Способ модификации поверхности гранулята полиэтилентерефталата



Способ модификации поверхности гранулята полиэтилентерефталата
Способ модификации поверхности гранулята полиэтилентерефталата
Способ модификации поверхности гранулята полиэтилентерефталата
Способ модификации поверхности гранулята полиэтилентерефталата
Способ модификации поверхности гранулята полиэтилентерефталата
Способ модификации поверхности гранулята полиэтилентерефталата
Способ модификации поверхности гранулята полиэтилентерефталата

 


Владельцы патента RU 2494121:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)

Изобретение относится к области химии полимеров, в частности к способу модификации поверхности гранулята полиэтилентерефталата. Способ модификации поверхности включает обработку гранулята модификатором при нагревании. В качестве модификатора используют форполимер с изоцианатными группами в количестве 2 мас.ч. на 100 мас.ч. полиэтилентерефталата. Модификатор предварительно получают в результате взаимодействия полиметиленполифениленизоцианата с содержанием изоцианатных групп 29,5-31,0% с 1,1,9-тригидроперфторнонанолом-1 в присутствии каталитических количеств ди-н-бутилдилаурината олова при мольном соотношении реагентов 1:0,5:0,007, соответственно, в среде о-дихлорбензола и хлороформа при их объемном соотношении 2:1 при 50°C, частоте ультразвука 40 кГц в течение 3 ч. Модификацию осуществляют в среде хлорбензола при 150°C в течение 4 ч в присутствии каталитических количеств ди-н-бутилдилаурината олова. Изобретение расширяет возможность температурного интервала эксплуатации изделий из полиэтилентерефталата и увеличивает термостойкость. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области химии полимеров, а точнее к новому способу модификации поверхности гранулята полиэтилентерефталата (ПЭТ) функциональными добавками для повышения термо-, фото-, износо- и гидролитической стойкости, а также снижения газопроницаемости полимерных материалов, что может быть использовано в производстве тары, упаковки, волокон и триботехнических изделий.

Известен способ модификации ПЭТ функциональной добавкой, представляющей собой олигоэтиленоксид-сульфонат натрия (Авторское свидетельство РФ №1407014, МПК5 C08G65/48, опубл. 15.08.1994):

HO-(CH2CH2O)n-CH2-CH(SO3Na)-CH2OH (n=8-20).

Недостатками указанного способа являются полимолекулярность модификатора, определяющая его различную реакционную способность к химическому связыванию с полимером, а также нежелательное частичное выпотевание из полимерной матрицы.

Известен способ получения термостойкой полимерной композиции для конструкционных материалов, включающей сложный полиэфир (ПЭТ) и модификатор, последний из которых представляет собой полиарилатоксимат на основе дихлорангидридов тере- и изофталевой кислот и фенолкетоксима, содержащего фталидную группировку, с содержанием модификатора в полимерной матрице 0,05-1 мас.% (Патент РФ №2303612, C08L 67/02, С08К 5/10, опубл. 27.07.2007):

К недостаткам данного способа относится сложность химического связывания молекул модификатора с ПЭТ и труднодоступность используемого модификатора.

Известны термостойкие сложные полиэфиры, полученные этерификацией ароматической поликарбоновой кислоты (или ее ангидрида) спиртом H(CF2CF2)nCH2OH (n=1-5) или смесью теломерных спиртов в присутствии кислого катализатора и имеющие формулу (m=3-4, n=1-5) (Патент США 3004061, 1962; РЖХим, 1963, 1П170; Пономаренко В.А. Фторсодержащие гетероцепные полимеры / В.А. Пономаренко, С.П.Круковский, А.Ю.Альбина. - М.: Наука. - 1973. - 271 с):

C6H6-m[COOCH2(CF2CF2)nH]m

Недостатками указанного способа являются сложность протекания реакции этерификации, обусловленная низкой реакционной способностью полифторированных спиртов-теломеров, а также частичное снижение молекулярной массы полиэфира по причине кислотного гидролиза кислым катализатором этерификации.

Известны термостойкие сложные полиэфиры, полученные на основе гексафторпентандиола и 1,5-дифеноксипентан-n,n/-дикарбоновой кислоты (структура I) и поли(гексафторпентаметиленокси-бис-бензоат) (структура II) (Пономаренко В.А. Фторсодержащие гетероцепные полимеры / В.А. Пономаренко, С.П. Круковский, А.Ю. Альбина. - М.: Наука. - 1973. - 271 с):

Недостатками указанных способов получения термостойких полиэфиров является пониженная реакционная способность фторированных спиртов, затрудняющая получение полимеров с высокими выходами.

