Фторсодержащее пав и способ его получения


 


Владельцы патента RU 2522640:

Общество с ограниченной ответственностью Научно Производственный Центр "Квадра" (RU)

Изобретение относится к химической технологии получения фторсодержащих поверхностно-активных веществ, которые могут найти применение в области создания антифрикционных составов, лакокрасочных материалов, гидрофобизаторов для широкого спектра материалов, составов для антикоррозионной защиты металлов и т.д. Фторсодержащее поверхностно-активное вещество на основе диглициридов перфторкарбоновых кислот, выбранных из ряда карбоновых кислот димера или триммера окиси гексафторпропилена или их смеси, полученное путем проведения реакции этерификации глицерина перфторкарбоновыми кислотами, выбранными из ряда карбоновых кислот димера или триммера окиси гексафторпропилена или их смеси, в присутствии катализатора, выбранного из ряда: серная кислота, ортофосфорная кислота, хлорсульфоновая кислота или сульфированные катионообменные смолы, при температуре реакционной смеси 90÷120 °C и мольном соотношении глицерина к перфторкарбоновой кислоте, равном 1:(2-2,1). Изобретение обеспечивает упрощение технологии синтеза фторсодержащих поверхностно-активных веществ и снижение побочных продуктов. 2 н.п. ф-лы, 7 пр.

 

Изобретение относится к химической технологии получения органических соединений, а именно к фторсодержащим поверхностно-активным веществам (ПАВ) и способу их получения. Изобретение может найти применение в области создания различных антифрикционных составов, лакокрасочных материалов, гидрофобизаторов для широкого спектра материалов, составов для антикоррозионной защиты металлов, пластмасс, резин и других материалов.

Существуют различные фторсодержащие ПАВ и способы их синтеза, применяемые для создания различных антифрикционных составов, лакокрасочных материалов, гидрофобизаторов, защиты металлов, пластмасс резин, и т.п. областей применения.

Известно фторсодержащее ПАВ [1], в качестве которого используется натриевая или калиевая соль перфтор-4-метил-3,6-диоксаоктансульфофторида, а синтез ПАВ осуществляется путем взаимодействия перфтор-4-метил-3,6-диоксаоктансульфофторида с водным раствором гидроксида калия или натрия.

Существует разнообразные фторсодержащие ПАВ на основе линейных перфторкислот RfCOOH [2] и перфторполиэфиров - перфторполиэфира с концевой кислотной группой при молекулярной массе 2000 5000 а.е.м. [3].

Рассмотренные выше типы фторсодержащих ПАВ характеризуются недостаточной для ряда технических применений устойчивостью образуемой ими на защищаемой поверхности адсорбционной пленки.

Наиболее близким аналогом заявляемого фторсодержащего ПАВ и способа его получения является фторсодержащее ПАВ этанол 2, 2, 2-трис-[1', 1', 1', 2', 2', 3', 3', 5', 6', 6', 8' - ундекафтор-5', 8'-ди-(трифторметил)-4', 7'-диокси-9'-метиленоксикарбонила] [4]. Способ синтеза указанного ПАВ состоит в проведении реакции между фторангидридом тримера окиси гексафторпропилена и пентаэритрита в среде ароматического углеводородного растворителя и кислотного катализатора с последующим отделением непрореагировавшего пентаэритрита и растворителя и выделением чистого продукта вакуумной разгонкой. Данный способ получения фторсодержащего ПАВ позволяет синтезировать ПАВ, молекулы которого в случае адсорбции на поверхности образуют устойчивые к десорбции молекулярные адсорбционные пленки. Устойчивость образуемых пленок к их десорбции объясняется разветвленным строением молекулы рассматриваемого ПАВ, благодаря чему при его адсорбции на поверхность гидроксильная группа оказывается экранированной фторсодержащими радикалами от реагирующих веществ (воды, аминов, соединений фосфора и серы), способных вытеснить молекулу с этой поверхности.

