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

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

Реферат

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 1
Рецептуры композиций на основе поливинилхлорида
Наименование ингредиентов	Содержание ингридиентов, мас.ч.
1	2
1. ПВХ	100	100
2. ДОФ	40	40
3. Стеарат кальция	2	-
4. ЭД-20	0,2	-
5. 4-(2,3-эпоксипропокси)-4'-цианобифенил	-	0,2

Таблица 2
Результаты испытаний образцов на свето- и термостойкость
Показатель	1	2
Разрушающее напряжение при
растяжении, МПа
- при нормальных условиях	21,6	21,8
- после светотеплового старения	19,9	23,1
Устойчивость к старению, %	92,0	106,0
Относительное удлинение при
разрыве, %
- при нормальных условиях	232	190
- после светотеплового старения	212	210
Устойчивость к старению, %	91,4	110,5

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