Патент на изобретение №2260017

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2260017 (13) C1
(51) МПК 7
C08G73/10
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 18.01.2011 – прекратил действие

(21), (22) Заявка: 2004100076/04, 06.01.2004

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

06.01.2004

(45) Опубликовано: 10.09.2005

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
RU 1501500 A1, 20.03.1996. GB 1192001 А, 13.05.1970. US 4417045 А, 22.11.1983.

Адрес для переписки:

117393, Москва, ул. Профсоюзная, 70, ИСПМ им. Н.С. Ениколопова РАН, патентный отдел

(72) Автор(ы):

Кузнецов А.А. (RU),
Бузин П.В. (RU),
Яблокова М.Ю. (RU),
Абрамов И.Г. (RU),
Смирнов А.В. (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Институт синтетических полимерных материалов (ИСПМ) им. Н.С. Ениколопова РАН (RU),
Ярославский государственный технический университет (ЯрГТУ) (RU)

(54) РАЗВЕТВЛЕННЫЕ СОПОЛИИМИДЫ НА ОСНОВЕ 4,5-БИС-(3-АМИНОФЕНОКСИ)ФТАЛЕВОЙ КИСЛОТЫ И АМИНОФЕНОКСИФТАЛЕВЫХ КИСЛОТ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способу получения разветвленных сополиимидов на основе 4,5-бис-(3-аминофенокси)фталевой и аминофеноксифталевых кислот, которые могут быть использованы для создания новых полимерных материалов, сочетающих термостойкость с возможностью переработки и с наличием заданного количества функциональных групп, способных к полимераналогичным превращениям. Разветвленные сополиимиды содержат статистически распределенные по макромолекуле звенья:

дендритной структуры формулы (I)

звенья линейной структуры формул (II) и (III)

где R=H, оксифенильный, или N-морфолинильный радикалы и концевые звенья структуры формулы (IV)

Сополиимиды получают сополиконденсацией с одновременной или последующей циклизацией смеси 4,5-бис-(3-аминофенокси)фталевой кислоты, с, по крайней мере, одной аминофеноксифталевой кислотой, выбранной из ряда кислот общей формулы (V)

где Y представляет собой трехвалентный радикал из ряда радикалов общей химической структуры (VI) или (VII)

где R имеет вышеуказанные, значения, при соотношении 4,5-бис-(3-аминофенокси)фталевой кислоты к аминофеноксифталевой кислоте из ряда кислот общей формулы V от 0,99:0,01 до 0,01:0,99. Сополиконденсацию осуществляют в расплаве, по крайней мере, одной ароматической монокарбоновой кислоты, при температуре 110-180°С. Изобретение позволяет расширить ассортимент полиимидов и получить материалы с новыми свойствами. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к химии полимеров и более конкретно к новым разветвленным сополиимидам (РСПИ) на основе 4,5-бис-(3-аминофенокси)фталевой кислоты, так называемых АВ2-мономеров, и аминофеноксифталевых кислот (АФФК), так называемых АВ-мономеров. Такие сополиимиды в силу своей структуры представляют потенциальный интерес для создания новых полимерных материалов, сочетающих термостойкость с возможностью переработки и с наличием заданного количества функциональных групп, способных к полимераналогичным превращениям. Это связано с тем, что они содержат фрагменты сверхразветвленных и линейных полиимидов.

Известены линейные сополиимиды из ангидридов АФФК [Патент Великобритании, GB 1192001, опубликован 13.05.1970], полученные многостадийным способом, включающим поликонденсацию ангидридов аминофеноксифталевых кислот в присутствии полярного органического растворителя, например N,N-диметилацетамида, с получением сначала ПАК при 0-60°С и ее последующей имидизации путем нагревания или химической обработки. Из описания этого изобретения известно также получение сополимеров данным способом путем взаимодействия смеси 4-аминофталевого ангидрида с диаминами и диангидридами тетракарбоновых кислот, однако, это не подкреплено конкретными примерами.

Известны линейные полиимиды, полученные одностадийным способом на основе 4-(3′-аминофеноксифталевой) и/или 4-(3′-аминобензоил)фталевой кислоты [патент РФ, 1501500, опубликован 20.03.96 г.]. Процесс осуществляют нагреванием указанных кислот в твердой фазе при 270-280°С. Недостатками данного способа являются большая продолжительность и высокая температура процесса, что увеличивает вероятность протекания побочных реакций. Кроме того, использование данного способа предполагает получение лишь узкого круга полиимидов.

