一种聚合型受阻胺光稳定剂HA-88及其中间体的制备方法

摘要

本发明涉及一种聚合型受阻胺光稳定剂HA‑88及其中间体的制备方法，该方法先使N‑丁基‑2,2,6,6‑四甲基‑4‑哌啶胺与三聚氯氰反应，反应结束后，将所得反应液滴加至N,N’‑双(3‑氨丙基)乙二胺溶液中，滴加完毕后加入碱金属的氢氧化物或盐作为催化剂，回流状态下进行反应，即得。本发明采用温和的反应条件，通过采用不同的加料方法与顺序，可明显改善中间体的分子量分布，N,N’‑双(3‑氨丙基)乙二胺的二取代物含量明显升高，大幅度降低了现有工艺合成的产品组分混杂的情况，该中间体不经后处理可直接应用于HA‑88的合成，制备得到的HA‑88分散指数较低，分子量分布适中，产品质量高，应用效果突出。

权利要求

1.一种聚合型受阻胺光稳定剂HA-88中间体的制备方法，其特征在于：先使N-丁基-2,

2,6,6-四甲基-4-哌啶胺与三聚氯氰反应，反应结束后，将所得反应液滴加至N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺溶液中，滴加完毕后加入碱金属的氢氧化物或盐作为催化剂，回流状态下进行反应，即得含所述中间体的溶液。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺和三聚氯氰的摩尔比为1:(1.5-2.5)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺和三聚氯氰的摩尔比为1：(1.8-2.2)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺和三聚氯氰的摩尔比为1：(1.9-2.1)。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺与三聚氯氰反应采用将N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺或其溶液滴加进入三聚氯氰溶液中的方式，滴加完毕后，升温至40-50℃进行反应。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：该反应在碱金属的氢氧化物或盐的催化下进行。

7.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于：三聚氯氰和N-丁基-2,2,6,6-四甲基-

4-哌啶胺的摩尔比为1:(1.8-2.2)。

8.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于：三聚氯氰和N-丁基-2,2,6,6-四甲基-

4-哌啶胺的摩尔比为1:(1.9-2.1)。

9.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于：所述碱金属的氢氧化物或盐选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾或它们的水溶液中的一种。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：以甲苯、二甲苯、三甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种为反应溶剂。

11.一种制备聚合型受阻胺光稳定剂HA-88的方法，其特征在于：以权利要求1-6、10任一项所述方法制备得到含中间体的反应液，该反应液继续与三聚氯氰和N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺反应，即得。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述含中间体的反应液中二取代物的含量不小于80％。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：将含中间体的反应液温度降至室温，向其中滴加三聚氯氰溶液，滴加完毕后，加入催化剂C，升温至80-100℃反应一段时间后，再加入N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺和催化剂D，回流反应；其中，所述催化剂C和催化剂D各自独立地为碱金属的氢氧化物或盐。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：三聚氯氰与中间体的摩尔比为(0.3-

0.7)：1，和/或，

N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺与三聚氯氰的摩尔比为(0.4-1.6)：1。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：三聚氯氰与中间体的摩尔比为(0.4-

0.6)：1。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺与三聚氯氰的摩尔比为(0.8-1.2)：1。

说明书

一种聚合型受阻胺光稳定剂HA-88及其中间体的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于高分子材料功能助剂技术领域，尤其涉及一种聚合型受阻胺光稳定剂HA-88及其中间体的制备方法。

背景技术

[0002] 受阻胺类光稳定剂(Hindered Amine Light Stabilizer，简称HALS)是一种高效的抑制高分子材料光氧化降解的助剂，其光稳定效果是传统的吸收型光稳定剂的2-4倍。该类物质与紫外线吸收剂和抗氧剂有良好的协同效应，与多种高分子材料具有良好的相容性。由于其良好的应用性能，HALS自问世以来一直是聚合物抗老化领域的重要发展品种，也是发展最快的一类高效光稳定剂。

