способ получения поверхностной смазки к полимерным материалам

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ СМАЗКИ К ПОЛИМЕРНЫМ МАТЕРИАЛАМ взаимодействием жирной С₁₆ С₁₈ кислоты с хлорирующим агентом при нагревании, обработкой полученного хлорангидрида водным раствором аммиака с последующей обработкой продукта аммонолиза щелочью, фильтрацией и кристаллизацией целевого продукта, отличающийся тем, что продукт аммонолиза предварительно нагревают до 12 14^oС и фильтрат подвергают обработке водным раствором низкомолекулярной карбоновой кислоты или углекислотой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химии и может быть использовано в производстве поверхностных смазок, применяемых на многих операциях при изготовлении изделий из полимерных материалов, в частности, шприцев одноразового применения.

Поверхностные смазки или скользящие добавки это вещества, которые добавляют в полимерные материалы при изготовлении из них изделий с целью уменьшения или даже исключения адгезии между двумя поверхностями, предотвращая их слипание. Уменьшая трение между поверхностями, эти вещества являются также антистатиками.

Наибольшее распространение в качестве поверхностных смазок к полимерным материалам получили жирные кислоты и их производные [1] Для полиэтилена и полипропилена оптимальной поверхностной смазкой являются амиды жирных кислот (олеиновой, стеариновой, линолевой и др.). Они могут быть просто нанесены на поверхность полимера в виде спиртового или водно-спиртового раствора [2] но более технологично введение амида в небольших количествах в массу полимера. При нагревании полимера амид быстро диффундирует на поверхность полиэтилена или полипропилена и образует смазывающий слой [3]

Кроме того, амиды жирных кислот, особенно амид олеиновой кислоты, не оказывают вредного воздействия на организм. Изделия из полиэтилена и полипропилена, с использованием в качестве поверхностных смазок амидов жирных кислот, в частности пленки, широко применяются для производства упаковки пищевых продуктов и лекарств.

В производстве шприцев одноразового применения для обеспечения скользящего эффекта подвижных деталей шприца из полипропилена фирмой "Henkel" рекомендована скользящая добавка "Локсамид", представляющая собой амид олеиновой кислоты, способ получения которого неизвестен (не опубликован).

Известен способ получения амида олеиновой кислоты путем взаимодействия на холоду спиртового раствора аммиака с миндальным и лещиновым маслами и последующей кристаллизацией из раствора [4] Этот метод не нашел применения, т. к. аммонолиз дает смесь амидов жирных кислот, которую очень сложно разделить.

Известны способы получения амидов воздействием аммиака на соответствующий эфир жирной кислоты. Получение амида связано с длительным нагреванием реагентов в стальной бомбе до 150-190^оС при повышенном давлении [5, 6]

Известны способы получения амидов жирных кислот через промежуточный хлорангидрид соответствующей кислоты. Так, амид олеиновой кислоты получают прикапыванием хлорангидрида, полученного из чистой олеиновой кислоты, к охлажденному в ледяной бане концентрированному раствору гидроксида аммония. Из полученной водной эмульсии выделяют амид олеиновой кислоты путем экстракции петролейным эфиром с последующей перекристаллизацией из петролейного эфира и этанола [7] Недостатком метода является его нетехнологичность, так как возможность использования стадии экстракции петролейным эфиром в заводских условиях весьма проблематична [5, 6]

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения амида олеиновой кислоты путем взаимодействия олеиновой кислоты с фосфортрихлоридом при нагревании, реакции полученного хлорангидрида с концентрированным жидким аммиаком, обработки полученного продукта 2-процентным раствором щелочи, фильтрованием и двойной перекристаллизацией из разбавленного спирта. При этом получают амид олеиновой кислоты в виде кристаллов с температурой плавления 76-77^оС [8] Известный метод осуществим лишь в лабораторных условиях, при этом стадия фильтрования длительна и трудоемка и очистка продукта осуществляется многократной кристаллизацией.

Отечественной промышленностью не производятся поверхностные смазки к полимерным материалам, которые могли бы обеспечить производство шприцев одноразового применения.

Целью изобретения является разработка способа получения поверхностной смазки для полимерных материалов, представляющей собой амид жирных кислот, реализация которого обеспечит упрощение технологии и достижение требуемых технологических показателей поверхностной смазки при использовании ее в производстве изделий из полимерных материалов.

Цель достигается способом, включающим действие хлорирующим агентом на жирную карбоновую кислоту при нагревании, взаимодействие полученного хлорангидрида с водным раствором аммиака, выделение амида жирной кислоты обработкой водным раствором щелочи предварительно нагретого до температуры 12-14^оС продукта аммонолиза и последующей фильтрацией, при этом частично отделенный от маточника фильтрат подвергают обработке водным раствором низкомолекулярной карбоновой кислоты, и дальнейшую очистку амида кристаллизацией.

