4-(2,3-ЭПОКСИПРОПОКСИ)-4'-ЦИАНОБИФЕНИЛ, ПРОЯВЛЯЮЩИЙ СВОЙСТВА СВЕТОТЕРМОСТАБИЛИЗАТОРА ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА Российский патент 2007 года по МПК C07C255/54 C07D303/23 C08L27/06 

Введение

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к получению эпоксисодержащих азобензолов, в частности 4-(2,3-эпоксипропокси)-4'-цианобифенила, который может быть использован в качестве светотермостабилизатора поливинилхлорида (ПВХ).

Уровень техники

Известно, что эпоксисоединения, содержащие в молекуле трехчленное гетероциклическое оксирановое кольцо, применяют как светостабилизаторы ПВХ [И.Фойгт. Стабилизация синтетических полимеров против действия света и тепла. Л.: Химия, 1972. 544 с.]. Это могут быть эпоксидированные углеводороды, простые и сложные эпоксиэфиры, эпоксидные смолы.

Наиболее близким структурным аналогом заявленного соединения является эпоксидная смола ЭД-20 [Химикаты для полимерных материалов. Справочник. Под ред. проф. Б.Н.Горбунова. М.: Химия, 1984. 320 с.]. Это достаточно эффективный светостабилизатор. Однако он не проявляет термостабилизирующего действия и используется в смеси с солями органических кислот (стеаратом кальция, бария или кадмия), что усложняет и удорожает материал, повышает его токсичность при использовании соединений кадмия. Эпоксидная смола ЭД-20 окрашивает полимерный материал в светло-коричневый цвет, что делает невозможным ее использование для неокрашенных материалов.

Сущность изобретения

Изобретательская задача состояла в поиске нового химического соединения, содержащего эпоксидную группу, проявляющего одновременно свойства и свето-, и термостабилизатора поливинилхлорида, не требующего для проявления этих свойств присутствия в полимерной композиции солей органических кислот и позволяющего использовать его для получения неокрашенных материалов. Поставленная задача решена соединением 4-(2,3-эпоксипропокси)-4'-цианобифенил формулы:

Структура заявляемого соединения доказана методами элементного анализа и спектроскопии ЯМР ¹Н и ¹³С.

В спектре ЯМР ¹Н 4-(2,3-эпоксипропокси)-4'-цианобифенила в пиридине-Д₅ наблюдаются резонансные сигналы ароматических протонов (приведены химические сдвиги в м.д. относительно ТМС) 7,67 м (4Н); 7,05д (2Н) и 7,51д (2Н); эпоксигруппы 2,8 т (1Н); 2,94т (1Н); 3,39 с (1Н); 4,01 т (1Н); 4,29 (1Н).

В ИК спектре 4-(2,3-эпоксипропокси)-4'-цианобифенила наблюдается сигнал нитрильной группы (2219,12 см^-1) и валентные колебания связей С-Н 1,4-замещенных бензолов (800-1300 см^-1).

Использование заявленного соединения в качестве светотермостабилизатора ПВХ позволяет обеспечить более высокие характеристики полимерных пленок как по прочностным свойствам, так и по эластичности, исключить использование солей органических кислот в полимерной композиции, а также получить неокрашенный полимерный материал.

Сведения, подтверждающие возможность воспроизведения изобретения

Для синтеза 4-(2,3-эпоксипропокси)-4'-цианобифенила использовали следующие вещества:

1. 4-гидрокси-4'-бифенилкарбонитрил ТУ 6-09-15-815-86

2. Эпихлоргидрин ГОСТ 12844-74

3. Гидроокись натрия ГОСТ 11078-78

4. Этанол ГОСТ 10749.3-80

Заявленное соединение получали следующим образом. Смесь 1,95 г (0,01 моль) 4-гидрокси-4'-бифенилкарбонитрила, 18,5 г (0,2 моль) эпихлоргидрина и 0,8 г (0,02 моль) гидроокиси натрия в виде 40% водного раствора нагревают при перемешивании на водяной бане при 90°С 3 часа. Затем добавляют такое же количество раствора щелочи и нагревают еще 2 часа. Реакционную смесь отфильтровывают от непрореагировавшего 4-гидрокси-4'-бифенилкарбонитрила и механических примесей. Фильтрат выливают в 250 мл холодной воды. Выпавший осадок отфильтровывают и перекристаллизовывают из этанола. Получают целевой продукт 4-(2,3-эпоксипропокси)-4'-цианобифенил. Выход 1,56 г (62%). Т_пл=113,2°С. Найдено (%): С 75,50; Н 5,45; N 5,60. Вычислено (%): С 76,49; Н 5,18; N 5,58.

Пример 1. Использование заявленного соединения в качестве светотермостабилизатора ПВХ.

ПВХ смешивают с пластификатором диоктилфталатом (ДОФ) и заявленным соединением в качестве стабилизатора, помещают в емкость и оставляют смесь набухать в термошкафу при 120°С в течение 30 мин. Затем смесь загружают на лабораторные вальцы, вальцуют при 150°С. Из развальцованной смеси вырезают пластины и прессуют при 160°С и давлении 5 МПа в течение 4 мин с последующим охлаждением в прессе. Полученный образец помещают под лампы ДРТ-375 мощностью 375 Вт на расстояние 20 см. Светотепловое старение проводят при 70°С в течение 72 часов.

Из исходных (до старения) и подвергнутых старению пленок полимера вырезают образцы размером 100х10 мм, зажимают в зажимы разрывной машины РМ-30-1 и определяют нагрузку, при которой происходит разрыв образца F_i и приращение длины рабочего участка образца, измеренное в момент его разрыва Δl_i по ГОСТ 14236-86.

Прочность при разрыве (разрушающее напряжение при растяжении) рассчитывают по формуле:

, где F_i - разрывная нагрузка, А_i - сечение образца.

Определяют среднее из 30 результатов.

Относительное удлинение (ε_р, %) при разрыве определяют по формуле:

, где l_i - начальный размер i-го образца.

Определяют среднее из 30 результатов.

Устойчивость к светотепловому старению определяют как процент сохранения свойства (σ и ε_р) после светотеплового старения.

Образцы сравнения с использованием в качестве стабилизаторов стеарата кальция и эпоксидной смолы ЭД-20 готовят и испытывают согласно тому же ГОСТ 8979-85, как и для заявленного соединения.

В таблице 1 приведены примеры композиций на основе ПВХ.

В таблице 2 приведены результаты испытания образцов на свето- и термостойкость.

Данные таблицы 2 с очевидностью подтверждают, что заявленное соединение проявляет одновременно высокие светостабилизирующую и термостабилизирующую способности, не требуя при этом присутствия солей органических кислот. Заявленное соединение представляет собой порошок белого цвета, что делает возможным его использование при получении неокрашенного полимерного материала.

Таблица 1Рецептуры композиций на основе поливинилхлоридаНаименование ингредиентовСодержание ингридиентов, мас.ч.121. ПВХ1001002. ДОФ40403. Стеарат кальция2-4. ЭД-200,2-5. 4-(2,3-эпоксипропокси)-4'-цианобифенил-0,2

Таблица 2Результаты испытаний образцов на свето- и термостойкостьПоказатель12Разрушающее напряжение при  растяжении, МПа  - при нормальных условиях21,621,8- после светотеплового старения19,923,1Устойчивость к старению, %92,0106,0Относительное удлинение при  разрыве, %  - при нормальных условиях232190- после светотеплового старения212210Устойчивость к старению, %91,4110,5

4-(2,3-эпоксипропокси)-4'-цианобифенил проявляет свойства светотермостабилизатора в полимерной поливинилхлоридной композиции, что позволяет исключить использование в полимерной композиции солей органических кислот, а также получить неокрашенный полимерный материал. 2 табл.

4-(2,3-эпоксипропокси)-4'-цианобифенил, проявляющий свойства светотермостабилизатора поливинилхлорида.