СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛА Российский патент 2010 года по МПК C08F120/44 C08F4/36 C08F2/02 

Описание патента на изобретение RU2393173C2

Настоящее изобретение относится к области химии высокомолекулярных соединений, конкретно, к способу получения полиакрилонитрила с использованием геминальных бисгидропероксидов.

Полиакрилонитрил широко применяется для получения синтетических волокон, которые используют для изготовления верхнего трикотажа, ковров, платяных и костюмных тканей.

Известен способ получения полиакрилонитрила [патент US №5356985 от 18.10.1994] путем полимеризации акрилонитрила в воде в присутствии эмульгаторов под действием радикальных инициаторов (персульфатов и органических пероксидов) или окислительно-восстановительных систем. Для получения полиакрилонитрила по этому способу готовят несколько растворов, которые по отдельности содержат: эмульгатор, акрилонитрил, инициатор и, возможно, восстановитель; затем растворы смешивают.

Недостатком способа является сложная в технологическом плане процедура выполнения процесса полимеризации, требующая приготовления нескольких растворов и их смешения в определённой последовательности. Полиакрилонитрил получают с выходом до 50.3%.

Известен также и принят за прототип способ получения полиакрилонитрила полимеризацией акрилонитрила в инертной атмосфере или в атмосфере азота при 0°С÷70°С в водных растворах с концентрацией акрилонитрила 0.01-0.1 моль/литр, под действием органических и неорганических пероксидных инициаторов в концентрации от 0.0001 до 0.01 моль/литр или различных видов излучения [патент US №3488336 от 6.12.1970]. Полимеризацию проводят в течение 6-48 часов и поддерживают рН среды свыше 4. Получают полиакрилонитрил с выходом до 22.75%.

Способ характеризуется проведением полимеризации в разбавленных водных растворах, из-за чего возникает дополнительная стадия выделения полиакрилонитрила и необходимость применения большого по объёму оборудования. Проведение полимеризации в воде создаёт дополнительную нагрузку на окружающую среду, поскольку возникает необходимость очистки отработанной воды. Также требуется поддержание рН (водородного показателя) среды выше 4, то есть в технологический процесс вводится дополнительное контрольно-измерительное оборудование для контроля водородного показателя.

Задачей настоящего изобретения является создание способа получения полиакрилонитрила, позволяющего упростить процесс.

Поставленная задача достигается способом получения полиакрилонитрила полимеризацией акрилонитрила в присутствии пероксидного инициатора при повышенной температуре, отличительной особенностью способа является использование в качестве пероксидного инициатора геминальных бисгидропероксидов общей формулы (I):

Где R1 = низший алкил,

R2 = Н или метил,

R3 = Н или низший алкил,

R4 = Н или низший алкил, либо

R1+R4=СН2СН2 или CH2C(R5R6)CH2,

где R5 и R6 = Н или метил,

в количестве 0.05-0.5 % весовых от акрилонитрила.

Процесс ведут при температуре 50-60°С в течение 6 часов в массе мономера, не контролируя рН среды.

В результате полимеризации получают несшитый, растворимый в диметилформамиде и диметилацетамиде полиакрилонитрил.

Применение геминальных бисгидропероксидов позволяет упростить процесс за счет следующих параметров:

- использования новых технологически более доступных инициаторов, которые получают из промышленно производимого сырья, такого как кетоны и водные растворы пероксида водорода;

- проведения полимеризации в массе мономера, а не в водном растворе, что удешевляет и упрощает технологию получения и выделения полиакрилонитрила, снижает экологическую нагрузку на окружающую среду;

- процесс не требует дополнительного использования аппаратуры для контроля и измерения водородного показателя рН.

Отличительной особенностью способа является то, что эти пероксиды ранее не использовались для получения полиакрилонитрила.

Полезным практическим свойством полиакрилонитрила, полученного с использованием геминальных бисгидропероксидов, является его растворимость в диметилформамиде; это свойство является следствием отсутствия поперечных сшивок в макромолекуле. Такой полиакрилонитрил можно использовать для получения искусственного волокна и пленок.

При распаде геминальных бисгидропероксидов образуется ряд активных радикальных частиц, которые инициируют полимеризацию. Геминальные бисгидропероксиды отличаются по строению от других классов органических пероксидов. Эти структурные различия обуславливают образование радикальных частиц с ранее не известной активностью (реакционной способностью) по отношению к акрилонитрилу. Ранее не проводилось изучение взаимодействия получающихся при термическом распаде геминальных бисгидропероксидов радикальных частиц с акрилонитрилом, что делало заведомо неочевидным процесс получения полиакрилонитрила с использованием этих пероксидов.

