CN111285795A - 一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂及制备与应用 - Google Patents

一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂及制备与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂及制备与应用，该光稳定剂的结构式为
Figure DDA0002382518470000011
其中R为C1‑C6的直链烷基或C5‑C7环烷烃；该类光稳定剂的应用，用于以该光稳定剂为助剂获得高分子材料；本发明的光稳定剂具备低碱性，由于烷氧基的引入使活性氮电子云密度降低，进而降低氮的反应活性，同时由于它们的结构能直接进入受阻胺发挥稳定作用的链循环，可避免传统受阻胺生成氮氧自由基的过程被化学物质延缓或阻止，破坏发挥光稳定活性的链循环的问题出现，提高产品的光稳定效果；本发明所制得的光稳定剂应用于获得单丝和流延膜，使得单丝和流延膜能在酸性条件下仍具备防老化性能。

Description

一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂及制备与应用
【技术领域】
本发明属于光稳定剂及其制备和应用领域，尤其涉及一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂及制备与应用。
【背景技术】
光稳定剂作为高分子材料助剂之一，在材料中具有非常重要的作用，尤其是使用在户外的各种高分子材料制品中，它能屏蔽或吸收紫外线的能量，猝灭单线态氧及将氢过氧化物分解成非活性物质等功能，使高分子材料在光的辐射下，能排除或减缓光化学反应可能性，阻止或延迟光老化的过程，从而达到延长高分子材料制品使用寿命的目的。
我国光稳定剂研究与生产始于20世纪60年代。光稳定剂需求量保持稳定增长态势，2015年光稳定剂产量为1.99万吨，表观消耗量为1.62万吨，进口量为0.65万吨，出口量为1.02万吨，市场增长率在10％以上，其中受阻胺类约占60％，UV吸收剂占35％，猝灭剂占1％。尤其随着农用薄膜的广泛使用，市场对农膜性能的要求也逐步提高，并且农膜功能划分更细、要求更高，特别是对于如花卉、西瓜等喷洒农药较多的作物，以及受酸雨影响地区使用的大棚膜等。
传统的受阻胺类光稳定剂品种多系N-H四甲基哌啶衍生物，由于哌啶基团带有碱性，在温室棚膜应用中易与农药、化肥中含硫含卤化合物，特别是与含硫、含氯的酸性农药，酸雨中酸性物质反应形成盐，导致该有效基团失效，进而导致光稳定剂在农用大棚膜的使用中提前失效。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂及制备与应用，以该稳定剂为助剂获得的高分子材料在酸性条件下仍具备防老化性能，尤其是以该稳定剂为助剂获得的单丝和流延膜具有很好的防老化性能。
本发明采用以下技术方案：一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂，该光稳定剂的结构式为
Figure BDA0002382518450000021
其中R为C1-C6的直链烷基或C5-C7环烷烃。
一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂的制备方法，合成路线为：
Figure BDA0002382518450000022
其中R为C1-C6的直链烷基。
进一步的，该制备方法由以下步骤组成：在1号催化剂的作用下，式1被30％H2O2溶液氧化得到式2，在2号催化剂的作用下，式2中的氮氧自由基被丙氧基取代得到式3，式1得到式2的反应温度为15-35℃，反应时间12-36h，式1与H2O2的投料比为1:1-1.5。
进一步的，式2得到式3时先加入乙醇、烷基醛、乙酸、2号催化剂，在反应温度为15-35℃的条件下反应时间6-12h，再加入H2O2溶液，在反应温度为15-35℃的条件下继续反应24h；式2:烷基醛:H2O2溶液的投料比为1:0.4-0.6:0.8-1.2。
进一步的，1号催化剂为硫酸亚锡、钨酸钠或钼酸钠，2号催化剂为氯化亚铁、氯化亚铜或氯化亚锡，2号催化剂占总投料量的0.5-2.0％。
一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂的制备方法，合成路线为：
Figure BDA0002382518450000031
其中R为C5-C7环烷烃。
