N,n1-алкилендиамиды карбоксилсодержащего олигоизобутена и перфторполиоксаалкилкарбоновой кислоты
Изобретение относится к полимерной химии, а именно к новому жидкому каучуку на основе амидоамина олигоизобутена с концевыми карбоксилсодержащими группами, модифицированному перфторполиоксаалкилкарбоновой кислотой. N,N'-алкилендиамиды карбоксилсодержащего олигоизобутена и перфторполиоксаалкилкарбоновой кислоты получают амидированием олигоизобутенового каучука с концевыми карбоксильными группами и метилового эфира перфторполиоксаалкилкарбоновой кислоты различными диаминами и используют в качестве антифрикционной присадки к моторному маслу. 1 табл.
Изобретение относится к области полимерной химии, а именно к новому олигомерному диамиду - жидкому каучуку на основе олигоизобутена с концевыми карбоксилсодержащими группами, модифицированному перфторполиоксаалкилкарбоновой кислотой общей формулы: H3C-CO-CH2-[-C(CH3)2- CH2-]p-CH2-CO-NH-Rн-NH-CO-RF, где Rн = фенилен -C6H4- или алкилен состава -C2H4-, -C6H12-, -C2H4(NHC2H4)k-, при k = 0 - 2; RF = CF3O-(C3F6O)n- (CF2O)l-[CF(CF3)O-] m-X-, сумма n + m + l = 5 - 20, (m + l)/n = 0,03 - 0,14, X = -CF2-, -CF(CF3)- или отсутствует в составе формулы; p = 45 5.

широко известны как загущающие присадки к смазочным маслам. Олигоизобутен с концевыми карбоксильными группами выпускается промышленностью [6 - В. В.Берестнев и др. Химия и технология топлив и масел. 1992, N 2, С. 37-39]. Второй исходный компонент - метиловый эфир ПФКК получили этерификацией фторангидрида ПФКК метанолом. Синтез фторангидрида ПФКК реакцией гексафторпропилена с кислородом в жидкой фазе при температуре от -40 до -35oC и избыточном давлении от 0,1 до 0,3 атмосфер под действием УФ-излучения описан в патенте [7 - патент США 3704214, 1970]. Фторангидрид представляет собой соединение общей формулы:
CF3O-(C3F6O)p- (CF2O)q-[-CF(CF3)O-]r-(O)s-COF,
где p + q + r = 1 - 100, (q + r)/p = 0 - 2, s/(p + q + r) = 0 - 0,5; s/p = 0 - 1. Идентификация структуры методом ЯМР F19 и синтез продуктов аналогичного строения детально рассмотрены в работах [8 - патент США 3442942, 1965]. Продукт фотоокисления подвергали термообработке для разложения активного кислорода и дистилляцией выделяли низкомолекулярный олигомер состава:
CF3O-(C3F6O)n- (CF2O)l-[CF(CF3)O]m-X-COF,
где n + m + l = 5 - 20, (m + l)/n = 0,03 - 0,14, X = -CF2-, -CF(CF3)- или отсутствует в составе формулы,
который использовали для синтеза предлагаемого фторсодержащего олигоизобутена. Средняя молекулярная масса олигомерной смеси фторангидридов перфторполиоксаалкилкарбоновых кислот, рассчитанная по кислотному числу, составляла от 1000 до 3000 у.е. В нижеследующих примерах описан синтез метилового эфира ПФКК и N,N'-алкилендиамидов карбоксилсодержащего олигоизобутена и перфторполиоксаалкилкарбоновой кислоты. Пример 1. В реактор, снабженный мешалкой и капельной воронкой, загружают 500 г (0,485 моля) фтopангидpида перфторполиоксаалкилкарбоновой кислоты с кислотным числом 108,7 мгКОН/г и средней молекулярной массой 1030

CF3O-(C3F6O)n- (CF2O)l-[CF(CF3)O]m-X-COF,
где m + n + l = 5 - 20, (m + l)/n = 0,032; m/l = 1,3, X = -CF2-, -CF(CF3)- или отсутствует в составе формулы. В ИК-спектре наблюдали полосу 1890 см-1, характерную для фторангидридной группы -CF-C(O)F и полосу 1870 см-1, характерную для фторформиатной группы -O-C(O)F. Затем при комнатной температуре в реактор капельным способом вводят 25 г (0,78 моля) метанола, повышают температуру до 50oC, отдувают фтористый водород азотом и сушат от следов метанола в вакууме. Получают 480 г метилового эфира ПФКК средней молекулярной массы 1040


