DK150612B - Phenolisk diester til anvendelse ved stabilisering af polyolefiner samt anvendelse af denne som stabilisator for polyolefiner - Google Patents

Description

150612

Den foreliggende opfindelse angår en hidtil ukendt phenolisk diester til anvendelse ved stabilisering af polyolefiner samt anvendelse af denne som stabilisator for polyolefiner.

5 Talrige phenolderivater anvendes som antioxidanter til varmesta-bilisering af plaststoffer såsom f.eks. polyolefinerne. Man har specielt anbefalet at anvende bisphenolerne svarende til formlen: * 2 150612

on Rl 9H

r3-|N~ c -γ^Τ*3

„ I2 L J ID

V V

R R

12 4 hvori R og R fortrinsvis er hydrogenatomer, R fortrinsvis er 3 en lavere alkylgruppe, såsom methylgruppen, og gruppen R fortrinsvis er en tert.-butylgruppe.

5 Til talrige plastmaterialer, såsom polyolefinerne, er de nævnte phenolderivater imidlertid uhensigtsmæssige ved at være alt for flygtige. De har tendens til at forsvinde ved fordampning fra dette plaststof og kan altså derefter ikke længere tjene til stabilisering af slutproduktet.

10

Opfindelsen angår derfor en hidtil ukendt phenolisk diester, der er anvendelig som stabilisator for polyolefiner, hvilken diester er ejendommelig ved, at den er 2,2,-iiiethylen-bis-(4-methyl-6-tert.-butylphenol)-terepthalat (HPM 12).

15

Opfindelsen angår endvidere anvendelse af 2,2-methylen-bis- (4-methyl-6-tert. -butyl= phenol) terepthalat (HPM 12) til stabilisering af polyolef iner irod termisk og fotokemisk nedbrydning, hvilken anvendelse er ejendommelig ved, at HPM 12 anvendes i en mængde på 0,01 - 0,5 vægt% i polyolef inerne.

-0

Fremstillingen af HPM 12 kan ske ved, at man omsætter terepthal-syredichlorid med en bisphenol med formlen:

OH OH

! \

25 J JL

tert.-butyl ,>—CH^—'"j— tert.-butyl

V V

30 CH3 CH3 idet reaktionen gennemføres under anvendelse af et overskud af bisphenol og under fjernelse af saltsyren efterhånden som den dannes.

3 150612

Ved fremstillingen kan saltsyren fjernes i gasform eller ved kombination med et basisk stof.

Det opnåede produkt har formlen: 5 . ' R1 R1 _/v_ J~Y_ h^c—y— o — c —å—c — o—sf v— ch3 ~ς>·, R1 R·1· 20 1 hvori R er en tertiær butylgruppe.

Dette produkt kan opnås ved opvarmning af et ringe overskud af bisphenol med dichloridet af terephthalsyre i nærværelse af en amin, som sammen med saltsyre danner det tilsvarende hydrochlorid.

^ Man kan arbejde i nærværelse af eller fraværelse af opløsningsmiddel og ligeledes i et miljø, som er et opløsningsmiddel for udgangsproduktet, men som ikke er et opløsningsmiddel for det opnåede slutprodukt. Man kan ligeledes gennemføre denne fremstilling ved hjælp af den såkaldte grænsefladeteknik, hvor hver af udgangsreak- O Λ tanterne er i opløsning i et opløsningsmiddel, som ikke er blandbart med opløsningsmidlet, som anvendes for den anden reaktant. I dette tilfælde gennemføres neutralisationen af saltsyreproduktet fortrinsvis med en mineralsk base.

35 Diesteren ifølge opfindelsen er et meget lidt flygtigt produkt, (mindre flygtigt end den som udgangsprodukt anvendte bisphenol), som har bibeholdt antioxidanternes egenskaber i betydelig grad.

Den kan endvidere på grund af den særlige struktur af terephthal-gruppen give mulighed for omdannelse til produkter af benzo= 4 150612 phenontypen, som er i stand til at absorbere ultraviolette stråler, hvilket gør additivet dobbelt interessant til beskyttelse mod termisk og fotokemisk nedbrydning af plast.

5 Opfindelsen belyses nærmere i de følgende eksempler, hvori te-rephthalatet af 2,2'-methylen-bis-{4-methyl-6-tert.-butylphenol) betegnes som HPM 12.

Eksempel 1 10

Fremstilling af HPM 12 i nærværelse af et opløsningsmiddel.

