Способ получения окисленного изотактического полипропилена
Владельцы патента RU 2441026:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение имеет отношение к способу получения окисленного изотактического полипропилена. Способ заключается в окислении полипропилена кислородом воздуха при его барботировании в реакционную массу. В качестве исходного полипропилена используют изотактический полипропилен молекулярной массы 200000-700000, предварительно набухший в ароматическом углеводороде, выбранном из ряда гомологов бензола, в массовом соотношении 3:1 к полипропилену, при температуре 140-160°С в присутствии бензальдегида в течение двух часов. Технический результат - повышение технологичности процесса, упрощение способа получения окисленного изотактического полипропилена за счет снижения температуры процесса и сокращения времени окисления.
Изобретение относится к химии полимеров, конкретно к получению гетероатомных производных полипропилена, которые могут быть использованы в качестве ингредиента композиционных материалов для дорожных покрытий, кровельных материалов и материалов для антикоррозионных покрытий.
Известен способ окислительной деструкции этиленпропиленового сополимера путем нагревания углеводородного раствора сополимера концентрации 5-13 вес.% до 160-215°С с последующим распылением в реакционной камере. Способ позволяет получить конечный продукт, содержащий карбонильные группы (Пат. РФ №2162473, МПК C08F 210/00, С08С 19/18, опубл. 27.01.2001).
Однако данный способ требует сложного аппаратурного оформления (так как конструкция распылителя должна исключать контакт полимера со стенками реакционной камеры) и не позволяет модифицировать концентрированные растворы и расплавы полимеров.
Известен способ получения модифицированного атактического полипропилена (АПП) путем взаимодействия полипропилена при 150-200°С с кислородом воздуха, когда в качестве исходного полипропилена используют полипропилен с мол. м. 36000-40000 и процесс взаимодействия осуществляют в течение 2-2,5 ч при расходе воздуха 60-500 мл/мин. Для перемешивания расплава полимера используется механическая мешалка (Авт. св. СССР №1070138, МКИ С08F 8/50, опубл. в БИ 1984, №4).
При этом известный способ осуществляют в узком температурном интервале реакции с использованием для окисления высокомолекулярного АПП, что ограничивает его использование для полимера с молекулярной массой ниже 36000. При непрерывной технологии синтеза нельзя использовать механическое перемешивание по следующим причинам: высокая вязкость расплава полимера требует специальной конструкции мешалки, защищенной от высоких нагрузок на вал и редуктор мешалки; куски нерасплавленного полимера забивают переливы реакционной массы между реакторами.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ окисления атактического полипропилена путем взаимодействия расплава полипропилена с кислородом воздуха при его барботировании в реакционную массу, при этом в качестве исходного полипропилена используют промышленный атактический полипропилен молекулярной массы 20000-40000 и окисление проводят по меньшей мере в две стадии с регулируемым понижением температуры от 250 до 150°С в течение 1-6 ч при расходе воздуха 0,6-1,9 л/мин·кг. (Пат. РФ №2301812, МПК С08F 8/06, С08F 110/06, В01J 8/22, опубл. 27.06.2007).
При этом недостатками данного способа являются окисление при высоких температурах, сложное аппаратурное оформление (установка содержит как минимум два последовательно соединенных реактора окисления) и невозможно снизить молекулярную массу полимера по сравнению с исходным более чем в два раза.
Задачей изобретения является получение окисленного изотактического полипропилена (ОИПП) с полярными функциональными группами по упрощенной технологии с более мягкими условиями синтеза.
Технический результат: повышение технологичности процесса, упрощение способа получения за счет снижения температуры процесса до 160-140°С и сокращения времени окисления до двух часов.
Поставленный технический результат достигается тем, что проводится окисление полипропилена кислородом воздуха при его барботировании в реакционную массу, отличающееся тем, что в качестве исходного полипропилена используют изотактический полипропилен молекулярной массы 200000-700000, предварительно набухший в ароматическом углеводороде, выбранном из ряда гомологов бензола, в соотношении 3:1 к полипропилену, при температуре 140-160°С в присутствии бензальдегида в течение двух часов.
