CN102936231B - 等离子一步氧化法合成橡胶促进剂ns - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种等离子一步氧化法合成橡胶促进剂NS(N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺)的方法，合成过程包括：将2-巯基苯并噻唑与适量的去离子水及非离子表面活性剂在反应釜中搅拌混合均匀；再将叔丁胺与酸性水溶液在室温搅拌下缓慢加入反应釜中；升温到40℃～90℃后通入压缩空气或氧气(理论用量的110～300％)经臭氧等离子发生器发生的活化氧气，进行氧化反应1～4小时达到终点后，抽滤后母液待回收循环使用，产品经水洗、干燥后得NS。本发明的优点在于：生产工艺简单、稳定、成熟、安全、环保、节能、无污染，产品质量好(初熔点＞106℃)、收率高(99％)，生产成本低廉，易于工业化。NS广泛用于天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶等橡胶制品的生产，尤为是子午线轮胎的生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种等离子一步氧化法合成橡胶促进剂NS(N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺)的方法，特别适用于简捷的环境清洁及成本低廉的NS生产。
背景技术
促进剂NS(或称TBBS)是次磺酰胺类硫化促进剂的重要品种之一，兼有抗焦烧性和硫化速度快两大优点。广泛用于天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶等橡胶制品的生产，特别适用于碱性较高的炉法炭黑胶料，变色及污染轻微。
1994年，德国立法规定轮胎工业必须使用NS或CBS。目前在美国和西欧，NS的销售量占次磺酰胺类促进剂总销售量的60％左右。我国子午线轮胎的迅速发展，更为迫切地要求促进剂NS与之配套。
NS的合成一般是通过2-巯基苯并噻唑与用叔丁胺在氧化剂存在下进行氧化缩合。
目前，世界上有四条NS氧化缩合合成路线，分别是次氯酸钠法、氯气氧化法、催化氧化法、电解氧化法。
Jerry J.Svarz等人发明了“巯基苯骈噻唑的胺的衍生物”(US3600398)，其采用氯气氧化法制备了NS。国外公司曾采用该法进行生产，但要求胺过量较大，因胺过量不能少于10倍，否则物料粘稠，操作困难，目前已被淘汰。
Raymond和Carmagnac-Irigny发明了“噻唑次磺酰胺的制备工艺”(US4182873)，其是促进剂M与叔丁胺在氧气或空气中催化氧化制备NS工艺，所用的为铜催化剂。
该法优点是产品质量好，反应速度快，收率高，基本无污染。但该法设备投资较大，操作成本一时难以与传统的次氯酸钠氧化工艺相竞争。
Torii Sigeru等人发明了“苯并噻唑次磺酰胺的制备”(US 4127454)，其以促进剂M与叔丁胺在电解作用下氧化生成促进剂NS，目前该工艺尚在实验阶段。
目前，工业化生产NS普遍采用的是次氯酸钠氧化缩合方法，第一步先将硫醇基苯并噻唑用氢氧化钠溶液制成钠盐，二步再与叔丁胺氧化缩合制成NS。
该方法的工艺成熟、反应条件温和、产品质量较好、收率较高。但其工艺复杂，胺比相对较高。
宵娟等人发明了“一种橡胶硫化促进剂的制取工艺”(CN 9210985.2)，其采用了非离子表面活性剂，免去了硫醇基苯并噻唑用氢氧化钠溶液成钠盐工艺，简化了工艺，即一步法合成工艺。
徐万平等人报道了“硫化促进剂NS的合成研究”(精细化工.2000，17(5)：277-279)，其采用了微压一步缩合法工艺，使胺比降低。
但是次氯酸钠氧化缩合方法的最大问题是存在着溶剂分离、回收等以及产生大量工业废水等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子一步氧化法合成橡胶促进剂NS的制备方法，本工艺采用通入压缩空气或氧气经臭氧等离子发生器发生的活化氧气(臭氧)，进行氧化反应制备NS。其工艺方法具有生产工艺简单、稳定、成熟、安全、环保、节能、无污染，产品质量好(初熔点＞106℃)、收率高(99％)，生产成本低廉，易于工业化等优点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