До настоящего времени геминальные бисгидропероксиды, за исключением низших гомологов, например, производных ацетона и метилэтилкетона, которые по склонности к радикальному распаду значительно отличаются от своих более высокомолекулярных структурных аналогов, были труднодоступны или недоступны; их использование в качестве инициаторов полимеризации представлялось экономически нецелесообразным и не исследовалось. Недавно авторами предложены удобные низкозатратные и технологичные методы получения геминальных бисгидропероксидов:

- А.О.Terent'ev, A.V.Kutkin, M.M.Platonov, Y.N.Ogibin, G.I.Nikishin. A new method for synthesis of bishydroperoxides based on a reaction of ketals with hydrogen peroxide catalyzed by boron trifluoride complexes. Tetrahedron Letters, 2003, 44, 7359-7363;

- А.О.Terent'ev, M.M.Platonov, Yu.N.Ogibin, G.I.Nikishin. Convenient synthesis of geminal bishydroperoxides by the reaction of ketones with hydrogen peroxide. Synthetic Communications, 2007, 37(8), 1281-1287.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами (таблица 1, опыты 1-11).

Пример 1 (опыт 4)

В ампулу объемом 5 мл загружают акрилонитрил (0.774 г), содержащий 0.05 мас.% 1,1-бисгидропероксициклопентана. Ампулу охлаждают жидким азотом и в течение ~ 10 мин при ~1 мм рт.ст. удаляют растворенные в акрилонитриле газы (в первую очередь кислород). Ампулу размораживают. Процесс "замораживание-размораживание" повторяют до прекращения вспенивания раствора при размораживании. Реакционную массу нагревают 6 ч при 60°С. Затем ампулу охлаждают, вскрывают и образовавшийся твердый полиакрилонитрил растворяют в 5 мл диметилформамида. Полиакрилонитрил высаживают добавлением раствора в диметилформамиде в 50 мл метанола. Затем полиакрилонитрил отфильтровывают и сушат в вакуум-сушильном шкафу при ~70°С до постоянного веса. Выход 0.566 г (73%).

Полимеризацию акрилонитрила, инициируемую другими геминальными бисгидропероксидами, проводят по аналогичной методике (таблица 1).

Для сравнения по похожей методике проведена полимеризация акрилонитрила с использованием промышленно производимого 1,1-ди(третбутилперокси)циклогексана (опыт 12) и бис(азоизобутиронитрила) [патент US №3488336 от 6.12.1970] (опыт 13). Показано, в опытах 1-11 получается несшитый - растворимый в диметилформамиде и диметилацетамиде полиакрилонитрил, а в опытах 12 и 13 образуется сшитый, практически не растворимый в указанных растворителях полиакрилонитрил.

Пример 2 (опыт 13, сравнительный)

В ампулу объемом 5 мл загружают акрилонитрил (0.90 г), содержащий 0.1 мас.% бис(азоизобутиронитрила). Ампулу охлаждают жидким азотом и в течение ~10 мин при ~1 мм рт.ст. удаляют растворенные в акрилонитриле газы (в первую очередь кислород). Ампулу размораживают. Процесс "замораживание-размораживание" повторяют до прекращения вспенивания раствора при размораживании. Реакционную массу нагревают 6 ч при 50°С. Затем ампулу охлаждают, вскрывают и к твердому полиакрилонитрилу добавляют 5 мл диметилформамида; нерастворимый сшитый полиакрилонитрил отфильтровывают и сушат в вакуум-сушильном шкафу при ~70°С до постоянного веса. Выход 0.603 г (67%).