进一步的，该制备方法由以下步骤组成：在1号催化剂的作用下，式1被30％H2O2溶液氧化得到式2，在3号催化剂和4号催化剂的作用下，式2中的氮氧自由基被环己氧基取代得到式4，式1得到式2的反应温度为15-35℃，反应时间12-36h，式1与H2O2的投料比为1:1-1.5。
进一步的，式2得到式4时先加入乙腈、环烷烃、3号催化剂、水、乙酸、4号催化剂；在反应温度为60-80℃的条件下再滴加H2O2溶液2-4h，在反应温度为60-80℃的条件下继续反应6-12h，式2:环烷烃:H2O2溶液的投料比为1:6-10:2-4。
进一步的，1号催化剂为硫酸亚锡、钨酸钠或钼酸钠，3号催化剂为FeSO4、CuSO4、氯化亚铜，3号催化剂占总投料量的0.5-2.0％，4号催化剂为TBAB、TCMAC或PEG-400。
低碱型受阻胺类光稳定剂的应用，用于以该光稳定剂为助剂获得高分子材料。
本发明的有益效果是：本发明的光稳定剂具备低碱性，由于烷氧基的引入使活性氮电子云密度降低，进而降低氮的反应活性，同时由于它们的结构能直接进入受阻胺发挥稳定作用的链循环，可避免传统受阻胺生成氮氧自由基的过程被化学物质延缓或阻止，破坏发挥光稳定活性的链循环的问题出现，提高产品的光稳定效果；本发明的制备方法收率高、纯度好、便于操作实施、适合于工业化生产，本发明所制得的光稳定剂应用于获得单丝和流延膜，使得单丝和流延膜能在酸性条件下仍具备防老化性能。
【附图说明】
图1为本发明实施例1制备所得光稳定剂的质谱图；
图2为本发明实施例1制备所得光稳定剂的核磁氢谱图；
图3为本发明实施例2制备所得光稳定剂的质谱图；
图4为本发明实施例2制备所得光稳定剂的核磁氢谱图。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明公开了一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂，该光稳定剂的结构式为
Figure BDA0002382518450000041
其中R为C1-C6的直链烷基或C5-C7环烷烃。
本发明还公开了一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂的制备方法，该光稳定剂的R基可以为C1-C6的直链烷基或C5-C7环烷烃，其中R为C1-C6的直链烷基标记为R1，其合成路线为：
Figure BDA0002382518450000051
其中R1为C1-C6的直链烷基。
在1号催化剂的作用下，式1被30％H2O2溶液氧化得到式2，在2号催化剂的作用下，式2中的氮氧自由基被丙氧基取代得到式3，式1得到式2的反应温度为15-35℃，反应时间12-36h，式1与H2O2的投料比为1:1-1.5。1号催化剂为硫酸亚锡、钨酸钠或钼酸钠，2号催化剂为氯化亚铁、氯化亚铜或氯化亚锡。
式2得到式3时先加入乙醇、烷基醛、乙酸，在反应温度为15-35℃的条件下反应时间6-12h，再加入H2O2溶液，在反应温度为15-35℃的条件下继续反应24h；式2:烷基醛:H2O2溶液的投料比为1:0.4-0.6:0.8-1.2；其中乙醇的作用为溶剂，乙酸的作用为助催化剂。2号催化剂占总投料量的0.5-2.0％，其中总投料量为1号催化剂、H2O2溶液、2号催化剂、乙醇、烷基醛、乙酸的总质量。
本发明还公开了一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂的制备方法，该光稳定剂的R基可以为C1-C6的直链烷基或C5-C7环烷烃，其中R为C5-C7环烷烃时标记为R2，其合成路线为：
Figure BDA0002382518450000061
其中R2为C5-C7环烷烃。
在1号催化剂的作用下，式1被30％H2O2溶液氧化得到式2，在3号催化剂和4号催化剂的作用下，式2中的氮氧自由基被环己氧基取代得到式4，式1得到式2的反应温度为15-35℃，反应时间12-36h，式1与H2O2的投料比为1:1-1.5。1号催化剂为硫酸亚锡、钨酸钠或钼酸钠，3号催化剂为FeSO4、CuSO4、氯化亚铜。
式2得到式4时先加入乙腈、环烷烃、乙酸、水、3号催化剂、4号催化剂，在反应温度为60-80℃的条件下再滴加H2O2溶液2-4h，在反应温度为60-80℃的条件下继续反应6-12h，式2:环烷烃:H2O2溶液的投料比为1:6-10:2-4；其中乙腈的作用为溶剂，乙酸的作用是助催化剂，3号催化剂占总投料量的0.5-2.0％，其中总投料量为1号催化剂、H2O2溶液、3号催化剂、4号催化剂、乙腈、环烷烃、乙酸、水的总质量，4号催化剂为TBAB、TCMAC或PEG-400。
