RU2734242C1 - Method of producing copolymers of acrylonitrile in mass - Google Patents

Method of producing copolymers of acrylonitrile in mass Download PDF

Info

Publication number
RU2734242C1
RU2734242C1 RU2020108798A RU2020108798A RU2734242C1 RU 2734242 C1 RU2734242 C1 RU 2734242C1 RU 2020108798 A RU2020108798 A RU 2020108798A RU 2020108798 A RU2020108798 A RU 2020108798A RU 2734242 C1 RU2734242 C1 RU 2734242C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polymerization
acrylonitrile
molecular weight
copolymers
carried out
Prior art date
Application number
RU2020108798A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Елена Вячеславовна Черникова
Александр Юрьевич Гервальд
Николай Иванович Прокопов
Роман Владимирович Томс
Анна Валерьевна Плуталова
Original Assignee
Елена Вячеславовна Черникова
Александр Юрьевич Гервальд
Николай Иванович Прокопов
Роман Владимирович Томс
Анна Валерьевна Плуталова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Елена Вячеславовна Черникова, Александр Юрьевич Гервальд, Николай Иванович Прокопов, Роман Владимирович Томс, Анна Валерьевна Плуталова filed Critical Елена Вячеславовна Черникова
Priority to RU2020108798A priority Critical patent/RU2734242C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2734242C1 publication Critical patent/RU2734242C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F112/00Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring
    • C08F112/02Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical
    • C08F112/04Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical containing one ring
    • C08F112/06Hydrocarbons
    • C08F112/08Styrene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F118/00Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an acyloxy radical of a saturated carboxylic acid, of carbonic acid or of a haloformic acid
    • C08F118/02Esters of monocarboxylic acids
    • C08F118/04Vinyl esters
    • C08F118/08Vinyl acetate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F120/00Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride, ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F120/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F120/04Acids; Metal salts or ammonium salts thereof
    • C08F120/06Acrylic acid; Methacrylic acid; Metal salts or ammonium salts thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/04Polymerisation in solution
    • C08F2/06Organic solvent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/38Polymerisation using regulators, e.g. chain terminating agents, e.g. telomerisation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/42Nitriles
    • C08F220/44Acrylonitrile
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F293/00Macromolecular compounds obtained by polymerisation on to a macromolecule having groups capable of inducing the formation of new polymer chains bound exclusively at one or both ends of the starting macromolecule

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: present invention relates to a method of producing composition-homogeneous copolymers of acrylonitrile of specified composition with narrow molecular weight distribution in mass in the presence of radical polymerization initiators. Method involves adding a polymerization regulator (OPC-agent) to a polymerization system consisting of a mixture of an acrylonitrile monomer with a comonomer and an initiator. Polymerization regulator used is organo-sulfur compounds of general structure R-S-C(=S)-S-R', where R and R' – alkyl and aryl substitutes of the same or different structure, which may additionally contain carboxyl, nitrile or ester groups. Polymerization is carried out in the temperature range from 50 to 80 °C. Polymerization method is carried out in an atmosphere of inert gas or in a vacuum at low pressure.
EFFECT: present method enables to obtain a directly-finished product which does not require polymer extraction and purification.
8 cl, 3 ex

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Предлагаемое изобретение касается способа получения сополимера акрилонитрила радикальной полимеризацией с использованием сероорганических соединений общей структуры R-S-C(=S)-S-R', где R и R' - алкильные и арильные заместители одинакового или разного строения, которые дополнительно могут содержать карбоксильные, нитрильные, сложноэфирные и другие группировки.The present invention relates to a method for producing acrylonitrile copolymer by radical polymerization using organosulfur compounds of the general structure RSC (= S) -S-R ', where R and R' are alkyl and aryl substituents of the same or different structure, which may additionally contain carboxyl, nitrile, ester and other groups.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY

Сополимеры акрилонитрила используются для производства текстильных волокон и в качестве прекурсора для получения углеродных волокон. Последние находят применение в производстве армированных композиционных материалов для авиационной, автомобильной промышленности, в строительстве и пр. Традиционные сополимеры акрилонитрила включают один или два сомономера, которые выполняют функции пластификатора и/или ускорителя циклизации нитрильных звеньев. В качестве сомономеров обычно используют метилакрилат, метилметакрилат, акриловую, метакриловую или итаконовую кислоту, акриламид и другие (СА 1281498; TW 201612205 и др.).Acrylonitrile copolymers are used for the production of textile fibers and as a precursor for the production of carbon fibers. The latter are used in the production of reinforced composite materials for the aviation, automotive industry, in construction, etc. Traditional copolymers of acrylonitrile include one or two comonomers that act as a plasticizer and / or an accelerator for the cyclization of nitrile units. Methyl acrylate, methyl methacrylate, acrylic, methacrylic or itaconic acid, acrylamide and others are usually used as comonomers (CA 1281498; TW 201612205, etc.).

