[发明专利]一种降解对位芳纶制备对苯二甲酸和对苯二胺的方法

说明书

本发明属于废旧高分子材料循环利用及资源化领域，具体涉及一种降解对位芳纶制备对苯二甲酸和对苯二胺的方法。主要解决对位芳纶回收利用的技术问题。本发明利用金属离子配位催化，选择性断裂酰胺键，通过有机羧酸和酰胺键进行交换反应，可控降解对位芳纶得到对苯二甲酸和对苯二胺酰基衍生物。利用对苯二甲酸盐的水溶性和酸化析出的特性，可以首先分离得到对苯二甲酸。然后，利用强碱作为催化剂对对苯二胺酰基衍生物进行醇解反应，通过降温结晶析出对苯二胺。本发明实现了对位芳纶的可控化学降解，回收制备单体对苯二甲酸和对苯二胺。

技术领域

本发明属于废旧高分子材料循环利用及资源化领域，具体涉及一种降解对位芳纶制备对苯二甲酸和对苯二胺的方法。

背景技术

聚对苯二甲酰对苯二胺可由对苯二甲酸与对苯二胺直接缩聚制得，或由对苯二甲酰氯与对苯二胺缩聚而成。其属于溶致性液晶高分子，可加工成纤维，称为芳纶1414或对位芳纶，杜邦公司的商品名为Kevlar。目前，世界芳纶的主要生产商是美国杜邦公司和日本帝人公司，两家公司的芳纶产量合计约占全球生产能力的79.1％。2016年，全球对位芳纶的生产能力约81kt/a，杜邦和帝人公司的生产能力合计74kt/a，目前杜邦公司是全球最大的对位芳纶生产公司。随着生产技术的不断改进，芳纶的生产成本日益降低，将促使芳纶的应用领域不断扩大，需求量不断增长。2016年我国芳纶1414生产能力达4200t/a，其中烟台泰和新材料股份有限公司生产能力为1500t/a，生产规模最大；蓝星(成都)新材料有限公司生产能力1000t/a，位居第二。

对位芳纶是一种高性能纤维，具有高强高模、耐高温、耐酸碱以及重量轻等优异性能，其比强度是钢丝的5～6倍，比模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的20％左右，因此在国防和民用领域都有广泛的应用。对位芳纶纤维是重要的国防军工材料，为了适应现代战争的需要，美、英等发达国家的防弹衣均为芳纶材质，芳纶防弹衣、头盔的轻量化，有效提高了军队的快速反应能力和杀伤力。除了军事上的应用外，对位芳纶现已作为一种高技术含量的纤维材料广泛应用于航空航天、机电、建筑、汽车、体育用品等各个领域。目前，由于对位芳纶产量相对较少，废旧对位芳纶纤维的循环再利用问题尚未引起产业界及研究领域的广泛关注。然而，废旧对位芳纶化学性质相对稳定，不能在自然环境下被分解转化，作为固体废弃物对环境造成一定的影响。同时，废旧对位芳纶中含有高附加值的对苯二甲酸和对苯二胺结构单元，如果能回收利用，可以减少资源浪费。对位芳纶应用前景广阔，未来废旧对位芳纶的回收利用将限制其大规模生产应用，化学降解对位芳纶回收其单体聚合物，将完善对位芳纶工业化生产的产业链，形成闭合回路。

发明内容

本发明为解决对位芳纶回收利用的技术问题，提供了一种降解对位芳纶制备对苯二甲酸和对苯二胺的方法。

一种降解对位芳纶制备对苯二甲酸和对苯二胺的方法，包括以下步骤：

步骤1：将可溶性金属盐催化剂和反应溶剂混合配制成反应体系Ⅰ，将对位芳纶纤维和反应体系Ⅰ混合并加入反应釜，密封后放入均相反应器进行加热反应；反应结束后冷却至室温，加入去离子水洗涤，过滤除去催化剂和反应溶剂，反应产物为对苯二甲酸和对苯二胺酰基衍生物；加入强碱水溶液，将对苯二甲酸生成盐溶解，通过过滤分离得到对苯二胺酰基衍生物和对苯二甲酸盐溶液；向对苯二甲酸盐溶液中加入盐酸，使对苯二甲酸沉淀析出，洗涤过滤干燥，即得对苯二甲酸；

步骤2：将强碱和反应溶剂配成反应体系Ⅱ，将步骤1中制备的对苯二胺酰基衍生物和反应体系Ⅱ混合并加入反应釜，密封后放入均相反应器进行加热反应；反应结束后冷却至室温，将有机溶剂蒸发除去，向产物中加入去离子水，冷却，析出的结晶即为对苯二胺。该方法通过金属离子配位催化，显著降低对位芳纶的降解温度；通过两步法可以回收具有高附加值的单体对苯二甲酸和对苯二胺，且回收方法简单易行，不产生二次污染。

本发明利用可溶性金属盐催化剂，选择性地活化对位芳纶中的酰胺键，可控降解对位芳纶，通过降解产物的分离提纯，回收对苯二甲酸和对苯二胺。对位芳纶的结构式如下所示：