Известен способ получения сложных жирно-ароматических полиэфиров с повышенной термостойкостью, основанный на использовании термостабилизирующих систем, включающих пространственно затрудненный фенол, тринонилфенилфосфат или три(2,4-дитретбутилфенил)фосфит, гипофосфит кальция, а также органомодифицированную глину (бентонит, нальчикит) (Патент РФ №2345098, C08G 63/183, C08G 63/84, опубл. 27.01.2009).

Недостатками указанного способа являются многокомпонентность стабилизирующего состава, а также малая совместимость неорганических компонентов с органической полимерной матрицей.

Наиболее близким является способ объемной модификации полимерных материалов (гранул, пленок, волокон) без изменения их геометрической формы (Патент РФ №2110404, В29С 71/00, C08J 7/12, опубл. 10.05.1998). Данный способ включает нагревание полимерного материала (ПЭТ) в диапазоне от температуры первого релаксационного перехода до температуры меньше температуры плавления или температуры деструкции и обработку парами модифицирующего вещества (кристаллический антрацен) в соответствующем диапазоне температур при парциальном давлении воздуха не выше 10000 Па.

Недостатками указанного способа являются низкая адгезия модификатора к поверхности полимера, обусловленная отсутствием химического взаимодействия между антраценом и ПЭТ, сложность равномерного распределения модифицирующей добавки на поверхности полимера, а также использование вакуума для модификации полимера.

Задача: разработка технологичного способа модификации поверхности гранулята полиэтилентерефталата для получения полиэтилентерефталата с повышенной термоокислительной стойкостью.

Техническим результатом заявляемого способа является возможность расширения температурного интервала эксплуатации изделий из полиэтилентерефталата за счет химической реакции между изоцианатными группами используемого модификатора и карбоксильными группами полиэтилентерефталата с последующим разветвлением макромолекулярной цепи за счет вторичных процессов образования аллофанатных, биуретовых и ацилмочевинных групп, а также путем ассоциативного взаимодействия перфторуглеродной цепи с метиленовыми фрагментами полиэтилентерефталата, что способствует повышению термоокислительной устойчивости полимера.

Поставленный технический результат достигается в способе модификации поверхности гранулята полиэтилентерефталата его обработкой модификатором при нагревании, причем в качестве модификатора используют форполимер с изоцианатными группами в количестве 2 мас.ч на 100 мас.ч. полиэтилентерефталата следующей общей формулы:

предварительно полученный в результате взаимодействия полиметиленполифениленизоцианата с содержанием изоцианатных групп 29,5-31,0% с 1,1,9-тригидроперфторнонанолом-1 в присутствии каталитических количеств ди-н-бутилдилаурината олова при мольном соотношении реагентов 1:0,5:0,007 соответственно, в среде о-дихлорбензола и хлороформа при их объемном соотношении 2:1 при температуре 50°C, частоте ультразвука 40 кГц в течение 3 ч, при этом модификацию осуществляют в среде хлорбензола при 150°C в течение 4 ч в присутствии каталитических количеств ди-н-бутилдилаурината олова.

Химическое взаимодействие изоцианатных групп фторсодержащего форполимера с концевыми карбоксильными группами ПЭТ в условиях катализа ди-н-бутилдилауринатом олова приводит к образованию смешанного ангидрида, который способен элиминировать диоксид углерода с образованием амидных групп (1). Разветвление макромолекулярной цепи происходит вследствие взаимодействия изоцианатных групп фторсодержащего форполимера с HN-группами удлиняющейся макромолекулярной цепи и с HN-группами соседних молекул форполимера (2):

Преимуществами способа модификации поверхности гранулята ПЭТ являются высокая растворимость модификатора в хлорбензоле, что обеспечивает более равномерное модифицирование поверхности полиэтилентерефталата, а взаимодействие между функциональными группами фторсодержащего форполимера со сложным полиэфиром способствует химическому «закреплению» модификатора на поверхности полиэтилентерефталата.

Используют гранулят ПЭТ производства ОАО «ПОЛИЭФ» с содержанием концевых карбоксильных групп, равным 30 мг-экв/кг (ТУ 2226-008-39989731-2009).

В качестве оловоорганического катализатора используют ди-н-бутил-дилауринат олова (ТУ 6-02-818-78) в виде 0,5% мас. раствора в хлорбензоле.

В качестве растворителей используют о-дихлорбензол, хлороформ и хлорбензол квалификации «Ч.Д.А.».

В качестве модификатора используют фторсодержащий форполимер с изоцианатными группами, полученный реакцией полиметилен-полифениленизоцианата с 1,1,9-тригидроперфторнонанолом-1 в присутствии каталитических количеств ди-н-бутилдилаурината олова.