I en reaktionsbeholder på 6 1 forsynet med en omrører, en svaler, en udløbstragt, et termometer og et rør, som tillader en eventuel 15 nitrogengennemledning anbringes 700 g (2,06 mol) 2,2'-methylenbis-(4-methyl-6-tert-butylphenol) ved stuetemperatur opløst i 5000 g vandfri chloroform og fri for alkohol. En let nitrogenstrøm indføres derpå i opløsningen og omrøringen sættes i gang. Efter 1 times forløb tilsættes hurtigt 202 g (1 mol) terephthalsyredichlorid. Op-20 løsningen opvarmes til 60°C og 210 g (2,08 mol) triethylamin tilføres i løbet af 1 time, idet der er en svag chloroformfordampning. Efter indføring af hele triethylaminmængden opretholdes tilbagesvalingen ved opvarmning i 5 timer, opløsningen afkøles til slut til 20°C. Opløsningen vaskes derpå 4 gange med 3000 g vand for at fjerne 25 det dannede triethylaminhydrochlorid.Den organiske del koncentreres (2000 g CHCl,, fordampes), hvorefter der igen afkøles til 5°C, 2500 g ethanol tildryppes, og produktet udfældes. Derpå vaskes med 1000 g ethanol og tørres, og i form af et hvidt pulver fås et stof med følgende analyse: 30

smeltepunkt = 244- 247°C

fundet hydroxylindeks = 147 (teoretisk 140) fundet forsæbningsværdi = 137 (teoretisk 140) fundet syreindeks = 1,6 (teoretisk 0) 35 elementæranalyse Cfmdet = 79,60% Cteoretisk = 79,96% «fundet - «teoretisk = 8,20% 5 150612 Vægten af det fremstillede produkt er 712 g, svarende til et udbytte på 88 i<>*

Eksempel 2 5

Fremstilling af HPM 12 i fravær af et opløsningsmiddel.

I en reaktionsbeholder på.4 1 udstyret som i eksempel 1 tilsættes 595 g (5 mol) thionylchlorid ved 20°’C til 166 g (l mol) terephthal= 10 syre. Omrøringen startes og temperaturen i massen bringes op på 70°C, 5 ml pyridin tilføjes meget langsomt og blandingen udsættes så for tilbagesvaling af SOCI2 i 8 timer, idet der frigives en stor mængde af en blanding af SC^ + HC1. Temperaturen bringes derefter tilbage på 70°C og det tilbageblevne overskud af 15 SOClg og saltsyre uddrives under vakuum indtil størkning, hvorpå omrøringen standses (tilsætningen af små mængder vandfri benzen før størkningen letter fjernelsen af S0C12).

2000 g vandfri octan tilsættes så i reaktionsbeholderen og nitro= 20 genboblingen startes, ligesom omrøringen af beholderen igangsættes. Når alt således dannet terephthalsyredichlorid er opløst tilsættes hurtigt 680 g (2 mol) 2,2,-methylen-bis-(4-methyl-6-tert«-butylphenol), massens temperatur bringes op på 80°0( og 210 g (2,08 mol) triethylamin tilsættes i løbet af 1¾ time og i løbet af tilsætningen viser der 25 sig et hvidt bundfald.

Når tilsætningen er afsluttet er temperaturen i massen steget til 90°C og reaktionen fortsættes i 4 timer. Blandingen afkøles derefter til 20°C og bundfaldet filtreres. Det faste produkt opløses i 30 chloroform og renses som i det foregående eksempel. Man opnår 624 g ( udbytte 77%) af et hvidt produkt, som smelter ved 245-247°C.

Ved den foran beskrevne fremstillingsmetode kan man udføre syntesen af terephthalsyredichlorid ved at anvende dimethylf ormamid (DMl) i 35 stedet for pyridin som katalysator. Denne arbejdsmetode præsiceres 1 det følgende: 166 g (l mol) terephthalsyre anbringes i en reaktionsbeholder på 2 1, som har en ankeromrører, et opstående køleapparat, en tilfør- 40 selstragt og et dyppetermometer. 595 g (5 mol) thionylchlorid tilsæt- 150612 6 tes i kold tilstand.

Blandingen omrøres og opvarmes indtil tilbagesvaling af S0C12.

5 Når temperaturen i massen når 45°C tilsættes 7,3 g DMF (0,05 mol pr. mol funktionel syre), hvorved temperatur stigningen accelereres .·,

Saltsyren og frigjort svovloxid samt den medrevne SOCI2 neutraliseres ved afgangen fra kolonnen ved at boble gennem en basisk opløsning, 10

Efter 3 timers tilbagesvaling af S0C12 er hele mængden af tereph= thaisyre opløst, hvilket indicerer afslutningen af reaktionen.

Overskydende S0C12 destilleres ved atmosfæretryk, 63$ thionylohlorid= 15 overskud kan på denne måde genvindes.

