一种间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠的合成方法技术

本发明专利技术提供一种间苯二甲酸二甲酯‑5‑磺酸钠的合成方法，包括一次磺化步骤、二次磺化步骤、酯化步骤、水洗步骤、中和步骤、脱色净化步骤、过滤步骤、结晶精制步骤。本发明专利技术有益效果为：本发明专利技术形成的工艺方法使磺化反应过程易于控制，提高磺化反应效果，降低磺化原料使用量；缩短磺化过程的反应时间；降低磺化过程的反应温度；减少磺化反应原料用量；抑制反应过程中副产物的产生；提高磺化产品纯度、收率。

A Method for the Synthesis of Sodium Dimethyl Isophthalate-5-Sulfonate

【技术实现步骤摘要】
一种间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠的合成方法
本专利技术涉及阳离子改性聚酯CDP第三单体的合成，尤其是涉及一种间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠的合成方法。
技术介绍
间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠（SIPM）分子式为C10H9O2SNa，为常温常压下稳定的白色粉末，可用作有机中间体、表面活性剂等。主要用于涤纶、胶片等方面，其中涤纶是主要的应用领域，主要作为阳离子改性聚酯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，使CDP纤维可以常压染色，其染色的纤维色泽鲜艳、色谱齐全、色牢度高、不易褪色，可深染。并且还具有良好的抗静电性、吸湿性、抗起球性和透气性，穿着舒适。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。目前，间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠的合成方法为：以间苯二甲酸为原料，采用过量SO3或发烟硫酸进行磺化；然后将磺化物与甲醇进行酯化；酯化完成后将酯化产物与碱溶液中和，最后经脱色、除杂、结晶等步骤制得成品间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠。CN102617413A公开了一种用高浓度发烟硫酸制备间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠的方法，该方法为采用60%~70%的发烟硫酸与间苯二甲酸在150℃~220℃下发生磺化反应8~10小时；然后将磺化产物与甲醇发生酯化反应6~9小时。该方法不足之处：采用高浓度的发烟硫酸作为磺化剂，反应时间长，反应温度高，磺化剂发烟硫酸用量大。CN102633693A公开了一种间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠的合成方法，该方法采用64%~68%的发烟硫酸与间苯二甲酸在150℃~180℃的三个温度区间内，加入不同的催化剂，分三级进行磺化反应，反应时间6小时，以避免二磺化物、砜化合物、多聚体等副产物的产生。该方法不足之处：采用较高浓度的发烟硫酸及催化剂，反应时间较长，磺化剂发烟硫酸用量较大，成品收率偏低，三级磺化阶段中分别对应不同的催化剂操作步骤复杂繁琐。CN109180538A公开了一种间苯二甲酸-5-磺酸的合成方法，该方法采用65%的发烟硫酸为磺化剂，通过三级升温以及正负压环境对磺化反应过程进行控制，反应时间约8小时。该方法的不足之处：没用从根本上解决磺化反应过程不易控制，反应时间较长，反应流程步骤较多，操作过程冗长。《青岛科技大学学报》2003年4月第24卷第2期公开了间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠制备工艺改进，其研究发现采用50%发烟硫酸作为磺化剂与间苯二甲酸反应制备SIPM，反应时间6小时。该方法不足之处：采用较高浓度发烟硫酸作为磺化剂，反应时间较长，反应温度较高。申请人发现，目前间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠的合成中，普遍采用高浓度且过量的发烟硫酸作为磺化剂，其一是为了使磺化反应更加完全，二是为了避免副产物的产生。但是，采用较高浓度且过量的发烟硫酸作为磺化剂，其反应剧烈，不易于控制反应过程，给生产过程带来了许多安全隐患；并且高浓度发烟硫酸凝固点高，磺化产物流动性差，不利于反应过程中传质、传热的进行，可能会导致反应釜内结块、反应釜内局部温度过高、反应釜内物料不易置换、副产物多等问题。而采用低浓度的发烟硫酸作为磺化剂，其磺化效果不理想，产生的副产物较多，产品纯度、收率均较低。本领域技术人员无法在高、低浓度发烟硫酸的选择上做出平衡，只能在牺牲生产安全性和设备使用寿命的基础上，进行磺化反应；本领域技术人员一直想要找到一种能够克服上述缺陷，反应效果好、副产物少、可控、安全的磺化方法。综上所述，现有间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠的合成过程中，存在以下技术问题：（1）使用浓度为50%~70%发烟硫酸作为磺化剂，发烟硫酸使用量大，磺化反应较为剧烈，不易控制反应过程，原料利用率低；并且上述浓度发烟硫酸凝固点高，其磺化产物流动性低，不利于反应的进行；（2）磺化反应时间长，生产效率低；（3）磺化反应所需温度较高；（4）反应过程中产生大量副产物，增加回收、治理成本。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠的合成方法，以实现以下专利技术目的：（1）减少发烟硫酸用量，使磺化反应过程易于控制，提高磺化反应效果及安全性，提高原料利用率；（2）缩短磺化反应时间；（3）降低反应温度，降低生产能耗；（4）减少反应过程中副产物的产生。为解决以上技术问题，本专利技术采取的技术方案如下：一种间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠的合成方法，包括：一次磺化步骤、二次磺化步骤、酯化步骤、水洗步骤、中和步骤、脱色净化步骤、过滤步骤、结晶精制步骤。一次磺化步骤包括：将质量分数为65wt％的发烟硫酸加入磺化釜内，所述磺化釜内搅拌转速20~30RPM，加入间苯二甲酸，所述磺化釜内温度升高至110~130℃，搅拌转速60~70RPM，加入磺化反应催化剂，保温反应80~100分钟后，静置自由降温30分钟。磺化反应催化剂为无水NiSO4；所述间苯二甲酸：65wt％发烟硫酸：无水NiSO4的重量份比值为1：（0.25~0.37）：（0.0007~0.002）。二次磺化步骤包括：将质量分数为20wt%的发烟硫酸注入计量高位槽，从所述计量高位槽滴入磺化釜内，所述磺化釜搅拌转速20~30RPM，所述发烟硫酸滴入流量150~250ml/min，所述发烟硫酸滴加完毕后，所述磺化釜温度升高至145~175℃，搅拌转速100RPM，保温反应150分钟后，将所述磺化釜内磺化产物转移至酯化釜内；间苯二甲酸：20wt％发烟硫酸的重量份比值为1：（0.59~0.69）。酯化步骤包括：酯化釜夹套通入循环水降温50~70分钟，所述酯化釜内温度降至115~125℃时，向所述酯化釜内添加甲醇，继续通入循环水降温，所述酯化釜内温度降至60~80℃时保温；保温反应时间3.0~4.5小时，制得酯化物；间苯二甲酸：甲醇的重量份比值为1:(1.01~1.13)。酯化釜出气口连通有石墨冷凝器，所述石墨冷凝器的出气口连通有玻璃冷凝器，所述石墨冷凝器的冷凝液回流口与所述酯化釜连接，所述玻璃冷凝器的冷凝液回流口与所述酯化釜连接。水洗步骤包括：向酯化釜内添加去离子水总量的55%~60%，搅拌转速25~35RPM；搅拌过程中通入剩余的所述去离子水，所述去离子水流量350~500ml/min；水洗20~30分钟后，静置10~20分钟；间苯二甲酸：去离子水的重量份比值为1：（4.85~5.62）。中和步骤包括：将所述水洗步骤产物通入中和釜内，所述中和釜内温度20~35℃，搅拌速率20~30RPM，加入18%~35%的纯碱溶液，至所述中和釜内液体PH至6.8~7.2，静置15~25分钟。脱色净化步骤包括：将所述中和步骤产物通入脱色釜内，所述脱色釜温度20~35℃，搅拌速率15~25RPM，向所述脱色釜内加入过量双氧水，脱色处理20分钟后，向所述脱色釜投入过量活性炭和/或锌粉处理20分钟；所述过滤步骤包括：将所述脱色步骤产物压滤，压滤清液去所述结晶步骤，压滤固体物去副产物回收及固废处理。结晶精制步骤包括：将所述过滤步骤的过滤清液通入结晶釜，经所述结晶釜结晶后，结晶产物经过滤、水洗、重结晶、干燥制得间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠成品。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：（1）使磺化反应过程易于控制，提高磺化反应效果，降低磺化原料使用量；本专利技术采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种间苯二甲酸二甲酯‑5‑磺酸钠的合成方法，其特征在于，所述合成方法包括：一次磺化步骤、二次磺化步骤、酯化步骤、水洗步骤、中和步骤、脱色净化步骤、过滤步骤、结晶精制步骤；所述一次磺化步骤包括有：使用质量分数为65wt％的发烟硫酸；使用磺化反应催化剂无水NiSO4；所述二次磺化步骤包括有：使用质量分数为20wt％的发烟硫酸；间苯二甲酸：所述65wt％发烟硫酸：所述20wt％发烟硫酸：所述无水NiSO4的重量份比值为1：（0.25~0.37）：（0.59~0.69）：（0.0007~0.002）。

