×
23.02.2019
219.016.c6dd

Способ получения термостойких сополиэфиркетонов с улучшенными физико-механическими характеристиками

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Настоящее изобретение относится к способу получения сополиэфиркетонов с высокой термостойкостью и повышенными физико-механическими характеристиками на основе 4,4'-дигидроксибензофенона, 4,4'-дифторбензофенона, карбоната калия в качестве щелочного агента, характеризующемуся тем, что в качестве третьего мономера используется 4,4'-дигидроксидифенилпропан, а в качестве растворителя - диметилацетамид, в поликонденсационном процессе синтеза. Технический результат – получение сополимера на основе 4,4'-дигидроксибензофенона, 4,4'-дифторбензофенона и 4,4'-дигидроксидифенилпропана, упрощение и оптимизация процесса. 2 табл., 3 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к способам получения высокомолекулярных соединений, в частности, к способам получения сополиэфиркетонов высокотемпературной поликонденсацией, обладающих высокой термостойкостью и улучшенными физико-механическими характеристиками.

Среди различных классов полимеров важное место занимают поликонденсационные полимеры, а особенно ароматические полиэфиры. Прежде всего, это связано с уникальным сочетанием в них ряда ценных свойств. Увеличение объемов потребления и расширения областей применения ароматических полиэфиров сопровождается ростом требований к их эксплуатационным и технологическим характеристикам. Особое внимание заслуживает создание полимерного материала, предназначенного для 3D печати на основе сополимеров полиэфиркетонов (ПЭК), обладающих рядом ценных свойств, в частности повышенной термостойкостью, улучшенными физико-механическими характеристиками. Немаловажным фактором является создание материала, способного легко формировать изделия на стандартном 3D оборудовании.

В связи с этим, синтез сополимеров ПЭК, предназначенных для 3D печати с сочетанием высоких термостойких и физико-механических свойств является в настоящее время актуальной задачей.

Известен способ получения сополимеров на основе полиэфиркетона по патенту на изобретение Японии JPH04220425A. Термостойкий сополимер, обладающий высокой температурой стеклования и низкой кристалличностью получают путем взаимодействия дигалогенбензонитрила и 4,4'-бифенола в присутствии щелочного металла в нейтральном полярном растворителе.

Заявка на изобретение JP2001288135 описывает получение ароматического полиэфиркетона, основной составляющей которого выступают 1 моль ароматического кетонсодержащего соединения имеющего атом хлора и фенольную гидроксильную группу на концах молекул, взаимодействующего с 0,9-1,015 моль щелочного агента, включающего в себя феноляты.

Из патента РФ на изобретение RU 2494118 известен способ получения полиэфиркетонов, заключающийся в том, что на первой стадии проводят реакцию между диоксисоединением и 4,4'-дихлорбензофеноном в присутствии карбоната калия в N,N-диметилацетамиде (ДМАА) в токе азота в течение 3 часов при температуре 165°С и на второй стадии проводят взаимодействие между образовавшимися олигомерами с концевыми феноксидными группами с 4,4'-дифторбензофеноном в течение 4 часов в тех же условиях. Технический результат заключается в оптимизации процесса синтеза, получении полиэфиркетонов высокой молекулярной массы, снижении себестоимости продукта и исключении процесса гелеобразования.

Патент РФ RU 2375383 описывает способ получения полиариленэфиркетона, включающий: взаимодействие ароматического дигалогенового соединения с бисфенолом и/или галогенфенолом в присутствии карбоната или гидрокарбоната щелочных и/или щелочноземельных металлов в высококипящем апротонном растворителе; мокрое дробление в присутствии подходящего органического растворителя и одновременное предварительное экстрагирование затвердевшей реакционной смеси; экстрагирование и фильтрацию мокро дробленого продукта в нутчфильтре, работающем под давлением от 1 до 10 бар, и сушку экстрагированного продукта. Предложенный способ позволяет улучшить технологию переработки реакционной смеси, исключить потери и загрязнение продукта реакции.

