIPM) 主要 用于涤纶、胶片等方面，其中涤纶是主要的应用领 域，主要作为改性阳离子可染聚酯( 简称 CDP) 的第 三单体。由于 CDP 纤维中含有磺酸基，所以对阳 离子染料具有良好的亲合性能，在涤纶聚合过程中 加入 SIPM 进行化学改性涤纶产品，其制成的织物 可以用阳离子染料染色，并可以常压沸染，上色率 高，其染色的纤维色泽鲜艳，色谱齐全，着色性好，并 可深染。同时，降低了成本，减少污染。改性的 纤维具有毛型感，易于羊毛混纺，适用于冬季男女服 装的面料。西方发达国家生产的阳离子改性涤纶占 总产量的 15% 以上。如果按此数据计算我国目前 切片生产能力超过 800 万吨，生产 120 万吨阳离子可染切片将年需求 30000 吨/年以上的 SIPM，加上 其他如 ECDP 和海岛纤维的开发需要更多的三单体 和四单体供给，SIPM 国内需求量将接近 50000 吨/ 年。目前，国内所需的高质量的三单体 50% 以上为 进口产品。开发研制 SIPM 合成技术并实施工业 化，能为国家节约大量外汇，同时也有利于国内聚酯 纤维行业的健康发展，符合国家纺织工业的要求，符 合国家的产业政策。

电子天平( JT-N 系列) ( 上海精天电子仪器有限 公司) ; DF-101D 集热式恒温加热磁力搅拌器( 河南 省予华仪器有限公司) ; D 型电动搅拌机调速器( 杭 州仪表电机有限公司) ; TDL-60B 低速离心机( 上海 安亭科学仪器厂) ; SHZ-D( III) 循环水式真空泵( 巩 义市予华仪器有限公司) ; KQ-B 玻璃仪器气流烘干 器( 巩义市予华仪器有限公司) ; DHG-9246A 型电热恒温鼓风干燥箱( 上海精宏实验设备有限公司) ; 傅 里叶变换红外光谱仪( 型号为 IＲ Prestige 21) ( 日本 岛津公司生产) ; 间苯二甲酸: 纯度 99. 5 % ，日本进 口; w( SO3 ) = 65% 发烟硫酸∶ 分析纯，上海振兴二 厂; 甲醇∶ 分析纯; 硫酸镉; 二氧化硅; 硫酸汞; 无水 硫酸钠; 碳酸钠∶ 分析纯。

1. 2 反应原理


1. 3 实验方法

运用正交设计，将 w( SO3 ) = 65% 的发烟硫酸 一次性加入三口瓶，搅拌状态下加入间苯二甲酸用 量的 20% ～ 30% ，在 20 ～ 30 min 内将物料温度提高 到 115 ～ 125 ℃，再将剩余的间苯二甲酸全部加入三 口瓶，并加入少量的无水硫酸钠。然后分以下三个温度区间进行: 将物料温度升高至 130 ～ 150 ℃ 时，加入硫酸镉，保温反应 40 ～ 70 min，然后在 30 ～ 45 min 内物料温度升高至 160 ～ 169 ℃，先保温反应 20 ～ 30 min，加入 SiO2，再保温反应 50 ～ 80 min; 最 后在 20 ～ 50 min 内将物料温度升高至 170 ～ 180 ℃，先保温反应 30 ～ 40 min，加入硫酸汞，保温反应 50 ～ 80 min。反应时加料质量比例为间苯二甲酸∶ 发烟硫酸∶ 硫酸镉∶ SiO2 ∶ 硫酸汞∶ 无水硫酸钠 = 1 ∶ 0. 900 ～ 0. 891 ∶ 0. 0003 ～ 0. 001 ∶ 0. 0005 ～ 0. 0012∶ 0. 0005 ～ 0. 0015 ∶ 0. 001 ～ 0. 01。将磺化 反应后的物料在 1. 5 ～ 2 h 内降温至 110℃ 以下，加 入甲醇用量的 20% ～ 30% ，待釜温降至 85 ℃ 以下 后加入剩余的甲醇。在温度 66 ～ 76 ℃ 酯化反应 2 ～ 4 h，酯化反应时甲醇的加料质量比为间苯二甲 酸∶ 甲醇 = 1∶ 1. 05 ～ 1. 1，酯化反应后的物料加水 溶解，水的加料质量比为间苯二甲酸∶ 水 = 1∶ 5. 35 ～ 5. 65，降温至 25℃ 以下，在 25 ℃ 左右加碱调节 pH 值为 6. 5 ～ 7. 5，继续搅拌 80 ～ 120 min，然后离 心脱水、溶解脱色、过滤、结晶提纯和烘干，得到产 品。其中，离心脱水脱出的离心母液可作为酯化反 应后的溶解剂，加料质量比为间苯二甲酸∶ 离心母 液 = 1∶ 5. 35 ～ 5. 65。进行差热分析，红外，紫外，检 测所得产品的结构。正交设计如下。

2 结果分析与讨论

综合分析磺化、酯化、中和各步反应的影响因 素，反应最佳条件为: IPA∶ 发烟硫酸为 1∶ 1; 甲醇 为 1∶ 1. 1; 加二氧化硅时温度为 165 ℃ ; 加硫酸镉 时温度为 130 ℃ ; 酯化温度为 66 ℃ ; IPA: 酯化时间 为 4 h; 磺化时加硫酸镉后的保温时间为 40 min; 加 入硫酸汞后的保温时间为 50 min; 加入 SiO2 后升温 至 170 ℃，升温前的保温时间为 50 min。以 w( SO3 ) = 65% 发烟硫酸制备 SIPM，反应条件易于控制，中 和耗碱量少，环境污染小，后处理简单，具有较好的 工业化前景。