CF3O-(C3F6O)n-(CF2O)l- [CF(CF3)O] m-X-COF, где (m + l)/n = 0,10; m/l = 1,4, X = -CF2-, -CF(CF3)- или отсутствует в составе формулы. В ИК-спектре наблюдали полосу 1890 см-1, характерную для фторангидридной группы -CF-C(O)F, и полосу 1870 см-1, характерную для фторформиатной группы -O-C(O)F. Получали 950 г метилового эфира ПФКК средней молекулярной массы 2100


CF3O-(C3F6O)n- (CF2O)l-[CF(CF3)Om-X-COF,
где (m + l)/n = 0,14; m/l = 1,5; X = -CF2-, -CF(CF3)- или отсутствует в составе формулы. В ИК-спектре наблюдали полосу 1890 см-1, характерную для фторангидридной группы -CF-C(O)F, и полосу 1870 см-1, характерную для фторформиатной группы -O-C(O)F. Получали 990 г метилового эфира ПФКК средней молекулярной массы 2960




H3C-CO-CH2-[-C(CH3)2- CH2-] p-CH2-CO-NH- (CH2CH2NH)k-CH2CH2NH-CO-RF, (1)
где RF = CF3O-(C3F6O)n- (CF2O)l-(CF(CF3)O)m-X-, (m + l)/n = 0,032; m/l = 1,3; X = -CF2-, -CF(CF3)- или отсутствует в составе формулы; p = 45

наблюдали следующие полосы поглощения: 1690, 1710 см-1 - валентные колебания связи C=O в амидной группе;
1750 см-1 - валентные колебания связи C=O в кетонной группе;
1550 см-1 - деформационные колебания группы NH. Широкие полосы поглощения наблюдали в областях: 2800-3000 см-1 - валентные колебания связи C-H в насыщенных структурах; 3300 см-1 валентные колебания связи N-H во вторичных аминах и N-замещенных амидах; 1100-1300 см-1 - валентные колебания связи C-F. Продукт смешивался с маслом с образованием стабильной при хранении эмульсии, pH водной вытяжки продукта равна 10, удельный вес 0,8437 г/см3. Оценку антифрикционных свойств полиэтиленполиаминодиамида (1) проводили на машине трения 2070 CMT-1 при частоте вращения 300 об/мин; пара трения - ролик (сталь 38ХН4МА) - колодка (чугун СЧ-30). Методика испытания предусматривала ступенчатое нагружение пары трения до нагрузки 1400 Н. Полученные результаты приведены ниже в таблице. Из приведенных в таблице данных следует, что полиэтиленполиаминодиамид (1) снижает коэффициент трения, следовательно, проявляет свойства антифрикционной присадки к маслу. Пример 5. Получение N,N'-фенилендиамида карбоксилсодержащего олигоизобутена и перфторполиоксаалкилкарбоновой кислоты (фенилендиамид). Синтез фенилендиамида проводили аналогично описанному в примере 4, но в среде бензола и при следующих загрузках реагентов и растворителей:
- 150 г додекана,
- 100 г бензола,
- 100 г (0,04 моля) каучука ОИКГ, ММ (мол.масса) = 2550

- 4,1 г (0,038 моля) фенилендиамина,
- 41 г (0,04 моля) метилового эфира ПФКК со средней молекулярной массой 1040


H3C-CO-CH2-[-C(CH3)2- CH2-]p-CH2-CO-NH-C6H4- NH-CO-RF (2),
где RF = CF3O-(C3F6O)n- (CF2O)l-[CF(CF3)O]m-X-, (m + l)/n = 0,032; m/l = 1,3, X = -CF2-, -CF(CF3)- или отсутствует в составе формулы; p = 45

