CN114108010A - 空气氧化生产橡胶硫化促进剂mbts的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气氧化生产橡胶硫化促进剂MBTS的方法,该方法以空气为氧化剂,将促进剂M在碱和催化剂的水相环境中进行电催化氧化,得到MBTS。本发明的制备方法过程简单,易于工业化,采用环保型氧化剂,有效避免了环境污染,降低了水处理成本,间接降低了产品成本,且该制备方法得到的MBTS熔点高、收率高,产品颗粒大,便于过滤、干燥、包装和运输。
Description
技术领域
本发明涉及一种空气氧化生产橡胶硫化促进剂MBTS的方法,属于橡胶硫化促进剂MBTS生产技术领域。
背景技术
二硫化二苯并噻唑(又叫促进剂MBTS,促进剂DM)是一种化学物质,用作天然胶,合成胶,再生胶的通用性促进剂,主要用于制造轮胎,内胎,胶带,胶鞋和制造头孢类消炎药的重要医药中间体,在工业生产和医药行业有广泛的应用。
工业中生产MBTS存在多种途径。比如硫酸和亚硝酸钠氧化促进剂M。具体过程为:将硫酸在配酸槽中配置成10%的溶液,输入到高位槽中备用,氧化釜要求耐酸。将促进剂M和亚硝酸钠粉末投入反应釜内,并滴加高位槽中的硫酸溶液,持续鼓入空气,使物料翻滚。加热使釜内温度保持在60℃,直至反应完全。此生产过程需要硫酸与亚硝酸钠,其中硫酸具有强酸性与强氧化性,亚硝酸钠具有腐蚀性,能引起严重的灼伤,对呼吸系统有刺激性,操作过程中需要防护并注意安全操作,并且生产产生的废水对环境有污染。浓硫酸价格为500元/吨,亚硝酸钠为2600元/吨,生产过程需要加热,生产成本较高。
氯气氧化促进剂M也是常见的工业生产方式,其步骤是:将促进剂M投入水中,不断搅拌并打成浆,并加入一定量的氢氧化钠,在50℃条件下不断搅拌。通入一定比例的氯气与空气,不断测试PH直至6.1,反应结束。用清水洗涤产品,至氯离子检测合格。工业用氯气为1600元/吨,价格较高,且存在对人体刺激大、对环境污染严重、洗涤过的氯离子难以处理等问题。
双氧水氧化促进剂M在工业生产中应用广泛。其生产过程较为简单,将双氧水不断滴加到促进剂M与水的混合物中,即可得到MBTS,反应副产物为水,对环境没有污染。平均每生产一吨MBTS需要消耗0.8吨双氧水,工业用30%双氧水价格为1300元/吨,价格较高;且双氧水易分解,不易运输保存,危险性高。此外,在生产过程中存在过氧化现象,降低了产品质量。
目前,还有氧气氧化促进剂M的方法报道,该方法是在加热、加压和催化剂存在的条件下氧化促进剂M。该方法对设备要求高,需要耐高压,此外氧气的储存运输与价格均较高,不利于生产。
发明内容
针对现有技术中生产MBTS所存在的不足,本发明提供了一种空气氧化生产橡胶硫化促进剂MBTS的方法,该方法以空气为氧化剂,只需在常温常压下即可进行反应,反应条件温和,对设备要求低,生产成本低,操作简单,安全无污染,适合工业化大规模生产。
本发明具体技术方案如下:
一种空气氧化生产橡胶硫化促进剂MBTS的方法,该方法包括以下步骤:
(1)将促进剂M在水中分散均匀,然后加入碱和催化剂,形成反应液;
(2)将电极放入反应液中,将阳极电极与阴极电极一起放入反应液中,通电进行反应,反应的同时持续向阳极电极吹空气;
(3)反应后,将反应液过滤,得橡胶硫化促进剂MBTS。
进一步的,本发明以碱为助剂,以水为溶剂,以醋酸锌、醋酸镍或氯化铜为催化剂,以空气为氧化剂,通过简单的电化学氧化法将促进剂M转变为促进剂MBTS,方法简便,反应条件温和,成本低。反应式如下:
进一步的,催化剂的用量为促进剂M的摩尔量的0.1-1.2%。
进一步的,所述助剂为碱,所述碱为氨水、氢氧化钠或氢氧化钠溶液。碱的摩尔量为促进剂M摩尔量的0.5-1%。氨水或氢氧化钠溶液的浓度可以随意选择,不做要求。
进一步的,促进剂M在水中的浓度没有特殊要求,保证促进剂M在水中能够在搅拌下形成均匀的浆状混合物即可。在本发明某一具体实施方式中,促进剂M在水中的浓度为25-35wt%。