Недостатком способа [4] является образование в процессе синтеза фторсодержащего ПАВ этанол 2, 2, 2-трис-[1', 1', 1', 2', 2', 3', 3', 5', 6', 6', 8'-ундекафтор-5', 8'-ди-(трифторметил)-4', 7'-диокси-9'-метиленоксикарбонила] фтороводорода, крайне опасного соединения, что усложняет промышленную технологию получения этого ПАВ. Кроме того, при синтезе ПАВ образуются и другие побочные продукты, такие как полиперфторкислоты и моно-, диэфиры пентаэритрита. Образование достаточно большого количества побочных продуктов приводит к повышенному расходу исходных реагентов на выработку единицы продукта, повышая тем самым его себестоимость.

Техническим результатом заявленного изобретения является то, что предлагаемое фторсодержащее ПАВ характеризуется способностью к образованию не менее устойчивых адсорбционных пленок, что и ПАВ, описанное в [4], а способ его получения характеризуется меньшим объемом получаемых побочных продуктов и отсутствием среди них фтороводорода. Все это упрощает технологию синтеза фторсодержащего ПАВ, снижает материальные затраты на производство конечного продукта и, как следствие, снижает его себестоимость.

Технический результат достигается за счет того, что в качестве фторсодержащего ПАВ используется диглицириды полиперфторкарбоновых кислот, выбранных из ряда карбоновых кислот димера или тримера окиси гексафторпропилена или их смеси, а способ их синтеза состоит в этерификации глицерина указанными кислотами в присутствии катализатора, выбранного из ряда: серная кислота, ортофосфорная кислота, хлорсульфоновая кислота или сульфированные катионообменные смолы, причем этерификацию проводят при температуре реакционной смеси в интервале 90-120°С и мольном соотношении глицерин: полиперфторкарбоновая кислота, равном 1:(2-2,1).

Синтез предлагаемого фторсодержащего ПАВ осуществляется следующим образом. Смесь, состоящую из глицерина и полиперфторкарбоновой кислоты, взятых в мольном соотношении, равном 1:(2-2,1), нагревают до температуры 90-120°C в присутствии кислотного катализатора. В процессе синтеза происходит выделение воды, которая непрерывно отгоняется из реакционной смеси с целью смещения химического равновесия реакции в сторону получения конечного продукта. После окончания реакции этерификации реакционную смесь охлаждают и удаляют катализатор. Жидкий катализатор (серная кислота, ортофосфорная кислота, хлорсульфоновая кислота) может быть удален путем промывки реакционной смеси водой, а твердый гетерофазный катализатор (сульфированные катионообменные смолы) - путем фильтрования. Очищенная смесь состоит преимущественно из диглициридов полиперфторкарбоновых кислот и содержит незначительные количества непрореагировавшей полиперфторкарбоновой кислоты и ее триглицеридов (суммарное количество примесей, определенное методом газовой хроматографии, составляет менее 1%). Очистка реакционной смеси от указанных примесей нецелесообразно, поскольку они не снижают качество синтезируемого ПАВ.

Интервал границ температуры нагрева реакционной смеси с целью ее этерификации определяется тем, что при меньшей температуре снижается скорость реакции этерификации и не происходит отгонки образующейся в ходе реакции воды. Верхняя граница температурного интервала нагрева реакционной смеси определяется тем, что при более высоких значениях происходит образование простых эфиров и полиэфиров глицерина. Интервал мольного соотношения глицерина и полиперфторкарбоновой кислоты выбрано исходя из следующего. Соотношение 1:2 глицерина и кислоты отвечает стехиометрическому балансу реакции получения заявляемого фторсодержащего. При избытке полиперфторкарбоновой кислоты скорость реакции возрастает, а ее время, необходимое на полную конверсию глицерина, уменьшается. Содержание кислоты более чем 2,1 моль на 1 моль глицерина нецелесообразно, поскольку значительно не увеличивает скорости реакции конверсии глицерина, а приводит к образованию триглициридов, излишнее содержание которых ухудшает качество получаемого продукта и требует дополнительных операций его очистки.

Изобретение может быть проиллюстрировано рядом примеров, которые не ограничивают другие варианты синтеза предлагаемого ПАВ, соответствующие вышеприведенному способу синтеза.

