Введение к работе
Актуальность темы. Среди химических процессов, протекающих в полимерах при их эксплуатации, наибольшее значение имеет термоокислительная деградация, приводящая к ухудшению свойств полимера вследствие обрыва или сшивки полимерных цепей с образованием зачастую сильно окрашенных участков полимера.
Расширение областей применения полимеров привело к необходимости развития химии и технологии производства антиоксидантов.
Функция антиоксидантов - замедлять процессы (термо)окисления полимеров. Группу эффективных, широко применяемых неокрашивающих антиоксидантов составляют замещенные фенолы.
В России в настоящее время существуют два основных производителя
антиоксидантов. Новочебоксарский ОАО «Химпром» выпускает
стабилизаторы класса аминов для каучуков, шин и РТИ «Ацетонанил-Н» и «Новантокс». ОАО «Стерлитамакский нефтехимический завод» специализируется на производстве фенольных антиоксидантов под торговой маркой Агидол.
Одним из известных фенольных антиоксидантов является 2,6-ди-трет-
бутил-4-метилфенол (выпускается под торговой маркой «Агидол-1»). В
настоящее время технология получения Агидола-1 основана на алкилировании
фенола изобутиленом с получением 2,6-ди-трет-бутилфенола (2,6-ДТБФ) с
последующим его аминометилированием N,N,N,N-
тетраметилметиленбисамином (бисамином) и дальнейшим гидрогенолизом
полученного пара-аминофенола (2,6-ди-трет-бутил-4-
диметиламинометилфенола).
Недостатком существующего процесса является наличие аминсодержащих сточных вод, которые образуются при получении N,N,N,N-тетраметилметиленбисамина из водного формалина и диметиламина. Также при гидрогенолизе 2,6-ди-трет-бутил-4-аминометилфенола выделяется диметиламин, присутствие примесей которого даже в малых количествах снижает качество Агидола-1 (цветность, запах амина).
В связи с этим разработка альтернативной технологии синтеза Агидола-1, направленной на исключение стадии получения бисамина, снижение за счет этого затрат на электроэнергию и очистку сточных вод, снижение расходных норм исходных реагентов, повышение качества целевого продукта является актуальной.
Цель работы. Разработка нового экологичного и эффективного метода получения 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенола (Агидола-1) гидрогенолизом 2,6-ди-трет-бутил-4-метоксиметилфенола, получаемого взаимодействием 2,6-ДТБФ с параформом и метанолом в присутствии гетерогенного катализатора.
Задачи исследования.
Выбор каталитической системы синтеза 2,6-ди-трет-бутил-4-
метоксиметилфенола (Агидола-42).
Установление влияния природы и количества катализатора, растворителя,
соотношения исходных реагентов, продолжительности реакции на процесс
метоксиметилирования 2,6-ДТБФ.
Исследование кинетики реакций взаимодействия 2,6-ДТБФ с параформом
и метанолом и гидрогенолиза 2,6-ди-трет-бутил-4-метоксиметилфенола в 2,6-
ди-трет-бутил-4-метилфенол.
Разработка принципиальной технологической схемы получения 2,6-ди-
трет-бутил-4-метоксиметилфенола и 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенола на его
основе.
Научная новизна.
Впервые определены закономерности синтеза 2,6-ди-трет-бутил-4-
метоксиметилфенола взаимодействием 2,6-ДТБФ с параформом и метанолом в
присутствии новой гетерогенной каталитической системы и гидрогенолиза 2,6-
ди-трет-бутил-4-метоксиметилфенола в среде 2,6-ди-трет-бутил-4-
метилфенола.
Впервые изучена кинетика реакции каталитического
метоксиметилирования 2,6-ДТБФ с получением 2,6-ди-трет-бутил-4-
метоксиметилфенола и реакции каталитического гидрогенолиза 2,6-ди-трет-
бутил-4-метоксиметилфенола с получением 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенола.
Практическая значимость.
Установлены оптимальные условия взаимодействия 2,6-ДТБФ с
параформом и метанолом в присутствии гетерогенного катализатора,
позволяющие добиться высокой конверсии 2,6-ДТБФ (98,5%), минимизировать
образование побочных продуктов до 1% масс и получить 2,6-ди-трет-бутил-4-
метоксиметилфенол высокого качества.
Установлены оптимальные условия реакции гидрогенолиза 2,6-ди-трет-
бутил-4-метоксиметилфенола, позволяющие получить 2,6-ди-трет-бутил-4-
метилфенол с высоким выходом (96,8%).
Предложена принципиальная схема процессов получения 2,6-ди-трет-
бутил-4-метоксиметилфенола и 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенола на его
основе, что позволяет усовершенствовать существующую технологию
получения Агидола-1 путем исключения стадии получения бисамина и 2,6-ди-
трет-бутил-4-диметиламинометилфенола (основания Манниха).
Разработанная технология позволяет повысить экологическую
безопасность процесса за счет исключения использования аминов и снижения
количества сточных вод в процессе получения 2,6-ди-трет-бутил-4-
метоксиметилфенола и 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенола.
Положения выносимые на защиту.
Выявленная эффективная каталитическая система метоксиметилирования
2,6-ДТБФ параформом и условия ведения процесса, обеспечивающие
максимальную конверсию реагентов при минимальном образовании нежелательных побочных продуктов.
Экспериментально установленный факт эффективности проведения
реакции в растворителе - метаноле.
Установленные закономерности гидрогенолиза 2,6-ди-трет-бутил-4-
метоксиметилфенола в среде 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенола.
Определенные и рассчитанные кинетические параметры реакции
метоксиметилирования и гидрогенолиза.
Предложенная на основании экспериментальных данных технологическая
схема получения 2,6-ди-трет-бутил-4-метоксиметилфенола и 2,6-ди-трет-
бутил-4-метилфенола.
Автор лично участвовал в постановке задачи, получении экспериментальных данных, обработке и анализе полученных данных, обсуждении результатов исследования, написании и оформлении публикаций.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы экономического развития нефтехимического комплекса региона» (г. Нижнекамск, 2014), Международной научно-практической конференции «Современные проблемы гуманитарных и естественных наук» (г. Москва, 2014), Международной научно-практической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» (г. Уфа, 2014), Республиканской научно-практической конференции «Исследования молодых ученых» (г. Стерлитамак, 2014), Всероссийской научно-методической конференции «Инновационные проекты и технологии в газо-химической отрасли» (г. Казань, 2014).
Публикации работы. По теме диссертационной работы опубликовано 2 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК для размещения материалов диссертаций, 5 тезисов докладов, получен 1 патент.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка использованной литературы из 138 наименований. Работа изложена на 129 страницах машинописного текста, включающего 33 таблицы и 48 рисунков.