Основным способом получения сополимеров акрилонитрила является радикальная полимеризация, которую проводят в среде органического растворителя (US 2010273952; KR 20190038322), водно-солевого раствора роданистого натрия или хлорида цинка (GB 950878, ЕР 0824111; JP 2004211047 А), в эмульсии (RU 2412966; ЕР 2851377; US 7098280; RU 2467021) или суспензии (JP 0310651B2), а также осадительной полимеризацией (RU 2017865 C1; RU 94036404 А1). Основные недостатки этих методов заключаются в невозможности контроля молекулярно-массового распределения и однородности макромолекул сополимера по составу. Эти недостатки приводят к образованию дефектов при производстве ПАН-прекурсора. Преодолеть эти проблемы можно с использованием радикальной полимеризации с обратимой деактивацией цепи, которая позволяет регулировать молекулярно-массовые характеристики сополимеров, получать сополимеры с узким молекулярно-массовым распределением и предотвращать образование композиционно неоднородных сополимеров.The main method for obtaining acrylonitrile copolymers is radical polymerization, which is carried out in an organic solvent (US 2010273952; KR 20190038322), an aqueous salt solution of sodium thiocyanate or zinc chloride (GB 950878, EP 0824111; JP 2004211047 A), in an emulsion (RU 2412966; EP 2851377; US 7098280; RU 2467021) or suspension (JP 0310651B2), as well as precipitation polymerization (RU 2017865 C1; RU 94036404 A1). The main disadvantages of these methods are the impossibility of controlling the molecular weight distribution and the homogeneity of copolymer macromolecules in composition. These disadvantages lead to the formation of defects in the production of the PAN precursor. These problems can be overcome by using radical polymerization with reversible chain deactivation, which allows you to control the molecular weight characteristics of copolymers, obtain copolymers with a narrow molecular weight distribution, and prevent the formation of compositionally inhomogeneous copolymers.

Пример применения радикальной полимеризации с обратимой деактивацией цепи к синтезу сополимеров акрилонитрила включает сополимеризацию акрилонитрила с метилакрилатом и диметилитаконатом в растворе диметилсульфоксида с использованием четыреххлористого углерода, бромида меди (I), трис-(2 -пиридилметил)амина и глюкозы. Этот процесс, протекающий по механизму переноса атома, требует повышенных температур, длительного времени реакции (более 100 ч) и не применим к мономерах с кислотными или амидными группами (RU 2697882 С1).An example of the application of radical polymerization with reversible chain deactivation to the synthesis of acrylonitrile copolymers includes copolymerization of acrylonitrile with methyl acrylate and dimethyl itaconate in a dimethyl sulfoxide solution using carbon tetrachloride, copper (I) bromide, tris- (2-pyridylmethyl) amine and glucose glucose. This process, proceeding by the atom transfer mechanism, requires elevated temperatures, long reaction times (more than 100 h) and is not applicable to monomers with acidic or amide groups (RU 2697882 C1).

Одним из наиболее востребованных вариантов полимеризации с обратимой деактивацией цепи является полимеризация с обратимой передачей цепи под действием серосодержащих соединений общей формулы Z-C(=S)- S-R, где Z и R могут быть арильным, алкильным, ароксильным, алкоксильным заместителем или дизамещенной аминогруппой. Ряд примеров использования этого метода для синтеза сополимеров акрилонитрила известен из уровня техники (RU 2647861 C2; RU 2627264 C1; US 2014271442) все они основаны на проведении сополимеризации в растворе органического растворителя. Основное преимущество этой сополимеризации заключается в возможности ее применения для любых мономеров, полимеризующихся по радикальному механизму, в широком интервале температур. Недостатки описанных в патентах способах реализации данного метода сводятся к низкой скорости полимеризации за счет использования дитиобензоатов (Z=Ph) или за счет низкой концентрации инициатора.One of the most popular variants of polymerization with reversible chain deactivation is polymerization with reversible chain transfer under the action of sulfur-containing compounds of the general formula Z-C (= S) - S-R, where Z and R can be an aryl, alkyl, aroxy, alkoxy substituent or a disubstituted amino group. A number of examples of the use of this method for the synthesis of acrylonitrile copolymers is known from the prior art (RU 2647861 C2; RU 2627264 C1; US 2014271442), all of them based on copolymerization in an organic solvent solution. The main advantage of this copolymerization is that it can be applied to any monomers polymerizing by a radical mechanism over a wide temperature range. The disadvantages of the methods for implementing this method described in patents are reduced to a low polymerization rate due to the use of dithiobenzoates (Z = Ph) or due to a low concentration of the initiator.