Для осуществления заявляемого изобретения в качестве хлорирующего агента может быть использован треххлористый фосфор (ТУ 6-02-574-84) или хлористый тионил (ТУ 6-01-413-75).

В качестве жирных карбоновых кислот используют техническую олеиновую кислоту (ТУ 02070-79), которая представляет собой смесь ненасыщенных и насыщенных жирных кислот С₁₆-С₁₈ и содержит олеиновую кислоту в количестве 50-60%

На стадии фильтрации рекомендуется использовать в качестве низкомолекулярной карбоновой кислоты уксусную кислоту по ГОСТ 18270-72 или щавелевую кислоту по ГОСТ 22180-76 или углекислоту по ГОСТ 8050-85.

Преимущество предлагаемого способа заключается в упрощении технологии получения амида жирной кислоты; сокращается продолжительность выделения продукта и улучшается его очищаемость.

Используемый прием нагревания продукта аммонолиза обеспечивает полноту реакции нейтрализации щелочью, а выбор режима нагревания обусловлен температурой плавления олеиновой кислоты (12^оС): в расплавленном состоянии кислота легко взаимодействует со щелочью, в противном случае непрореагировавшая кислота попадает в целевой продукт, делая его маслянистым, что требует длительной очистки. Нагревание выше 14^оС нецелесообразно из экономических соображений.

Обработка фильтрата в процессе выделения амида жирной кислоты согласно изобретению обеспечивает сокращение длительности фильтрации, так как отделение амида от водного раствора аммиака процесс продолжительный, при этом полностью отфильтровать аммиак не удается, и тогда в процессе кристаллизации амида из ацетона оставшийся аммиак образует комплексное соединение с ацетоном, что требует проведения многократной кристаллизации для его очистки. Если же после отделения основного количества аммиачной воды осадок нейтрализовать уксусной или щавелевой кислотами или углекислотой, процесс фильтрации завершается легко и быстро, и полученный амид успешно очищают однократной кристаллизацией из ацетона. Состав полученной смазки представлен в табл.1.

П р и м е р 1 (сравнительный, по прототипу). 200 г технической олеиновой кислоты смешивают с 35,6 г треххлористого фосфора и нагревают в течение 7 ч. Полученную массу (204,5 г) по каплям добавляют в концентрированный водный раствор аммиака. Продукт, содержащий большое количество осадка, обрабатывают 2% -ным раствором едкого натра, фильтруют в течение 6 и более часов до получения фильтрата, содержащего не более 0,5% аммиака и очищают путем двойной кристаллизации из ацетона. Получают 104,3 г или 52,42% (из расчета на технический вес загружаемой олеиновой кислоты) амида олеиновой кислоты в виде кристаллов белого цвета с температурой плавления 62-68^оС.

П р и м е р 2. 200 г технической олеиновой кислоты смешивают с 35,6 г треххлористого фосфора и 2 мл метилформамида и нагревают в течение 7 ч. Полученную массу (204,5 г) по каплям добавляют в концентрированный водный раствор аммиака. Продукт, содержащий осадок в большом количестве, нагревают до температуры 12-14^оС, обрабатывают 2%-ным раствором едкого натра и фильтруют в течение 0,5 ч, отделяя от основного количества маточника, не отфильтрованный осадок дополнительно обрабатывают 10%-ным раствором уксусной или щавелевой кислоты или углекислотой, отфильтровывают и очищают кристаллизацией из ацетона. Получают 132,59 г или 66,64% (из расчета на технический вес загружаемой олеиновой кислоты) амида олеиновой кислоты в виде мягких кристаллов белого цвета с температурой плавления 64-68^оС.

Как видно из описания примеров, технологические преимущества заявляемого способа очевидны: значительно сокращается длительность выделения получаемого амида жирной кислоты, улучшается его очищаемость, что позволяет проводить очистку за один цикл кристаллизации, повышается выход продукта.

Опытные испытания показали, что поверхностная смазка, полученная заявляемым способом, обеспечивает прозрачность полимерного материала, придает ему водоотталкивающие свойства, повышает приемистость материала к печатанию и окрашиванию при нанесении тампопечати, отвечает требованиям технологичности, предъявляемым потребителем по показателю "сыпучесть" согласно ГОСТ 22267-12.82. Применение поверхностной смазки разрешено Минздравом. Результаты испытаний приведены в табл.2.

Испытания в условиях эксплуатации показали, что применение заявляемой поверхностной смазки при изготовлении шприцев одноразового применения обеспечивает скользящий эффект в подвижных деталях шприцев, легкость скольжения шприцев при их перемещении на печатных, сборочных и упаковочных автоматах.