Основным недостатком приведенного способа является отсутствие характеристики свойств получаемых материалов, что не дает "полной картины" получаемых ПЭК и сополимеров на его основе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является патент на изобретение CN 101245139 «Способ получения полиэфиркетонов и полиэфирэфиркетонов». Как утверждают авторы в качестве компонентов синтеза используются 4,4'-дигидроксибензофенон совместно с раствором дифенилсульфона, гидрохинон с недостатком 4,4'-дифторбензофенона, их смешивали и подвергали нагреванию, затем добавляли щелочной агент при температуре реакционной среды 155-165°С, в последующем температура повышалась до 180-190°С и выдерживалась 30-60 мин., на этом завершалась первая стадия. Температура реакционной среды повышалась до 230-260°С и так же выдерживалась 30-60 мин., на этом завершалась вторая стадия. Температура вновь повышалась до 320-340°С в течении 1-3 часов и завершалась полимеризация. Полученный в виде эмульсии полимер выливали в воду при комнатной температуре для охлаждения и осаждения. Полимер экстрагировали из водного раствора и измельчали. Сушили его в сушильном шкафу лишь после того, как остаточное содержание влаги в нем достигало 0,5%. Основным недостатком материала по изобретению является использование в качестве растворителя высококипящего дифенилсульфона, который приводит к трудоемкости и материалоемкости очистки конечного продукта синтеза от твердого растворителя и низкомолекулярных продуктов реакции. Так же использование данного рода растворителя требует значительных энергетических затрат и большого расхода высокотоксичных растворителей. Немаловажным недостатком изобретения является отсутствие исследованных свойств материала, высокие температурные режимы синтеза и длительность процесса получения.

Техническим результатом заявленного изобретения является создание сополимера ПЭК на основе 4,4'-дигидроксибензофенона (4,4'- дигидроксидифенилкетон), диана (4,4'-дигидроксидифенилпропан, бисфенол А) и 4,4'-дифторбензофенона (4,4'-дифтордифенилкетон), использование растворимого в воде и легко удаляемого из сополимера растворителя, который способен исключить использование большого объема высокотоксичного растворителя при отмывке целевого продукта и значительно упростить процесс, исключение стадии дробления сополимера для получения порошка, подбор оптимальных соотношений реагирующих веществ для точного регулирования молекулярной массы сополимера в процессе синтеза, оптимизация процесса синтеза за счет снижения температурного режима, а так же исследование образцов сополимера полученных путем литья под давлением и печати 3D.

Указанный технический результат достигается путем взаимодействия мономеров 4,4'-дигидроксидифенилпропана и 4,4'-дигидроксибензофенона 0,27-0,03 моль: 0,03-0,27 моль или 90-10%: 10-90%; 0,3 моль 4,4'-дифторбензофенона; в качестве щелочного агента выступает карбонат калия в количестве 50% избытка или 0,45 моль; в качестве растворителя 0,9 моль/л диметилацетамида.

Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Синтез сополиэфиркетона с 10% 4,4'-дигидроксибензофенона.

В 3-х горлую колбу, снабженную мешалкой, ловушкой Дина-Старка, обратным холодильником, отводом для подачи инертного газа и термопарой загружают 61,6385 г (0,27 моль) 4,4'-дигидроксидифенилпропана, 65,46 г (0,3 моль) 4,4'-дифторбензофенона, 62,19 г карбоната калия и 500 мл ДМАА. Реакционную смесь нагревают до температуры кипения ДМАА для отгонки воды из реакционной смеси. Синтез олигомера проводят при 165°С в течение 2 часов. Затем, в реакционную смесь вносят 6,33 г (0,03 моль) 4,4'-дигидроксибензофенона с 50 мл ДМАА и синтез проводят в течение 1 часа. Образовавшийся сополимер охлаждают и высаждают в подкисленную воду 10% щавелевой кислотой до нейтральной среды. Полимер промывают горячей дистиллированной водой. Целью промывки является удаление из сополимера ПЭК реакционного растворителя, неорганических солей, остаточных мономеров и других соединений. Повышенные количества побочных продуктов или растворителя в полимере приводят к различным техническим недостаткам конечных продуктов, то есть формованных деталей, полученных обычно путем литья под давлением, экструзии или 3D печати. Они образуют волнистость на поверхности, приводят к воздействию запаха, к образованию пузырей и к снижению механических характеристик материала. Более того, отдельные побочные продукты являются потенциально токсичными и могут привести к нанесению вреда здоровью. Сушат полимер под вакуумом при температуре 120°С 12-24 часа.

