CN104788592A - 一种氯甲基聚苯乙烯树脂的合成方法 - Google Patents
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Abstract
一种氯甲基聚苯乙烯树脂的合成方法,包括以下步骤:将甲缩醛和浓盐酸混合,加热蒸馏,接取60-105℃馏分,往所接取的60-105℃馏分中加入三聚甲醛或多聚甲醛、加入浓盐酸和浓硫酸,搅拌混合均匀,加入聚苯乙烯树脂,静置溶胀45-90分钟;溶胀后加入催化剂;然后滴加氯磺酸或二氯化砜,保温30-60℃,反应12-96h,得氯甲基聚苯乙烯树脂。本发明步骤简单,所合成的氯甲基聚苯乙烯树脂结构稳定,树脂的氯含量能达到17%以上。相比于传统的氯甲基化方法,反应原料毒性更小,反应过程中产生的有毒副产物更少,减小了对生产实验人员的伤害,同时对环境也更友好。
Description
技术领域
本发明涉及一种氯甲基聚苯乙烯树脂的合成方法。
背景技术
氯甲基化的聚苯乙烯树脂是众多功能高分子微球的前驱体或中间体,即以它为母体高聚物,经过大分子反应,可制得具有各种功能的高分子化合物。比如,以氯甲基化聚苯乙烯树脂为原料,可合成带有特殊官能团的离子交换树脂、螯合树脂及吸附树脂等,在化学领域有着非常重要的意义。不仅可以通过进一步的交联反应制备离子交换树脂、螯合树脂及大孔吸附树脂;同时还可以合成催化剂载体来用于有机合成和组合化学体系;也可以用于生物功能高分子的固载、分离与提纯。但现有技术中多采用氯甲醚对聚苯乙烯树脂进行氯甲基化,氯甲醚的毒性较大,易对操作人员健康产生危害,不宜长期大面积使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,克服现有技术的不足,提供一种工艺方法简单,反应物和反应产物毒性更小,对人和环境都更友好的氯甲基聚苯乙烯树脂的合成方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是,一种氯甲基聚苯乙烯树脂的合成方法,以甲缩醛、三聚甲醛(或多聚甲醛)、氯磺酸(或二氯化砜)、浓盐酸和浓硫酸为反应原料,对聚苯乙烯树脂进行氯甲基化反应,得到氯甲基聚苯乙烯树脂。
具体包括以下步骤:
称取聚苯乙烯树脂(市售);将相当于聚苯乙烯树脂重量3-5倍的甲缩醛(市售)和相当于甲缩醛重量0.1-0.3倍的浓盐酸(市售)混合,加热蒸馏,接取60-105℃馏分,利用冰浴控制环境温度低于15℃,往所接取的60-105℃馏分中加入相当于原料甲缩醛重量0.2-0.5倍的三聚甲醛(市售)或多聚甲醛(市售)、加入相当于原料甲缩醛重量0.1-0.3倍的浓盐酸和相当于原料甲缩醛重量0.2-0.5倍的浓硫酸,搅拌混合均匀,加入已称取的聚苯乙烯树脂,静置溶胀45-90分钟(优选55-65分钟);溶胀后在10-30分钟内平均分三次加入总重量相当于聚苯乙烯树脂重量0.2-0.4倍的催化剂,搅拌溶解;然后在30-60℃加热条件下,以2-4秒钟一滴的速度滴加重量相当于聚苯乙烯树脂重量3-5倍量的氯磺酸(市售)或二氯化砜(市售),然后保温30-60℃,反应12-96h,得氯甲基聚苯乙烯树脂。
进一步,所述聚苯乙烯树脂的比表面积为0-1000m2/g,优选100-500m2/g。
进一步,所述甲缩醛为市售的甲缩醛溶液,质量分数≥98%。
进一步,所述三聚甲醛为市售的三聚甲醛,质量分数≥99%。所述多聚甲醛为市售的多聚甲醛。
进一步,所述浓盐酸和浓硫酸均为市售的浓盐酸和浓硫酸,浓盐酸质量分数≥36%,浓硫酸质量分数≥98%。
进一步,所述氯磺酸为市售的氯磺酸,质量分数≥97%。所述二氯亚砜为市售的二氯亚砜,质量分数≥97%。
进一步,所述催化剂为无水氯化铁、无水氯化铝、无水氯化锌、无水氯化锡、四氯化钛中的一种。
进一步,所述反应时间为24-48h。