由于现有的受阻胺类光稳定剂的哌啶基团低碱性化，想要在不影响其氮氧自由基生成速率的前提下，降低其与酸性物质的反应活性，进而提升其耐酸性。N-H受阻哌啶化合物的碱性最大，N-取代烷基(N-R)次之，N-取代烷氧基(N-OR)最小，如表1所示。
表1受阻胺的碱性
Figure BDA0002382518450000071
因此，本发明通过烷氧基的引入，可以使哌啶基中的活性氮电子云密度下降，从而降低氮的反应活性，同时由于其结构能直接进入受阻胺自由基捕捉功能的链循环，因而大大提升了其自由基捕捉能力。本发明的制备方法收率高、纯度好、便于操作实施、适合于工业化生产，本发明所制得的光稳定剂应用于单丝和流延膜，使得单丝和流延膜能在酸性条件下仍具备防老化性能。
本发明还公开了一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂的应用，用于以该稳定剂为助剂获得高分子材料，尤其是用于以该稳定剂为助剂获得的单丝和流延膜，使得单丝和流延膜在酸性条件下具有很好的防老化性能。本发明的光稳定剂由于烷氧基的引入使活性氮电子云密度降低，进而降低氮的反应活性，同时由于它们的结构能直接进入受阻胺发挥稳定作用的链循环，可避免传统受阻胺生成氮氧自由基的过程被化学物质延缓或阻止，破坏发挥光稳定活性的链循环的问题出现，提高产品的光稳定效果。
实施例1
将8.0g(16.7mmol)的770与20mL水混合，15℃搅拌10min，投入0.5g硫酸亚锡，滴加8g 30％过氧化氢水溶液，控制温度为20-25℃，继续保温反应24h。反应完后用100mL乙酸乙酯萃取三次，真空脱除溶剂，得到式2，低温保存待用。
取8.5g(16.7mmol)式2溶解在35mL乙醇中，再加入4.3g正丁醛、0.2g乙酸，0.5g氯化亚铁，在2h内加入5g 30％过氧化氢水溶液，反应温度25℃，反应6h之后，加入2g过氧化氢溶液，在反应温度为25℃的条件下反应24h后得到式3，加入100mL乙酸乙酯，分层取有机相，有机相用10％抗坏血酸、水、5％碳酸钠溶液、饱和的氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，脱溶剂，得棕色油状体产物为本发明的丙氧基取代的光稳定剂8.84g，产率89.02％。
丙氧基取代的光稳定剂的质谱图如图1所示，MS(ESI)m/z＝597.4980[M+H]+,calc.for C34H65N2O6 +＝597.4837.
丙氧基取代的光稳定剂的核磁氢谱图如图2所示，1H NMR(Chloroform-d,400MHz):δ(ppm)7.28(s,4H),5.37–4.83(m,9H),3.66(s,7H),2.33(d,J＝6.8Hz,21H),2.11(s,12H),1.89(d,J＝10.2Hz,11H),1.81(s,8H),1.59(dd,J＝53.3,41.4Hz,28H),1.43–0.84(m,124H),1.19–0.84(m,9H),0.07(s,4H)。
实施例2
将8.0g(16.7mmol)的770与20mL水混合，15℃搅拌10min，投入0.5g硫酸亚锡，滴加8g 30％过氧化氢水溶液，控制温度为20-25℃之间，继续保温反应24h。反应完后用100mL乙酸乙酯萃取三次，真空脱除溶剂，得到式2，低温保存待用。
在250ml三口瓶中，依次加入取8.5g(16.7mmol)式2、90mL乙腈、60mL环己烷、0.6gCuSO4、5mL水、0.4g乙酸和1.05g TBAB，氮气保护，混合体系在室温搅拌0.5h。将混合体系的温度升高到65℃，在3h内向反应瓶中缓慢滴加22.7g30％过氧化氢溶液。滴加完毕后，继续反应6h得到式4，然后过滤除去固体残留物，得到黑褐色滤液，加入去离子水和二氯甲烷，萃取，有机相水洗三次，直至PH＝7左右，真空脱溶得到棕红色产物9.37g，产率83.67％。
环己氧基取代的光稳定剂的质谱图如图3所示，MS(ESI)m/z＝677.5537[M+H]+,calc.for C40H73N2O6 +＝677.5463.
环己氧基取代的光稳定剂的核磁氢谱图如图4所示，1H NMR(Chloroform-d,400MHz):δ(ppm)δ5.10(m,2H),3.66(s,2H),2.33(d,J＝6.8Hz,4H),2.11(s,4H),1.89(d,J＝10.2Hz,4H),1.81(s,4H),1.59(dd,J＝53.3,41.4Hz,12H),1.14(m,12H),1.19–1.12(m,28H).
