含苯环结构的聚合物中芳香烃类添加剂的分离及分析方法_2

文档序号:9842471阅读:来源:国知局
[0035] 可以列举的金属钝化剂有,CDA-1、CDA-6、CDA-10、Che 1-180等。
[0036] 粉碎处理: 在一种优选的实施方式中,所述聚合物在步骤(1)中经过粉碎处理。
[0037] 所谓粉碎,就是指物料尺寸减小的过程。通常采用各种类型的破碎机械,对物料施 加不同机械力来完成的,如拉伸力、挤压力、冲击力和剪切力等。高分子聚合物的粉碎可以 是压碎、击碎、磨碎或剪碎。
[0038] 压碎是物料受到挤压力的作用被粉碎,压碎的方式可以是使用两块相对运动的金 属板相互挤压,也可以是使用两个相对旋转棍的碾压,也可以是用内锥体在外锥形筒中做 偏心旋转来挤压。
[0039] 击碎是物料受到外冲击力作用而被粉碎,击碎的方式可以是外来坚硬物体的打 击,也可以是物料自身间及与固定的硬质钢板的产生高速冲击,也可以是物料之间的相互 撞击。
[0040] 磨碎是物料在不同形状研磨体之间受到碾压作用而被粉碎。
[0041 ]剪碎是物料在刀刃等利器的剪切、穿刺、撕裂等作用下被粉碎。
[0042] 粉碎也可以是冷冻粉碎。可以列举出例如以液氮作为研磨介质,使用冷冻粉碎机 对聚合物进行冷冻粉碎。
[0043] 有机溶剂: 本发明中,所述有机溶剂并没有特别的限制,只要能溶解聚合物,且对本发明的技术方 案没有影响皆可。
[0044] 所述有机溶剂选自氯代烃类、烷烃、醚类、酮类、酯类、中的一种或几种的组合。
[0045] 所述氯代烃类有机溶剂可以举例的有:氯仿、三氯甲烷、二氯丙烷等。
[0046]所述烷烃类有机溶剂可以举例的有:环己烷、正己烷、正庚烷、正辛烷等。
[0047] 所述醚类有机溶剂可以举例的有:四氢呋喃、二氧六环等。
[0048] 所述酮类有机溶剂可以举例的有:二异丙基甲酮、甲基异丁基甲酮等。
[0049] 所述酯类有机溶剂可以举例的有:醋酸异丁酯、醋酸乙酯等。
[0050] 在一种优选的实施方式中,所述的有机溶剂为四氢呋喃、氯仿。
[0051] 本领域技术人员通常选用非水溶性溶剂,如氯仿、环己酮来溶解聚合物,因为非水 溶性溶剂和水能够形成两相,使用非水溶性溶剂在后续用水萃取磺化产物时便于分离,而 水溶性溶剂会和水互溶形成单一相,无法分离。但是在本发明中的一些体系,也可采用水溶 性溶剂,例如四氢呋喃溶剂,采用四氢呋喃溶解聚苯乙烯,在后续用水萃取磺化抗氧剂的操 作中仍然会和水形成明显的两相,实现两者的分离。本发明人推测其中可能的原因是当四 氢呋喃中溶有聚苯乙烯时,会降低其和水的互溶程度,从而形成两相。
[0052] 磺化反应: 磺化反应是指向有机分子引入磺酸基(_S03H)、磺酸盐基(如-S03Na)或磺酰卤基(_ S02X)的化学反应,其中引入磺酰卤基的反应又可以定义为卤磺化反应。根据磺化反应所引 入的取代基,磺化反应的产物可以是磺酸(RS0 3H)、磺酸盐(RS03M,M为铵或金属离子)或磺酰 卤(RS02X)。根据磺酸基中硫原子和有机物分子中相连的原子不同,得到的产物可以是与碳 原子相连的磺酸化合物(RS〇3H);与氧原子相连的硫酸酯(R0S03H);与氮原子相连的磺胺化 合物(RNHS03H)。
[0053]磺化剂的种类较多,反应机理也不一样。有的是亲电反应,如硫酸、三氧化硫、发烟 硫酸等;有的是亲核反应,如亚硫酸钠、亚硫酸氢钠等;有的是自由基反应,如二氧化硫与氯 气、二氧化硫与氧气等。苯环上的磺化是亲电反应。首先是亲电试剂进攻苯环,生成碳正离 子,然后失去一个质子,生成苯磺酸或取代苯磺酸。
[0054]常用的磺化剂有三氧化硫、浓硫酸、发烟硫酸、氯磺酸。
[0055]三氧化硫是一种无色易升华固体,具有三种物相。使用三氧化硫作为磺化剂反应 速度快,设备容积小,并且不需要额外加热。由于三氧化硫的活性大、反应能力强,且不会生 成水,三氧化硫的用量可以接近理论量,在磺化之后不需要浓缩废酸,不用中和废酸而产生 多余的中性盐,具有其它磺化剂无法比拟的优点。但是其缺点是磺化反应放热剧烈,容易导 致底物分解或生成砜类等副产物,并且反应物的粘度高,给传热带来困难。
[0056]浓硫酸是一种具有高度腐蚀性的强矿物酸,浓硫酸具有强氧化性、脱水性、强腐蚀 性、难挥发性、酸性、吸水性。浓硫酸作为磺化剂时,发生的副反应较少,但是磺化反应的反 应速率较慢。每生成1 mol磺化产物同时会生成1 mol水,会使浓硫酸的浓度下降,同时为了 使磺化反应顺利进行,需要加入过量的硫酸脱水,一般加入的浓硫酸的量为反应物的3-4 倍。