Пример 1

Реакционную смесь в количестве 300 мл при мольном содержании глицерин: карбоновая кислота тримера окиси гексафторпропилена, равном 1:2, и содержащую 1 мл 98% серной кислоты, помещали в круглодонную колбу с прямым холодильником. В течение 12 часов в колбе поддерживалась температура в интервале 100-120°С. По окончании нагрева смеси давали остыть до комнатной температуре и промывали ее дистиллированной водой до рН=6,5.

Пример 2

Аналогичен примеру 1, но в качестве катализатора используется ортофосфорная кислота, а время нагрева составляет 14 часов.

Пример 3

Аналогичен примеру 1, но в качестве катализатора используется хлорсульфоновая кислота.

Пример 4

Аналогичен примеру 1, но в качестве кислоты используется карбоновая кислота димера окиси гексафторпропилена.

Пример 5

Аналогичен примеру 1, но в качестве катализатора используется сульфированная ионообменная смола марки Амберлист 15.

Пример 6

Аналогичен примеру 1, но в качестве катализатора используется сульфированная ионообменная смола марки Амберлист 15. Соотношение глицерин: карбоновая кислота тримера окиси гексафторпропилена равно 1:2,1. Время нагрева 11 часов.

Пример 7

Аналогичен примеру 6, но в качестве кислоты используется смесь димера или тримера карбоновых кислот окиси гексафторпропилена, взятых в мольном соотношении 1:1.

Кроме того, дополнительно был получен образец ПАВ согласно [4]. Из каждого синтезированного образца ПАВ был приготовлен его 0,5мас.% раствор в ацетоне, которым были обработаны узлы трения специально сконструированного для этих целей механизма. Узел трения представлял собой пару ролик-пластина, которые выполнены из сплава ВК20 и работают в условиях сухого трения при температуре 285°С. О стойкости образовавшейся адсорбционной пленки ПАВ судили по времени работы узлов трения, до момента, когда происходило изменение краевого угла смачивания вазелиновым маслом трущихся поверхностей, обработанных раствором фторсодержащих ПАВ. Во всех случаях это время оказалось примерно равным и составило более 146 часов. Таким образом, вышеприведенные данные подтверждают достоверность заявленного технического результата.

Источники информации

1. Патент РФ №2041249, 1992 г.

2. Журнал «Трение и износ», т.11, N5, с.792; N6, с.987, 1990 г.

3. Журнал «Трение и износ», т.13, N2, с.306, 1992 г.

4. Патент РФ №2083552, 1997 г.(прототип).

1. Фторсодержащее поверхностно-активное вещество на основе диглициридов перфторкарбоновых кислот, выбранных из ряда карбоновых кислот димера или триммера окиси гексафторпропилена или их смеси.

2. Способ получения фторсодержащего поверхностно-активного вещества по п.1 путем проведения реакции этерификации многоатомного спирта перфторкарбоновыми кислотами в присутствии катализатора, отличающийся тем, что синтез состоит в этерификации глицерина кислотами, выбранными из ряда перфторкарбоновых кислот: димера или тримера окиси гексафторпропилена или их смеси, в присутствии катализатора, выбранного из ряда: серная кислота, ортофосфорная кислота, хлорсульфоновая кислота или сульфированные катионообменные смолы, причем этерификацию проводят при температуре реакционной смеси в интервале 90-120°C и мольном соотношении глицерин: перфторкарбоновая кислота, равном 1:(2-2,1).



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к лазерочувствительным полимерным покрытиям для записи информации с высоким разрешением на гидрофильных и гидрофобных поверхностях субстратов различной химической природы.

Изобретение может быть использовано в лакокрасочной промышленности. Для получения водной дисперсии силанированных коллоидных частиц диоксида кремния в водной среде смешивают а) по меньшей мере одно силановое соединение с эпоксифункциональностью, b) по меньшей мере одно силановое соединение без эпоксифункциональности, способное модифицировать коллоидные частицы диоксида кремния, и с) коллоидные частицы диоксида кремния с образованием водной дисперсии силанированных коллоидных частиц диоксида кремния, включающей силановые соединения из а) и b).

