本发明属于有机合成技术领域,特别涉及一种高纯度聚二硫二丙烷磺酸钠的合成工艺。
背景技术:
聚二硫二丙烷磺酸钠sps作为酸性镀铜中间体,属于镀铜添加剂中的主要添加成份,能起到使镀层结晶细化、有效提高电流密度的作用,同时聚二硫二丙烷磺酸钠sps可用作酸性镀铜光亮剂,以得到装饰性和功能性镀层。
近些年来,聚二硫二丙烷磺酸钠sps还被广泛用于锂电池电解铜箔的生产,sps在铜箔生产工艺中起到晶粒细化剂、光亮剂、整平剂的作用,能提高电解铜箔的抗拉强度和延伸率。
目前在整个电解铜箔、酸性镀铜中间体市场上,聚二硫二丙烷磺酸钠sps的需求量很大,但该产品的制备过程中比较突出的问题在于纯度不够、杂质比较多,限制了其在市场上的应用。
技术实现要素:
本发明中基于硫化钠、硫粉与1,3-丙烷磺酸内酯为原料,理想的反应过程为硫化钠与硫粉反应生成二硫化钠na2s2,然后再与1,3-丙烷磺酸内酯反应得到聚二硫二丙烷磺酸钠sps,但这种合成方法的缺陷在于:硫化钠和硫粉之间副反应过多,从而容易生成大量多硫化合物杂质(如三硫化钠na2s3),这些杂质参与后续的反应,导致生产的聚二硫二丙烷磺酸钠sps纯度过低,
为解决这一技术问题,本发明提供了一种高纯度聚二硫二丙烷磺酸钠的合成工艺:
(1)将硫化钠、硫粉、碱加入到溶剂中升温反应一段时间,
其中,溶剂为水与醇或其他(除水以外的)亲水性溶剂的混合物,该混合溶剂有利于改善硫化钠和硫粉的混合状态,水与醇混合作为溶剂时,水与醇的质量比为8~1:2~9,
硫粉在用量上为硫化钠的0.5~1.5摩尔倍,
碱为氢氧化钠或氢氧化钾等,用量根据不同反应条件下生成的多硫化合物杂质的量不同而定,
升温反应为升温至60~100℃,反应时间为0.5~4小时,反应可在常压下进行,也可以加压(同步骤(2));
(2)向步骤(1)中得到的反应体系中加入1,3-丙烷磺酸内酯并升温反应一段时间,冷却,后处理得到聚二硫二丙烷磺酸钠,
升温反应为升温至70~120℃,反应时间为1~15小时,
作为优选,冷却后向步骤(2)的反应体系中加入氧化剂并继续反应一段时间,再进行后处理,
氧化剂为双氧水或高锰酸钾,加入氧化剂后的反应温度为10~50℃,反应时间为0.5~2小时,
后处理操作为:向步骤(2)中得到的反应体系中加入活性炭进行脱色处理后,过滤去除活性炭,将所得的滤液浓缩并用乙醇结晶,离心干燥。
本方案步骤(1)硫化钠、硫粉反应生成二硫化钠的过程中,副反应产物(多硫化合物杂质)与加入的碱发生了歧化反应重新生成二硫化钠,从而减少了副产物的量,例如:
6na2s3+6naoh=8na2s2+na2s2o3+3h2o
考虑到在这个过程中有硫代硫酸钠na2s2o3生成,因此在步骤(2)中加入氧化剂以促使生成的硫代硫酸钠na2s2o3与1,3-丙烷磺酸内酯也反应生成目标产物聚二硫二丙烷磺酸钠。
具体实施方式
实施例1
常温常压下,向反应瓶中加入60wt%硫化钠140g(结晶水56.0g、na2s为84.0g)、硫粉34g、无水氢氧化钠12.1g、甲醇80.0g、水130g,并在65℃下搅拌反应2小时;冷却到常温后,向其中加入1,3-丙烷磺酸内酯190g,并在80℃下搅拌反应8小时;冷却到45℃,向其中加入双氧水(h2o2的质量分数为30%)17g并于45℃下搅拌反应1小时,
向上述所得的反应体系中加入足量的活性炭充分搅拌后,过滤去除活性炭,将所得的滤液60℃减压浓缩至溶剂质量百分数为25%时,用乙醇结晶,冷却至常温后离心烘干,得到聚二硫二丙烷磺酸钠220g,hplc检测到其纯度为95.8%。
对比实施例1
按照传统的硫化钠、硫粉、1,3-丙烷磺酸内酯制备聚二硫二丙烷磺酸钠的工艺进行,未使用碱以及氧化剂,其余组分及操作均同实施例1:
常温常压下,向反应瓶中加入60wt%硫化钠140g(结晶水56.0g、na2s为84.0g)、硫粉34g、甲醇80.0g、水130g,并在65℃下搅拌反应2小时;冷却到常温后,向其中加入1,3-丙烷磺酸内酯190g,并在80℃下搅拌反应8小时;冷却到45℃继续搅拌反应1小时,
向上述所得的反应体系中加入足量的活性炭充分搅拌后,过滤去除活性炭,将所得的滤液60℃减压浓缩至溶剂质量百分数为25%时,用乙醇结晶,冷却至常温后离心烘干,得到的产物为215.3g,hplc检测到其纯度为78.7%。
1.一种高纯度聚二硫二丙烷磺酸钠的合成工艺,其特征在于:所述的合成工艺为
(1)将硫化钠、硫粉、碱加入到溶剂中升温反应一段时间,
(2)向步骤(1)中得到的反应体系中加入1,3-丙烷磺酸内酯并升温反应一段时间,冷却,后处理得到聚二硫二丙烷磺酸钠。
2.如权利要求1所述的高纯度聚二硫二丙烷磺酸钠的合成工艺,其特征在于:步骤(2)中冷却后,向所得的反应体系中加入氧化剂并继续反应一段时间,再进行所述的后处理。
3.如权利要求2所述的高纯度聚二硫二丙烷磺酸钠的合成工艺,其特征在于:所述的氧化剂为双氧水或高锰酸钾,加入所述的氧化剂后的反应温度为10~50℃,反应时间为0.5~2小时。
4.如权利要求1所述的高纯度聚二硫二丙烷磺酸钠的合成工艺,其特征在于:步骤(1)中所述的溶剂为水与除水以外的亲水性溶剂的混合物。
5.如权利要求1所述的高纯度聚二硫二丙烷磺酸钠的合成工艺,其特征在于:步骤(1)中,硫粉在用量上为硫化钠的0.5~1.5摩尔倍。
6.如权利要求1所述的高纯度聚二硫二丙烷磺酸钠的合成工艺,其特征在于:步骤(1)中所述的升温反应为升温至60~100℃,反应时间为0.5~4小时。
7.如权利要求1所述的高纯度聚二硫二丙烷磺酸钠的合成工艺,其特征在于:步骤(2)中所述的升温反应为升温至70~120℃,反应时间为1~15小时。