наблюдали полосы поглощения:
690 см-1 - деформационные колебания связи C-H в ароматическом кольце;
1690, 1710 см-1 - валентные колебания связи C=O в амидной группе;
1750 см-1 - валентные колебания связи C=O в кетонной группе;
1550 см-1 - деформационные колебания группы NH. Широкие полосы поглощения наблюдали в областях; 2800-3000 см-1 - валентные колебания связи C-H в насыщенных структурах; 3300 см-1 - валентные колебания связи N-H во вторичных аминах и N-замещенных амидах; 1100-1300 см-1 - валентные колебания связи C-F. Продукт смешивался с маслом с образованием стабильной при хранении эмульсии, pH водной вытяжки продукта равна 6,5; удельный вес 0,8006 г/см3. Оценку антифрикционных свойств фенилендиамида (2) проводили на машине трения 2070 СМТ-1 при частоте вращения 300 об/мин; пара трения - ролик (сталь 38ХН4МА) - колодка (чугун СЧ-30). При нагрузке 400 Н коэффициент трения для масла И-40А составил 0,11, а для масла с добавкой фенилендиамида 0,04. Таким образом, фенилендиамид (2) снижает коэффициент трения, следовательно, проявляет свойства антифрикционной присадки к маслу. Пример 6. Получение N,N'-зтилендиамида карбоксилсодержащего олигоизобутена и перфторполиоксаалкилкарбоновой кислоты (этилендиамид). Синтез этилендиамида проводили аналогично описанному в примере 4, но при следующих загрузках реагентов и растворителей:
- 20 г додекана,
- 70 г толуола,
- 50 г (0,02 моля) каучука ОИКГ, ММ=2550

- 1,2 г (0,02 моля) этилендиамина,
- 10 г (0,01 моля) метилового эфира ПФКК со средней молекулярной массой 1040


H3C-CO-CH2[-C(CH3)2- CH2-]p-CH2-CO-NH-C2H4- NH-CO-RF, (3)
где RF = CF3O-(C3F6O)n- (CF2O)l-[CF(CF3)O]m-X-, (m + l)/n = 0,032; m/l = 1,3; X = -CF2-, CF(CF3)- или отсутствует в составе формулы; p = 45

наблюдали следующие полосы поглощения:
1690, 1710 см-1 - валентные колебания связи C=O в амидной группе;
1750 см-1 - валентные колебания связи C=O в кетонной группе;
1550 см-1 - деформационные колебания группы NH. Широкие полосы поглощения наблюдали в областях: 2800-3000 см-1 - валентные колебания связи C-H в насыщенных структурах; 3300 см-1 - валентные колебания связи N-H во вторичных аминах и N-замещенных амидах; 1100-1300 см-1 - валентные колебания связи C-F. Продукт смешивался с маслом с образованием прозрачной жидкости, pH водной вытяжки продукта равна 6,5; удельный вес 0,8081 г/см3. Оценку антифрикционных свойств этилендиамида (3) проводили на машине трения 2070 СМТ-1 при частоте вращения 300 об/мин; пара трения - ролик (сталь 38ХН4МА) - колодка (чугун СЧ-30). При нагрузке 400 Н коэффициент трения для масла И-40А составил 0,11, а для масла с добавкой этилендиамида 0,05. Таким образом, этилендиамид (2) снижает коэффициент трения, следовательно, проявляет свойства антифрикционной присадки к маслу. Пример 7. Получение N,N'-фенилендиамида карбоксилсодержащего олигоизобутена и перфторполиоксаалкилкарбоновой кислоты. Синтез фенилендиамида проводили аналогично способу, описанному в примере 5, но использовали метиловый эфир ПФКК со средней молекулярной массой 2100



где RF = CF3O-(C3F6O)n- (CF2O)l-[CF(CF3)O]m-X-, сумма n + m + l = 5 - 20, (m + l)/n = 0,03 - 0,14, m/l = 1,4, X = -CF2-, -CF(CF3)- или отсутствует в составе формулы. В ИК-спектре наблюдали следующие полосы поглощения:
1690, 1710 см-1 - валентные колебания связи C=O в амидной группе;
1750 см-1- валентные колебания связи C=O в кетонной группе;
1550 см-1 - деформационные колебания группы NH;
690 см-1 - деформационные колебания связи C-H в ароматическом кольце. Пример 8. Получение N,N'-этилeндиaмидa карбоксилсодержащего олигоизобутена и перфторполиоксаалкилкарбоновой кислоты. Синтез этилендиамида проводили аналогично способу, описанному в примере 6, но при использовании метилового эфира ПФКК со средней молекулярной массой 2950


