磺化聚(苯乙烯-co-甲基丙烯酸丁酯)的合成及其催化剂性能研究

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目前工业上合成乙酸酯均以浓硫酸作为催化剂,由乙酸和醇直接进行酯化。用浓硫酸作催化剂存在许多缺点,如酯化过程中常伴有氧化、硫—f匕等副反应,给后续处理带来麻烦。此外,浓硫酸对设备的腐蚀比较严重,而且反应结束后为除去过量的硫酸还需经过中和与水洗处理,致使生产工序繁杂,生产成本高,产品损失增多,并产生大量酸性废水,造成环境污染。 本课题采用苯乙烯与甲基丙烯酸丁酯共聚合成了聚(苯乙烯-CO-甲基丙烯酸丁酯)中间体,然后通过与发烟硫酸的磺化反应,成功地将磺酸基接入该共聚物中间体的苯环,得到了高分子催化剂磺f七聚(苯乙烯一CO-甲基丙烯酸丁酯)。用红外光谱分析了聚(苯乙烯一CO-甲基丙烯酸丁酯)和磺化聚(苯乙烯-~0-甲基丙烯酸丁酯)的特征吸收峰;用凝胶渗透色谱测定了聚(苯乙烯一CO-甲基丙烯酸丁酯)的分子量;并用元素分析测定了聚(苯乙烯一CO-甲基丙烯酸丁酯)及磺化聚(苯乙烯一CO-甲基丙烯酸丁酯)的碳(C)、氢(H)元素含量。根据元素分析的结果分别计算出聚(苯乙烯一CO-甲基丙烯酸丁酯)和磺化聚(苯乙烯一~0-甲基丙烯酸丁酯)中各结构单元的个数的比例关系:甲基丙烯酸丁酯/苯乙烯=1/2.77;甲基丙烯酸丁酯/苯乙烯/磺化苯乙烯=I/O.80/L97。 本课题研究了磺化聚(苯乙烯一~0-甲基丙烯酸丁醐的催化性能。将该共聚物用于乙酸酯的合成反应,考察酯产率的变化情况。实验发现以磺化聚(苯乙烯一CO-甲基丙烯酸丁酯)催化的酯化反应中,酯的产率与聚合物催化剂的用量、酯化反应时间、催化剂使用次数有关。保持酸醇用量及比例,对于一定反应时间,随着共聚物催化剂用量的增加,酯的产率先是逐渐增加,然后趋于平缓。共聚物催化剂经:连续使用5次后,酯的产率没有明显下降(酉旨产率下降分别为:对于乙酸正丙酯2.96%,乙酸正丁酯8.56%,乙酸异丙酯4.79%,乙酸异丁酯2.38%)。多次使用后的催化剂只需简单的稀硫酸(20%)浸泡再生处理,其催化活性又可以基本上恢复到新制备共聚物催化剂的水平。 实验结果还表明,磺化聚(苯乙烯-co一甲基丙烯酸丁酯)对乙酸正丙酯,乙酸正丁酯,乙酸异丙酯,乙酸异丁酯的合成反应均有催化作用。以浓硫酸催化相同的酉旨化反应作为对照,与共聚物催化剂催化相比酯产率的差值分别为:乙酸正丙酯2.98%,乙酸正丁酯4.34%,乙酸异丙酯3.10%,乙酸异丁酯1.82%。可见共聚物催化剂的催化能力与浓硫酸的相当,且共聚物催化剂无腐蚀陛,易于回收再生,是酯化反应中浓硫酸催化剂的理想替代品。
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