按原料比将2-巯基苯并噻唑与适量的去离子水及非离子表面活性剂在反应釜中搅拌混合均匀；再将叔丁胺与酸性水溶液在室温混合、搅拌下缓慢加入反应釜中；升温到40℃～90℃后通入压缩空气或氧气经臭氧等离子发生器发生的活化氧气，进行氧化反应，所吹入(活化)氧气按NS生产量的理论用量的110-300％；反应达到终点后，抽滤后母液待回收循环使用，产品经水洗、干燥后得橡胶促进剂NS。
本发明的优点与效果是：
采用了通入压缩空气或氧气经臭氧等离子发生器发生的活化氧气(臭氧)，进行氧化反应制备NS。
1)采用水相添加非离子表面活化剂，使2-巯基苯并噻唑和叔丁胺直接用臭氧进行氧化缩合反应制备NS，其工艺方法具有生产工艺简单、稳定、成熟、安全、环保、节能、无污染。
2)产品质量好(初熔点＞106℃)、收率高(99％)
3)生产成本低廉，易于工业化等优点。
附图说明
为本发明中NS的合成一般是通过2-巯基苯并噻唑与用叔丁胺在氧化剂存在下进行氧化缩合的反应式。
具体实施方式
本发明首先按原料摩尔比将2-巯基苯并噻唑(2摩尔)与去离子水(8摩尔)及非离子表面活性剂(少量)在反应釜中搅拌混合均匀；再将叔丁胺(2.4～3.2摩尔)与浓度5～10％硫酸性水溶液(用量与叔丁胺所用重量略多)在室温混合、搅拌下缓慢加入反应釜中；升温到40℃～90℃后通入压缩空气或氧气经臭氧等离子发生器发生的活化氧气，进行氧化反应，所吹入活化氧气按NS生产量的理论用量的110-300％(相当于1.1～3.0摩尔的氧气)；反应达到终点后，抽滤后母液待回收循环使用，产品经水洗、干燥后得橡胶促进剂NS。
实施例1
将334克的2-巯基苯并噻唑与144克的去离子水及0.7克的非离子表面活性剂(少量)在反应釜中搅拌混合均匀；再将234克的叔丁胺与300克的浓度5～10％硫酸性水溶液混合后，搅拌下缓慢加入反应釜中；升温到40℃～90℃后，以0.41L/min通入氧气(35.2克)经臭氧等离子发生器发生的活化氧气，进行氧化反应，反应1小时取样观察物料为白色时，停止反应；冷却至室温，抽滤后母液待回收循环使用，水洗至中性，经干燥后得456.7克的橡胶促进剂NS，收率为95.9％。
实施例2
采用的合成工艺、反应物用量及反应条件与实施例1相同，仅改变通入氧气的速率为1.12L/min通入氧气(96克)经臭氧等离子发生器发生的活化氧气，进行氧化反应，物料抽滤后水洗至中性，经干燥后得460.7克的橡胶促进剂NS，收率为96.8％。
实施例3
采用的合成工艺、反应物用量及反应条件与实施例1相同，仅改变通入氧气的速率为0.56L/min通入氧气(48克)经臭氧等离子发生器发生的活化氧气，进行氧化反应，物料抽滤后水洗至中性，经干燥后得473.6克的橡胶促进剂NS，收率为99.5％。
实施例4
采用的合成工艺、反应物用量及反应条件与实施例1相同，仅改变反应时间为3小时，进行氧化反应，反应终止后。物料抽滤后水洗至中性，经干燥后得471.7克的橡胶促进剂NS，收率为99.1％。
实施例5
采用的合成工艺、反应物用量及反应条件与实施例1相同，仅改变氧气源为压缩空气及反应时间为4小时。产品收率为99.0％。
从表1可看出：本发明的产品质量稳定、性能好。
同时，本发明中免用了次氯酸钠简化了工艺、节约了能源、大大降低了成本，减少环境污染。形成新的经济增长点，对氧化反应相关的理论和生产的发展有借鉴作用，提升了橡胶行业进步，促使了促进剂产品的更新换代，具有重要的社会效益和经济效益。
表1 本发明产品NS的技术数据
Claims (4)
1.一种等离子一步氧化法合成橡胶促进剂NS(N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺)的方法，合成过程包括：将2-巯基苯并噻唑与适量的去离子水及非离子表面活性剂在反应釜中搅拌混合均匀；再将叔丁胺与酸性水溶液在室温搅拌下缓慢加入反应釜中；升温到40℃～90℃后通入压缩空气或氧气经臭氧等离子发生器发生的活化氧气，进行氧化反应；反应达到终点后，抽滤后母液待回收循环使用，产品经水洗、干燥后得橡胶促进剂NS。
2.按照权利要求1所述的等离子一步氧化法合成橡胶促进剂NS的方法，其特征在于：所述氧化反应是通入压缩空气或氧气经臭氧等离子发生器发生的活化氧气而进行的。
3.按照权利要求2所述的等离子一步氧化法合成橡胶促进剂NS的方法，其特征在于：所述活化氧气的用量是按照产品生产产量的理论需要量吹入氧气的110％-300％。
4.按照权利要求1所述的等离子一步氧化法合成橡胶促进剂NS的方法，其特征在于：所述氧化反应时间为1～4小时。
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