Ближайшим аналогом к предлагаемому изобретению является патент US 3345350A Polymerization of acrylonitrile, 03.10.1967, в котором описан способ получения сополимера акрилонитрила в массе методом радикальной полимеризации в присутствии инициатора полимеризации акрилонитрила, который включает механическое перемешивание смеси акрилонитрильного мономера с указанным инициатором полимеризации для распределения инициатора в жидком мономере; прекращение перемешивания реакционной смеси по меньшей мере в начале затвердевания указанной смеси и поддержание реакционной смеси свободной от механического перемешивания.The closest analogue to the proposed invention is patent US 3345350A Polymerization of acrylonitrile, 03.10.1967, which describes a method for producing acrylonitrile copolymer in bulk by the method of radical polymerization in the presence of an acrylonitrile polymerization initiator, which includes mechanical stirring of a mixture of acrylonitrile monomer with the said initiator in the polymerization liquid monomer; stopping stirring of the reaction mixture at least at the beginning of the solidification of said mixture and maintaining the reaction mixture free from mechanical stirring.

Основным недостатком способа по прототипу является то, что реакция полимеризации протекает длительное время (от трех дней до 4-х недель). Кроме того, в патенте не содержится информации о среднечисловой молекулярной массе получаемых полимеров и о индексе полидисперсности.The main disadvantage of the prototype method is that the polymerization reaction takes a long time (from three days to 4 weeks). In addition, the patent does not contain information on the number average molecular weight of the obtained polymers and on the polydispersity index.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕSHORT DESCRIPTION

Способ согласно данному изобретению позволяет получить сополимеры акрилонитрила с молекулярной массой в диапазоне 5-50 кг/моль, а также с узким молекулярно-массовым распределением (индекс полидисперсности не превышает 1.5). Данный способ основан на использовании радикальной полимеризации с обратимой деактивацией цепи, но отличается от известных способов наличием дополнительного регулирования молекулярной массы получаемого сополимера путем регулирования концентрации серосодержащего соединения.The method according to this invention allows to obtain copolymers of acrylonitrile with a molecular weight in the range of 5-50 kg / mol, as well as with a narrow molecular weight distribution (polydispersity index does not exceed 1.5). This method is based on the use of radical polymerization with reversible chain deactivation, but differs from the known methods by the presence of additional regulation of the molecular weight of the resulting copolymer by controlling the concentration of the sulfur-containing compound.

Практическая значимость сополимеров АН низкой ММ заключается в том, что они могут использоваться для получения ПАН-прекурсоров формованием из расплава или сами по себе, или как добавка-пластификатор к сополимеру с более высокой молекулярной массой.The practical significance of low molecular weight AN copolymers is that they can be used to obtain PAN precursors by melt spinning either on their own or as a plasticizer additive to a copolymer with a higher molecular weight.

В предлагаемом изобретении сополимеризация проводится в массе, т.е. в отсутствие растворителя, при содержании сомономера от 10 до 80 мол. %;In the present invention, the copolymerization is carried out in bulk, i.e. in the absence of a solvent, with a comonomer content of 10 to 80 mol. %;

В условиях проведения способа без использования растворителя и регулирования молекулярной массы полимера концентрацией серосодержащего соединения возможно получить композиционно однородный сополимер с высокой скоростью (10-16 ч) и высоким выходом в виде оптически прозрачного монолитного блока.Under the conditions of the method without using a solvent and controlling the molecular weight of the polymer by the concentration of the sulfur-containing compound, it is possible to obtain a compositionally homogeneous copolymer at a high rate (10-16 hours) and high yield in the form of an optically transparent monolithic block.

Данный способ позволяет получить напрямую готовый продукт, не требующий выделения полимера и его очистки.This method allows you to directly obtain a finished product that does not require polymer isolation and purification.

