早在19世紀(jì)60年代,就已經(jīng)有關(guān)于對苯二甲酸的報道。但是,直到1953年,聚對苯二甲酸二乙酯纖維的工業(yè)化生產(chǎn),對苯二甲酸才成為一種重要的化工產(chǎn)品。
精對苯二甲酸(PTA)是我國醋酸消費領(lǐng)域的大用戶之一。醋酸在PTA的生產(chǎn)過程中用作溶劑。PTA主要用于生產(chǎn)聚酯。
對苯二甲酸(terephthalic acid或1,4-benzenedicarboxylic acid),化學(xué)名稱1,4-苯二甲酸,別名對酞酸、松油苯二甲酸,分子式為C8H6O4,相對分子質(zhì)量166.133。
物理性質(zhì)
對苯二甲酸是白色針狀或無定形的固體,不溶于沸水和普通有機溶劑,受熱不熔化,而在高溫下(300℃)升華。熔點384~420℃(閉管),相對密度1.510,蒸氣壓66.6Pa(120℃),易燃,其粉塵與空氣形成爆炸性混合物,爆炸極限0.05~12.5g/L。其物理性質(zhì)見表6-1。
表6-1 對苯二甲酸的物理性質(zhì)
項目 | 數(shù)據(jù) | 項目 | 數(shù)據(jù) |
臨界溫度 Tc/℃ | 630 | 三相點/℃ | 427 |
臨界壓力 pc/MPa | 3.9 | 摩爾磁化率 | 835.1 |
偏心因子 | 1.19 | 在水中的解離常數(shù) | |
臨界Riedel常數(shù) | 10.91 | 一級 | 3.1×10-4 |
臨界密度/(g/cm3) | 0.396 | 二級 | 1.5×10-4 |
臨界壓縮系數(shù) Zc | 0.211 | 在50%甲醇水溶液中的解離常數(shù) | |
升華點/℃ | 402 | 一級 | 4.1×10-5 |
升華點熱(25℃)/(kJ/mol) | 98.22 | 二級 | 8.3×10-7 |
燃燒熱(25℃)/(kJ/mol) | -3189 | 自燃點/℃ | 680 |
摩爾熱容(20℃)/[kJ/(mol·K)] |
9.142 | 最低爆炸濃度/(g/L) | 0.05 |
固體密度/(g/cm3) | 1.522 | 極限氧濃度(電火花點火)/% | 1.15 |
化學(xué)性質(zhì)
對苯二甲酸具有二元羧酸的特征反應(yīng),由于它的溶解度低,不熔,反應(yīng)較難進行,其主要化學(xué)反應(yīng)如下。
(1)酯化和縮聚反應(yīng) 對苯二甲酸與甲醇反應(yīng),生成對苯二甲酸二甲酯,可用強酸作催化劑,或以硅膠為催化劑在高溫常壓下連續(xù)酯化。不加催化劑的加壓酯化法,在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。
(2)與環(huán)氧乙烷的加成反應(yīng) 對苯二甲酸與環(huán)氧乙烷反應(yīng)生成對苯二甲酸雙羥乙酯。反應(yīng)在液相進行,可不用溶劑,反應(yīng)溫度90~130℃,壓力2~3MPa。用胺類或烷基季銨鹽作催化劑。生成的酯易于從水中結(jié)晶,所以亦可用精對苯二甲酸與環(huán)氧乙烷反應(yīng),用重結(jié)晶法精制反應(yīng)產(chǎn)物。
(3)與1,4-二羥甲基環(huán)己烷反應(yīng) 對苯二甲酸與1,4-二羥甲基環(huán)己烷反應(yīng),生成的酯經(jīng)縮聚后用于生產(chǎn)聚酯纖維。這種纖維是Eastman公司開發(fā)的,商品名Kodel。
(4)與乙二醇的反應(yīng) 對苯二甲酸與乙二醇反應(yīng)生成對苯二甲酸雙羥乙酯。
該反應(yīng)是工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)聚對苯二甲酸二乙酯的基礎(chǔ)。
(5)與亞硫酰氯反應(yīng) 對苯二甲酸與亞硫酰氯反應(yīng),生成對苯二甲酰氯。
對苯二甲酰氯與對苯二胺縮聚,生產(chǎn)聚對苯二甲酰對苯二胺。高分子量聚合體可紡制高強度高模量纖維,美國DuPont公司生產(chǎn)的商品名為Kevlar,我國命名為芳綸1。這種纖維主要用于航天和航空工業(yè)。
(6)與對苯二胺的縮聚反應(yīng) 高純度對苯二甲酸在催化劑等的存在下,與對苯二胺直接縮聚,生成聚對苯二甲酰對苯二胺(PPTA)。
(7)與丁二醇的反應(yīng) 對苯二甲酸與丁二醇直接酯化縮聚,生成聚對苯二甲酸二丁酯。工業(yè)生產(chǎn)聚對苯二甲酸二丁酯,通常采用對苯二甲酸和丁二醇酯交換縮聚法。直接酯化縮聚的研究也在進行中。