进一步的,反应的氧化剂为空气,在反应的过程中,将干燥的空气不断的、持续的吹向阳极电极。优选的,空气按照2-8m/s的速度吹向阳极电极。
进一步的,所述阳极电极的材质可以为碳、铂、镍或锌。所述阴极电极的材质可以为碳,铂,镍或锌。
进一步的,反应温度为20-60℃,优选为常温。反应压力为常压。反应时,在合适温度和常压下搅拌通电进行反应。根据反应的转化率确定反应时间,反应完全后停止反应,一般反应时间为2.5-8h。
进一步的,通电的电压为15-20 V。
本发明具有以下优势:
1、本发明通过电催化氧化技术生产橡胶硫化促进剂MBTS,该方法以空气为氧化剂,反应温度可以为常温,反应压力为常压,反应条件温和,用空气和水即可促进反应的进行,安全无污染,操作简单,适合企业大规模生产。
2、本发明方法生产每吨MBTS使用约4-5立方的水,与目前使用双氧水的工艺相比,减少接近50%的水用量,且无过氧化现象产生,极大的降低了生产成本。
3、本发明的方法过程简单,易于工业化,采用环保型氧化剂,有效避免了环境污染,降低了水处理成本,间接降低了产品成本,且该制备方法得到的MBTS熔点高、收率高,产品颗粒大,便于过滤、干燥、包装和运输。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行进一步说明,下述说明仅是示例性的,并不对其内容进行限制。
实施例1
以碳为阳极电极,以铂片为阴极电极,电压设置为15V,以Zn(Ac)2为催化剂,氨水为助剂,水为溶剂,反应条件为室温常压。将1.67克2-巯基苯并噻唑加入到5ml水中不断搅拌,直至打成状态均匀的浆,同时加入少量的氨水(10-4mol)和催化剂Zn(Ac)2(2.19mg)。将碳棒接入到原料中,同时将干燥的空气按照5m/s的速度不断吹向碳棒,在搅拌的条件下通电并监测反应进程。当反应至4小时后, MBTS转化率约为40%。反应时间8小时后,浆颜色由黄变为白色且全部浮于水上,反应停止,得到白色的固体MBTS 1.59克,收率95.6%,用熔点仪检测的产物初熔点为164.3℃。
实施例2
以碳为阳极材料,以镍为阴极材料,电压设置为15V,以Zn(Ac)2为催化剂,氨水为助剂,水为溶剂,反应条件为室温常压。将1.67克2-巯基苯并噻唑加入到5ml水中不断搅拌,直至打成状态均匀的浆,同时加入少量的氨水(10-4mol)和催化剂Zn(Ac)2(10.95mg)。将碳棒接入到原料中,同时将干燥的空气按照5m/s的速度不断吹向碳棒,在搅拌的条件下通电并监测反应进程。当反应进行到3.5小时时,产生MBTS的转化率约为39.10%。反应进行到7小时后,浆的颜色变为白色且全部浮于水上,反应停止。得到白色的固体MBTS1.62克,收率为97.5%,用熔点仪检测的产物初熔点为164.3℃。
实施例3
以碳为阳极材料,以锌为阴极材料,电压设置为15V,以Zn(Ac)2为催化剂,氨水为助剂,水为溶剂,反应条件为室温常压。将1.67克2-巯基苯并噻唑加入到5ml水中不断搅拌,直至打成状态均匀的浆,同时加入少量的氨水(10-4mol)和催化剂Zn(Ac)2(21.9mg)。将碳电极接入到原料中,同时将干燥的空气按照5m/s的速度不断吹向碳棒,在搅拌的条件下通电并监测反应进程,3小时后产生MBTS的转化率约为39.10%。6小时后,浆的颜色变为白色且全部浮于水上,反应停止。得到白色固体MBTS1.6克,转化率为96.2%,用熔点仪检测的产物初熔点为164.3℃。
实施例4
以碳为阳极和阴极材料,电压设置为20V,以为Zn(Ac)2催化剂,氨水为助剂,水为溶剂,反应条件为室温常压。将1.67克2-巯基苯并噻唑加入到5ml水中不断搅拌,直至打成状态均匀的浆,同时加入少量的氨水(10-4mol)和催化剂Zn(Ac)2(21.9mg)。将碳棒接入到原料中,同时将干燥的空气按照5m/s的速度不断吹向碳棒,在搅拌的条件下通电并监测反应进程。当反应进行到2小时后,产生MBTS的转化率约为50.53%.反应进行到4小时后,浆的颜色由黄色变为白色且全部漂浮到水面上,反应停止。得到白色固体MBTS1.66克,收率约为99.9%。用熔点仪检测的产物初熔点为164.3℃。