[0003] 早期的HALS产品由于其相对分子量较低，在应用过程中具有不耐抽提和易迁移的缺点。基于此，高分子量化成为HALS的发展趋势之一。现市场上广泛使用的HALS类光稳定剂UV-944、UV-622、UV-3346等均属于具有较高分子量的聚合型产品。聚合型受阻胺类光稳定剂较高的分子量有利于解决耐抽提问题，但是分子量过高会导致HALS在聚合物中的迁移性过低，影响光稳定效果的发挥。因此，需要把HALS产品的分子量控制在一定范围内，以2000-3000为宜。

[0004] HA-88是一种高分子量、低聚型受阻胺类光稳定剂，其结构如下。

[0005]

[0006] n为1-3的整数。

[0007] HA-88与不同类型的聚合物具有良好的相容性、低挥发性、适宜的迁移速率、高耐萃取性等一系列优秀的应用性能，特别适合用作纤维、薄膜、磁带、涂料等材料的光稳定剂。该产品自推广以来市场，反响良好，供不应求。但HA-88的合成工艺始终是制约其发展的重要因素，主要体现为分子量调控困难，分布较宽。

[0008] 关于HA-88合成的文献报道较少，专利US20130203904报道了几种聚合型HALS，其中一种以N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺、三聚氯氰、N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺为原料。先将三聚氯氰和N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺在95℃下反应，再直接向体系中加入N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺，氢氧化钠水溶液催化，回流脱水反应合成中间体。中间体反应液经过水洗后，向体系中滴加三聚氯氰溶液进行聚合，最终封端并进行后处理，产品的数均分子量Mn＝5597，重均分子量Mw＝13159，分散指数PDI＝2.35。

[0009] 聚合物分散指数描述了聚合物的分子量分布，该专利报道的分散指数2.35较高，说明聚合物中分子量过高和过低的成分较多，而适中的较少。如前所述，过高或过低的分子量都会对HALS光稳定效果的发挥产生不良影响。因此，提供一种新的方法以制备分子量分布更加合理适中的HA-88很有必要。

发明内容

[0010] 本发明针对现有技术存在的问题，经过研究发现，聚合型HALS的分子量与聚合度直接相关，聚合过程与中间体的含量分布有很大关系。HA-88中间体中包含的组分主要有N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺的一、二、三、四取代物(结构式如下所示)，R1、R2、R3、R4中有1-4个为受阻胺取代基。减少中间体中的一、四取代物含量，增加二取代物含量有利于降低后续聚合产物的分散指数，从而改善产品品质。

[0011]

[0012] 因此，本发明的目的之一是提供一种制备HA-88中间体的方法，采用如下技术方案：

[0013] 先使N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺与三聚氯氰反应，反应结束后，将所得反应液滴加至N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺溶液中，滴加完毕后，加入碱金属的氢氧化物或盐作为催化剂，回流状态下进行反应，即得含所述中间体的溶液。

[0014] 本发明采用温和的反应条件，通过采用不同的加料方法与顺序，可明显改善该中间体的分子量分布，N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺的二取代物含量明显升高，含量可控制在80％～95％，大幅度降低现有工艺合成的产品组分混杂的情况。采用本发明方法制备得到的含HA-88中间体的溶液无需经后处理等操作，可直接应用于聚合型受阻胺类光稳定剂HA-
88的合成，制备得到的HA-88分散指数较低，分子量分布适中，产品质量高，应用效果突出。

[0015] 较佳地，N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺和三聚氯氰的摩尔比为1:(1.5-2.5)，更佳的摩尔比为1：(1.8-2.2)，最佳的摩尔比为1：(1.9-2.1)。

[0016] 较佳地，该方法以甲苯、二甲苯、三甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种为反应溶剂。

[0017] 其中，N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺与三聚氯氰的反应可采用本领域已知的方法，本发明优选采用将N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺或其溶液滴加进入三聚氯氰溶液的方式，滴加结束后，升温至40-50℃(优选45℃)进行反应。溶液采用的溶剂与前述相同，即以甲苯、二甲苯、三甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种为溶剂。