Похожие патенты RU2393173C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕТИЛМЕТАКРИЛАТА 2007
  • Сахарова Антонина Алексеевна
  • Выгодский Яков Семенович
  • Терентьев Александр Олегович
  • Платонов Максим Михайлович
  • Сапожников Дмитрий Александрович
  • Волкова Татьяна Викторовна
  • Никишин Геннадий Иванович
RU2352587C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИКЛИЧЕСКИХ ГЕМИНАЛЬНЫХ БИСГИДРОПЕРОКСИДОВ 2010
  • Терентьев Александр Олегович
  • Кривых Олег Владимирович
  • Крылов Игорь Борисович
  • Никишин Геннадий Иванович
RU2430087C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕМИНАЛЬНЫХ ДИГИДРОПЕРОКСИДОВ 2006
  • Корольков Максим Владимирович
  • Куткин Александр Валерьевич
  • Никишин Геннадий Иванович
  • Платонов Максим Михайлович
  • Терентьев Александр Олегович
  • Уткин Антон Юрьевич
RU2395494C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕТОТЕТРАОКСАНОВ 2013
  • Терентьев Александр Олегович
  • Ярёменко Иван Андреевич
RU2537318C1
ТРИЦИКЛИЧЕСКИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ МОНОПЕРОКСИДЫ И СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ 2011
  • Терентьев Александр Олегович
  • Ярёменко Иван Андреевич
  • Никишин Геннадий Иванович
RU2466133C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАМЕЩЕННЫХ 2,3,5,6-ТЕТРАОКСАБИЦИКЛО[2.2.1]ГЕПТАНОВ 2012
  • Терентьев Александр Олегович
  • Ярёменко Иван Андреевич
  • Виль Вера Андреевна
  • Никишин Геннадий Иванович
RU2494102C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕТООЗОНИДОВ 2013
  • Терентьев Александр Олегович
  • Ярёменко Иван Андреевич
  • Арзуманян Ашот Вачикович
  • Кулакова Алёна Николаевна
  • Вартанян Мисак Мисакович
  • Никишин Геннадий Иванович
RU2523014C1
Замещенные трициклические органические монопероксиды и способ их получения 2020
  • Ярёменко Иван Андреевич
  • Радулов Петр Сергеевич
  • Белякова Юлия Юрьевна
  • Терентьев Александр Олегович
RU2752760C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАМЕЩЕННЫХ 2,3,5,6-ТЕТРАОКСАБИЦИКЛО-[2.2.1]ГЕПТАНОВ 2012
  • Терентьев Александр Олегович
  • Ярёменко Иван Андреевич
  • Виль Вера Андреевна
  • Фастов Сергей Анатольевич
  • Фастов Илья Сергеевич
  • Быков Виктор Александрович
RU2472799C1
СОПОЛИМЕР СТИРОЛА И МЕТИЛМЕТАКРИЛАТА С ПОЛИГЕТЕРОАРИЛЕНОМ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ 2000
  • Выгодский Я.С.
  • Сахарова А.А.
  • Матиева А.М.
  • Сапожников Д.А.
RU2188209C2

Реферат патента 2010 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛА

Настоящее изобретение относится к области химии высокомолекулярных соединений и описывает способ получения полиакрилонитрила путем полимеризации акрилонитрила в присутствии пероксидного инициатора при повышенной температуре, где в качестве пероксидного инициатора используются геминальные бисгидропероксиды общей формулы:

где R1=низший алкил, R2=Н или метил, R3=Н или низший алкил, R4=Н или низший алкил, либо R1+R4=CH2CH2 или СН2С(R5R6)СН2, где R5 и R6=Н или метил, в количестве 0.05-0.5% весовых от акрилонитрила и процесс ведут при температуре 50-60°С в массе мономера. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 393 173 C2

Способ получения полиакрилонитрила путем полимеризации акрилонитрила в присутствии пероксидного инициатора при повышенной температуре, отличающийся тем, что в качестве пероксидного инициатора используются геминальные бисгидропероксиды общей формулы:

где R1 = низший алкил,
R2 = H или метил,
R3 = Н или низший алкил,
R4 = Н или низший алкил, либо
R1+R4=CH2CH2 или СН2С(R5R6)СН2,
где R5 и R6 = Н или метил,
в количестве 0,05-0,5 вес.% от акрилонитрила, и процесс ведут при температуре 50-60°С в массе мономера.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2393173C2

US 3488336 А, 06.01.1970
US 3515705 А, 02.06.1970
US 5356985 А, 18.10.1994
Композиция для отверждения непредельных полиэфирных смол 1978
  • Хендрик Хансма
  • Арнольд Шредер
SU1072802A3
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕТИЛМЕТАКРИЛАТА 2007
  • Сахарова Антонина Алексеевна
  • Выгодский Яков Семенович
  • Терентьев Александр Олегович
  • Платонов Максим Михайлович
  • Сапожников Дмитрий Александрович
  • Волкова Татьяна Викторовна
  • Никишин Геннадий Иванович
RU2352587C1

RU 2 393 173 C2

Авторы

Терентьев Александр Олегович

Сахарова Антонина Алексеевна

Выгодский Яков Семенович

Платонов Максим Михайлович

Сапожников Дмитрий Александрович

Волкова Татьяна Викторовна

Никишин Геннадий Иванович

Даты

2010-06-27Публикация

2008-04-01Подача