Известны сверхразветвленные полиимиды (СРПИ), при синтезе которых в качестве исходных мономеров используют смеси триаминов с дикарбоновыми кислотами. Так, например, известны СРПИ на основе трис(4-аминофенил)амина (В3-мономер) и различных дикарбоновых кислот или их ангидридов (А2-мономер) (Macromolecules, 2000, 33, р.4639-4646). Синтез этих СРПИ является многостадийным и требует строгого соблюдения технологических параметров во избежание гелеобразования.

Наиболее близкими к заявляемому изобретению являются известные СРПИ, полученные двухстадийным способом, включающим поликонденсацию известной 1,3-бис-(4-аминофенокси)феноксифталевой кислоты (АВ2-мономер) с последующей химической имидизацией промежуточно образующегося полиамидоэфира [Macromolecules, 2000, 33, р.6937-6944]. При полимеризации АВ2-мономеров, в том числе вышеназванного, нет возможности влиять на содержание разветвленных, линейных фрагментов и функциональных групп в получаемых СРПИ. При этом большое количество накапливаемых функциональных групп в макромолекуле близко к степени полимеризации и не всегда является желательным. Кроме того, они не являются пленкообразующими из-за большой плотности ветвлений, связанной с большой долей дендритных (разветвленных) фрагментов, которая по законам статистики для всех сверхразветвленных полимеров составляет 50% от суммы всех фрагментов (разветвленных, линейных и концевых) (С. Gao, D. Yan Prog. Polym. Sci. 2004, 29, р.183). В связи с этим интерес представляет введение дополнительных линейных фрагментов, не содержащих функциональных групп за счет сополиконденсации АВ2– с АВ-мономерами. В отличие от СРПИ такие сополимеры могут быть охарактеризованы термином «разветвленные». Под термином «разветвленные сополиимиды (РСПИ)» согласно заявляемому изобретению следует понимать сополиимиды, содержащие наряду с разветвленными, линейными и концевыми фрагментами, получаемыми на основе АВ2-мономеров или комбинации А2– с В3-мономерами, также и линейные фрагменты на основе АВ-мономеров или пар традиционных А2– и В2-мономеров (тетракарбоновых кислот или их диангидридов и диаминов)

В литературе не описаны разветвленные сополиимиды, содержащие фрагменты разветвленной и линейной структуры на основе бис-аминофеноксифталевых кислот (АВ2-мономеров) и одновременно с этим линейные фрагменты аминофеноксифталевых кислот (АФФК).

Задачей настоящего изобретения является создание новых, разветвленных сополиимидов, которые в отличие от известных сверхразветвленных характеризуются тем, что они получены на основе нового сочетания исходных мономеров: новой, неописанной в литературе БАФФК, и ряда АФФК – известных незамещенных и неописанных замещенных, при этом с использованием для их получения одностадийного способа. Это позволило бы расширить ассортимент полиимидов и получить материалы с новыми свойствами из-за другой организации химических связей и архитектуры макромолекулы.

Поставленная задача решается тем, что созданы новые разветвленные сополиимиды, характеризующиеся тем, что они содержат статистически распределенные по макромолекуле звенья:

дендритной структуры формулы (I);

звенья линейной структуры формул (II) и (III),

где R=H, оксифенильный, или N-морфолинильный радикалы и концевые звенья структуры формулы (IV)

Они получены сополиконденсацией с одновременной или последующей циклизацией смеси 4,5-бис-(3-аминофенокси)фталевой кислоты с, по крайней мере, одной аминофеноксифталевой кислоты, выбранной из ряда кислот общей формулы (V)

где Y представляет собой трехвалентный радикал из ряда радикалов общей химической структуры (VI) или (VII)

где R имеет вышеуказанные значения.

При этом соотношение суммарной доли звеньев структур (I), (II) и (IV) к доле звеньев структуры (III) в РСПИ, в частности, находится в пределах от 0,01:0,99 до 0,99:0,01.

Поликонденсацию с одновременной или последующей циклизацией осуществляют в расплаве, по крайней мере, одной ароматической монокарбоновой кислоты, выбранной из ряда, включающего бензойную, о-метоксибензойную, о-хлорбензойную, м-нитробензойную, нафтойную, салициловую кислоты при температуре 110-180°С. В частности, поликонденсация с одновременной или последующей циклизацией может быть осуществлена в расплаве бензойной кислоты.