实施例5
以碳为阳极材料,以铂为阴极材料,电压设置为20V,以Zn(Ac)2为催化剂,氢氧化钠为助剂,水为溶剂,反应条件为室温常压。将1.67克2-巯基苯并噻唑加入到5ml水中不断搅拌,直至打成状态均匀的浆,同时加入少量的氢氧化钠(10-4mol)和催化剂Zn(Ac)2(21.9mg)。将碳电极接入到原料中,同时将干燥的空气按照5m/s的速度不断吹向碳棒,在搅拌的条件下通电并监测反应进程,2.5小时后产生MBTS的转化率为50.23%,反应进行5小时后,浆的颜色变为白色且全部浮于水上,反应停止。得到白色的固体MBTS1.63克,产率约为98.1%。用熔点仪检测的产物初熔点为164.3℃。
实施例6
以碳为阳极材料,以铂为阴极材料,电压设置为20V,以Zn(Ac)2为催化剂,氨水为助剂,水为溶剂,反应条件为60℃,常压。将1.67克2-巯基苯并噻唑加入到5ml水中不断搅拌,直至打成状态均匀的浆,同时加入少量的氨水(10-4mo)和催化剂Zn(Ac)2(21.9mg)。将碳棒接入到原料中,同时将干燥的空气按照5m/s的速度不断吹向碳棒,在搅拌的条件下通电并监测反应进程。当反应进行到1.5小时后,产生MBTS的转化率约为45.11%.反应进行到3小时后,浆的颜色由黄色变为白色且全部漂浮到水面上,反应停止。得到白色固体MBTS1.57克,收率约为94.4%。用熔点仪检测的产物初熔点为164.3℃。
实施例7
以碳为阳极材料,以铂为阴极材料,电压设置为20V,以CuCl2为催化剂,氨水为助剂,水为溶剂,反应条件为室温常压。将1.67克2-巯基苯并噻唑加入到5ml水中不断搅拌,直至打成状态均匀的浆,同时加入少量的氨水(10-4mo)和催化剂CuCl2(13.45mg)。将碳棒接入到原料中,同时将干燥的空气按照5m/s的速度不断吹向碳棒,监测反应进程。当反应进行到4小时后,产生MBTS的转化率约为49.93%。反应进行到8小时后,浆的颜色由黄色变为白色且全部漂浮到水面上,反应停止。得到白色固体MBTS1.6克,收率约为96.2%。用熔点仪检测的产物初熔点为164.3℃。
实施例8
以碳棒为阳极材料,以铂为阴极材料,电压设置为20V,以Ni(Ac)2为催化剂,氨水为助剂,水为溶剂,反应条件为室温常压。将1.67克2-巯基苯并噻唑加入到5ml水中不断搅拌,直至打成状态均匀的浆,同时加入少量的氨水(10-4mol)和催化剂Ni(Ac)2(17.68mg)。将碳棒接入到原料中,同时将干燥的空气按照5m/s的速度不断吹向碳棒,在搅拌的条件下通电并监测反应进程。当反应至3小时后,产生MBTS的转化率约为40%。反应时间7小时后,浆颜色由黄变为白色且全部浮于水上,反应停止。得到白色的固体MBTS 1.64克,收率98.7%,用熔点仪检测的产物初熔点为164.3℃。
实施例9
使用铂片为阳极电极,以铂为阴极材料,电压设置为20V,以Zn(Ac)2为催化剂,氨水为助剂,水为溶剂,反应条件为室温常压。将1.67克2-巯基苯并噻唑加入到5ml水中不断搅拌,直至打成状态均匀的浆,同时加入少量的氨水(10-4mol)和催化剂Zn(Ac)2(21.9mg)。将铂片接入到原料中,同时将干燥的空气按照5m/s的速度不断吹向铂片,在搅拌的条件下通电并监测反应进程。当反应至1.2小时后,产生MBTS的转化率约为51.13%。反应时间2.5小时后,浆颜色由黄变为白色且全部浮于水上,反应停止。得到白色的固体MBTS 1.66克,收率为99.9%,用熔点仪检测的产物初熔点为164.3℃。
实施例10