В задачу изобретения положена разработка нового способа получения композиционно однородных сополимеров акрилонитрила заданного состава, молекулярной массы и химической природы с регулируемым распределением звеньев в цепи, применимого для любых функциональных мономеров, полимеризующихся по радикальному механизму, с использованием симметричных (R=R') и несимметричных (R Ф R') тритиокарбонатов общей структуры R-S-C(=S)-S-R', где R и R' - алкильные и арильные заместители одинакового или разного строения, которые дополнительно могут содержать карбоксильные, нитрильные, сложноэфирные и др. группировки.The objective of the invention is to develop a new method for obtaining compositionally homogeneous acrylonitrile copolymers of a given composition, molecular weight and chemical nature with a controlled distribution of links in the chain, applicable for any functional monomers polymerizing by a radical mechanism, using symmetric (R = R ') and asymmetric ( R Ф R ') tritiocarbonates of the general structure RSC (= S) -S-R', where R and R 'are alkyl and aryl substituents of the same or different structure, which may additionally contain carboxyl, nitrile, ester and other groups.

Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является получение двойных и тройных сополимеров со среднечисловой молекулярной массой в диапазоне 5-50 кг/моль, узким молекулярно-массовым распределением (Mw/Mn до 1.5), содержанием сомономеров от 10 до 80 мол. % и регулируемым распределением звеньев в цепи сополимера. Данный результат достигается следующим способом.The technical result from the use of the present invention is to obtain double and ternary copolymers with a number average molecular weight in the range of 5-50 kg / mol, a narrow molecular weight distribution (Mw / Mn up to 1.5), a comonomer content from 10 to 80 mol. % and controlled distribution of units in the copolymer chain. This result is achieved in the following way.

В способе получения сополимера акрилонитрила со среднечисловой молекулярной массой в диапазоне 5-50 кг/моль со вторым мономером, которым может быть алкилакрилат, стирол, винилацетат и др., используют тритиокарбонат (в количестве от 0.3 до 2 мол. % в расчете на мономеры), в котором группа R включает бензильную группу, вторичную или третичную алкильную группу с функциональными заместителями (гидроксил, нитрил, карбоксильная группа, арил), R' по химическому строению или идентична группе R или включает н-алкил. Состав мономерной смеси может составлять от 10 до 80 мол.%. Сополимеризацию проводят в отсутствие растворителя (в массе) с использованием радикального инициатора от 0.05 до 0.1 мол. % в расчете на мономеры в инертной атмосфере (аргон или азот) или в вакууме (при пониженном давлении). Осуществляют нагрев смеси до температуры 50-80°С, полимеризацию проводят 10-16 ч. По окончании полимеризации получают монолитный блок сополимера, который можно растворить в диметилсульфоксиде до нужной концентрации и использовать в качестве прядильного раствора или перевести в вязкотекучее состояние при содержании сомономера не ниже 20 мол. %.In the method of obtaining a copolymer of acrylonitrile with a number-average molecular weight in the range of 5-50 kg / mol with a second monomer, which can be alkyl acrylate, styrene, vinyl acetate, etc., trithiocarbonate is used (in an amount of 0.3 to 2 mol.%, Based on monomers) , in which the R group includes a benzyl group, a secondary or tertiary alkyl group with functional substituents (hydroxyl, nitrile, carboxyl group, aryl), R 'is chemically identical or identical to the R group or includes n-alkyl. The composition of the monomer mixture can be from 10 to 80 mol%. Copolymerization is carried out in the absence of a solvent (in bulk) using a radical initiator from 0.05 to 0.1 mol. % in terms of monomers in an inert atmosphere (argon or nitrogen) or in vacuum (at reduced pressure). The mixture is heated to a temperature of 50-80 ° C, the polymerization is carried out for 10-16 hours. At the end of the polymerization, a monolithic block of the copolymer is obtained, which can be dissolved in dimethyl sulfoxide to the desired concentration and used as a spinning solution or converted into a viscous state with a comonomer content not lower 20 mol. %.

В соответствии с предлагаемым изобретением синтез сополимеров проводят следующим образом.In accordance with the proposed invention, the synthesis of copolymers is carried out as follows.