В отличие от известных сополиимидов заявленные содержат новое сочетание фрагментов исходных мономеров: новой неописанной в литературе БАФФК и ряда АФФК – известных незамещенных и неописанных незамещенных. Наличие двух видов линейных участков, содержащих заместители, в сочетании с разветвленными участками в сополиимидах новой структуры в дальнейшем открывает перспективы получения новых материалов с регулируемыми свойствами, при этом можно использовать одностадийный способ, и, кроме того, открывается возможность контролировать содержание функциональных групп в макромолекуле. Достижение нового технического результата заключается в получении новых сополиимидов, расширяющих ассортимент известных.

В отличие от известных, заявленные СРПИ получены полициклоконденсацией мономера в одну стадию, благодаря тому, что средой является расплав монокарбоновой кислоты или смесь кислот. Среда выполняет одновременно ряд функций в этом сложном процессе: перевод БАФФК из неактивной цвиттер-ионной формы в активную аминоангидридную форму; каталитическую функцию стадии ацилирования; ускорение стадии циклодегидратации промежуточно образующихся амидокислотных звеньев, что сдвигает равновесие стадии ацилирования в сторону образования высокомолекулярного полимера с высокой логарифмической вязкостью. При этом достигается практически 100%-ная конверсия при циклизации элементарных звеньев. Кроме того, в процессе полициклоконденсации БАФФК впервые вовлечены и моноаминофеноксифталевые кислоты (АВ-мономеры). Это значительно расширяет возможности влиять на свойства конечных продуктов.

Исходный новый АВ2-мономер – 4,5-бис-(3-аминофенокси)фталевую кислоту – получали согласно следующей общей схеме:

Способ включает последовательное замещение атома брома и аминогруппы 4-бромо-5-нитрофталодинитрила до образования симметричного 4,5-бис-[3-(N-ацетиламино)фенокси]фталодинитрила и последующий его гидролиз с одновременным деацетилированием N-ациламиногрупп.

Аминофеноксифталевые кислоты получали новым способом по следующей общей схеме:

Сначала подвергали взаимодействию соответствующий незамещенный или замещенный нитрофталонитрил с мета- или пара-ацетамидофенолом в присутствии карбоната щелочного металла в среде амидного растворителя, затем полученный фталонитрил подвергали щелочному гидролизу.

Из данных турбидиметрического титрования (см. чертеж) сополиимидов видно, что минимальная объемная концентрация осадителя для сополимеров лежит в пределах между соответствующими значениями для гомополимеров, что свидетельствует о том, что получены сополимеры со статистическим распределением фрагментов мономеров АВ и АВ2 в макромолекуле. Количественное соотношение звеньев различных структур в сополимере совпадает с количественным соотношением исходных мономеров, так как выход полимера количественный, конверсия при циклизации близка к 100%. В соответствии с условием Флори, которое заключается в том, что если исходный мономер имеет строение АВ2, где А и В – различные функциональные группы, и если соблюдается условие, что А не реагирует с А, а В не реагирует с В и только взаимодействие А и В приводит к образованию химической связи, то в этом случае в результате реакции образуется сверхразветвленный полимер (Flory R. J., J. Am. Chem. Sos. 1952, v. 74, р.2718). В данном случае А – COOH, В – NH2. Кроме того, аминогруппы, в силу симметричности молекулы и удаленности друг от друга обладают одинаковой вероятностью вступать в реакцию роста цепи, что исключает возможность отклонения от условия Флори. В связи с тем, что в реакцию образования полимера вступает и второй мономер (АВ), в итоге образуется не чистый сверхразветвленный полиимид, а сополимер, который по сравнению со СРПИ имеет помимо линейных фрагментов, образовавшихся из мономера АВ2, линейные фрагменты второго типа, образовавшиеся из мономера АВ. В результате общее содержание линейных фрагментов в сополимере больше, чем в гомополимере, образованном только из АВ2-мономера, и поэтому получаемые полиимиды отнесены не к сверхразветвленным, а к разветвленным сополиимидам.

На чертеже представлены данные турбидиметрического титрования сополиимидов для примеров 1-6.

В таблице представлены состав исходной смеси монономеров АВ2 и АВ для разветвленных сополиимидов, содержащих фрагменты структур (I-IV), и характеристики полученных РСПИ.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами.

