Polymere sind während ihrer Verarbeitung und Verwendung unweigerlich Sonnenlicht oder starker Fluoreszenz ausgesetzt, was zu einer Verschlechterung ihrer physikalischen Eigenschaften, Vergilbung, Verfärbung, Versprödung und verminderter Transparenz führt, was nicht nur die Nutzungserfahrung beeinträchtigt, sondern auch ernsthafte Folgen haben kann. Daher ist die Frage, wie die Lichtalterung von Polymeren verhindert werden kann, zu einer wichtigen Forschungsrichtung bei Polymermaterialien geworden. Derzeit ist der direkte Zusatz verschiedener Lichtstabilisatoren zu Polymeren die effektivste Methode zur Verbesserung der Lichtstabilität von Materialien. Gängige Lichtstabilisatoren lassen sich je nach ihrem Wirkungsmechanismus in Lichtschutzmittel, Ultraviolettabsorber, Quencher und gehinderte Amin-Lichtstabilisatoren unterteilen. Die Vorteile der gehinderten Amin-Lichtstabilisatoren liegen in der hohen Wirksamkeit, der geringen Zugabemenge und den geringen Auswirkungen auf die Produkte. Daher haben sie die Gunst der Menschen gewonnen. Gehinderte Amin-Lichtstabilisatoren wirken hauptsächlich auf vier Arten: Sie zersetzen Hydroperoxid, löschen angeregten Sauerstoff, fangen freie Radikale ein und regenerieren sich selbst, wodurch sie die Lichtstabilität von Polymeren wirksam verbessern können.

Ein sehr repräsentativer Typ von Lichtstabilisatoren mit gehindertem Amin ist eine organische Aminverbindung mit sterischer Hinderung auf der Basis von 2,2,6,6-Tetramethyl-4-piperidinyl, das 1972 von der schweizerischen Ciba-Geigy (Ciba-Geigy) und dem japanischen Unternehmen Sankyo gemeinsam entwickelt und erforscht wurde. Durch Screening von 1.200 organischen Aminverbindungen wurden zwei repräsentative Sorten von Lichtstabilisator 744 und Lichtstabilisator 770 gewonnen. Der Lichtstabilisator 770 hat eine gute Kompatibilität mit Harzen, keine Färbung, geringe Toxizität und eine gute Lichtstabilisierungswirkung. Als effizienter Lichtstabilisator wird er häufig in PP-, PE-, PVC-, PS-, ABS-Harzen und anderen Materialien eingesetzt. Derzeit gibt es viele Berichte über die Anwendung von Lichtstabilisator 770, aber die Forschung über seine Synthese-Prozess, insbesondere der Einfluss des Prozesses auf die Produktstruktur und Komponenten ist weniger. In diesem Artikel wird die Synthese von Lichtstabilisator 770Dabei geht es hauptsächlich um den Einfluss verschiedener Methoden, Lösungsmittel, Katalysatortypen, Nachbehandlungsverfahren usw. auf die Umwandlungsrate und die Produktleistung.

Der allgemein verwendete synthetische Weg ist die Verwendung von Sebacinsäure und Tetramethylpiperidol, um durch Dehydratisierung und Veresterung direkt den Lichtstabilisator 770 zu erhalten, wie in der Abbildung dargestellt. Je nachdem, ob ein Lösungsmittel hinzugefügt wird, kann man zwischen der Bulk-Methode und der Lösungsmittel-Methode unterscheiden.

1. Bei der Bulk-Methode wird ein bestimmter Anteil an Sebacinsäure, Tetramethylpiperidinol und Katalysator in das Reaktionsgefäß gegeben und erhitzt, wobei die Rohstoffe selbst als Lösungsmittel für die Reaktion schmelzen. Nach der Reaktion wird das Produkt mit Wasser oder Lösungsmittel gewaschen und umkristallisiert, um den Lichtstabilisator 770 zu erhalten.

Die Wahl des Katalysators hat einen entscheidenden Einfluss auf die Reaktion. Ein geeigneter Katalysator kann die Aktivität des Reaktionszentrums erhöhen und die Reaktionsgeschwindigkeit beschleunigen. Allgemeine Studien haben gezeigt, dass p-Toluolsulfonsäure und Phthalsäureester eine hohe katalytische Effizienz bei der Veresterung haben, aber bei der Verwendung in der Synthese von Lichtstabilisator 770 sind die Ausbeuten von beiden geringer als 70%, vor allem wegen des Systems Der Rohstoff Tetramethylpiperidinol ist leicht zu sublimieren, was die Umwandlungsrate von Rohstoffen beeinträchtigt. Darüber hinaus sollte die Reaktionstemperatur nicht zu hoch sein, was die Entfernung des entstehenden Wassers erschwert, das mit dem Phthalsäureester-Katalysator reagiert und ihn unwirksam macht. Daher untersuchten die Forscher die Lösungsmittelmethode zur Verbesserung.