Сущность способа состоит в том, что для получения ОИПП проводят взаимодействие изотактического полипропилена (ИПП) с кислородом воздуха при нагревании, но в отличие от прототипа проводят низкотемпературное окисление ИПП в присутствии ароматического углеводорода с алкильными (метильными, этильными и др.) группами и бензальдегида при температуре 140-160°С в течение двух часов. Использование вышеуказанной системы ароматический углеводород + бензальдегид обусловлено тем, что ароматический альдегид участвует в зарождении радикальной цепи, а алкильные группы ароматического углеводорода - в развитии радикальной цепи (компоненты указанной системы, легко окисляясь, создают цепь свободных радикалов, которые активно участвуют в процессе окисления, создавая большее число центров окисления) и чем больше будет алкильных заместителей у ароматического углеводорода, тем большее число центров окисления образуется, и тем интенсивнее будет происходить процесс окисления, что указывает на использование в качестве ароматического углеводорода всевозможных гомологов бензола. Кроме того, в присутствии ароматического углеводорода полипропилен набухает, а при достижении температуры 140°С полностью растворяется в нем, образуя гомогенную систему, в которой более интенсивно идет процесс окисления кислородом воздуха. Окисление полипропилена при температуре выше 160°С и более двух часов нецелесообразно, так как свойства окисленного изотактического полипропилена практически не отличаются от свойств ОИПП, полученного при окислении в течение двух часов при температуре 140°С.
Способ осуществляют следующим образом: в реактор подают изотактический полипропилен марки РР молекулярной массы 200000-700000 и заливают этилбензол (или другой углеводород гомологического ряда бензола) в массовом соотношении к полипропилену 3:1 и нагревают до температуры окисления в течение одного часа до полного набухания полимера. Избыток ароматического углеводорода удаляют и в систему вводят 1,5-2 мас.% бензальдегида. Полученную гомогенную систему выдерживают при температуре 140-160°С и окисляют кислородом воздуха в течение двух часов. Полученный ОИПП удаляется из реактора.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Для получения ОИПП используется лабораторная установка, состоящая из реактора окисления колонного типа, электронагревателя и барботера.
В реактор подают 4,6 г изотактического полипропилена марки НС 205 TF, имеющего следующие характеристики:
| Молекулярная масса, г·моль-1 | 342000 |
| Точка плавления, °С | 165 |
| Вязкость при 24°С, Па·с | 16,19 |
В реактор заливают 14 мл этилбензола и нагревают до температуры окисления в течение одного часа до полного набухания полипропилена. Избыток этилбензола удаляют и в систему вводят 1 мл бензальдегида. Полученную гомогенную систему выдерживают при температуре 160°С и окисляют кислородом воздуха в течение двух часов. Полученный ОИПП массой 8,5 г удаляется из реактора. Он имеет следующие показатели:
| Молекулярная масса, г·моль-1 | 90000 |
| Точка плавления, °С | 146 |
| Вязкость при 24°С, Па·с | 4,8 |
Пример 2. Осуществляется аналогично примеру 1, но в качестве ароматического углеводорода используется толуол и окисление ведется при температуре 140°С в течение трех часов. Полученный ОИПП имеет следующие показатели:
| Молекулярная масса, г·моль-1 | 85500 |
| Точка плавления, °С | 141 |
| Вязкость при 24°С, Па·с | 4,4 |
Пример 3. Осуществляется аналогично примеру 1, но в качестве ароматического углеводорода используется п-ксилол и окисление ведется при температуре 150°С. Полученный ОИПП имеет следующие показатели:
| Молекулярная масса, г·моль-1 | 89000 |
| Точка плавления, °С | 143 |
| Вязкость при 24°С, Па·с | 4,5 |
По результатам ИК-спектроскопии окисленного изотактического полипропилена выявлено наличие интенсивных полос поглощения в областях 3360-3720 и
1670-1725 см-1, что свидетельствует о появлении в спектре окисленного полипропилена гидроксильных, карбонильных и карбоксильных групп.
Динамическая вязкость образцов была измерена в 5%-ном растворе полимера в этилбензоле на ротационном вискозиметре «РПМ - 1М».
Полученный окисленный изотактический полипропилен может быть использован в качестве ингредиента композиционных материалов для дорожного покрытия, кровельных материалов, материалов для антикоррозионных покрытий.
Способ получения окисленного изотактического полипропилена путем окисления полипропилена кислородом воздуха при его барботировании в реакционную массу, отличающийся тем, что в качестве исходного полипропилена используют изотактический полипропилен молекулярной массы 200000-700000, предварительно набухший в ароматическом углеводороде, выбранном из ряда гомологов бензола, в массовом соотношении 3:1 к полипропилену, при температуре 140-160°С в присутствии бензальдегида в течение двух часов.
