Пластификаторы для ПВХ композиций
Пластификаторы - вещества, вводимые в полимерный материал для придания ему эластичности и пластичности при переработке и эксплуатации, они могут понижать температуру текучести, хрупкости (морозостойкости) и стеклования, некоторые могут повышать свето-, огне- и термостойкость полимеров. Основной объем производимых пластификаторов (90%) используется для получения пластичных поливинилхлоридных (ПВХ) композиций - пластизолей (более подробно см. статью на сайте "Пластификаторы").
Получение пластификаторов достаточно сложный, многостадийный процесс, что обусловливает их высокую стоимость. Однако есть целый ряд производств, в которых оправдано использование пластификаторов с показателями, несколько отличающимися от существующих в ГОСТе, но при этом более дешевых, что стимулирует разработку методов получения пластификаторов с использованием отходов химических производств.
Ниже представлен ряд технологий получения пластификаторов с использованием отходов производства. Все полученные пластификаторы были испытаны в композициях с эмульсионным ПВХ и показали хорошие пластифицирующие свойства.
1. Пластификатор на основе отходов терефталевой кислоты и 2-этилгексанола
Известный пластификатор ди-(2-этилгексил)терефталат (диоктилтерефталат,
ДОТФ) является близким по строению к диоктилфталату (ДОФ), однако имеет
несколько отличающиеся технические характеристики - обеспечивает лучшие
низкотемпературные свойства, пониженную летучесть и более низкую
вязкость ПВХ пластизолей по сравнению с ДОФ.
Нами разработана технология получения смесевого пластификатора ДОТФ на
основе обводненной технической терефталевой кислоты (ТТФК), являющейся
побочным продуктом производства терефталевой кислоты и кубового остатка
ректификации 2-этилгексанола. Технология включает две стадии подготовки
сырья и стадию этерификации.
Кубовый остаток ректификации 2-этилгексанола предварительно перегоняют в
вакууме и отбирают спиртовую фракцию (65-75% от массы куба) с
температурой паров 145-185 °С при давлении 10-20 мм.рт.ст., которая
содержит преимущественно 2-этилгексанол и небольшое количество примесей.
Воду из ТТФК удаляют азеотропной сушкой - кипячением смеси обводненной
ТТФК и спиртовой фракции при массовом соотношении кислота (в пересчете
на сухую) : спирт - 1 : 3÷5 до тех пор, пока не прекращается выделение
воды. Этерификацию осушенной ТТФК спиртовой фракцией проводят в
присутствии катализатора (например, тетрабутоксититана Ti(OBu)) при
температуре 200-210 °С в течение 5-10 ч с одновременной отгонкой
реакционной воды.
По завершении процесса этерификации отгоняют в вакууме
непрореагировавший спирт и примеси и получают пластификатор,
представляющий собой светло-коричневую жидкость, содержащий
преимущественно ди-(2-этилгексил)терефталат, с температурой вспышки
198-204 °С.
Оправлена заявка на получение патента.
2. Смесевой пластификатор из отходов производств фталевого ангидрида,
2-этилгексанола и этиленгликоля
Помимо фталатных пластификаторов для ПВХ
композиций широко используются бензоатные пластификаторы, в частности,
ди- и триэтиленгликоль дибензоаты, пропиленгликоль дибензоат,
2-этилгексилбензоат и др. Обычно эти пластификаторы используются в смеси
и дополняют свойства фталатов. Например, монобензоаты используют для
регулирования вязкости в пластизолях, а дибензоатные пластификаторы
повышают скорость переработки.
Нами разработана технология получения сложноэфирного
смесевого пластификатора, где в качестве сырья использованы следующие
отходы производства:
- головной погон фталевого ангидрида, содержащий в качестве основных компонентов фталевый ангидрид (80-97 мас.%) и смесь малеинового ангидрида и бензойной кислоты при их массовом соотношении от 1:3 до 1:12 (3-20 мас.%).
- кубовый остаток ректификации 2-этилгексанола, содержащий спирты С8 и выше;
- кубовый остаток гликолей, содержащий в основном диэтиленгликоль и триэтиленгликоль.
Разработанная схема синтеза состоит из двух основных этапов:
- Нагревание смеси головного погона фталевого ангидрида со
спиртовой фракцией, полученной вакуумной перегонкой кубового остатка
ректификации 2-этилгексанола и содержащей преимущественно 2-этилгексанол
и небольшое количество примесей. В результате образуется
преимущественно моноэфир фталевой кислоты, бензойная кислота в этих
условиях не вступает в реакцию.
- Добавление в реакционную смесь кубового остатка гликолей,
катализатора, повышение температуры и удаление воды азеотропной
перегонкой. В этих условиях в процесс этерификации вовлекается и
бензойная кислота и образуется смесь сложных эфиров бензойной и фталевой
кислот с 2-этилгексанолом и ди- и триэтиленгликолем. Схематично процесс
можно представить следующим образом:
После обработки реакционной массы получается достаточно
подвижная светло-коричневая жидкость с температурой вспышки 228 °С и
хорошими пластифицирующими свойствами.
3. Нетоксичные пластификаторы на основе лимонной кислоты
Пластификаторы на основе лимонной кислоты
имеют ряд полезных свойств - высокая светостойкость, отсутствие запаха,
низкая токсичность, что делает их привлекательными для использования в
пищевой промышленности.
К настоящему моменту нами отработаны методики получения
пластификатора из лимонной кислоты с использованием в качестве
спиртового компонента 2-этилгексанола или кубового остатка
2-этилгексанола в среде ди-2-этилгексилового эфира, с последующим
получением ацилоксипроизводного.