进一步,所述反应温度为40-45℃。
本发明步骤简单,所合成的氯甲基聚苯乙烯树脂结构稳定,树脂的氯含量能达到17%以上。相比于传统的氯甲基化方法,反应原料毒性更小,反应过程中产生的有毒副产物更少,减小了对生产实验人员的伤害,同时对环境也更友好。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明中,所述树脂氯含量的检测方法为Volhard method。
本发明实施例中,除另有说明的外,所述浓盐酸为市售的质量浓度≥36%的浓盐酸,所述浓硫酸为市售的质量浓度≥98%的浓硫酸。
实施例1
称取比表面积为75m2/g的聚苯乙烯树脂26.5g;取100g甲缩醛和14g浓盐酸混合加热蒸馏,将60-105℃馏分移至三口反应瓶中;将三口反应瓶置于冰浴环境中,控制温度低于15℃,将38g三聚甲醛、14g质量分数为≥36%浓盐酸和34.5g质量分数≥98%浓硫酸加入到三口反应瓶中,搅拌混合均匀;将称取的比表面积为75m2/g聚苯乙烯树脂26.5g加入到三口反应瓶中,静置溶胀1h。半小时内,分三次加入总质量为8.33g的无水氯化铁,搅拌溶解完全。加热至40℃,用滴液漏斗以每3秒一滴的速度滴加100g氯磺酸,然后在40℃保温48h,得氯甲基聚苯乙烯树脂。
加入与反应混合溶液等体积的去离子水与树脂混合,搅拌15分钟,尽可能多的虹吸出溶剂,重复4次,再用无水乙醇代替去离子水重复上述操作4次,无水乙醇抽提48h,湿态保存备用。经测定,本实施例合成的氯甲基聚苯乙烯树脂氯含量为18.5%。
实施例2
称取表面积为250m2/g的聚苯乙烯树脂26.5g;取79.5g甲缩醛和8.0g浓盐酸混合加热蒸馏,将60-105℃馏分移至三口反应瓶中。将三口反应瓶置于冰浴环境中,控制温度低于15℃,将16.0g多聚甲醛、8.0g质量分数为≥36%浓盐酸和16.0g质量分数为≥98%浓硫酸加入到三口反应瓶中,搅拌混合均匀。将称取的比表面积为250m2/g的聚苯乙烯树脂26.5g加入到反应瓶中,静置溶胀1.5h。然后在10min内,平均分三次加入总质量为5.3g的无水氯化锌,搅拌溶解完全。然后加热至30℃,用滴液漏斗以每2秒一滴的速度滴加80.0g二氯化砜,然后在30℃保温24h,得氯甲基聚苯乙烯树脂。经测定,本实施例合成的氯甲基聚苯乙烯树脂氯含量为17.2%。
实施例3
称取比表面积为350m2/g的聚苯乙烯树脂26.5g;取132.5g甲缩醛和35.0g浓盐酸混合加热蒸馏,将60-105℃馏分移至三口反应瓶中。将三口反应瓶置于冰浴环境中,控制温度低于15℃,再将66.0g三聚甲醛、35.0g质量分数为≥36%浓盐酸和50.0g质量分数为≥98%浓硫酸加入到三口反应瓶中,搅拌混合均匀。将称取的比表面积为350m2/g聚苯乙烯树脂26.5g加入到三口反应瓶中,静置溶胀1.5h。10min内,分三次加入总质量为5.8g的无水氯化铝,搅拌溶解完全。然后加热至35℃,用滴液漏斗以每3秒一滴的速度滴加125.5g二氯化砜,然后在35℃保温64h,得氯甲基聚苯乙烯树脂。经测定,本实施例合成的氯甲基聚苯乙烯树脂氯含量为17.7%。
实施例4
称取比表面积为0m2/g的聚苯乙烯树脂26.5g;取100g甲缩醛和12g浓盐酸混合加热蒸馏,将60-105℃馏分移至三口反应瓶中。将三口反应瓶置于冰浴环境中,控制温度低于15℃,将42g三聚甲醛、12g质量分数为≥36%浓盐酸和30.5g质量分数为≥98%浓硫酸加入到反应瓶中,搅拌混合均匀。将称取的比表面积为0m2/g聚苯乙烯树脂26.5g加入到三口反应瓶中,静置溶胀1.5h。半小时内,分三次加入总质量为9.5g的无水氯化锡,搅拌溶解完全。然后加热至45℃,用滴液漏斗以每4秒一滴的速度滴加132.5g氯磺酸,然后在45℃保温48h,得氯甲基聚苯乙烯树脂。经测定,本实施例合成的氯甲基聚苯乙烯树脂氯含量为19.2%。
