[发明专利]一种利用芳烃硝化副产物生产PBI功能材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用芳烃硝化副产物生产PBI功能材料的方法。将2,4‑二硝基氯化苯生产企业的硝化副产物，即含有2,6‑二硝基氯化苯(I)的混合物，经分步结晶的方式，得到2,4‑二硝基氯化苯、2,6‑二硝基氯化苯(I)及少量残留物。其中2,4‑二硝基氯化苯作为产品直接外售、少量残留物作废物处理，而2,6‑二硝基氯化苯(I)单纯化合物则经反应得到性能优异的PBI(X)树脂。该方法有效解决了2,4‑二硝基氯化苯生产企业普遍存在的困难，减少企业危废量、提升企业安全性的同时，增加了企业经济收益，为2,4‑二硝基氯化苯生产企业平稳可持续生产提供了有力支持。

技术领域

本发明属于化工领域，尤其涉及一种利用芳烃硝化副产物生产PBI功能材料 的方法

背景技术

芳烃硝化产物与其底物芳环上取代基团的供吸电子特性有直接关系，如以一 氯化苯或邻硝基氯化苯为原料，经硝化反应，生产2,4-二硝基氯化苯的过程中， 由于底物芳环上的氯原子的供电子特性，决定了该转化过程中，在产生主产物 2,4-二硝基氯化苯的过程中必然伴随着2,6-二硝基氯化苯(I)的产生。

上述过程可用以下方程式表示，

这一理论推测结果也被任何以一氯化苯或邻硝基氯化苯经硝化反应生产 2,4-二硝基氯化苯的企业的实际结果予以验证。

以往对此行业棘手的问题，少数企业将其芳烃硝化副产物，2,4-二硝基氯化 苯与2,6-二硝基氯化苯(I)的混合物，用作生产硫化黑染料，此此法得到的硫 化黑染料不但品质低、使用困难，且生产成本高、经济效益差。因此，大部分企 业为了降低2,4-二硝基氯化苯成本、增加经济效益，所采的处理方式均不科学。

聚苯并咪唑，全称为聚-2，2’-间苯撑-5，5’-双苯并咪唑纤维，也简称托基纶(Togylen)，英文名称为Polybenzimidazoles，英文缩写为PBI，是当今最高级别 的工程塑料，其优点主要体现为：(1)耐高温长期工作温度310℃，瞬时耐受温 度可达760℃；(2)耐腐蚀在酸碱环境中仍保持稳定特性；(3)高强度其强度是 Vespel产品的两倍，现有工程塑料中强度最高的产品；(4)高硬度，其硬度为玻 璃的二分之一；(5)高纯度灰分可控制在2ppm以下。由美国HoechstCelanse公 司于20世纪60年代中期研制成功，最初用于美国NASA计划中航天飞机降落 伞和阻燃的宇航防护服；自1983年后，又开发了穿着舒适的高温防护服等民用 产品；近十年来应用日趋广泛。当前PBI主要用于高温过滤织物、热防护服和石 棉替代材料；同时，这种聚合物在薄膜、泡沫材料和粘合剂、半导体行业、特种 玻璃行业等领域也显示其良好的发展前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，并提供一种利用芳烃硝化副产物生 产PBI功能材料的方法。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种利用芳烃硝化副产物生产PBI功能材料的方法，包括如下步骤：

1)以芳烃硝化副产物为原料，采用分步结晶法进行分离、收集并得到2,6- 二硝基氯化苯(I)、2,4-二硝基氯化苯及残留物；

2)将2,6-二硝基氯化苯(I)单纯化合物与质量浓度为18～20％的氨水混合， 加热40～60℃并搅拌至反应完成，得到2,6-二硝基苯胺(II)；

3)将2,6-二硝基苯胺(II)、硫化钠混合加入水中，加热95～105℃并搅拌至 反应完成，得到3-硝基邻苯二胺(III)；

4)将3-硝基邻苯二胺(III)与环合试剂在60～90℃条件下反应至终点，得 到4-硝基-2-苯并咪唑酮(IV)；所述的环合试剂为尿素与硫酸的组合或固光与三 乙胺的组合；

5)a 4-硝基-2-苯并咪唑酮(IV)依次经偶联、氨化、脱氨得到化合物(VIII)；