CN1282350A - 由位阻胺稳定的乙烯聚合物在生产用于储存和运输植物油酯的塑料制品中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及位阻胺或其N－羟基或N－烃氧基衍生物稳定的乙烯均聚物和共聚物在生产用于储存和运输植物油酯的塑料制品和元件方面的应用。
Description
本发明涉及由位阻胺或其N-羟基或N-烃氧基(N-oxyl)衍生物稳定的乙烯均聚物和共聚物在生产用于储存和运输植物油酯的塑料制品和元件方面的应用。
本发明还涉及使用这种稳定的聚合物生产的用于储存和运输植物油酯的塑料制品和元件，并涉及通过加入喹啉或二苯胺衍生物稳定的乙烯均聚物和共聚物。
在汽车燃料系统中点火和柴油机车所用聚乙烯塑料燃料箱(PFTs)的应用日益增多。特别是对于柴油机车，基于可再生原料的生物柴油燃料的重要性日益增加。主要的生物柴油燃料是基于植物油甲酯(VMEs)的，其中油菜籽油甲酯(RME)是主要的代表。随着生物柴油燃料变得越来越重要，其在由聚乙烯制成的容器或管道中的储存和运输也变得越来越重要。
RME经证明对许多机动车燃料系统中所用的塑料是有侵蚀性的。即使是用于生产PFTs和其它中空制品的高分子量聚乙烯也会被RME进攻，特别是在高温时。其结果是加速了材料的脆化，由此削弱了其长期使用性能。
有人曾建议涂敷中空制品的内部可克服此问题。但是内部涂敷的一个缺点是它在工业上实现太复杂，因此总是显著增加额外的生产费用。而且，在PFT部分要越来越多地使用带有中心隔离层的6层共挤塑罐，其额外的内部氟化作用将严重地增加这种PFTs的生产成本。
本发明的目的是提供用于生产储存和运输植物油酯的塑料制品和元件的乙烯均聚物和共聚物，所述聚合物已被稳定以防止植物油酯的作用。
我们发现此目的可通过使用由位阻胺或其N-羟基或N-烃氧基衍生物稳定的乙烯均聚物和共聚物生产用于储存和运输植物油酯的塑料制品和元件来实现。
我们还发现了使用这种稳定的聚合物生产的用于运输和储存植物油酯的塑料制品和元件，以及通过加入喹啉或二苯胺衍生物稳定的乙烯均聚物和共聚物。
用于乙烯均聚物和共聚物的适宜稳定剂为位阻胺的N-羟基和N-烃氧基衍生物，但优选位阻胺本身。
位阻胺是指所有这样的仲胺：其与胺的氮相邻的碳上的取代基可使在这些位置不存在单个氢。优选在4-位或胺的氮被取代的2，2，6，6-四甲基哌啶的衍生物，以及喹啉和二苯胺的衍生物。
适宜胺的实例为具有下列结构者：
其中Rs为相同或不同的烷基、环烷基、芳烷基或芳基，单独或成对形成环体系，Y为完成5-或6-元环需要的基团。R的实例为C1-C20-烷基，特别为C1-C8-烷基、C5或C6-环烷基、苄基或苯基。Y的实例为亚烷基-(CH2)2-和-(CH2)3-。
同样适宜的还有具有下列结构者：
其中芳环各可带有1-3个惰性取代基例如C1-C4-烷基、C1-C4-环烷基或氰基。
优选使用环胺如哌啶或吡咯烷化合物的位阻胺衍生物，其环可含有不与位阻胺氮相邻的其它杂原子如氮、氧或硫。位阻效应是由与胺氮相邻的两个位置上的取代基提供的，适宜的取代基为取代了α-CH2-基团上所有4个氢的烃基团。取代基的实例为苯基、C3-C6-环烷基、苄基且特别为C1-C6-烷基，与同一α碳相连的烷基可以彼此相连成5-或6-元环。分别列于R1和R2下的基团是特别优选的。优选使用2，2，6，6-四烷基哌啶衍生物。
用于本发明的优选位阻胺或其N-羟基或N-烃氧基衍生物为式Ⅰ代表者：
其中
R1和R2为C1-C4-烷基或苯基或与和其相连的碳一起形成5-或6-元饱和烃环，
R3为氢、羟基、氨基或m-价的与氧或氮相连的有机基团或与R4一起为氧或在R4下所定义的环结构，
R4为氢、C1-C12-烷基或与R3一起为氧或与R3及与它们相连的碳一起为环结构：
其中当R3和R4联合形成一个基团时m为1，
R5为氢、C1-C12-烷基或-(CH2)z-COOR6，
R6为相同或不同的C1-C18-烷基，
X为氢、羟基或氧，
k为0或1，
z和p为1-12并且
m为1-100。
R1和R2可以为C1-C4-烷基，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基或一起形成四或五亚甲基。R1和R2优选为甲基。
R4的实例为氢、上述C1-C4-烷基以及戊基、仲戊基、叔戊基、新戊基、己基、2-甲基戊基、庚基、2-甲基己基、辛基、异辛基、2-乙基己基、壬基、2-甲基壬基、异壬基、2-甲基辛基、癸基、异癸基、2-甲基壬基、十一烷基、异十一烷基、十二烷基和异十二烷基(异辛基、异壬基和异癸基为派生自通过羰基合成法所得羰基化合物的俗名；这方面参见《Ullmann化工百科全书》，第5版，A1卷，290-293页和A10卷，284-285页)。
p优选为6-12，特别为9。
z优选为1-4，特别为2。
R5的实例除氢外还为上述C1-C12-烷基。R5优选为氢、C1-C4-烷基或(CH2)z-COO(C1-C6-烷基)，并且特别优选-CH2-CH2-COO(CH2)11-CH3和-CH2-CH2-COO(CH2)13-CH3。