Пример 2. Синтез сополиэфиркетона с 30% 4,4'-дигидроксибензофенона.

В 3-х горлую колбу, снабженную мешалкой, ловушкой Дина-Старка, обратным холодильником, отводом для подачи инертного газа и термопарой загружают 47,94 г (0,21 моль) 4,4'-дигидроксидифенилпропана, 65,46 г (0,3 моль) 4,4'-дифторбензофенона, 62,19 г карбоната калия и 500 мл ДМАА. Реакционную смесь нагревают до температуры кипения ДМАА для отгонки воды из реакционной смеси. Синтез олигомера проводят при 165°С в течение 2 часов. Затем, в реакционную смесь вносят 19,00 г (0,09 моль) 4,4'-дигидроксибензофенона с 50 мл ДМАА и синтез проводят в течение 1,5 часов. Образовавшийся сополимер охлаждают и высаждают в подкисленную воду 10% щавельевой кислотой до нейтральной среды. Полимер промывают горячей дистиллированной водой от побочных продуктов реакции. Сушат полимер под вакуумом при температуре 120°С 12-24 часа.

Пример 3. Синтез сополиэфиркетона с 50% 4,4'-дигидроксибензофенона.

В 3-х горлую колбу, снабженную мешалкой, ловушкой Дина-Старка, обратным холодильником, отводом для подачи инертного газа и термопарой загружают 34,24 г (0,15 моль) 4,4'-дигидроксидифенилпропана, 65,46 г (0,3 моль) 4,4'-дифторбензофенона, 62,19 г карбоната калия и 500 мл ДМАА. Реакционную смесь нагревают до температуры кипения ДМАА для отгонки воды из реакционной смеси. Синтез олигомера проводят при 165°С в течение 2 часов. Затем, в реакционную смесь вносят 31,68 г (0,15 моль) 4,4'-дигидроксибензофенона с 50 мл ДМАА и синтез проводят в течение 1,5 часов. Образовавшийся сополимер охлаждают и высаждают в подкисленную воду 10% щавелевой кислотой до нейтральной среды. Полимер промывают горячей дистиллированной водой от побочных продуктов реакции. Сушат полимер под вакуумом при температуре 120°С 12-24 часа.

В таблице 1 представлены характеристики литьевых изделий полиэфиркетонов полученных по известному способу и способу, описанному в настоящем изобретении при следующих условиях.

Испытания для определения ударной вязкости (в таблице Ар б/н -образцы без надреза, с/н -образцы с надрезом) выполнены по методу Изода согласно ГОСТ 19109-84 на образцах с размерами 80×10×4 мм3. Испытания выполнены на приборе Gotech Testing Machine, модель GT-7045-MD, производство Тайвань. Механические испытания выполнены на образцах, изготовленных на термопластавтомате SZS-20 (Китай) с давлением на расплав до 120 МПа, при температуре материального цилиндра 400°С и температуре формы 180°С, в форме двухсторонней лопатки с размерами согласно ГОСТ 112 62-80. Испытания проводили на универсальной испытательной машине Gotech Testing Machine CT-TCS 2000, производство Тайвань, при температуре 23°С и скорости деформации ~ 2×10-3 с-1. Полученные значения модулей упругости (в таблице Е раст и Е изгиб), предела текучести (в таблице σ тек) и относительное удлиннение (в таблице ε) так же приведены в таблице 1. Термические свойства полученных полимеров (Т2% Т5% Т10%) исследовали методом термогравиметрического анализа (ТГА) на приборе «PerkinElmer TGA 4000» при скорости нагревания 5°С/мин в атмосфере воздуха.

Так же материал по настоящему изобретению использовался для печати образцов методом FDM с использованием 3D-принтера фирмы Stratasys (США) Fortus 400 mc при температуре 416°С.

В таблице 2 представлены характеристики материала (в общепринятых обозначениях) по известному способу и способу получения материала по настоящему изобретению методом 3D печати.