[0057]发烟硫酸是三氧化硫溶于浓硫酸的产物,通常有两种规格,即含游离三氧化硫为 20 %-25 %和60 %-65 %。这两种发烟硫酸的凝固点低,常温下为液体,便于使用和运输。发 烟硫酸作为磺化剂时,反应速度快,反应温度较低,同时具有工艺简单、设备投资低、易操作 等优点。缺点是对有机物的作用过于剧烈,常伴有氧化,生成砜等副产品。此外,磺化后会产 生水。
[0058]氯磺酸是一种无色或淡黄色的液体,具有辛辣气味,在空气中发烟,是硫酸的一个 羟基被氯取代后形成的化合物。氯磺酸作为磺化剂使用时,反应能力强,反应条件温和,得 到的产品较纯。副产物为氯化氢,可以在负压下排出,有利于反应完全进行。缺点是价格较 高,且分子量大,引入一个磺酸基的磺化剂用量见多。此外,反应中产生的氯化氢具有强腐 蚀性。
[0059]磺化反应的磺化剂也可以是无机盐磺化剂,可以列举出例如:亚硫酸钠、亚硫酸氢 钠、焦亚硫酸钠。这一类磺化剂可以用于烯烃的磺化或者是与含有活泼卤原子的有机化合 物反应。
[0060] 磺化剂还可以是二氧化硫和氯气的混合气体、二氧化硫和氧气的混合气体、硫酰 氯、氨基磺酸。
[0061] 使用二氧化硫和氯气的混合气体作为磺化剂时,反应为自由基反应,可以用紫外 光引发。使用二氧化硫和氧气的混合气体作为磺化剂时,反应为自由基反应,可以用光照、 辐射或者臭氧引发。硫酰氯作为磺化剂时,通常在光照下进行,反应机理和二氧化硫和氯气 的混合气体作为磺化剂类似。氨基磺酸是稳定的不吸湿的固体,在磺化反应中类似于三氧 化硫叔胺络合物,不同之处是氨基磺酸适用于高温无水介质。
[0062] 在一种优选的实施方式中,所述磺化剂含有磺酸根。
[0063] 在一种优选的实施方式中,所述磺化剂选自氯磺酸、发烟硫酸、浓硫酸中的至少一 种。
[0064] 芳香环上的取代基对磺化反应进行的难易程度有着非常大的影响。由于芳香环上 的磺化反应为亲电取代反应,芳香环上的取代基给电子能力越强时,越有利于磺化反应的 进行;芳香环上的取代基吸电子能力越强时,越不利于磺化反应的发生。本发明的一个实施 例中,酚类抗氧化剂的苯环上电子云密度要比苯乙烯上的电子云密度高,磺化反应的活性 更强。
[0065] 磺化度对于含磺酸基团的聚合物的结构和性能都有着重要的影响。测定磺化度的 方法包括但不限于:元素分析法、电导滴定法、气相色谱法、比色法、薄层分析法。
[0066] 元素分析法是利用元素分析仪直接测定聚合物中硫元素的百分含量,硫元素的质 量分数直接反映了聚合物中磺酸基团的含量。元素分析法简捷方便,但元素分析需要借助 于元素分析仪,成本较高,尤其是当需要系统测定多个不同磺化剂加量的共聚物的磺化度 时,费用昂贵。
[0067] 电导滴定法是用氢氧化钠标准溶液滴定,通过加入氢氧根和溶液中的氢离子反 应,生成不导电的水分子。随着氢氧化钠标准溶液的加入,溶液的电导率逐渐下降,到达滴 定终点时,电导率降到最低值。继续加入氢氧化钠,又会使溶液中的离子数目增多,电导率 增大。通过滴定终点即电导率达到最低值时所消耗的氢氧化钠标准溶液的体积计算出磺酸 基的含量,计算公式为:
Μ为氢氧化钠标准溶液的浓度,单位是mol/L; V为到达滴定终点时所消耗氢氧化钠标准 溶液的体积,单位是mL ;m为样品的质量,单位是g。
[0068] 本发明中,聚合物和芳香烃类添加剂的溶解性非常接近,常规的分离方法如加入 良溶剂和不良溶剂无法实现两者分离。而使用柱层析法分离需要消耗大量的时间,降低工 作效率,也要消耗大量的溶剂,成本较高,同时也会影响样品的回收率,使定量结果不准确。 此外,含有苯环结构聚合物和芳香烃类添加剂均能发生磺化反应,用磺化的方法将两者分 离存在技术阻力。本发明人意料不到的发现,使用氯磺酸作为磺化剂,只会得到磺化芳香烃 类添加剂,而仅会得到极少量或者根本不会得到磺化聚合物。推测其可能的原因是:一方 面,芳香烃类添加剂中苯环上的电子云密度要比聚合物中的苯环上的电子云密度大,反应 活性更高。另一方面,芳香烃类添加剂一般均为小分子结构,其所具有的空间位阻也较小, 更有利于磺化反应的进行。
[0069] 磺化试剂的加入量为聚合物总质量的5%~15%,磺化剂加入量太小,会导致芳香烃 类添加剂磺化率不够,降低了相对于水的溶解性,会影响芳香烃类添加剂的分离。磺化剂加 入量太高,会导致聚合物磺化过度,当磺化度过高时,甚至聚合物中的会发生交联,不利于 本发明的分析检测。
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