实施例5
称取比表面积为950m2/g的聚苯乙烯树脂26.5g;取100g甲缩醛和15g浓盐酸混合加热蒸馏,将60-105℃馏分移至三口反应瓶中。将三口反应瓶置于冰浴环境中,控制温度低于15℃,将35g三聚甲醛、15g质量分数≥36%浓盐酸和45g质量分数≥98%浓硫酸加入到三口反应瓶中,搅拌混合均匀。将称取的比表面积为950m2/g聚苯乙烯树脂26.5g加入到三口反应瓶中,静置溶胀45min。然后在半小时内,分三次加入总质量为10g的四氯化钛,搅拌溶解完全。然后加热至40℃,用滴液漏斗以每3秒一滴的速度滴加100g氯磺酸,然后在40℃保温96h,得氯甲基聚苯乙烯树脂。经测定,本实施例合成的氯甲基聚苯乙烯树脂氯含量为17.6%。
实施例6
称取比表面积为105m2/g的聚苯乙烯树脂26.5g,取95g甲缩醛和16g浓盐酸混合加热蒸馏,将60-105℃馏分移至三口反应瓶中。将三口反应瓶置于冰浴环境中,控制温度低于15℃,将38g三聚甲醛、16g质量分数为≥36%浓盐酸和45g质量分数为≥98%浓硫酸加入到三口反应瓶中,搅拌混合均匀。将称取的比表面积为105m2/g聚苯乙烯树脂26.5g加入到三口反应瓶中,静置溶胀60min。然后在半小时内,分三次加入总质量为9.0g的无水氯化铁,搅拌溶解完全。然后加热至60℃,用滴液漏斗以每4秒一滴的速度滴加105g氯磺酸,然后在60℃保温96h,得氯甲基聚苯乙烯树脂。经测定,本实施例合成的氯甲基聚苯乙烯树脂氯含量为19.1%。
Claims (10)
1.一种氯甲基聚苯乙烯树脂的合成方法,其特征在于,包括以下步骤:
称取聚苯乙烯树脂;将相当于聚苯乙烯树脂重量3-5倍的甲缩醛和相当于甲缩醛重量0.1-0.3倍的浓盐酸混合,加热蒸馏,接取60-105℃馏分,利用冰浴控制环境温度低于15℃,往所接取的60-105℃馏分中加入相当于原料甲缩醛重量0.2-0.5倍的三聚甲醛或多聚甲醛、加入相当于原料甲缩醛重量0.1-0.3倍的浓盐酸和相当于原料甲缩醛重量0.2-0.5倍的浓硫酸,搅拌混合均匀,加入已称取的聚苯乙烯树脂,静置溶胀45-90分钟;溶胀后在10-30分钟内平均分三次加入总重量相当于聚苯乙烯树脂重量0.2-0.4倍的催化剂,搅拌溶解;然后在30-60℃加热条件下,以2-4秒钟一滴的速度滴加重量相当于聚苯乙烯树脂重量3-5倍量的氯磺酸或二氯化砜,然后保温30-60℃,反应12-96h,得氯甲基聚苯乙烯树脂。
2.根据权利要求1所述的氯甲基聚苯乙烯树脂的合成方法,其特征在于,所述聚苯乙烯树脂的比表面积为0-1000m2/g。
3.根据权利要求2所述的氯甲基聚苯乙烯树脂的合成方法,其特征在于,所述聚苯乙烯树脂的比表面积为100-500m2/g。
4.根据权利要求1或2所述的氯甲基聚苯乙烯树脂的合成方法,其特征在于,所述甲缩醛质量分数≥98%;所述三聚甲醛质量分数≥99%。
5.根据权利要求1或2所述的氯甲基聚苯乙烯树脂的合成方法,其特征在于,所述浓盐酸质量分数≥36%,浓硫酸质量分数≥98%。
6.根据权利要求1或2所述的氯甲基聚苯乙烯树脂的合成方法,其特征在于,所述氯磺酸质量分数≥97%;所述二氯亚砜质量分数≥97%。
7.根据权利要求1或2所述的氯甲基聚苯乙烯树脂的合成方法,其特征在于,所述催化剂为无水氯化铁、无水氯化铝、无水氯化锌、无水氯化锡、四氯化钛中的一种。
8.根据权利要求1或2所述的氯甲基聚苯乙烯树脂的合成方法,其特征在于,所述反应时间为24-48h。
9.根据权利要求1或2所述的氯甲基聚苯乙烯树脂的合成方法,其特征在于,所述反应温度为40-45℃。
10.根据权利要求1或2所述的氯甲基聚苯乙烯树脂的合成方法,其特征在于,静置溶胀的时间为55-65分钟。
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