Реактор продувают аргоном, загружают радикальный инициатор, тритиокарбонат, мономеры и заполняют аргоном или загружают в реактор перечисленные компоненты и дегазируют смесь. Инертная атмосфера или пониженное давление необходимо для предотвращения ингибирования полимеризации и для контроля молекулярных масс сополимеров. Затем реакционную смесь нагревают до 50-80°С и ведут полимеризацию в течение 10-16 часов. Температура ниже 50°С не обеспечивает приемлемую скорость полимеризации; температура выше 80°С приводит к уменьшению предельного выхода полимера. Величина молекулярной массы полимера при полимеризации в массе регулируется концентрацией тритиокарбоната и продолжительностью полимеризации, т.е. конверсией мономеров. Общая схема протекания реакции сополимеризации; постадийная схема получения сополимера со всеми параметрами реакций.The reactor is purged with argon, the radical initiator, tritiocarbonate, monomers are charged and filled with argon or the listed components are loaded into the reactor and the mixture is degassed. An inert atmosphere or reduced pressure is necessary to prevent inhibition of polymerization and to control the molecular weights of the copolymers. Then the reaction mixture is heated to 50-80 ° C and polymerization is carried out for 10-16 hours. Temperatures below 50 ° C do not provide an acceptable polymerization rate; temperatures above 80 ° C lead to a decrease in the ultimate yield of the polymer. The molecular weight of the polymer during bulk polymerization is controlled by the tritiocarbonate concentration and the polymerization time, i.e. conversion of monomers. General scheme of the copolymerization reaction; a step-by-step scheme for obtaining a copolymer with all reaction parameters.

Общую схему протекания реакции сополимеризации можно представить в следующем виде:The general scheme of the copolymerization reaction can be represented as follows:

Figure 00000001
Figure 00000001

По окончании полимеризации получают готовый монолитный продукт или раствор, пригодный для формования после разбавления растворов диметилсульфоксида нужной концентрации.At the end of the polymerization, a finished monolithic product or solution is obtained, suitable for molding after dilution of dimethyl sulfoxide solutions of the required concentration.

Полученный предлагаемым способом сополимер акрилонитрила имеет структуру от статистической до градиентной, в которой порядок распределения звеньев в цепи задается скоростью введения мономеров в полимеризацию:The acrylonitrile copolymer obtained by the proposed method has a structure from statistical to gradient, in which the order of distribution of links in the chain is set by the rate of introduction of monomers into polymerization:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Полученные сополимеры характеризуются значением среднечисловой молекулярной массой в диапазоне 5-50 кг/моль, Mw/Mn до 1.5, содержанием сомономеров от 10 до 80 мол. % и регулируемым распределением звеньев в цепи сополимера.The resulting copolymers are characterized by a number average molecular weight in the range of 5-50 kg / mol, Mw / Mn up to 1.5, comonomer content from 10 to 80 mol. % and controlled distribution of units in the copolymer chain.

Ключевыми моментами изобретения является возможность синтеза композиционно однородных сополимеров заданного состава и с узким молекулярно-массовым распределением сополимеризацией в массе, что обеспечивает высокую скорость полимеризации, подавление гель-эффекта и, как следствие, возможность получения монолитного изделия без необходимости проведения стадии выделения и очистки сополимера, а также возможность получения более высокомолекулярного сополимера с узким молекулярно-массовым распределением и высокой композиционной однородностью с заданным распределением сомономеров в цепи путем использования регулируемой скорости введения мономеров в сополимеризацию.The key points of the invention is the possibility of synthesizing compositionally homogeneous copolymers of a given composition and with a narrow molecular weight distribution by copolymerization in bulk, which provides a high polymerization rate, suppression of the gel effect and, as a result, the possibility of obtaining a monolithic product without the need for a stage of isolation and purification of the copolymer. and also the possibility of obtaining a higher molecular weight copolymer with a narrow molecular weight distribution and high compositional uniformity with a given distribution of comonomers in the chain by using a controlled rate of introduction of monomers into the copolymerization.

Ниже приведены примеры конкретного осуществления предлагаемого изобретения. Данные примеры не являются ограничивающими объем правовой охраны настоящего изобретения.Below are examples of specific implementation of the invention. These examples are not intended to limit the scope of protection of the present invention.

Пример 1.Example 1.

Сополимеризацию акрилонитрила с метилакрилатом в массе проводят в стеклянных ампулах. Для этого готовят раствор, содержащий 7,3 мг динитрил-азо-бис-изомасляной кислоты (ДАК), 18,5 мг дибензилтритиокарбоната (БТК), 9 г свежеперегнанного акрилонитрила, 1,55 г свежеперегнанного метилакрилата.Copolymerization of acrylonitrile with methyl acrylate in bulk is carried out in glass ampoules. For this, a solution is prepared containing 7.3 mg of dinitrile-azo-bis-isobutyric acid (DAA), 18.5 mg of dibenzyl trithiocarbonate (BTK), 9 g of freshly distilled acrylonitrile, 1.55 g of freshly distilled methyl acrylate.

Мольное соотношение между инициатором и ОПЦ-агентом, в полученной смеси, составляет 3,5:5, соответственно. Состав мономерной смеси АН:МА - 90:10 мол. %, соответственно.The molar ratio between initiator and RAFT agent in the resulting mixture is 3.5: 5, respectively. The composition of the monomer mixture AN: MA - 90:10 mol. %, respectively.