[0018] 较佳地，三聚氯氰和N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺的摩尔比为1:(1.8-2.2)，更佳的摩尔比为1:(1.9-2.1)。

[0019] 较佳地，N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺与三聚氯氰在催化剂的作用下进行反应，所述催化剂同样为碱金属的氢氧化物或盐。

[0020] 较佳地，本发明所述的碱金属的氢氧化物或盐选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾或它们的水溶液中的一种。

[0021] 该中间体的制备方法中，催化剂的加入方法可以是直接加入反应体系，也可以是缓慢滴加进入。本发明研究发现，加入稍过量的催化剂能够取得更好的反应效果，较佳地，催化三聚氯氰和N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺反应的催化剂的添加量为N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺摩尔量的1.1倍，催化第二步反应的催化剂的添加量为N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺摩尔量的2.2倍。

[0022] 作为本发明较佳的技术方案，HA-88中间体的制备方法为：将N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺或其溶液滴加至三聚氯氰溶液中，滴加完毕后，加入催化剂A进行反应；反应结束后，将所得反应液滴加至N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺溶液中，滴加完毕后加入催化剂B，回流反应，即得含有所述中间体的溶液；

[0023] 其中，该反应以甲苯、二甲苯、三甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种为反应溶剂；催化剂A和催化剂B选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾或它们的水溶液中的一种；三聚氯氰和N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺的摩尔比为1:(1.8-2.2)，N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺和三聚氯氰的摩尔比为1:(1.5-2.5)，催化剂A的添加量为N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺摩尔量的1.1倍，催化剂B的添加量为N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺的2.2倍。

[0024] 本发明的第二个目的是提供一种聚合型受阻胺光稳定剂HA-88的制备方法，该方法以前述任一方法制备得到的含中间体的反应液为原料，继续与三聚氯氰和N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺反应，即得。

[0025] 较佳地，以中间体中二取代物的含量不小于80％的反应液为原料。

[0026] 较佳的HA-88制备方法为：将含中间体的反应液温度降至室温，向其中滴加三聚氯氰溶液，滴加完毕后，加入催化剂C，升温至80-100℃反应一段时间后，再加入N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺和催化剂D，回流反应；其中，所述催化剂C和催化剂D各自独立地为碱金属的氢氧化物或盐。

[0027] 较佳地，聚合型受阻胺光稳定剂HA-88的制备方法以甲苯、二甲苯、三甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种为反应溶剂。

[0028] 较佳地，所述碱金属的氢氧化物或盐选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠或它们的水溶液中的一种。

[0029] 较佳地，该步反应中，三聚氯氰与中间体的摩尔比为(0.3-0.7)：1，优选为(0.4-0.6)：1。

[0030] 较佳地，该步反应中，N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺与三聚氯氰的摩尔比为(0.4-1.6)：1，优选为(0.8-1.2)：1。

[0031] 较佳地，催化剂C的添加量为三聚氯氰摩尔量的2.2倍。

[0032] 较佳地，催化剂D的添加量为三聚氯氰摩尔量的1.1倍。

[0033] 在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，即得本发明各较佳实例。

[0034] 本发明涉及到的原料和试剂均可市购获得。

[0035] 本发明的优势是：通过采用不同的加料方法与顺序，明显改善了HA-88中间体的分子量分布，N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺的二取代物含量可达80％以上，最高可达91.1％，显著优于现有技术50％-60％的数值范围。以此中间体进行后续反应，制备得到的HA-88的重均分子量Mw为3300-3600，数均分子量Mn为2700-3000，分子量分散指数PDI在1.1-1.2之间，分散指数显著低于现有技术，产品质量更好。

具体实施方式

[0036] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中涉及的操作如无特殊说明，均为本领域常规技术操作。以下为HA-88的合成路线，其中化合物2为中间体。

[0037]