R6可能的实例为上述C1-C12-烷基之一或十三烷基、异十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基或十八烷基。十二烷基和十六烷基是优选的。
优选的基团R3的实例为下列m价的基团： 
其中
R7为C1-C12-烷基或-(CH2)z-COOR6，
R8为氢或C1-C18-烷基，
R9为C1-C18-烷基、乙烯基或异丙烯基，
R10为C8-C22-烷基，
R11为氢或在初始单体的自由基聚合过程中通常所形成的有机基团，
k为0或1，
x为1-12并且
n为偶数m。
如果R3为这些基团之一，则R4优选为氢。变量m可以为1-100，优选为1，2，3，4或10-50的数，特别是在低聚或聚合基团R3的情况下，一般使用混合物。
已经发现m≥2的低聚和聚合胺衍生物具有特别好的稳定作用。还优选那些不包含可水解基团如酯基团的胺衍生物。
适宜的基团R7与R5相同。R7优选为C1-C4-烷基。
除氢外，适宜的基团R8与R6相同。R8优选为氢。
特别适宜的基团R9为乙烯基、异丙烯基或C15-C17-烷基。
适宜的基团R10的实例为上述C8-C18-烷基以及十九烷基、二十烷基、二十一烷基和二十二烷基。此处优选碳链长度不同的基团R10的混合物。
基团R11为氢或在初始单体的自由基聚合过程中所形成的有机基团，在此情况下为由乙烯衍生物和马来酰亚胺衍生物形成者；换言之，例如为由聚合引发剂或由自由基中间体形成的基团，或如本领域技术人员所知的另一个这种基团。
其它优选的胺化合物为：
2，2，6，6-四甲基哌啶、2，2，6，6-四甲基哌啶-4-醇、2，2，6，6-四甲基哌啶-4-酮、2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基乙酸酯、2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基2-乙基己酸酯、2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基硬脂酸酯、2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基苯甲酸酯、2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基4-叔丁基苯甲酸酯、二(2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基)琥珀酸酯、二(2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基)己二酸酯、二(2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基)癸二酸酯、二(2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基)正丁基丙二酸酯、二(2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基)邻苯二甲酸酯、二(2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基)间苯二甲酸酯、二(2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基)对苯二甲酸酯、二(2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基)六氢对苯二甲酸酯、N，N’-二(2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基)己二酰胺、N-(2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基)己内酰胺、N-(2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基)十二烷基琥珀酰胺、2，4，6-三-[N-丁基-N-(2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基)]-s-三嗪、4，4’-亚乙基二(2，2，6，6-四甲基哌嗪-3-酮)和三(2，2，6，6-四甲基-1-烃氧基哌啶-4-基)亚磷酸酯及其N-羟基和N-烃氧基衍生物。
特别优选的胺化合物为聚[3-二十烷基(二十四烷基)-1-[2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基]吡咯烷-2，5-二酮](来自BASF AG的Uvinul5050H)，特别为聚[[6-(1，1，3，3-四甲基丁基)氨基]-1，3，5-三嗪-2，4-二基][(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]-1，6-己烷二基[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]](来自Ciba Additives GmbH的Chimassorb944)。