Способ получения сополиэфиркетонов с высокой термостойкостью и повышенными физико-механическими характеристиками на основе 4,4'-дигидроксибензофенона, 4,4'-дифторбензофенона, карбоната калия в качестве щелочного агента, характеризующийся тем, что в качестве третьего мономера используется 4,4'-дигидроксидифенилпропан, а в качестве растворителя - диметилацетамид, в поликонденсационном процессе синтеза.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 174.
13.01.2017
№217.015.88dc

Одномодовый плазмонный волновод

Изобретение относится к плазмонной интегральной оптике и может быть использовано при конструировании компонентов плазмонных устройств различного назначения. Одномодовый плазмонный волновод, выполненный в виде заполненного диэлектриком протяженного V-образного канала в пленке металла на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602737
Дата охранного документа: 20.11.2016
25.08.2017
№217.015.b204

Квантовый генератор случайных чисел

Изобретение относится к квантовым генераторам случайных чисел и может быть использовано в криптографии. Техническим результатом является повышение качества, степени надежности и скорости генерации. Устройство содержит источник фотонов, однофотонный детектор, измеритель времени, задающий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613027
Дата охранного документа: 14.03.2017
25.08.2017
№217.015.b401

Генератор плазмонных импульсов терагерцовой частоты

Изобретение относится к технике генерации импульсов терагерцовой частоты. Генератор плазмонных импульсов терагерцовой частоты включает спазер в режиме пассивной модуляции добротности на основе активной среды, помещенной в резонансную структуру, образованную в тонкой пленке металла, размещенной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613808
Дата охранного документа: 21.03.2017
25.08.2017
№217.015.c0b4

Устройство для изготовления интегральной оптической волноводной структуры

Изобретение относится к области изготовления трехмерных интегральных оптических волноводных структур. Устройство для изготовления интегральной оптической волноводной структуры в оптически прозрачном образце с показателем преломления n, включающее в себя трехмерную систему перемещения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617455
Дата охранного документа: 25.04.2017
25.08.2017
№217.015.d079

Устройство для сейсмической разведки

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для проведения подводной многомерной сейсмической разведки на акваториях, покрытых льдом. Устройство для сейсмической разведки снабжено буксируемой капсулой. Капсула состоит из правого и левого бортов, в которых на специальных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621272
Дата охранного документа: 01.06.2017
25.08.2017
№217.015.d304

Способ подводной сейсмической разведки

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для поиска и уточнения строения месторождений углеводородов и других полезных ископаемых на акваториях, покрытых льдом круглогодично или большую часть года, и повышения эффективности процесса их освоения. При реализации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621638
Дата охранного документа: 06.06.2017
25.08.2017
№217.015.d32a

Сеть квантового распределения ключей

Изобретение относится к области сетевой волоконно-оптической квантовой криптографии - к защищенным информационным сетям с квантовым распределением криптографических ключей. Технический результат - создание сети с возможностью реконфигурации, а также обладающей большей выживаемостью при потере...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621605
Дата охранного документа: 06.06.2017
26.08.2017
№217.015.de15

Подводный буровой модуль для бурения нефтяных и газовых скважин

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к буровым модулям, предназначенным для бурения нефтяных и газовых скважин на шельфах морей. Подводный буровой модуль, имеющий открытую рамную конструкцию, включает буровую вышку с вертикальными направляющими для бурильной машины,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624841
Дата охранного документа: 07.07.2017
26.08.2017
№217.015.e62e

Система детектирования одиночных фотонов

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается системы детектирования одиночных фотонов. Система включает в себя приемный модуль с приемной зоной, блок ориентации, оптический модуль и световод, который имеет оболочку с первым и вторым окончаниями и сердцевину с первым и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002627025
Дата охранного документа: 02.08.2017
29.12.2017
№217.015.f0bd

Композиция для получения полупроницаемой пористой мембраны

Изобретение относится к составу формовочного раствора для получения нетканого материала методом электроформования и может использоваться для получения водоупорной, воздухо-, паропроницаемой мембраны, а также регулирования комплекса эксплуатационных свойств мембранного материала. Композиция...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638981
Дата охранного документа: 19.12.2017
Показаны записи 1-10 из 91.
10.03.2013
№216.012.2df4