以铂片为阳极材料,以碳为阴极材料,电压设置为20V,以Ni(Ac)2为催化剂,氨水为助剂,水为溶剂,反应条件为室温常压。将1.67克2-巯基苯并噻唑加入到5ml水中不断搅拌,直至打成状态均匀的浆,同时加入少量的氨水(10-4mol)和催化剂Ni(Ac)2(17.68mg)。将铂片接入到原料中,同时将干燥的空气按照5m/s的速度不断吹向铂片,在搅拌的条件下通电并监测反应进程。当反应进行到3小时时,产生MBTS的转化率约为48.12%。反应进行到6.5小时后,浆的颜色变为白色且全部浮于水上,反应停止。得到白色的固体MBTS1.6克,收率为96.2%,用熔点仪检测的产物初熔点为164.3℃。
实施例11
以铂片为阳极材料,以镍为阴极材料,电压设置为20V,以CuCl2为催化剂,氨水为助剂,水为溶剂,反应条件为室温常压。将1.67克2-巯基苯并噻唑加入到5ml水中不断搅拌,直至打成状态均匀的浆,同时加入少量的氨水(10-4mol)和催化剂CuCl2(13.45mg)。将铂片接入到原料中,同时将干燥的空气按照5m/s的速度不断吹向铂片,在搅拌的条件下通电并监测反应进程。当反应进行到3小时时,产生MBTS的转化率约为48.12%。反应进行到6.5小时后,浆的颜色变为白色且全部浮于水上,反应停止。得到白色的固体MBTS1.6克,收率为96.2%,用熔点仪检测的产物初熔点为164.3℃。
实施例12
以锌片为阳极材料,以铂为阴极材料,电压设置为20V,以CuCl2为催化剂,氨水为助剂,水为溶剂,反应条件为室温常压。将1.67克2-巯基苯并噻唑加入到5ml水中不断搅拌,直至打成状态均匀的浆,同时加入少量的氨水(10-4mol)和催化剂CuCl2(13.45mg)。将锌片接入到原料中,同时将干燥的空气按照5m/s的速度不断吹向锌,在搅拌的条件下通电并监测反应进程。当反应进行到4小时时,产生MBTS的转化率约为48.12%。反应进行到8小时后,浆的颜色变为白色且全部浮于水上,反应停止。得到白色的固体MBTS1.6克,收率为96.2%,用熔点仪检测的产物初熔点为164.3℃。
实施例13
以锌片为阳极材料,以铂为阴极材料,电压设置为20V,以Ni(Ac)2为催化剂,氨水为助剂,水为溶剂,反应条件为室温常压。将1.67克2-巯基苯并噻唑加入到5ml水中不断搅拌,直至打成状态均匀的浆,同时加入少量的氨水(10-4mol)和催化剂Ni(Ac)2(17.68 mg)。将锌片接入到原料中,同时将干燥的空气按照5m/s的速度不断吹向锌片,在搅拌的条件下通电并监测反应进程。当反应进行到3小时时,产生MBTS的转化率约为49.93%。反应进行到6小时后,浆的颜色变为白色且全部浮于水上,反应停止。得到白色的固体MBTS1.64克,收率为98.7%,用熔点仪检测的产物初熔点为164.3℃。
实施例14
以镍为阳极材料,以铂为阴极材料,电压设置为20V,以Ni(Ac)2为催化剂,氨水为助剂,水为溶剂,反应条件为室温常压。将1.67克2-巯基苯并噻唑加入到5ml水中不断搅拌,直至打成状态均匀的浆,同时加入少量的氨水(10-4mol)和催化剂Ni(Ac)2(17.68 mg)。将镍接入到原料中,同时将干燥的空气按照5m/s的速度不断吹向镍,在搅拌的条件下通电并监测反应进程。当反应进行到4小时时,产生MBTS的转化率约为48.12%。反应进行到8小时后,浆的颜色变为白色且全部浮于水上,反应停止。得到白色的固体MBTS1.59克,收率为95.6%,用熔点仪检测的产物初熔点为164.3℃。
实施例15
以镍为阳极材料,以铂为阴极材料,电压设置为20V,以Zn(Ac)2为催化剂,氨水为助剂,水为溶剂,反应条件为室温常压。将1.67克2-巯基苯并噻唑加入到5ml水中不断搅拌,直至打成状态均匀的浆,同时加入少量的氨水(10-4mol)和催化剂Zn(Ac)2(21.9mg)。将镍接入到原料中,同时将干燥的空气按照5m/s的速度不断吹向镍,在搅拌的条件下通电并监测反应进程。当反应进行到2小时时,产生MBTS的转化率约为49.93%。反应进行到4小时后,浆的颜色变为白色且全部浮于水上,反应停止。得到白色的固体MBTS1.65克,收率为99.3%,用熔点仪检测的产物初熔点为164.3℃。
实施例16