Пример. В стеклянную колбу с обратным холодильником, снабженным хлоркальциевой трубкой, помещают 40 мл смеси о-дихлорбензола и хлороформа в объемном соотношении 2:1 соответственно, 1,2 г (1 моль) полиметиленполифениленизоцианата, 0,2 мл (0,5 моль) 1,1,9-тригидро-перфторнонанола-1 и по каплям прибавляют 0,07 мл (0,007 моль) ди-н-бутилдилаурината олова в виде 0,7% мас., раствора в о-дихлорбензоле. Колбу термостатируют при температуре 50°C в течение 3 ч при частоте ультразвука 40 кГц. Продукт промывают н-гексаном, сушат над безводным хлоридом кальция и хранят в запаянных ампулах. Степень превращения 1,1,9-тригидроперфторнонанола-1 составляет 50,3%. Содержание изоцианатных групп в полученном форполимере 12,4-15,8% мас.

Фторсодержащий форполимер с изоцианатными группами. Коричнево-черное маслообразное вещество. Найдено: N 2,78-5,0%, F 20,71-22,15. ИК-спектр, ν, см-1: 3420 (νN-H), 2910-2991 (νC-H), 2273,2 (νNCO), 1725 (νC=O, карбаминовый), 1611-1571 (Cap-Cap), 1527 (амид I), 1508 (амид II), 1431 (амид III), 1208-1117 (C-F). Спектр ЯМР 1Н (CCl4), δ, м. д.: 6,40-7,23 м (наложение сигналов С6 Н 4 и C(O)NH), 5,99 т.т (-CF2H, J2=51,9 Гц, J2=5,7 Гц), 4,58 т (2Н, CH2-CF2, J=14,1 Гц), 3,81 т (2Н, С6Н4Н 26Н4, J=6,6 Гц). Спектр ЯМР 13С (ДМСО-d6), δ, м. д.: 157,04 (>С=O карбаминовый), 115,20-131,38 (наложение С 6Н4и CF2), 127,81 (NCO), 36,50-39,26 (С6Н4-СН26Н4).

Заявленный способ осуществляется следующим образом.

В колбу помещают растворитель (хлорбензол), гранулят ПЭТ, модификатор (фторсодержащий форполимер с изоцианатными группами) и каталитические количества ди-н-бутилдилаурината олова, нагревают до 150°C и выдерживают 4 ч, затем отделяют и сушат модифицированный гранулят ПЭТ.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

В стеклянную колбу загружают 100 г гранулята ПЭТ, 2 г фторсодержащего форполимера с изоцианатными группами, 150 мл хлорбензола, содержащего 0,001 г ди-н-бутилдилаурината олова. Колбу термостатируют при температуре 150°C в течение 4 ч. Модифицированный гранулят ПЭТ отделяют и сушат при 100°C под вакуумом. Степень превращения фторсодержащего форполимера с изоцианатными группами составляет 65,7%.

Модифицированный гранулят ПЭТ. ИК-спектр, ν, см-1: 3563,6 (наложение νO-H (COOH) и νN-H), 2883 (νC-H), 1709,6 (νC=O, сложноэфирный, карбаминовый и амидный), 1681-1593,8 (Сарар).

В таблице представлены данные термоокислительной деструкции исходного и модифицированного ПЭТ*.

Таблица
Термоокислительная деструкция исходного и модифицированного ПЭТ*
Образец Температура, при которой происходит соответствующая
потеря массы, °C
Тнач Δm=5% Δm=10% Δm=15% Δm=20% Δm 30% Δm=40% Δm=50%
ПЭТ 282 368 382 387 392 394 400 487
Модифицированный ПЭТ 278 394 397 400 412 427 453 531
* исследования проводились в интервале температур 23-600°C.

Температура проведения модификации поверхности гранулята ПЭТ, составившая 150°C, является оптимальной, поскольку обеспечивает высокую растворимость фторсодержащего форполимера с изоцианатными группами в хлорбензоле, а также реакционную способность изоцианатных групп к образованию аллофанатных, биуретовых и ацилмочевинных фрагментов. Увеличение температуры модификации свыше 150°C приводит к нежелательному частичному растворению гранулята сложного полиэфира и деформированию их формы, а также дегидрофторированию перфторуглеродной цепи. Снижение температуры менее 150°C уменьшает степень превращения модификатора и термоокислительную стабильность модифицированного ПЭТ.