Раствор заливают в ампулы, и после дегазации путем повторения циклов замораживания-размораживания ампулы отпаивали. (Цикл: замораживание жидким азотом, дегазация, размораживание до комнатной температуры. Не более 4 циклов.) Полимеризацию проводят при 60°С. По окончании полимеризации образцы охлаждают жидким азотом, вскрывают, при необходимости разбавляют диметилсульфоксидом и высаживают в 10-кратный избыток воды. Затем образцы фильтруют на стеклянном фильтре, промывают дистиллированной водой, метанолом и сушат под вакуумом до постоянного веса.The solution is poured into ampoules, and after degassing by repeating freeze-thaw cycles, the ampoules were sealed off. (Cycle: freezing with liquid nitrogen, degassing, defrosting to room temperature. Not more than 4 cycles.) Polymerization is carried out at 60 ° C. At the end of polymerization, the samples are cooled with liquid nitrogen, opened, diluted with dimethyl sulfoxide, if necessary, and planted in a 10-fold excess of water. Then the samples are filtered on a glass filter, washed with distilled water, methanol and dried under vacuum to constant weight.

Выход сополимеризации составляет 75%. По данным анализа, проведенного методом гель-проникающей хроматографии, полученный полимер характеризуется Mn=49000, Mw/Mn=1,40.The copolymerization yield is 75%. According to the analysis carried out by the method of gel permeation chromatography, the obtained polymer is characterized by Mn = 49000, Mw / Mn = 1.40.

Пример 2.Example 2.

Сополимеризацию акрилонитрила с винилацетатом в массе проводят в стеклянных ампулах. Для этого готовят раствор, содержащий 7,2 мг динитрил-азо-бис-изомасляной кислоты (ДАК), 31,9 мг S-(2-циан-2-пропил)-8-додецилтритиокарбоната (ЦТК), 8 г свежеперегнанного акрилонитрила, 3,2 г свежеперегнанного винилацетата.Copolymerization of acrylonitrile with vinyl acetate in bulk is carried out in glass ampoules. For this, a solution is prepared containing 7.2 mg of dinitrile-azo-bis-isobutyric acid (DAA), 31.9 mg of S- (2-cyano-2-propyl) -8-dodecyltrithiocarbonate (CTA), 8 g of freshly distilled acrylonitrile, 3.2 g of freshly distilled vinyl acetate.

Мольное соотношение между инициатором и ОПЦ-агентом, в полученной смеси, составляет 1:2, соответственно. Состав мономерной смеси АН:ВА - 80:20 мол. %, соответственно.The molar ratio between the initiator and RAFT agent in the resulting mixture is 1: 2, respectively. The composition of the monomer mixture AN: VA - 80:20 mol. %, respectively.

Раствор заливают в ампулы, и после дегазации путем повторения циклов замораживания-размораживания ампулы отпаивали. (Цикл: замораживание жидким азотом, дегазация, размораживание до комнатной температуры. Не более 4 циклов.) Полимеризацию проводят при 70°С. По окончании полимеризации образцы охлаждают жидким азотом, вскрывают, при необходимости разбавляют диметилсульфоксидом и высаживают в 10-кратный избыток воды. Затем образцы фильтруют на стеклянном фильтре, промывают дистиллированной водой, метанолом и сушат под вакуумом до постоянного веса.The solution is poured into ampoules, and after degassing by repeating freeze-thaw cycles, the ampoules were sealed off. (Cycle: freezing with liquid nitrogen, degassing, defrosting to room temperature. Not more than 4 cycles.) Polymerization is carried out at 70 ° C. At the end of polymerization, the samples are cooled with liquid nitrogen, opened, diluted with dimethyl sulfoxide, if necessary, and planted in a 10-fold excess of water. Then the samples are filtered on a glass filter, washed with distilled water, methanol and dried under vacuum to constant weight.

Выход сополимеризации составляет 65%. По данным анализа, проведенного методом гель-проникающей хроматографии, полученный полимер характеризуется Mn=40000, Mw/Mn=1,45.The copolymerization yield is 65%. According to the analysis carried out by the method of gel permeation chromatography, the obtained polymer is characterized by Mn = 40,000, Mw / Mn = 1.45.

Пример 3.Example 3.