Пример 1. Получение РСПИ на основе смеси 4,5-бис-(3-аминофенокси)фталевой кислоты и 3-аминофеноксифталевой кислоты.

В трехгорлую стеклянную колбу, снабженную мешалкой и трубкой для подачи инертного газа, загружают 0,1 ммоль 4,5-бис-(3-аминофенокси)фталевой кислоты, 0,9 ммоль 3-аминофеноксифталевой кислоты и 2,82 г бензойной кислоты. Смесь нагревают при перемешивании в течение 1,5 ч при 150°С. После охлаждения до комнатной температуры застывшую реакционную смесь экстрагируют в аппарате Сокслета ацетоном. Выход полимера количественный. Степень циклизации по данным ИК-спектроскопии близка к 100%; логарифмическая вязкость при 25°С лог=0,28 дл/г. Строение полиимида подтверждается данными Фурье ИК-спектроскопии: в спектрах исчезает полоса поглощения цвиттер-ионной структуры в области 1500-1600 см-1 и возникают новые полосы поглощения, характерные для имидного цикла – при 1780 и 1720 см-1.

Примеры 2-26. Сополиимиды получают аналогично примеру 1 (см. таблицу).

Табл.
№ примера Состав исходной смеси мономеров в ммолях Характеристики сополимеров
4,5-Бис-(3-аминофенокси)фталевая кислота Аминофеноксифталевая кислота Температура стеклования, °С Логарифмическая вязкость, дл/г Молекулярная масса
1 2 3 4 5 6
2 0,99 250 0,13 9500
3 0,9 Та же 0,1 245 0,15 9300
4 0,5 Та же 0,5 240 0,13 9000
5 0,2 Та же 0,8 235 0,25
6 0,01 Та же 0,99 230 0,35
7 0,99 250 0,12 9100
8 0,2 Та же 0,8 240 0,29
9 0,5 Та же 0,5 235 0,18 9500
10 0,01 Та же 0,99 230 0,29
11 0,99 250 0,13 9500
12 0,5 Та же 0,5 260
13 0,75 Та же 0,25 255 0,15
14 0,01 Та же 0,99 270
15 0,99 230 0,12 9000
16 0,5 Та же 0,5 240 0,19
17 0,2 0,8 235 0,28
19 0,99 250 0,14 9450
20 0,5 Та же 0,5 245 0,16 9200
21 0,01 Та же 0,99 240 0,28
22 0,99 230 0,13 9100
23 0,3 Та же 0,7 255 0,21
24 0,5 Та же 0,5 255 0,23
25 0,7 Та же 0,3 252 0,18 9000
26 0,01 Та же 0,99 258 0,30

Формула изобретения

1. Разветвленные сополиимиды, характеризующиеся тем, что они содержат статистически распределенные по макромолекуле звенья

дендритной структуры формулы (I)

звенья линейной структуры формул (II) и (III)

где R – H, оксифенильный или N-морфолинильный радикалы и концевые звенья структуры формулы (IV)

и получены сополиконденсацией с одновременной или последующей циклизацией смеси 4,5-бис-(3-аминофенокси)фталевой кислоты с, по крайней мере, одной аминофеноксифталевой кислотой, выбранной из ряда кислот общей формулы (V)

где Y представляет собой трехвалентный радикал из ряда радикалов общей химической структуры (VI) или (VII)

где R имеет вышеуказанные значения,

при соотношении 4,5-бис-(3-аминофенокси)фталевой кислоты и аминофеноксифталевой кислоты из ряда кислот общей формулы (V) от 0,99:0,01 до 0,01:0,99.

2. Разветвленные сополиимиды по п.1, отличающиеся тем, что соотношение суммарной доли звеньев структур (I), (II) и (IV) и доли звеньев структуры (III) составляет от 0,01: 0,99 до 0,99:0,01.

3. Разветвленные сополиимиды по п.2, отличающиеся тем, что поликонденсация с одновременной или последующей циклизацией осуществлена в расплаве, по крайней мере, одной ароматической монокарбоновой кислоты при температуре 110-180°С.

4. Разветвленные сополиимиды по п.3, отличающиеся тем, что поликонденсация с одновременной или последующей циклизацией осуществлена в расплаве бензойной кислоты.

РИСУНКИ


MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 07.01.2006

Извещение опубликовано: 27.07.2007 БИ: 21/2007


Categories: BD_2260000-2260999