Terephthalsyredichloridet fåsLmed en titer på 98,8$ og i et udbytte på 100$.

20

De nedenfor beskrevne forsøg har til formål at vise de interessante egenskaber hos HPM 12 sammenlignet med kendte i handelen værende antioxiderende midler.

Stabilitet 25 ---------- X petriskåle med en diameter på 10 cm anbringes 3,0 g stof omhyggeligt udbredt over hele overfladen, og skålene udsættes for en opvannning i luft til 200°C. Vejninger, der udføres med regelmæssige mellemrum, gør det muligt at følge tabene ved fordampning eller nedbrydning.

De opnåede resultater er anført i nedenstående tabel I.

De i tabel I angivne resultater viser, at HPM 12 er det af de prøvede stoffer, som er mest modstandsdygtigt over for en opvarmning under de givne forhold.

35 ± ox± ^ end.e_ egenskaber; 1) !Dil polypropylenen a) Forsøg ud fra et polypropylenpulver 7 150612

Man fremstiller en blanding af polypropylenpulver (3 g) med varierende mængder af et antioxiderende middel og et almindeligt anvendt synergistisk middel, dilaurylthiodipropionat (DLTDP).

5 Denne blanding anbringes i petriskåle og opvarmes til forskellige temperaturer i varierende tidsrum.

De opnåede resultater er anført nedenfor.

10 Med en mængde antioxiderende middel på 0,03 mol/kg polypropylen og en mængde DLTDP på 0,01 mol/kg polypropylen kan ved en opvarmning i 36 timer til 150°C konstateres:

Polypropylen alene = dybbrunt agglomerat 15 " + Topanol CA = kastaniebrunt pulver " + Ionox 330 = gult pulver " + Irganox 1010 = lysegult pulver n + HMP 12 = hvidt pulver 20 Med en mængde antioxiderende middel på 0,3 vægt% i forhold til poly= propylen og en mængde DLTDP på 0,1 vægt% af polypropylenen konstateres: 1) ved opvarmning i 168 timer til 120°C og derpå i 24 timer til 180°C: 25

Polypropylen = brun hinde-cotalnedbryd= ning af polymeren

Polypropylen + BB10 = brun hinde-nedbrydning af 30 polymeren « + Topanol CA = lysebrun hinde-nedbryd= ning af polymeren »» + Irganox 1010 = kastaniebrun hinde-delvis nedbrydning af polymeren 35 « + Ionox 330 = gul hinde - let nedbryd^ ning t« + HPM 12 = flødefarvet hinde - ingen nedbrydning 150612 δ 2) ved en opvarmning i 17 timer til 170°C nedbrydes den af HPM 12 beskyttede hinde af polypropylen ikke, 3) ved en opvarmning i 100 minutter til 200°C forbliver den af 5 HPM 12 beskyttede polypropylenhinde fleksibel og gennemskinnelig, 4) ved en opvarmning i 20 minutter til 220°C bevarer den af HPM 12 beskyttede polypropylenhinde sin farve og sin smidighed.

10 Alle disse forsøg viser, at HPM 12 er et meget effektivt antioxide= rende middel sely ved høje temperaturer (f.eks. 220°C).

b) Sprødhedsmåling ("Brittle Test”) 15 Dette forsøg består først i, at man fremstiller polypropylenprøver, som eventuelt indeholder et valgt antioxiderende middel og derefter lader de fremstillede prøver ældes i ventileret varmeovn ved høj temperatur. Prøven består i at bestemme den tid (i timer), i hvilken polymeren modstår den nævnte ældning, . under bibeholdelse 20 af tilstrækkelige mekaniske egenskaber til, at den kan foldes.

De undersøgte prøver havde en tykkelse på 0,3 nim og en cirkulær form (diameter 80 mm).

25 Følgende resultater blev opnået: Ældningstemperatur 140°C.

Formel I Formel II

30 polypropylen 100 100 calciumstearat 0,2 0,2 D L T D P 0 0,15 HPM 12 0 0,05 35 Prøverne af formel I har ikke modstået en ældning af en varighed på 10 timer, medens prøverne af formel II har modstået en ældning i mere end 1200 timer.

n 9 150612

Formel III Formel IY

polypropylen 100 100 c ale iumst earat 0,1 0,1 D L T D P 0 0,25 (dilaurylthiodipro= pionat) HPM 12 0 0,10

Prøverne af formel III er fuldstændigt destruerede efter en ældning 3 i nogle timer (ca. 10), medens prøverne af formel IY modstår en ældning i mere end 1700 timer.