【技术特征摘要】
1.一种间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠的合成方法，其特征在于，所述合成方法包括：一次磺化步骤、二次磺化步骤、酯化步骤、水洗步骤、中和步骤、脱色净化步骤、过滤步骤、结晶精制步骤；所述一次磺化步骤包括有：使用质量分数为65wt％的发烟硫酸；使用磺化反应催化剂无水NiSO4；所述二次磺化步骤包括有：使用质量分数为20wt％的发烟硫酸；间苯二甲酸：所述65wt％发烟硫酸：所述20wt％发烟硫酸：所述无水NiSO4的重量份比值为1：（0.25~0.37）：（0.59~0.69）：（0.0007~0.002）。2.根据权利要求1所述的间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠的合成方法，其特征在于，所述一次磺化步骤，将所述质量分数为65wt％的发烟硫酸加入磺化釜内，所述磺化釜内搅拌转速20~30RPM，加入所述间苯二甲酸，所述磺化釜内温度升高至110~130℃，搅拌转速60~70RPM，加入所述磺化反应催化剂，保温反应80~100分钟后，静置，自由降温30分钟。3.根据权利要求1所述的间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠的合成方法，其特征在于，所述二次磺化步骤，将所述质量分数为20wt%的发烟硫酸注入计量高位槽，从所述计量高位槽滴入所述磺化釜内，所述磺化釜搅拌转速20~30RPM，所述发烟硫酸滴入流量150~250ml/min，所述发烟硫酸滴加完毕后，所述磺化釜温度升高至145~175℃，搅拌转速100RPM，保温反应150分钟后，将所述磺化釜内磺化产物转移至酯化釜内；间苯二甲酸：20wt％发烟硫酸的重量份比值为1：（0.59~0.69）。4.根据权利要求1所述的间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠的合成方法，其特征在于，所述酯化步骤，酯化釜夹套通入循环水降温50~70分钟，所述酯化釜内温度降至115~125℃时，向所述酯化釜内添加甲醇，继续通入循环水降温，所述酯化釜内温度降至60~...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭祥荣，王璀，付海涛，郭彦恺，刘梅，杨荣华，邢星，
申请(专利权)人：青岛中科荣达新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37