如那些哌啶衍生物，优选的喹啉和二苯胺衍生物为通过适当的有机基团低聚或聚合的衍生物。经证明适宜的实例为聚合的2，2，4-三甲基-1，2-二氢喹啉(TMQ)、6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2-二氢喹啉(ETMQ)、苯乙烯化二苯胺(SDPA)和辛基化二苯胺(ODPA)。这类位阻胺或其N-羟基或N-烃氧基衍生物至今一直主要用于稳定橡胶；在我们的发明之前通过加入喹啉或二苯胺衍生物而稳定的乙烯均聚物和共聚物是未知的。
用于本发明的乙烯均聚物和共聚物包括位阻胺或其N-羟基或N-烃氧基衍生物，优选其用量占聚合物总质量的100-5000 ppm，特别优选的用量为300-2000 ppm。
聚乙烯通常包括起热及过程中稳定作用的其它物质。这些也可与用于本发明的REM稳定剂联用的物质包括位阻酚(它们还可包含氮和／或硫作为杂元素)、内酯(它们也可包含氮和／或硫作为杂元素)、有机亚磷酸酯(例如三烷基亚磷酸酯)(它们也可包含氮和／或硫作为杂元素)以及碱金属和碱土金属硬脂酸盐。位阻酚类稳定剂的实例为苯丙酸3，5-二(1，1-二甲基乙基)-4-羟基-2，2-二[[3-[3，5-二(1，1-二甲基乙基)-4-羟基苯基]-1-氧代丙氧基甲基]-1，3-丙二基酯(来自CibaAdditives GmbH的Irganox1010)、苯丙酸3，5-二(1，1-二甲基乙基)-4-羟基十八烷基酯(来自Ciba Additives GmbH的Irganox1076)、4-[[4，6-二(辛硫基)-1，3，5-三嗪-2-基]氨基]-2，6-二(1，1-二甲基乙基)苯酚(来自Ciba Additives GmbH的Irganox565)以及N，N’-六亚甲基二(3，5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酰胺)(来自Ciba Additives GmbH的Irganox1098)。内酯类稳定剂的实例为苯并呋喃-2-酮，如5，7-二叔丁基-3-(3，4-二甲基苯基)-3H-苯并呋喃-2-酮。有机亚磷酸酯类稳定剂的实例为2，4-二(1，1-二甲基乙基)苯酚亚磷酸酯(来自CibaAdditives GmbH的Irganox168)和亚磷酸[1，1’-联苯基]-4，4’-二基二-四[2，4-二(1，1-二甲基乙基)苯基]酯。
向聚合物中掺入稳定剂可在例如生产颗粒状基体材料期间进行，或直到制备成型的熔融过程才进行，制备成型可通过例如挤塑、注塑或吹塑进行。
对于挤塑和吹塑领域的应用，聚乙烯的熔体流动速率MFR(190／21．6)优选为1-25g／10 min，特别为2-20g／10 min，而对于注塑领域的应用，MFR(190／2．16)优选为0．1-100g／10 min，特别为0．2-10g／10min。
特别适用于本发明的乙烯均聚物和共聚物的密度为0．930-0．970，特别为0．940-0．960g／cm3，并且所用聚合物为通常用于例如生产PFTs的HDPE是特别有利的。
本发明所用乙烯均聚物和共聚物极其适于生产运输和储存植物油酯，特别是植物油甲基酯的塑料制品和元件。
此处上下文中塑料制品和元件是指所有长期暴露于植物油酯的塑料部件，特别是塑料燃料箱，以及诸如管道和进料管、瓶、罐、转筒等部件。
实施例
实施例1-8
用表1所提到的稳定剂处理高分子量聚乙烯(来自BASF AG的Lupolen4261)。这是通过由约150g聚乙烯与每种稳定剂以表1所列的浓度形成干混物，随后将该混合物熔融并于180℃在辊炼机中剧烈混合5分钟而进行的。所得辊炼片料用于根据ISO 1872-2生产4mm厚压塑板。由这些板冲压成ISO 527-2 1B型拉伸棒。对于每个样品，均有4根拉伸棒放在90℃RME中超过1000 h，在RME中加入了0．3ml／l甘油、5ml／l油酸和2．7ml／l水。然后将这些拉伸棒移出RME、干燥以除去粘附的液体并在100℃于空气中放置72小时以上。这样处理之后，按ISO 527的拉伸试验取4次测试的平均值测定断裂伸长率(表1)。表1的结果显示用位阻胺型(HALS)稳定剂处理的样品具有最高的断裂伸长率，而酚类和亚磷酸酯稳定剂则未显示其作为。
实施例9-11
使用根据表2用不同量HALS稳定剂Chimassorb944(来自CibaAdditives GmbH)处理的Lupolen4261 A通过吹塑法生产平均壁厚为0．8mm的试验瓶(额定容量300ml)。这些试验瓶中充满了其中加有0．3ml／l甘油、5ml／l油酸和2．7ml／l水的RME。将为了避免内部压力而未封紧的瓶子放置在80℃的空气烘箱中。在固定的时间点，移走瓶子。根据ISO 1628测定这些瓶子的外壁表面样品的聚乙烯特性粘度--斯淘丁格指数。结果示于表2中。
