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對苯二甲酸的物理化學性質


實驗室k / 2018-09-20

       早在19世紀60年代,就已經有關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,對苯二甲酸才成為一種重要的化工產品。
       精對苯二甲酸(PTA)是我國醋酸消費領域的大用戶之一。醋酸在PTA的生產過程中用作溶劑。PTA主要用于生產聚酯。
       對苯二甲酸(terephthalic acid或1,4-benzenedicarboxylic acid),化學名稱1,4-苯二甲酸,別名對酞酸、松油苯二甲酸,分子式為C8H6O4,相對分子質量166.133。

物理性質
       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。其物理性質見表6-1。

表6-1  對苯二甲酸的物理性質

項目 數據 項目 數據
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  
臨界Riedel常數 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 Zc 0.211 在50%甲醇水溶液中的解離常數  
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

化學性質
       對苯二甲酸具有二元羧酸的特征反應,由于它的溶解度低,不熔,反應較難進行,其主要化學反應如下。
       (1)酯化和縮聚反應    對苯二甲酸與甲醇反應,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)上得到廣泛應用。
       (2)與環(huán)氧乙烷的加成反應    對苯二甲酸與環(huán)氧乙烷反應生成對苯二甲酸雙羥乙酯。反應在液相進行,可不用溶劑,反應溫度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晶,所以亦可用精對苯二甲酸與環(huán)氧乙烷反應,用重結晶法精制反應產物。
       (3)與1,4-二羥甲基環(huán)己烷反應    對苯二甲酸與1,4-二羥甲基環(huán)己烷反應,生成的酯經縮聚后用于生產聚酯纖維。這種纖維是Eastman公司開發(fā)的,商品名Kodel。

       (4)與乙二醇的反應    對苯二甲酸與乙二醇反應生成對苯二甲酸雙羥乙酯。

       該反應是工業(yè)上大規(guī)模生產聚對苯二甲酸二乙酯的基礎。
       (5)與亞硫酰氯反應    對苯二甲酸與亞硫酰氯反應,生成對苯二甲酰氯。

       對苯二甲酰氯與對苯二胺縮聚,生產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    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    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。


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