Электроизоляционная композиция

Изобретение относится к кабельной технике и может быть использовано для изоляции и оболочек кабелей и проводов, эксплуатирующихся в условиях повышенной пожароопасности. Электроизоляционная композиция включает поливинилхлоридную композицию - И 40-13 А и содержит в качестве антипирена...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477295
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.10.2013
№216.012.7616

Электроизоляционная композиция

Изобретение относится к области электротехники, а именно к кабельной технике и, в частности, к полимерным композициям на основе пластифицированного поливинилхлорида (ПВХ) с пониженными горючестью, выделением дыма и хлористого водорода при горении, предназначенным для изоляции внутренних и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495890
Дата охранного документа: 20.10.2013
27.11.2013
№216.012.8642

Электроизоляционная композиция

Изобретение может быть использовано в кабельной технике для изоляции внутренних и наружных оболочек проводов и кабелей, эксплуатирующихся в условиях повышенной пожароопасности. Электроизоляционная композиция включает суспензионный поливинилхлорид, сложноэфирный пластификатор, дифенилолпропан,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500048
Дата охранного документа: 27.11.2013
10.12.2013
№216.012.8a62

Электроизоляционная полимерная композиция

Изобретение относится к кабельной промышленности, а именно к полимерным композициям на основе пластифицированного поливинилхлорида (ПВХ) с пониженной горючестью, выделением дыма в условиях горения и тления, предназначенных для изоляции внутренних и наружных оболочек проводов и кабелей,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501108
Дата охранного документа: 10.12.2013
20.04.2014
№216.012.bba6

Суперконцентрат и композиционные материалы на его основе

Изобретение относится к экологически чистым и экономически эффективным слоистосиликатным полимерным суперконцентратам и композиционным материалам на его основе и может быть использовано при создании качественных конструкционных изделий в автомобилестроении, кабельной, строительной и других...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513766
Дата охранного документа: 20.04.2014
10.05.2015
№216.013.490f

Полипропиленовая композиция

Изобретение относится к полипропиленовым композициям, используемым для получения изделий литьем под давлением. Композиция содержит гомополимер полипропилена, блок-сополимер пропилена и этилена, сополимер этилена и винилацетата и минеральный наполнитель. Сочетание компонентов в определенном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550210
Дата охранного документа: 10.05.2015
10.05.2015
№216.013.49cd

Высоконаполненная поливинилхлоридная композиция

Изобретение относится к поливинилхлоридным электроизоляционным композициям, применяемым в кабельной промышленности для производства изоляции, предназначенной для кабельно-проводникой продукции. Электроизоляционная композиция содержит суспензионный поливинилхлорид, сложноэфирный пластификатор,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550400
Дата охранного документа: 10.05.2015
10.06.2015
№216.013.52db

Полимерная композиция на основе полиэтилентерефталата

Изобретение относится к полимерным композициям на основе полиэтилентерефталата, которые могут применяться при производстве бутылок, контейнеров различного назначения, пленочных изделий, волокон. Полимерная композиция на основе полиэтилентерефталата содержит 3-10 вес.% полигидроксиэфира с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552732
Дата охранного документа: 10.06.2015
27.07.2015
№216.013.65a1

Нанокомпозитный полиамидный материал, обладающий повышенными барьерными свойствами

Изобретение относится к нанокомпозитному полиамидному материалу, используемому в упаковочной пленке, обладающей достаточно высокими прочностными и барьерными свойствами. Нанокомпозитный полиамидный материал содержит полиамид и наполнитель - слоистый силикат, в качестве которого используется...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557570
Дата охранного документа: 27.07.2015
27.09.2015
№216.013.7fd2

Полимерная композиция

Изобретение относится к композиционным материалам на основе полиэтилентерефталата, предназначенным для изготовления однослойных емкостей в виде бутылок, обладающих улучшенными барьерными свойствами. Композиционный материал получают путем модификации полиэфира модифицирующим композитом....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564319
Дата охранного документа: 27.09.2015
+ добавить свой РИД