структурная формула этилендиамида:
H3C-CO-CH2-[-C(CH3)2- CH2-]p-CH2-CO-NH-C2H4- NH-CO-RF,
где RF = CF3O-(C3F6O)n- (CF2O)l-[CF(CF3O]m-X-, n + m + l = 5 - 20, (m + l)/n = 0,14, m/l = 1,5; X = -CF2-, -CF(CF3)- или отсутствует в составе формулы. В ИК-спектре продукта наблюдали следующие полосы поглощения:
1690, 1710 см-1 - валентные колебания связи C=O в амидной группе;
1750 см-1 - валентные колебания связи C=O в кетонной группе;
1550 см-1 - деформационные колебания группы NH. Пример 9. Получение N,N'-гексаметилендиамида карбоксилсодержащего олигоизобутена и перфторполиоксаалкилкарбоновой кислоты (гексаметилендиамид). В реактор загружали 70 г толуола, 50 г каучука ОИКГ, предварительно растворенного в 150 г додекана, и 2,3 г (0,02 моля) гексаметилендиамина. Синтез гексаметилендиамида проводили аналогично способу, описанному в примере 4, с использованием 42 г (0,02 моля) метилового эфира ПФКК молекулярной массы 2100

H3C-CO-CH2-[-C(CH3)2-CH2-]p-CH2-CO-NH-C6H12-NH-CO-RF
где RF = CF3O-(C3F6O)n-(CF2O)l-[CF(CF3)O]m-X,
где (m + l)/n = 0,1; m/l = 1,4; X = CF2, CF(CF3)- или связь; p = 45

Молекулярная масса гексаметилендиамида 4720

1690, 1710 см-1 - валентные колебания связи C=O в амидной группе;
1750 см-1 - валентные колебания связи C=O в кетонной группе;
1550 см-1 - деформационные колебания группы NH. Широкие полосы поглощения наблюдали в областях: 2800-3000 см-1 - валентные колебания связи C-H в насыщенных структурах; 3300 см-1 - валентные колебания связи N-H во вторичных аминах и N-замещенных амидах: 1100-1300 см-1 - валентные колебания связи C-F. Продукт смешивался с маслом с образованием прозрачной жидкости, pH водной вытяжки продукта равна 6,5; удельный вес 0,8081 г/см3. Оценку антифрикционных свойств гексаметилендиамида (3) проводили на машине трения 2070 СМТ-1 при частоте вращения 300 об/мин; пара трения - ролик (сталь 38ХН4МА) - колодка (чугун СЧ-30). При нагрузке 400 Н коэффициент трения для масла И-40А составил 0,11, а для масла с добавкой диамида 0,05. Таким образом, гексаметилендиамид (2) снижает коэффициент трения, следовательно, проявляет свойства антифрикционной присадки к маслу. Источники информации, использованные при оформлении заявки на предлагаемое изобретение. 1. Патент ФРГ 2147874, 1972. 2. Морозов Ю.Л., Княжанский С.Л., Захаров Н.Д., Федюкин Д.Л. //Высокомолекулярные соединения. Т.(А) 19. N 9. С. 1942-1947 /1977 г/. 3. Авторское свидетельство 323412. Бюл. изобр. N1, 1972. C 08 F 27/08. 4. Патент ФРГ 1006427. 5. Патент ФРГ 2127232, 1976 г., МКИ C 07 C 103/44. 6. Патент США 3704214. 7. Патент США 3442942. 8. F Grampelli, M.Facchi-Venture, D. Sianesi. //Org. Magnetic Resonance, 1969, v.1, p.281-293. 9. В. В. Берестнев, Е.А. Степанов, П.А. Кирпичников. // Химия и технология топлив и масел, 1992 г., N12, с.37-39.
Формула изобретения
H3C-CO-CH2-[-C(CH3)2-CH2-]p-CH2-CO-NH-Rн-NH-CO-RF,
где Rн= фенилен - C6H4- или алкилен состава - C2H4-, -C6H12-, -C2H4-(NHC2H4)k-, при k = 0 - 2;
RF= CF3-(C3F6O)n-(CF2O)l-[CF(CF3)O] m-X-, сумма n + m + l = 5 - 20, (m + l)/n = 0,03 - 0,14, X = -CF2-, -CF(CF3)- или отсутствует в составе формулы;
p = 45

РИСУНКИ
Рисунок 1