Сополимеризацию акрилонитрила со стиролом в массе проводят в стеклянных ампулах. Для этого готовят раствор, содержащий 20 мг динитрил-азо-бис-изомасляной кислоты (ДАК), 88,4 мг дибензилтритиокарбоната (БТК), 10 г свежеперегнанного акрилонитрила, 2,18 г свежеперегнанного стирола.Copolymerization of acrylonitrile with styrene in bulk is carried out in glass ampoules. For this, a solution is prepared containing 20 mg of dinitrile-azo-bis-isobutyric acid (DAA), 88.4 mg of dibenzyltritiocarbonate (BTK), 10 g of freshly distilled acrylonitrile, 2.18 g of freshly distilled styrene.

Мольное соотношение между инициатором и ОПЦ-агентом, в полученной смеси, составляет 1:2,5, соответственно. Состав мономерной смеси АН:Ст - 90:10 мол. %, соответственно.The molar ratio between the initiator and RAFT agent in the resulting mixture is 1: 2.5, respectively. The composition of the monomer mixture AN: St - 90:10 mol. %, respectively.

Раствор заливают в ампулы, и после дегазации путем повторения циклов замораживания-размораживания ампулы отпаивали. (Цикл: замораживание жидким азотом, дегазация, размораживание до комнатной температуры. Не более 4 циклов.) Полимеризацию проводят при 70°С. По окончании полимеризации образцы охлаждают жидким азотом, вскрывают, при необходимости разбавляют диметилсульфоксидом и высаживают в 10-кратный избыток воды. Затем образцы фильтруют на стеклянном фильтре, промывают дистиллированной водой, метанолом и сушат под вакуумом до постоянного веса.The solution is poured into ampoules, and after degassing by repeating freeze-thaw cycles, the ampoules were sealed off. (Cycle: freezing with liquid nitrogen, degassing, defrosting to room temperature. Not more than 4 cycles.) Polymerization is carried out at 70 ° C. At the end of polymerization, the samples are cooled with liquid nitrogen, opened, diluted with dimethyl sulfoxide, if necessary, and planted in a 10-fold excess of water. Then the samples are filtered on a glass filter, washed with distilled water, methanol and dried under vacuum to constant weight.

Выход сополимеризации составляет 75%. По данным анализа, проведенного методом гель-проникающей хроматографии, полученный полимер характеризуется Mn=27000, Mw/Mn=1,32.The copolymerization yield is 75%. According to the analysis carried out by the method of gel permeation chromatography, the obtained polymer is characterized by Mn = 27000, Mw / Mn = 1.32.

Claims (8)

1. Способ получения композиционно-однородных сополимеров акрилонитрила заданного состава с узким молекулярно-массовым распределением в массе в присутствии инициаторов радикальной полимеризации, отличающийся тем, что в полимеризационную систему, состоящую из смеси акрилонитрильного мономера с сомономером и инициатором, дополнительно добавляют регулятор полимеризации (ОПЦ-агент), в качестве которого используют сероорганические соединения общей структуры R-S-C(=S)-S-R', где R и R' - алкильные и арильные заместители одинакового или разного строения, которые дополнительно могут содержать карбоксильные, нитрильные или сложноэфирные группировки, причем полимеризацию проводят в интервале температур от 50 до 80°С, при этом способ осуществляют в атмосфере инертного газа или в вакууме при пониженном давлении.1. A method of obtaining compositionally homogeneous copolymers of acrylonitrile of a given composition with a narrow molecular weight distribution in the mass in the presence of radical polymerization initiators, characterized in that a polymerization regulator (OPC- agent), which are organosulfur compounds of the general structure RSC (= S) -S-R ', where R and R' are alkyl and aryl substituents of the same or different structure, which may additionally contain carboxyl, nitrile or ester groups, and polymerization carried out in the temperature range from 50 to 80 ° C, while the method is carried out in an atmosphere of an inert gas or in vacuum under reduced pressure. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получают сополимеры акрилонитрила со среднечисловой молекулярной массой в интервале от 5 до 50 кг/моль.2. The method according to claim 1, characterized in that copolymers of acrylonitrile with a number average molecular weight in the range from 5 to 50 kg / mol are obtained. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве регулятора полимеризации (ОПЦ-агента) используют тритиокарбонат в количестве от 0.3 до 2 мол. % в расчете на мономеры.3. The method according to p. 1, characterized in that as a polymerization regulator (RAFT agent), tritiocarbonate is used in an amount of 0.3 to 2 mol. % based on monomers. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве инициатора полимеризации используют азосоединения, включая азобисизобутиронитрил.4. A method according to claim 1, characterized in that azo compounds, including azobisisobutyronitrile, are used as the polymerization initiator. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество используемого радикального инициатора составляет от 0.05 до 0.1 мол. % в расчете на мономеры.5. The method according to claim 1, characterized in that the amount of the radical initiator used is from 0.05 to 0.1 mol. % based on monomers. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полимеризация протекает с высокой скоростью от 10 до 16 часов без проявления гель-эффекта.6. A method according to claim 1, characterized in that the polymerization proceeds at a high speed from 10 to 16 hours without a gel effect. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сополимеров используют алкилакрилаты, стирол, винилацетат.7. A method according to claim 1, characterized in that alkyl acrylates, styrene, vinyl acetate are used as copolymers. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получаемый сополимер характеризуется молекулярно-массовым распределением (Mw/Mn), не превышающим 1.5.8. The method according to claim 1, characterized in that the resulting copolymer is characterized by a molecular weight distribution (Mw / Mn) not exceeding 1.5.
RU2020108798A 2020-02-28 2020-02-28 Method of producing copolymers of acrylonitrile in mass RU2734242C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020108798A RU2734242C1 (en) 2020-02-28 2020-02-28 Method of producing copolymers of acrylonitrile in mass

