способ получения окисленного изотактического полипропилена

Формула изобретения

Способ получения окисленного изотактического полипропилена путем окисления полипропилена кислородом воздуха при его барботировании в реакционную массу, отличающийся тем, что в качестве исходного полипропилена используют изотактический полипропилен молекулярной массы 200000-700000, предварительно набухший в ароматическом углеводороде, выбранном из ряда гомологов бензола, в массовом соотношении 3:1 к полипропилену, при температуре 140-160°С в присутствии бензальдегида в течение двух часов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химии полимеров, конкретно к получению гетероатомных производных полипропилена, которые могут быть использованы в качестве ингредиента композиционных материалов для дорожных покрытий, кровельных материалов и материалов для антикоррозионных покрытий.

Известен способ окислительной деструкции этиленпропиленового сополимера путем нагревания углеводородного раствора сополимера концентрации 5-13 вес.% до 160-215°С с последующим распылением в реакционной камере. Способ позволяет получить конечный продукт, содержащий карбонильные группы (Пат. РФ № 2162473, МПК C08F 210/00, С08С 19/18, опубл. 27.01.2001).

Однако данный способ требует сложного аппаратурного оформления (так как конструкция распылителя должна исключать контакт полимера со стенками реакционной камеры) и не позволяет модифицировать концентрированные растворы и расплавы полимеров.

Известен способ получения модифицированного атактического полипропилена (АПП) путем взаимодействия полипропилена при 150-200°С с кислородом воздуха, когда в качестве исходного полипропилена используют полипропилен с мол. м. 36000-40000 и процесс взаимодействия осуществляют в течение 2-2,5 ч при расходе воздуха 60-500 мл/мин. Для перемешивания расплава полимера используется механическая мешалка (Авт. св. СССР № 1070138, МКИ С08F 8/50, опубл. в БИ 1984, № 4).

При этом известный способ осуществляют в узком температурном интервале реакции с использованием для окисления высокомолекулярного АПП, что ограничивает его использование для полимера с молекулярной массой ниже 36000. При непрерывной технологии синтеза нельзя использовать механическое перемешивание по следующим причинам: высокая вязкость расплава полимера требует специальной конструкции мешалки, защищенной от высоких нагрузок на вал и редуктор мешалки; куски нерасплавленного полимера забивают переливы реакционной массы между реакторами.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ окисления атактического полипропилена путем взаимодействия расплава полипропилена с кислородом воздуха при его барботировании в реакционную массу, при этом в качестве исходного полипропилена используют промышленный атактический полипропилен молекулярной массы 20000-40000 и окисление проводят по меньшей мере в две стадии с регулируемым понижением температуры от 250 до 150°С в течение 1-6 ч при расходе воздуха 0,6-1,9 л/мин·кг. (Пат. РФ № 2301812, МПК С08F 8/06, С08F 110/06, В01J 8/22, опубл. 27.06.2007).

При этом недостатками данного способа являются окисление при высоких температурах, сложное аппаратурное оформление (установка содержит как минимум два последовательно соединенных реактора окисления) и невозможно снизить молекулярную массу полимера по сравнению с исходным более чем в два раза.

Задачей изобретения является получение окисленного изотактического полипропилена (ОИПП) с полярными функциональными группами по упрощенной технологии с более мягкими условиями синтеза.

Технический результат: повышение технологичности процесса, упрощение способа получения за счет снижения температуры процесса до 160-140°С и сокращения времени окисления до двух часов.

Поставленный технический результат достигается тем, что проводится окисление полипропилена кислородом воздуха при его барботировании в реакционную массу, отличающееся тем, что в качестве исходного полипропилена используют изотактический полипропилен молекулярной массы 200000-700000, предварительно набухший в ароматическом углеводороде, выбранном из ряда гомологов бензола, в соотношении 3:1 к полипропилену, при температуре 140-160°С в присутствии бензальдегида в течение двух часов.