[0038] 实施例1

[0039] 将1.84g(10mmol)三聚氯氰分散于20mL甲苯中，室温下向体系中滴加4.46g(21mmol)N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺，滴加完毕后加入1.17g碳酸钠，升温至45℃反应，以HPLC监测反应，N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺的含量低于0.5％时视为反应结束。反应结束后，将此反应液向0.85g(4.9mmol)N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺的10mL甲苯溶液中缓慢滴加。滴加完毕后加入0.58g碳酸钠，回流脱水反应。以HPLC监测反应，第一步反应产物的含量低于0.5％时视为反应结束。中间体二取代物含量87.0％。

[0040] 该实施例同时提供以制备得到的中间体反应液为原料继续进行后续反应制备HA-88的方法，具体操作为：

[0041] 当中间体反应液降温至室温后，向其中滴加0.50g(2.7mmol)三聚氯氰的甲苯溶液，完毕后加入0.29g碳酸钠，升温至90℃反应1h后，同时加入0.57g(2.7mmol)N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺和0.29g碳酸钠，回流反应1h。经水洗、减压蒸馏除去溶剂得成品HA-
88。

[0042] 经检测：HA-88成品的Mn＝2846，Mw＝3501，PDI＝1.23。

[0043] 实施例2

[0044] 将1.84g(10mmol)三聚氯氰分散于20mL甲苯中，室温下向体系中滴加4.36g(20.5mmol)N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺，完毕后滴加2.4mL 30％氢氧化钾水溶液，升温至45℃反应，以HPLC监测反应，N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺的含量低于0.5％时视为反应结束。反应结束后，将此反应液向0.91g(5.2mmol)N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺的10mL甲苯溶液中缓慢滴加。完毕后滴加1.2mL 30％氢氧化钾水溶液，回流脱水反应。以HPLC监测反应，第一步反应产物的含量低于0.5％时视为反应结束。中间体二取代物含量
91.1％。

[0045] 该实施例同时提供以制备得到的中间体反应液为原料继续进行后续反应制备HA-88的方法，具体操作为：

[0046] 体系降温至室温后，向其中滴加0.53g(2.86mmol)三聚氯氰的甲苯溶液，完毕后加入0.6mL 30％氢氧化钾水溶液，升温至90℃反应1h后，同时加入0.61g(2.86mmol)N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺和0.6mL30％氢氧化钾水溶液，回流反应1h。经水洗、减压蒸馏除去溶剂得成品HA-88。

[0047] 经检测，HA-88成品的Mn＝2912，Mw＝3320，PDI＝1.14。

[0048] 实施例3

[0049] 将1.84g(10mmol)三聚氯氰分散于20mL二甲苯中，室温下向体系中滴加4.36g(20.5mmol)N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺的10mL二甲苯溶液，完毕后滴加2.2mL 30％氢氧化钠水溶液，升温至45℃反应，以HPLC监测反应，N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺的含量低于0.5％时视为反应结束。反应结束后，将此反应液向0.91g(5.2mmol)N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺的10mL二甲苯溶液中缓慢滴加。完毕后滴加1.1mL 30％氢氧化钠水溶液，回流反应。以HPLC监测反应，第一步反应产物的含量低于0.5％时视为反应结束。中间体二取代物含量82.6％。

[0050] 该实施例同时提供以制备得到的中间体反应液为原料继续进行后续反应制备HA-88的方法，具体操作为：

[0051] 体系降温至室温后，向其中滴加0.53g(2.86mmol)三聚氯氰的二甲苯溶液，完毕后加入0.6mL30％氢氧化钠水溶液，升温至90℃反应1h后，同时加入0.61g(2.86mmol)N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺和0.6mL 30％氢氧化钠水溶液，回流反应1h。减压蒸馏除去溶剂得成品HA-88。