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020108798A RU2734242C1 (en) 2020-02-28 2020-02-28 Method of producing copolymers of acrylonitrile in mass

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2734242C1 true RU2734242C1 (en) 2020-10-13

Family

ID=72940455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020108798A RU2734242C1 (en) 2020-02-28 2020-02-28 Method of producing copolymers of acrylonitrile in mass

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2734242C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3345350A (en) * 1963-11-29 1967-10-03 Shavit Nehemia Polymerization of acrylonitrile
RU2204568C2 (en) * 1997-06-23 2003-05-20 Родиа Шими Method of synthesis of block-copolymers carrying out by controlled radical polymerization

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3345350A (en) * 1963-11-29 1967-10-03 Shavit Nehemia Polymerization of acrylonitrile
RU2204568C2 (en) * 1997-06-23 2003-05-20 Родиа Шими Method of synthesis of block-copolymers carrying out by controlled radical polymerization

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Учебное пособие для студентов Беркович А.К., Сергеев В.Г., Медведев В.А., Малахо А.П. "Синтез полимеров на основе акрилонитрила. Технология получения ПАН и углеродных волокон", 2010. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3474918B2 (en) Comb-type polymer, polymer for producing the same, and oil additive comprising the same
US4656233A (en) "Living" polymers and chain transfer-regulated polymerization process
JPH11513429A (en) Control of polymer molecular weight and end group functionality
KR20110118686A (en) Raft polymerisation
JPH02603A (en) Acrylic macromonomer having polyethyleneimine derivative chain, its production, graft polymer having polyethyleneimine derivative chain as graft chain and its production
US5153273A (en) Amphiphilic macromonomer having polyethyleneimine derivative chain and production process thereof, as well as graft polymer having amphiphilic polyethyleneimine derivative chain as a graft chain and production process thereof
RU2734242C1 (en) Method of producing copolymers of acrylonitrile in mass
US20210253770A1 (en) High melt index thermoplastic elastomer and preparation method therefor
EP0095086A1 (en) Polymerizable, optically active polymer and process for preparing polymerizable polymer
WO2018159740A1 (en) Method for producing graft polymer, graft polymer, and initiator for graft polymer
RU2734241C1 (en) Method of producing acrylonitrile copolymers in a solution
CN111234147A (en) Method for catalytically synthesizing sequence-controllable macromolecules based on hindered Lewis acid-base pairs
GB1462331A (en) Process for producing water-soluble acrylamide polymers
CN103788302B (en) A kind of have Gradient molecular brush polymer of low surface energy and light-operated wetting property and preparation method thereof
CN114656603B (en) Preparation method of branched structure water-soluble polymer
CN112759707B (en) Multi-component copolymer and preparation method and application thereof
CN109503783B (en) Terminal siloxane modified polyacrylate block copolymer and preparation method thereof
Matsumoto et al. Radical polymerization of alkyl crotonates as 1, 2‐disubstituted ethylenes leading to thermally stable substituted polymethylene
JPH0577712B2 (en)
US3349063A (en) Acrylonitrile-thiosulfuric acid compound copolymers
JP3570618B2 (en) Method for producing allylamine-based copolymer
JP2639770B2 (en) Polyvinyl alcohol graft copolymer
KR900003910B1 (en) Polymerization by using bissiloxane of polymerization intiator
Novakov et al. Effect of tetraalkylammonium salts on the tacticity of poly (methyl methacrylate), 1. Initiation by ethyl α‐lithioisobutyrate
JPS595201B2 (en) Emulsion polymerization method using oligomers