sky-1035塑料抗氧剂的合成工艺及应用研究

   2011-05-22 52

    以硫二甘醇和3,5·二叔丁基.4.羟基苯基丙烯酸甲酯为原料,合成了新型抗氧剂——2,2’一硫代双[3一(3,5.二叔丁基.4.羟基苯基)丙酸乙酯](简称SKY一1035),并讨论了原料配比、真空度和温度等因素对产率的影响。将该产品应用于交联聚乙烯绝缘料等塑料材料中进行试验,获得了较好的抗氧化结果,且合成工艺合理、产品质量稳定,具有良好的应用前景。


    抗氧剂是有效降低高分子材料自氧化反应速度、延缓高分子材料老化降解过程、提高高分子材料使用寿命和价值的化工助剂。随着石油化工高分子合成工业的发展及橡胶、塑料制品大量而广泛地使用,抗氧剂的需求及消费量日益增长,并且不断出现新型和专用型抗氧剂品种。
    抗氧剂SKY-1035是一种硫醚型酚类抗氧剂,其化学名称为:2,2’-硫代双[3-(3,5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸乙酯]。抗氧剂SKY.1035分子中既含有主抗氧剂的受阻酚基团,又含有辅助抗氧剂的低化合价硫(S)原子,用于顺丁、丁苯、天然橡胶和聚烯烃、聚苯乙烯、ABS、聚氨酯等高分子
料中,具有很好的防热氧老化作用。在国内,由于该产品原料来源受限制,生产及应用数量很低。北京加成助剂研究所经过开发研究,摸索出一套较为适宜的合成方法及工艺,并在300t/a的生产装置上进行试生产,确定了较佳的工业化合成条件。

    l 抗氧剂SKY-1035性质

    抗氧剂SKY-1035的分子式为C38H58 O6S,分子量为642.95,英文名称为:2,2’一thiobis[ethyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxypheny1)propionate]。抗氧剂SKY.1035为白色或淡黄色结晶,熔点t>63℃(2。易溶于、等有机。 

    2 反应原理、原料和仪器 

    抗氧剂SKY一1035是由3,5一二叔丁基_4一羟基苯基丙烯酸甲酯(简称3,5一甲酯)与硫代二甘醇在一定的温度和压力下合成的。 

    2.1 反应方程式
   

  

    2.3.2 仪器设备 

    加热,结晶釜,,,,干燥器等。液相色谱,,熔点。

    3 抗氧剂SKY-1035合成工艺 

    3.1 工艺简述 

    在常温下,依次将硫代二甘醇、3,5一甲酯及加入到反应釜中,在适当的真空条件下,反应一定时间,制得SKY一1035。加入一定比例的 Na2CO3 中和反应液,然后加入一定量的溶剂溶解,经过,将料液压入结晶釜中冷却结晶,析出的白色结晶经离心机离心甩干后送去干燥,干燥的成品经分析检验合格后。 

    3.2 工艺条件的选择 

    3.2.1 原料配比对产率的影响 

    通过实验发现,原料的物质的量比对产品的产率影响较大。在同样的反应时间、反应温度及真空度下,配比不同,产率有较大的差异,其结果如表1所示。 
   


    由表1可见,3,5一甲酯与硫代二甘醇的物质的量比增大,反应产物的产率有较大的提高。物质的量比由2.00:1.0升高到2.04:1.0,产率可提高
4.9% ,物质的量比由2.04:1.0升高到2.10:1.0,产率可提高3.7% ,物质的量比由2.10:1.0提高到2.14:1.0,产率可提高2.2% 。但3,5一甲酯过量太多,将会增加溶剂的洗涤量,否则将影响产品质量,相应地增加了原料成本及消耗,所以应选择较恰当的物质的量比为2.10:1.0,可达到最佳反应效果。 

    3.2.2 真空度对产率的影响 

    SKY一1035的合成反应需在一定的真空度下进行,将反应生成的移出反应体系,有利于反应向正方向进行,真空度对反应产率的影响如表2所示。 

   


    由表3可见,温度升高产率仅提高1.5% ,且温度提高,能源消耗增大,由此,确定100~160cc为合成反应温度。 

    用上述所选定的工艺条件进行工业生产,简单,工艺条件易于控制,SKY一1035平均收率可达93% 以上,产品质量稳定。 

    4 抗氧剂SKY-1035的应用 

    4.1 抗氧剂SKY-1035应用试验

    北京加成助剂研究所开发的合成工艺生产出的SKY一1035产品,在交联聚乙烯绝缘料中进行应试验,结果如下。 

    4.1.1 用于本色XL绝缘体系 

    (1)试验配合体系(phr)
        100
      2.2~2.7范围内一定量
    抗氧剂  0.3 

   (2)交联条件
    预热120℃ X 10min,加压175℃ X 15min 

    (3)标准SLSC.No.3008
    抗氧剂SKY一1035用于本色XLPE绝缘体系试
    验数据如表4所示。试验结果完全符合SLSC.3008标准的要求。 

    4.1.2 用于黑色XLPE绝缘体系 

    (1)试验配合体系(phr)
    LDPE    100
    交联剂  2.2~2.7范围内一定量
    炭黑    一定量
    抗氧剂  0.3 

   (2)交联条件
    120℃ ×10min,压片175℃ ×15rain 
  (3)标准 Q/GH72—1996 
    抗氧剂SKY.1035用于黑色XLPE绝缘体系试验数据如表5所示。试验结果完全符合Q/GH.PA72—1996标准的要求。

    由表4和表5的数据可以看出,抗氧剂SKY.1035在本色XLPE和炭黑填充的XLPE中的抗氧化效果及应用效果均与抗氧剂300相当。 

    4.2 抗氧剂SKY-1035的应用前景 

    目前,国内在交联聚乙烯加工及行业中,广泛应用的抗氧剂主要为型抗氧剂DLTP、DSTP等产品,DLTP、DSTP等产品分子量相对较小,与高分子材料相容性较差,加工时容易析出,易造成制品喷霜现象。DLTP、DSTP等抗氧剂产品热稳定性相对较差,使电缆运行过程中的长期耐压和稳定性较差,而抗氧剂SKY.1035则弥补了低分子量抗氧剂产品的缺陷。抗氧剂300也是硫代酚类电缆专用抗氧剂,不仅产品价格高于SKY.1035约30% ,且熔点为161~164~C,高于挤出机的电缆交联工艺温度125~C,使得抗氧剂与树脂相容性较差,不能均匀混合,降低抗氧化作用,起不到最佳热氧稳定效果。 

    SKY-1035为含硫的空间位阻酚类抗氧剂,具有热氧稳定性,不会造成制品褪色和颜色污染,且挥发度极低。SKY-1035的熔点为63~C,便于实施低温熔融混配,使得抗氧剂能均匀地分散在树脂中,有效的保护分子。SKY.1035与炭黑具有很好的协同效应,在化学交联聚乙烯绝缘材料及电缆加工行业中有良好的应用前景。 

    5 结论 

    SKY一1035合成技术在300t/a的装置上进行生产,证明该工艺路线可行、合理,产品性能和质量稳定、价格适宜,增加了国内专用型抗氧剂的品种。国产SKY一1035产品已经销往台湾地区、印度和欧洲等地,具有较好的社会效益和经济效益。

 
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