[0052] 经检测：HA-88成品Mn＝2761，Mw＝3506，PDI＝1.27。

[0053] 实施例4

[0054] 将1.84g(10mmol)三聚氯氰分散于20mL二甲苯中，室温下向体系中滴加4.24g(20mmol)N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺，完毕后滴加2.2mL 30％氢氧化钠水溶液，升温至45℃反应，以HPLC监测反应，N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺的含量低于0.5％时视为反应结束。反应结束后，将此反应液向0.87g(5mmol)N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺的10mL二甲苯溶液中缓慢滴加。完毕后滴加1.1mL 30％氢氧化钠水溶液，升温至回流。以HPLC监测反应，第一步反应产物的含量低于0.5％时视为反应结束。中间体二取代物含量90.8％。

[0055] 该实施例同时提供以制备得到的中间体反应液为原料继续进行后续反应制备HA-88的方法，具体操作为：

[0056] 体系降温至室温后，向其中滴加0.51g(2.75mmol)三聚氯氰的二甲苯溶液，完毕后加入0.6mL 30％氢氧化钠水溶液，升温至90℃反应1h后，同时加入0.58g(2.75mmol)N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺和0.6mL 30％氢氧化钠水溶液，回流反应1h。减压蒸馏除去溶剂得成品HA-88。

[0057] 经检测：HA-88成品的Mn＝2933，Mw＝3490，PDI＝1.19。

[0058] 对比例1

[0059] (1)制备HA-88中间体：将1.84g(10mmol)三聚氯氰分散于20mL甲苯中，室温下向体系中滴加4.46g(21mmol)N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺，滴加完毕后加入1.15g碳酸钠，升温至45℃反应，以HPLC监测反应，N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺的含量低于0.5％时视为反应结束。反应结束后，直接向反应体系中加入0.85g(4.9mmol)N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺的10mL甲苯溶液。滴加完毕后加入0.58g碳酸钠，回流脱水反应。以HPLC监测反应，第一步反应产物的含量低于0.5％时视为反应结束。中间体中二取代物含量61.9％。

[0060] (2)制备HA-88：体系降温至室温后，向其中滴加0.50g(2.7mmol)三聚氯氰的甲苯溶液，完毕后加入0.29g碳酸钠，升温至90℃反应1h后，同时加入0.57g(2.7mmol)N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺和0.29g碳酸钠，回流反应1h。经水洗、减压蒸馏除去溶剂得成品HA-88。

[0061] 经检测：HA-88成品的Mn＝4194，Mw＝8346，PDI＝1.99。

[0062] 对比例2

[0063] (1)制备HA-88中间体：将1.84g(10mmol)三聚氯氰分散于20mL二甲苯中，室温下向体系中滴加4.24g(20mmol)N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺，完毕后滴加2.2mL 30％氢氧化钠水溶液，升温至45℃反应，以HPLC监测反应，N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺的含量低于0.5％时视为反应结束。反应结束后，直接向反应体系中加入0.87g(5mmol)N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺的10mL二甲苯溶液。完毕后滴加1.1mL 30％氢氧化钠水溶液，回流脱水反应。以HPLC监测反应，第一步反应产物的含量低于0.5％时视为反应结束。中间体中二取代物含量57.6％。

[0064] (2)制备HA-88：体系降温至室温后，向其中滴加0.51g(2.75mmol)三聚氯氰的二甲苯溶液，完毕后加入0.6mL30％氢氧化钠水溶液，升温至90℃反应1h后，同时加入0.58g(2.75mmol)N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺和0.6mL 30％氢氧化钠水溶液，回流反应1h。减压蒸馏除去溶剂得成品HA-88。

[0065] 经检测：HA-88成品的Mn＝4388，Mw＝9434，PDI＝2.15。

[0066] 通过以上实施例和对比例可以看出：在反应第一步结束后将反应液向N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺的甲苯溶液中缓慢滴加，而非N,N’-双(3-氨丙基)乙二胺向原反应液中加入，改变了加料顺序，实现了反应的温和进行，使中间体中二取代物的含量明显上升，后续聚合反应的成品分子量适中，分散指数较低。

[0067] 虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。