表1：不同稳定剂对聚乙烯断裂伸长率的影响
表2：于80℃在空气中放置后装满RME瓶外表面聚乙烯的降解
| 实施例 | 稳定剂 | 稳定剂类型 | 用量[ppm] | ISO 527断裂伸长率[％] |
| 1 | 无 | 47 | ||
| 2 | IRGANOX 565 | 苯酚 | 300 | 39 |
| 3 | IRGANOX 1098 | 苯酚 | 300 | 44 |
| 4 | IRGANOX 1010 | 亚磷酸酯 | 1000 | 49 |
| 5 | IRGAFOS 168 | 苯酚 | 1000 | 40 |
| 6 | UNINUL 5050H | HALS | 300 | 58 |
| 7 | CHIMASSORB 944 | HALS | 300 | 125 |
| 8 | TINUVIN 783 | HALS | 300 | 71 |
| 实施例 | CHIMASSORB 944的加入量[ppm] | 放置一定时间后的斯淘丁格指数[ccm／g] | ||||
| 开始 | 8d | 15d | 22d | |||
| 9 | 无 | 370 | 92 | 45 | 36 | |
| 10 | 300 | 370 | 358 | 55 | 61 | |
| 11 | 1100 | 370 | 330 | 318 | 260 | |
实施例12和13
用表3所提到的稳定剂(来自Flexsys GmbH的FlectolTMQ)处理高分子量的聚乙烯(来自BASF AG的Lupolen4261 A)。这是通过以表3所列浓度将稳定剂溶解在氯仿中，并将该溶液与Lupolen混合而进行的。蒸走氯仿，将干混物熔融并在辊炼机中于180℃剧烈混合5分钟。所得辊炼片料用于根据ISO 1872-2生产1mm厚压塑板。将这些板切成约15mm宽的样条。对于每个样品，将一个样条放置在90℃的其中加有0．3ml／l甘油、5ml／l油酸和2．7ml／l水的RME(Connester ME6020)中72小时以上。随后，从RME中移出这些样条，干燥以除去粘附的液体并在120℃的空气中放置。这样处理完后，根据ISO 1628测定聚乙烯的特性粘度--斯淘丁格指数。结果示于表3中。
表3：稳定剂对在RME中放置后的聚乙烯降解作用的影响
| 实施例 | 稳定剂 | 稳定剂的加入量[ppm] | 放置一定时间后的斯淘丁格指数[ccm／g] | ||||||
| 开始 | 50h | 239h | 500h | 1004h | |||||
| 12 | 无 | 370 | 119 | 98 | a) | a) | |||
| 13 | 2，2，4-三甲基-1，2-二氢喹啉聚合的(FlectolTMQ) | 1000 | 335 | 323 | 334 | 323 | 332 | ||
a)：样品变脆
Claims (10)
1．由位阻胺或其N-羟基或N-烃氧基衍生物稳定的乙烯均聚物和共聚物在生产用于储存和运输植物油酯的塑料制品和元件方面的应用。
2．权利要求1所要求的应用，其中乙烯均聚物和共聚物是用式Ⅰ的位阻胺或其N-羟基或N-烃氧基衍生物稳定的
其中
R1和R2为C1-C4-烷基或苯基或与和其相连的碳一起为5-或6-元饱和烃环，
R3为氢、羟基、氨基或m-价的与氧或氮相连的有机基团或与R4一起为氧或在R4下所定义的环结构，
R4为氢或C1-C12-烷基或与R3一起为氧或与R3及与它们相连的碳一起为环结构：
其中当R3和R4联合形成一个基团时m为1，R5为氢、C1-C12-烷基或-(CH2)z-COOR6，R6为相同或不同的C1-C18-烷基，X为氢、羟基或氧，k为0或1，z和p为1-12并且
m为1-100。
3．权利要求1或2所要求的应用，其中乙烯均聚物和共聚物包括用量占聚合物总质量100-5000 ppm的位阻胺或其N-羟基或N-烃氧基衍生物。
4．权利要求1-3任一项所要求的应用，其中乙烯均聚物和共聚物的密度为0．930-0．970g／cm3。
5．权利要求1-4任一项所要求的应用，其中用HDPE作为聚合物。
6．权利要求1-5任一项所要求的在生产用于储存和运输植物油甲基酯的塑料制品和元件方面的应用。
7．权利要求1-6任一项所要求的在生产用于储存和运输油菜籽油甲基酯的塑料制品和元件方面的应用。
8．使用权利要求1-7任一项所列的稳定化乙烯均聚物和共聚物所生产的用于储存和运输植物油酯的塑料制品或元件。
9．权利要求8所要求的塑料燃料箱形式的塑料制品。
10．通过加入喹啉或二苯胺衍生物而稳定的乙烯均聚物或共聚物。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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