使用铂片为阳极电极,以铂为阴极材料,电压设置为20V,以Zn(Ac)2为催化剂,氨水为助剂,水为溶剂,反应条件为室温常压。将1.67克2-巯基苯并噻唑加入到5ml水中不断搅拌,直至打成状态均匀的浆,同时加入少量的氨水(5×10-5mol)和催化剂Zn(Ac)2(21.9mg)。将铂片接入到原料中,同时将干燥的空气按照5m/s的速度不断吹向铂片,在搅拌的条件下通电并监测反应进程。当反应至2.5小时后,产生MBTS的转化率约为51.13%。反应时间5小时后,浆颜色由黄变为白色且全部浮于水上,反应停止。得到白色的固体MBTS 1.66克,收率为99.9%,用熔点仪检测的产物初熔点为164.3℃。
实施例17
以碳为阳极材料,以铂为阴极材料,电压设置为15V,以Zn(Ac)2为催化剂,氨水为助剂,水为溶剂,反应条件为60℃,常压。将1.67克2-巯基苯并噻唑加入到5ml水中不断搅拌,直至打成状态均匀的浆,同时加入少量的氨水(10-4mol)和催化剂Zn(Ac)2(21.9mg)。将碳电极接入到原料中,同时将干燥的空气按照5m/s的速度不断吹向碳棒,在搅拌的条件下通电并监测反应进程,3小时后产生MBTS的转化率约为38.50%。6小时后,浆的颜色变为白色且全部浮于水上,反应停止。得到白色固体MBTS1.57克,转化率为94.4%,用熔点仪检测的产物初熔点为164.3℃。
对比例1
按照实施例1的方法进行操作,不同的是:不加入催化剂。当反应至4小时后,产生MBTS的转化率约为3%。反应时间8小时后,得到白色的固体MBTS 0.08克,收率4.8%,用熔点仪检测的产物初熔点为164.3℃。
对比例2
按照实施例2的方法进行操作,不同的是:不加入氨水。当反应进行到3.5小时时,产生MBTS的转化率约为18.05%。反应进行到7小时后,得到白色的固体MBTS 0.52克,收率为31.3%,用熔点仪检测的产物初熔点为164.3℃。
对比例3
按照实施例3的方法进行操作,不同的是:溶剂为甲醇。反应3小时后产生MBTS的转化率约为30.08%。6小时后,得到白色固体MBTS0.7克,转化率为42.1%,用熔点仪检测的产物初熔点为164.3℃。
Claims (10)
1.一种空气氧化生产橡胶硫化促进剂MBTS的方法,其特征是包括以下步骤:
(1)将促进剂M在水中分散均匀,然后加入碱和催化剂,形成反应液;
(2)将电极放入反应液中,将阳极电极与阴极电极一起放入反应液中,通电进行反应,反应的同时持续向阳极电极吹空气;
(3)反应后,将反应液过滤,得橡胶硫化促进剂MBTS。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征是:所述催化剂为醋酸锌、醋酸镍或氯化铜;所述碱为氨水或氢氧化钠。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征是:催化剂的用量为促进剂M的摩尔量的0.1-1.2%。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征是:碱的摩尔量为促进剂M摩尔量的0.5-1%。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征是:空气按照2-8m/s的速度吹向阳极电极。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征是:所述阳极电极的材质为碳、铂、镍或锌,所述阴极电极的材质为碳、铂、镍或锌。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征是:反应温度为20-60℃,优选为室温。
8.根据权利要求1或7所述的方法,其特征是:反应在常压搅拌下通电进行反应。
9.根据权利要求1或7所述的方法,其特征是:电压为15-20 V。
10.根据权利要求1或7所述的方法,其特征是:反应时间为2.5-8h。
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