一种制备对苯二甲酰氯的工艺
技术领域
本发明属于化工原料制备技术领域，具体涉及一种制备对苯二甲酰氯的工艺。
背景技术
对苯二甲酰氯其实是一类“古老”的化合物，早在20世纪初就有人合成出来了，大规模地开发利用却是近三、四十年的事。对苯二甲酰氯是芳香族羧酸的衍生物，是重要的有机合成原料和化工中间体，2010年被认定为国家重点新产品。
对苯二甲酰氯是重要的有机化工原料，可用于合成聚酰胺、聚芳酰胺、聚酯、聚芳砜纶等耐高温、高强度集合材料。例如，芳纶1414是对苯二甲酰氯和对苯二胺的聚合物，韧性和强度分别达优质钢材的2倍和6倍，并在耐高温、耐化学腐蚀、热收缩和蠕变性能稳定，广泛用于飞机、火箭、导弹的设备中。
目前对苯二甲酰氯主要采用对苯二甲酸酰氯化的合成工艺，根据氯化试剂不同，又分为氯化亚砜法、五氯化磷法、三氯化磷法和光气法。氯化亚砜法是目前的主流工艺，其以氯化亚砜为氯化剂，对苯二甲酸为原料，DMF或吡啶为催化剂制备对苯二甲酰氯。该方法会有有毒气体SO2释放，而且由于DMF不稳定，工艺氯化亚砜反应生成(氯亚甲基)二甲基氯化铵，导致不易分离纯度低，需进行多次减压蒸馏后产品的纯度才能达到99.0％以上。五氯化磷法加料相对来说比较困难，再加上五氯化磷暴露在空气中容易吸水，会有氯化氢气体产生，影响投料量的准确性。又由于两个原料都为固体，两者不易混合均匀，操作上会带来很大的不便。三氯化磷法需要的反应温度较高，时间较长、工艺操作条件较为苛刻，再加上副产为三氯氧磷，既腐蚀生产设备，也会增大处理成本，一旦处理不当也会污染环境。光气法工艺路线，需要专门发生光气或者采购光气，光气属于剧毒产品，反应中需要使用溶剂，副产物也是气体，在生产过程中特别容易造成光气随副产物排除，对于操作人员的安全防护、环境保护都提出非常高的要求。
此外还有对苯二甲酸二甲酯氯气法、二甲苯氯气法等，都存在能耗大，副产物多、提纯困难，三废量大等缺点。
综上所述，对于合成对苯二甲酰氯工艺，目前存在以下问题：(1)在氯化试剂选择方面，传统的氯化剂(例如：SOCl2、PCl5、PCl3)会导致生态环境的破坏，腐蚀设备，污染环境，操作安全性与防护性较差；(2)副产物几乎不能回收利用，只能当“三废”来处理；(3)产品质量可控性较差。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种制备对苯二甲酰氯的新工艺。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种制备对苯二甲酰氯的工艺，具体步骤如下：
1)在四氯化碳中加入对苯二甲酸和路易斯酸，升温至40～75℃；
2)在步骤1)获得的溶液中缓慢加入甲基三氯硅烷，加完后继续反应6～12h，反应过程中产生的氯化氢气体进入吸收装置制成盐酸；
3)将步骤2)获得的反应液，减压蒸出四氯化碳并收集套用后，再将产品对苯二甲酰氯减压蒸出、降温、结晶、干燥，即得最终产品；
4)步骤3)所得母液，降温加水淬灭路易酸后和副产物聚甲基倍半硅氧烷进行固液分离，干燥，得到聚甲基倍半硅氧烷。
步骤1)中所述的对苯二甲酸与甲基三氯硅烷的摩尔比为3:4～4.5；
优选的，步骤1)中所述的对苯二甲酸与甲基三氯硅烷的摩尔比为3:4.1，多余的甲基三氯硅烷脱溶剂时随着四氯化碳一起蒸出，套用使用；
步骤1)中所述的溶剂四氯化碳与原料对苯二甲酸的质量比为3～8:1；
优选的，步骤1)中所述溶剂四氯化碳与原料对苯二甲酸的质量比为6:1；
步骤1)中所述的路易斯酸为三氯化铝、三氯化铁、四氯化锡、二氯化锌等常用路易斯酸；
优选的，步骤1)中所述的路易斯酸采用三氯化铝，因为三氯化铝活性高，添加量少，产生废渣少；
所述的路易斯酸的加入量为甲基三氯硅烷摩尔量的0.2～1.0％；
路易斯酸采用三氯化铝时，加入量为甲基三氯硅烷摩尔量的0.2％；
路易斯酸采用三氯化铁时，加入量为甲基三氯硅烷摩尔量的0.6％；
路易斯酸采用四氯化锡时，加入量为甲基三氯硅烷摩尔量的0.6％；
路易斯酸采用二氯化锌时，加入量为甲基三氯硅烷摩尔量的1.0％；
步骤2)中，所述的甲基三氯硅烷的滴加时间为2～4h；
优选的，甲基三氯硅烷的滴加时间3h，滴加时间短时，副产物聚甲基倍半硅氧烷会含有氯原子，纯度偏低。