Сущность способа состоит в том, что для получения ОИПП проводят взаимодействие изотактического полипропилена (ИПП) с кислородом воздуха при нагревании, но в отличие от прототипа проводят низкотемпературное окисление ИПП в присутствии ароматического углеводорода с алкильными (метильными, этильными и др.) группами и бензальдегида при температуре 140-160°С в течение двух часов. Использование вышеуказанной системы ароматический углеводород + бензальдегид обусловлено тем, что ароматический альдегид участвует в зарождении радикальной цепи, а алкильные группы ароматического углеводорода - в развитии радикальной цепи (компоненты указанной системы, легко окисляясь, создают цепь свободных радикалов, которые активно участвуют в процессе окисления, создавая большее число центров окисления) и чем больше будет алкильных заместителей у ароматического углеводорода, тем большее число центров окисления образуется, и тем интенсивнее будет происходить процесс окисления, что указывает на использование в качестве ароматического углеводорода всевозможных гомологов бензола. Кроме того, в присутствии ароматического углеводорода полипропилен набухает, а при достижении температуры 140°С полностью растворяется в нем, образуя гомогенную систему, в которой более интенсивно идет процесс окисления кислородом воздуха. Окисление полипропилена при температуре выше 160°С и более двух часов нецелесообразно, так как свойства окисленного изотактического полипропилена практически не отличаются от свойств ОИПП, полученного при окислении в течение двух часов при температуре 140°С.

Способ осуществляют следующим образом: в реактор подают изотактический полипропилен марки РР молекулярной массы 200000-700000 и заливают этилбензол (или другой углеводород гомологического ряда бензола) в массовом соотношении к полипропилену 3:1 и нагревают до температуры окисления в течение одного часа до полного набухания полимера. Избыток ароматического углеводорода удаляют и в систему вводят 1,5-2 мас.% бензальдегида. Полученную гомогенную систему выдерживают при температуре 140-160°С и окисляют кислородом воздуха в течение двух часов. Полученный ОИПП удаляется из реактора.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Для получения ОИПП используется лабораторная установка, состоящая из реактора окисления колонного типа, электронагревателя и барботера.

В реактор подают 4,6 г изотактического полипропилена марки НС 205 TF, имеющего следующие характеристики:

Молекулярная масса, г·моль-1	342000
Точка плавления, °С	165
Вязкость при 24°С, Па·с	16,19

В реактор заливают 14 мл этилбензола и нагревают до температуры окисления в течение одного часа до полного набухания полипропилена. Избыток этилбензола удаляют и в систему вводят 1 мл бензальдегида. Полученную гомогенную систему выдерживают при температуре 160°С и окисляют кислородом воздуха в течение двух часов. Полученный ОИПП массой 8,5 г удаляется из реактора. Он имеет следующие показатели:

Молекулярная масса, г·моль-1	90000
Точка плавления, °С	146
Вязкость при 24°С, Па·с	4,8

Пример 2. Осуществляется аналогично примеру 1, но в качестве ароматического углеводорода используется толуол и окисление ведется при температуре 140°С в течение трех часов. Полученный ОИПП имеет следующие показатели:

Молекулярная масса, г·моль-1	85500
Точка плавления, °С	141
Вязкость при 24°С, Па·с	4,4

Пример 3. Осуществляется аналогично примеру 1, но в качестве ароматического углеводорода используется п-ксилол и окисление ведется при температуре 150°С. Полученный ОИПП имеет следующие показатели:

Молекулярная масса, г·моль-1	89000
Точка плавления, °С	143
Вязкость при 24°С, Па·с	4,5

По результатам ИК-спектроскопии окисленного изотактического полипропилена выявлено наличие интенсивных полос поглощения в областях 3360-3720 и

1670-1725 см^-1, что свидетельствует о появлении в спектре окисленного полипропилена гидроксильных, карбонильных и карбоксильных групп.

Динамическая вязкость образцов была измерена в 5%-ном растворе полимера в этилбензоле на ротационном вискозиметре «РПМ - 1М».

Полученный окисленный изотактический полипропилен может быть использован в качестве ингредиента композиционных материалов для дорожного покрытия, кровельных материалов, материалов для антикоррозионных покрытий.