離子交換樹脂

強酸性陽離子交換樹脂的合成（一）

2022-10-17

強酸性陽離子交換樹脂是通過磺化反應，在交聯聚苯乙烯的苯環(huán)上引入磺酸基制成的。

芳環(huán)的磺化是典型的親電取代反應。除濃硫酸、氯磺酸外，三氧化硫和發(fā)煙硫酸也可用作磺化試劑，所以除了我們最常用的濃硫酸外，也可以用氯磺酸、三氧化硫和發(fā)煙硫酸作磺化試劑制取強酸性陽離子交換樹脂。小分子芳環(huán)的磺化反應很容易進行，芳環(huán)引入磺酸基的位置與反應溫度有關。溫度越高，對位磺化產物的比例越大，強酸性陽離子交換樹脂的交換量越高。但苯環(huán)的磺化是一個可逆反應，不能得到理論產率。如以濃硫酸來磺化苯，在100℃和 200℃進行反應，苯磺酸的產率分別為 72%和78%。苯乙烯-二乙烯苯共聚球體的磺化，一般是用93%的工業(yè)確酸在70~80℃下進行的。由于共聚體為緊密的立體網狀結構，其磺化又是非均相反應，即使在用溶劑(如二氯乙烷)的情況下，磺化速度也往往較慢。

影響共聚球體磺化反應的因素主要是:

1.共聚物的結構

常用的磺化試劑硫酸不能溶脹非極性的苯乙烯-二乙烯苯共聚物，無法進入共聚體內部進行磺化反應。因而一般預先以二氯乙烷將共聚體膨脹。即使這樣，共聚物結構的緊密程度依然對磺化反應有很大的影響?？梢韵胂螅宦摱扔?，磺化反應的速率愈小。活化能隨交聯度遞增，說明磺化反應屬于擴散控制過程?；腔磻旧硭俣容^快，2%DVB的共聚體，一小時之后即可達到反應平衡。而 8% DVB的共聚球體，因硫酸向球內擴散的速度較慢，要達到相近的反應程度需要四個小時。

大孔樹脂的結構有利于硫酸的擴散?；腔磻乃俣纫草^快。如以甲苯為致孔劑(Fx=0.5)，含DVB16%和32%的球體的磺化速度比8%DVB的凝膠共聚體還快。以非良溶劑為致孔劑的共聚物的磺化速度介于上述甲苯致孔共聚體與凝膠型共聚球體之間。

交聯度與致孔劑所引起的共聚物結構上的差別對磺化速度的影響，在磺化溫度較低時更為顯著。