以路易斯酸选择三氯化铝时为例，其反应机理：三氯化铝在本反应中充当催化剂即引发剂，甲基三氯硅烷作为酰氯化试剂，甲基三氯硅烷经过引发剂引发，其中以四氯化铝负离子中间体进攻对苯二甲酸羰基碳正离子生成对苯二甲酰氯；对苯二甲酸中羟基氧原子和甲基三氯硅烷碳正离子中间态结合，经过多次聚合反应，生成聚甲基倍半硅氧烷；羟基中其氢原子和甲基三氯硅烷碳正离子中间态的一个氯离子结合为氯化氢。
与现有技术相比，本发明通过采用甲基三氯硅烷作为酰氯化试剂，大大减少了含硫废物的产生，副产聚甲基倍半硅氧烷应用十分广泛，可以用来作防护涂料、电绝缘涂料、粘接材料、平版印刷的抗蚀剂等，大部分用于制备耐高温涂料(可耐600-700℃的高温)，该涂料具有良好的涂饰性、耐温防粘性、附着力，涂层机械强度高，能够满足用户在低温固化、耐温防粘、单层涂覆等方面的要求，而副产盐酸纯度高，不含硫，可以作为它用，实现双产品经济效应。
本合成方法步骤简单，反应条件温和易于控制，安全便于操作，原料转化率高，以对苯二甲酸计产物收率可达99％以上，适于工业化。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：
首先向三口烧瓶中加入149.52g四氯化碳，49.84g(0.3mol)对苯二甲酸，0.11g(0.0008mol)三氯化铝，升温至40℃，搅拌下2h内滴加59.78g(0.4mol)甲基三氯硅烷，保温反应6h，氯化氢气体进吸收装置。反应结束后先将溶剂四氯化碳减压下蒸出套用，再将对苯二甲酰氯减压下蒸出，降温，结晶，干燥，得到对苯二甲酰氯59.05g，收率96.96％，纯度99.23％。母液降温加水淬灭三氯化铝后和副产物聚甲基倍半硅氧烷进行固液分离，干燥，得到品质较高的聚甲基倍半硅氧烷25.94g，收率96.66％。
实施例2：
首先向三口烧瓶中加入199.36g四氯化碳，49.84g(0.3mol)对苯二甲酸，0.4g(0.00246mol)三氯化铁，升温至50℃，搅拌下3h内滴加61.28g(0.41mol)甲基三氯硅烷，保温反应8h，氯化氢气体进吸收装置。反应结束后先将溶剂四氯化碳减压下蒸出套用，再将对苯二甲酰氯减压下蒸出，降温，结晶，干燥，得到对苯二甲酰氯59.61g，收率97.88％，纯度99.32％。母液降温加水淬灭三氯化铁后和副产物聚甲基倍半硅氧烷进行固液分离，干燥，得到品质较高的聚甲基倍半硅氧烷26.07g，收率97.12％。
实施例3：
首先向三口烧瓶中加入299.04g四氯化碳，49.84g(0.3mol)对苯二甲酸，0.67g(0.00258mol)四氯化锡，升温至60℃，搅拌下4h内滴加64.27g(0.43mol)甲基三氯硅烷，保温反应6h，氯化氢气体进吸收装置。反应结束后先将溶剂四氯化碳减压下蒸出套用，再将对苯二甲酰氯减压下蒸出，降温，结晶，干燥，得到对苯二甲酰氯60.07g，收率98.63％，纯度99.21％。母液降温加水淬灭四氯化锡后和副产物聚甲基倍半硅氧烷进行固液分离，干燥，得到品质较高的聚甲基倍半硅氧烷226.39g，收率98.33％。
实施例4：
首先向三口烧瓶中加入398.71g四氯化碳，49.84g(0.3mol)对苯二甲酸，0.61g(0.0045mol)二氯化锌，升温至77℃(回流)，搅拌下2h内滴加67.25g(0.45mol)甲基三氯硅烷，保温反应6h，氯化氢气体进吸收装置。反应结束后先将溶剂四氯化碳减压下蒸出套用，再将对苯二甲酰氯减压下蒸出，降温，结晶，干燥，得到对苯二甲酰氯60.04g，收率98.57％，纯度99.31％。母液降温加水淬灭二氯化锌后和副产物聚甲基倍半硅氧烷进行固液分离，干燥，得到品质较高的聚甲基倍半硅氧烷26.4g，收率98.29％。
实施例5：
首先向三口烧瓶中加入299.04g g四氯化碳，49.84g(0.3mol)对苯二甲酸，0.11g(0.0008mol)三氯化铝，升温至77℃，搅拌下3h内滴加61.28g(0.41mol)甲基三氯硅烷，保温反应10h，氯化氢气体进吸收装置。反应结束后先将溶剂四氯化碳减压下蒸出套用，再将对苯二甲酰氯减压下蒸出，降温，结晶，干燥，得到对苯二甲酰氯60.38g，收率99.13％，纯度99.55％。母液降温加水淬灭三氯化铝后和副产物聚甲基倍半硅氧烷进行固液分离，干燥，得到品质较高的聚甲基倍半硅氧烷26.58g，收率99.02％。