Увеличение времени проведения модификации поверхности гранулята ПЭТ свыше 4 ч способствует их частичному растворению. Уменьшение времени модификации менее 4 ч приводит к снижению степени превращения модификатора и термоокислительной стабильности модифицированного ПЭТ.

Увеличение количества модификатора - фторсодержащего форполимера свыше 2 мас.ч. приводит к снижению температуры начала термоокислительной деструкции. Уменьшение содержания модификатора менее 2 мас.ч. способствует снижению термоокислительной стабильности на всем исследуемом интервале температур.

Использование каталитических количеств ди-н-бутилдилаурината олова оказывает положительное влияние на увеличение степени превращения модификатора, что способствует повышению термоокислительной стабильности модифицированного ПЭТ.

ИК-спектры веществ снимали на ИК-Фурье спектрометре «Nicolet-6700» и спектрометре «Specord-M82».

ЯМР-спектры (1Н и 13С) веществ регистрировали на приборе «Varian Mercury Plus» (рабочая частота 300 МГц, внутренний стандарт - тетраметилсилан).

Термоокислительную стабильность образцов исходного и модифицированного ПЭТ изучали в интервале температур 23-600°C на Q-1000 дериватографе системы Паулик-Паулик-Эрдей (MOM, Венгрия) в воздушной атмосфере.

Таким образом, разработан технологический способ модификации поверхности гранулята ПЭТ путем его обработки фторсодержащим форполимером с изоцианатными группами в хлорбензоле при 150°C в течение 4 ч в присутствии каталитических количеств ди-н-бутилдилаурината олова, позволяющий увеличить термоокислительную стабильность модифицированного ПЭТ, что позволяет расширить интервал эксплуатации полиэфирных изделий и повысить удобство переработки данного полимера.

Способ модификации поверхности гранулята полиэтилентерефталата, включающий его обработку модификатором при нагревании, отличающийся тем, что в качестве модификатора используют форполимер с изоцианатными группами в количестве 2 мас.ч. на 100 мас.ч. полиэтилентерефталата следующей общей формулы:

предварительно полученный в результате взаимодействия полиметиленполифениленизоцианата с содержанием изоцианатных групп 29,5-31,0% с 1,1,9-тригидроперфторнонанолом-1 в присутствии каталитических количеств ди-н-бутилдилаурината олова при мольном соотношении реагентов 1:0,5:0,007 соответственно в среде о-дихлорбензола и хлороформа при их объемном соотношении 2:1 при температуре 50°C, частоте ультразвука 40 кГц в течение 3 ч, при этом модификацию осуществляют в среде хлорбензола при 150°C в течение 4 ч в присутствии каталитических количеств ди-н-бутилдилаурината олова.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к текстильной и химической промышленности. .
Изобретение относится к текстильной и химической промышленности. .

Изобретение относится к полимерным частицам, пригодным для покрытий печатных пластин. .
Изобретение относится к области техники поверхностного модифицирования полимерных материалов для придания им восприимчивости к красителям. .

Изобретение относится к способу поверхностной модификации формованных изделий из полиолефинов и каучуков. .
Изобретение относится к области медицинского материаловедения, конкретно к подготовке поверхностей медицинских полимеров с улучшенными биосовместимыми свойствами, и может использоваться в имплантационной хирургии.

Изобретение относится к абсорбирующим различные жидкости порошкообразным, сшитым полимерным продуктам на основе частично нейтрализованных, этиленово-ненасыщенных, содержащих кислотные группы мономеров.
Изобретение относится к способу импрегнации гидроксилсодержащих полимеров функциональными агентами путем набухания в сверхкритическом флюиде при нагревании и может найти применение в медицине и биотехнологии, сельском хозяйстве, пищевой и химической промышленности в качестве лекарственных средств, адсорбентов, депо БАВ, катализаторов и т.д.
Изобретение относится к области получения алкидных смол и может быть использовано в лакокрасочной промышленности. .

Изобретение относится к радиационноотверждаемым композициям для покрытий на рулоны. .

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к применению недендримерных высокофункциональных гиперразветвленных поликарбонатов и сложных полиэфиров в качестве деэмульгаторов для разрушения нефтяных эмульсий.

Изобретение относится к области получения алкидных смол. .

Изобретение относится к технологии получения алкидной смолы, которая может быть использована в качестве основы для изготовления лакокрасочных материалов. .
Изобретение относится к способу получения различных биоразлагаемых алифатических и алифатически-ароматических сложных полиэфиров из одной или нескольких алифатических дикарбоновых кислот или сложных эфиров этих кислот и одного или нескольких алифатических диолов или смеси различных алифатических и ароматических дикарбоновых кислот и алифатических диолов.
Наверх