实施例3
以该稳定剂为助剂获得的单丝的防老化性能，即在酸化PP单丝中的防老化性能
在亚硫酸溶液浸泡后，丙基取代(770-3)、环己基取代(770-6)与光稳定剂770在单丝中的应用，在UVB-313条件进行了100h的老化时间的测试，测得的单丝的最大拉力如下表2。
表2亚硫酸浸泡后UVB-313条件下老化的单丝的最大拉力(N)
Figure BDA0002382518450000091
由表2可以看出，添加3‰的光稳定剂770-3与光稳定剂770-6后单丝具有一定的耐酸性，而光稳定剂770在100h以内粉化。因此，光稳定剂770-3与770-6具有一定的耐酸性。
实施例4
以该稳定剂为助剂获得的流延膜的防老化性能，即在酸化PE流延膜中的防老化性能。
在亚硫酸溶液浸泡后，丙基取代(NOR770-3)、环己基取代(NOR770-6)与光稳定剂770在流延膜中的应用，在UVB-313条件进行了不同老化时间的测试，测得的流延膜的最大拉升强度如下表3。
表3亚硫酸浸泡后UVB-313条件下老化的流延膜的拉伸强度(MPa)
Figure BDA0002382518450000101
由表3可以看出，对于酸处理后的流延膜，添加3‰的NOR770-3与NOR770-6比770具有更好的防老化效果。

Claims (10)

1.一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂，其特征在于，该光稳定剂的结构式为
Figure FDA0002382518440000011
其中R为C1-C6的直链烷基或C5-C7环烷烃。
2.如权利要求1所述的一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂的制备方法，其特征在于，合成路线为：
Figure FDA0002382518440000012
其中R为C1-C6的直链烷基。
3.根据权利要求2所述的一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：在1号催化剂的作用下，式1被30％H2O2溶液氧化得到式2，在2号催化剂的作用下，式2中的氮氧自由基被丙氧基取代得到式3，所述式1得到式2的反应温度为15-35℃，反应时间12-36h，式1与H2O2的投料比为1:1-1.5。
4.根据权利要求3所述的一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂的制备方法，其特征在于，所述式2得到式3时先加入乙醇、烷基醛、乙酸、2号催化剂，在反应温度为15-35℃的条件下反应时间6-12h，再加入H2O2溶液，在反应温度为15-35℃的条件下继续反应24h；所述式2:烷基醛:H2O2溶液的投料比为1:0.4-0.6:0.8-1.2。
5.根据权利要求3或4所述的一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂的制备方法，其特征在于，所述1号催化剂为硫酸亚锡、钨酸钠或钼酸钠，所述2号催化剂为氯化亚铁、氯化亚铜或氯化亚锡，所述2号催化剂占总投料量的0.5-2.0％。
6.根据权利要求1所述的一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂的制备方法，其特征在于，合成路线为：
Figure FDA0002382518440000021
其中R为C5-C7环烷烃。
7.根据权利要求6所述的一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：在1号催化剂的作用下，式1被30％H2O2溶液氧化得到式2，在3号催化剂和4号催化剂的作用下，式2中的氮氧自由基被环己氧基取代得到式4，所述式1得到式2的反应温度为15-35℃，反应时间12-36h，式1与H2O2的投料比为1:1-1.5。
8.根据权利要求7所述的一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂的制备方法，其特征在于，所述式2得到式4时先加入乙腈、环烷烃、3号催化剂、水、乙酸、4号催化剂；在反应温度为60-80℃的条件下再滴加H2O2溶液2-4h，在反应温度为60-80℃的条件下继续反应6-12h，所述式2:环烷烃:H2O2溶液的投料比为1:6-10:2-4。
9.根据权利要求7或8所述的一种烷氧基修饰的低碱型受阻胺类光稳定剂的制备方法，其特征在于，所述1号催化剂为硫酸亚锡、钨酸钠或钼酸钠，所述3号催化剂为FeSO4、CuSO4、氯化亚铜，所述3号催化剂占总投料量的0.5-2.0％，所述4号催化剂为TBAB、TCMAC或PEG-400。
10.如权利要求1-9任一所述的低碱型受阻胺类光稳定剂的应用，其特征在于，用于以该光稳定剂为助剂获得高分子材料。
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