2. Bei der Lösungsmittelmethode wird auf der Grundlage der oben beschriebenen Reaktion ein organisches Lösungsmittel zugesetzt. Nach der Reaktion wird das Lösungsmittel verdampft und das Produkt wird verarbeitet. Im Vergleich zur Bulk-Methode muss bei der Lösungsmittelmethode die Schmelztemperatur der Reaktanten nicht erreicht werden, die Reaktionstemperatur des Systems wird reduziert und das Sublimationsphänomen verringert. Gleichzeitig kann das im System befindliche Wasser während des Lösungsmittelrückflusses entzogen und ein Teil der sublimierten Rohstoffe zurückgeführt werden.

Die Untersuchung verschiedener Lösungsmittel hat ergeben, dass Petrolether und n-Heptan bei Temperaturen unter 100 °C eine geringe Effizienz aufweisen. Mit hochsiedendem Toluol und Xylol lassen sich zwar hohe Umsetzungsraten erzielen, aber sie sind immer noch unbefriedigend und haben hohe Siedepunkte. Auch die Nachbehandlung der Lösungsmittel ist schwieriger.

Die Forscher untersuchten weiterhin den in der Abbildung unten dargestellten Reaktionsweg der Umesterung. Die Reaktion von Dimethylsebacat und Tetramethylpiperidinol kann bei einer niedrigeren Temperatur durchgeführt werden. Die Verwendung von n-Heptan als Lösungsmittel ist vorteilhaft, um die Reaktion ohne Methanol durchzuführen. Verschiedene Katalysatoren haben eine hohe katalytische Effizienz, unter denen Natriumkatalysatoren eine Umwandlungsrate von 99,8% erreicht haben. Nach weiterer Untersuchung des Einflusses des Verhältnisses der Rohstoffe auf die Reaktion wurde festgestellt, dass bei einem Molverhältnis von Tetramethylpiperidinol zu Sebacinsäure von 2,0:1 die Umwandlungsrate am höchsten war, und eine weitere Erhöhung des Verhältnisses war nicht förderlich für die spätere Beseitigung überschüssiger Rohstoffe.

Schließlich wurde ein selbst hergestellter Lichtstabilisator 770 (770 ZZ) auf der Grundlage der obigen Untersuchungen hergestellt und mit dem kommerziellen Produkt (770 DF) verglichen. Die folgende Abbildung zeigt das Infrarotspektrum der beiden Produkte. Es ist zu erkennen, dass die charakteristischen Absorptionspeaks von 770 DF und 770 ZZ im Wesentlichen gleich sind und keine weiteren Verunreinigungspeaks vorhanden sind, was darauf hindeutet, dass die Struktur des selbst hergestellten Lichtstabilisators 770 mit dem kommerziellen Produkt übereinstimmt und eine gute Reinheit aufweist.

Die folgende Abbildung zeigt die thermogravimetrische Kurve. Der Lichtstabilisator 770, der nicht mit Wasser gewaschen wurde, weist eine schlechte thermische Stabilität auf. Möglicherweise ist ein Katalysatorrückstand vorhanden, der dazu führt, dass das Produkt bei hohen Temperaturen die Umkehrreaktion der Veresterungsreaktion durchläuft. Die thermische Stabilität des verarbeiteten Produkts unterscheidet sich nicht wesentlich von derjenigen handelsüblicher Produkte, so dass die Verarbeitungsanforderungen der meisten Produkte erfüllt werden können.

Schließlich testeten die Forscher die UV-Schutzleistung des selbst hergestellten Lichtstabilisators 770. Nach 672 Stunden UV-Bestrahlung von ABS war die Farbe des Musters mit 0,3 Teilen von 770 DF etwas dunkler als die Farbe des Musters mit 0,3 Teilen von 770 ZZ. Der Lichtstabilisator 770 hat eine etwas bessere UV-Beständigkeit. Dies kann dazu führen, dass die selbst hergestellten Produkte eine geringe Menge an Monoestern enthalten, die nicht vollständig entfernt werden können, was für die Dispersion von 770 von Vorteil ist. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich der selbst hergestellte Lichtstabilisator 770 des Forschers in seiner Leistung kaum von kommerziellen Produkten unterscheidet. Die Einflussfaktoren des Herstellungsprozesses wurden erfolgreich erforscht, und es wurde ein Weg mit höherer Ausbeute gefunden.

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