Изобретение относится к способу получения композиционных частиц, который заключается в конденсации одного или нескольких соединений кремния общей формулы , в которой R обозначает необязательно замещенный алкильный или арильный остаток с 1-20 атомами углерода или атом водорода, R1 обозначает необязательно замещенный углеводородный остаток или атом водорода и n обозначает число от 1 до 4, или одного или нескольких продуктов его конденсации в присутствии растворителя или смеси растворителей и одного или нескольких растворимых полимеров.
Изобретение относится к присадке для улучшения ранней стойкости к ливням физически отверждаемых составов для покрытия на основе водных акрилатных дисперсий, в которых устанавливают щелочное значение pH, а также к применению такой присадки в составах для покрытий.
Изобретение относится к присадке для улучшения ранней стойкости к ливням физически отверждаемых составов для покрытия на основе водных акрилатных дисперсий, в которых с помощью неорганического или органического основания, летучего при температуре окружающей среды, устанавливают щелочное значение pH, а также к ее применению.

Изобретение может быть использовано в химической и лакокрасочной промышленности. Окрашенная композиция содержит состоящий из частиц материал, рассеивающий излучение в ближней инфракрасной области, и одно или более цветное окрашивающее вещество.
Изобретение относится к покрытию для эластомерных прямолинейных профилей, прежде всего для лент щеток стеклоочистителей, и способу изготовления таких профилей. Покрытие для эластомерных прямолинейных профилей имеет твердый смазочный материал, внедренный в полимерную матрицу.

Изобретение относится к применению в композиции алкидной смолы на водной основе комбинации "диспергатор/загуститель", а также к водной композиции для покрытия на основе алкидной смолы, содержащей эту комбинацию.

Изобретение относится к применению в красках карбоната кальция, полученного сухим измельчением в присутствии способствующего измельчению агента. .
Изобретение относится к морозостойкой резиновой смеси и может быть использовано в автомобильной и резинотехнической промышленности для изготовления уплотнительных деталей, эксплуатирующихся в условиях низких температур.

Изобретение относится к производству вулканизуемой резиновой смеси на основе гидрированного бутадиен-нитрильного каучука, используемой для изготовления резиновых технических изделий, предназначенных для нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности, машиностроения.

Изобретение относится к смеси, устойчивой к горению. Смесь содержит по меньшей мере один горючий полимер или сополимер стирольного мономера и гекса-, гепта- или окта сложный эфир сахарозы и смеси бромированных C16-C18 жирных кислот или смесь таких сложных эфиров.
Изобретение относится к производству вулканизуемой резиновой смеси на основе гидрированного бутадиен-нитрильного каучука и может быть использовано для изготовления резиновых технических изделий для нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности, машиностроения.

Изобретение представляет собой слоистый материал для многослойного стекла, включающий межслойную пленку для многослойного стекла, ламинированный замедляющим элементом, помещенным между адгезивным слоем A и адгезивным слоем B, где замедляющий элемент содержит жидкокристаллическое соединение и, по меньшей мере, одно соединение, выбранное из группы, состоящей из соединения, представленного ниже формулой (1), соединения, представленного ниже формулой (2), и соединения, представленного ниже формулой (3). В формуле (1) n представляет собой целое число от 3 до 10, а R2 представляет собой группу -CH2-CH2-, группу -CH2-CH(CH3)- или группу -CH2-CH2-CH2-.
Изобретение относится к области электротехники, а именно к кабельной технике и, в частности, к полимерным композициям на основе пластифицированного поливинилхлорида (ПВХ) с пониженными горючестью, выделением дыма и хлористого водорода при горении, предназначенным для изоляции внутренних и наружных оболочек проводов.
Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к разработке эластомерных материалов уплотнительного назначения с высоким уровнем морозостойкости и низким значением остаточной деформации сжатия.
Изобретение относится к поливинилхлоридным (ПВХ) пластизолям, предназначенным для изготовления детских игрушек. .
Изобретение относится к поливинилхлоридным (ПВХ) пластизолям, предназначенным преимущественно для изготовления детских игрушек. .
Изобретение относится к поливинилхлоридным пластизолям, предназначенным для изготовления детских игрушек. .

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложены варианты способа получения сложных метиловых эфиров жирных кислот (биодизеля) в микроводной системе, не содержащей растворителей.
Наверх