2)ϋ?ί1 polyethylen

Selvom polyethylen. bedre end polypropylen modstår termisk nedbrydning, er det nødvendigt at inkorporere antioxidérende midler i det, hvis man ønsker at bevare de mekaniske egenskaber. Inkorporeringen af phenol-antioxiderende midler medfører undertiden farvning af massen (disse farvninger skyldes reaktionen af katalysatorrester fra polys= } ethyl en en med phenolderivater). Forsøg· er blevet udført med HPM 12 og en polyethylen med stor vægtfylde · :

Formel I Formel II

j polyethylen H.D. 100 100 antioxiderende middel 0 0,015 HPM 12 D L T D P 0 0,030 )

Blandingerne afkøles og pulveriseres og anbringes derefter i petriskåle (3 g stof pr. petriskål med diameter på 90 mm) og placeres derefter i varmeovnen.

’ 1) Opvarmning i 20 minutter til 200°C

formel (i) = gult produkt og kraftigt året formel (II) = hvidt produkt, der har bevaret sine mekaniske egenskaber.

150612 ίο

2) Opvarmning i 20 minutter til 220°C

formel (i) = farvet og delvis nedbrudt produkt formel (II) = hvidt produkt, som har bevaret sine mekaniske egenskaber.

5 Forsøg udført med andre antioxiderende midler af kendt type har givet farvede og nedbrudte hinder. Det er således også muligt til trods for anvendelsen af HPM 12 i ganske ringe (mængde at konstatere den effektive rolle, som dette stof spiller som antioxiderende middel.

10

Antiultraviolette egenskaber UV-spektret af HPM 12 viser tilstedeværelsen af et vist antal absorptionsbånd, hvis molære absorptionskoefficienter er følgende: 15 _ λ mp 215 245 280 300 e 42500 31300 10600 3000 20

Der blev fremstillet polypropylenhinder indeholdende 0,3^ HPM 12 og 0,1!$ DLTDP ved opvarmning af en pulver blanding. Disse hinder blev udsat for bestråling med en ultraviolet PHILIPS-lampe HPR 125 i et tids rum af 50 timer. Afstanden mellem lampen og hinden var 30 cm.

25

Polypropylenhinden, som ikke indholdt HPM 12, blev hård og skør. Poly propylenhinden, som indeholdt HPM 12, forblev derimod fleksibel og bevarede sine mekaniske egenskaber, selv om der fremkom en let gulfarvning.

30 11 150612 d ,Ω ο ω ° 'd ο d ο cd cm d -ρ d ^ Η 3 W 3 ·Η ^ £ d u cd u > ^ > bo & ^ η Λ > cd d Ή φ a d g Ο) —-—--- cd a X ·Η ω -ρ S <i-

Φ 'iR ^R ^R

ί> d 1Λ Ift

Φ CO m MQ m CM

•f—j -}-} *\ «V «V «V *v cm o m m ο o

n W H CM H

cd

Eh _ d Φ a

•H

-P

CM -SR

<f ^ oR

in MO H CM in

φ *v ^ λ CM CM

-p o mo ~

<H Η Η Ο O

w jL, Cj y—s Cj Η Φ -P Φ d Φ -P > Φ > Φ >

ft X OH 0> OH O !> OH

H d odododonod pq d O ft O cd^ ft Ό d 00 ft <d ft cm oo'HdO mft-d-

EH Φ i—1 -p ΗΦΦ CM-P CM CM-P

-p I'd i "d > i -d ι-p I'd H GO ·Η CO 8 rl ·Η -ft Η Ift ·Η ω h i> o-η d o >> m d ft i> S H ft Η H ft CM Λ CM bO CM ft CO Vw' 1¾ o H ^ Η "" ft OH ft W H ^

O ^ GO

H CO w

O < O

HO ft O

co m !*! ft ^ m

Ο O CM

¢3 S Ο X H

^ <! HO

o ft s s crip Soft H EH pq H g 12 150612

IRGANOX 1010 CH CH

2\/ 3 C(-CH2-COO-(CH2)2-~NkV-OH)4 /\3 cu/ \ ΊΟΝΟΧ 330 CH, ” CH3J>3 W°VH3 / \~C-CH- \ch3 CH, / • CH3V>i^CH3 CH3 CH2.

HO —v V- CH3 CH- N. / 2 \ _ / -5 CH^CH, ch-^ch ίγγ'

®3 CH, CH3 I

Op · OH

C<|"CK3 CH3 TOPANOL^A ™

VcH, * jJH3 CH(-CH2-CH-/ xY- oh)3 CHit~CH3 •ch3 BB 10 ?3 f3 (ion'll i! Jc3h7 HO^S^ 3 7 T O« CH -C-CH3 CH3l-CH3