Циклотриметилолпропан метакрилат
Общая информация
Циклотриметилолпропан метакрилат (англ. Cyclotrimethylolpropane Methacrylate, CTMPMA) — это функциональный акрилатный мономер, получаемый путем этерификации циклотриметилолпропана (CTMP) с метакриловой кислотой. Химическая формула C17H26O6, молярная масса около 330,38 г/моль. Внешне представляет собой прозрачную бесцветную до светло-желтой маслянистую жидкость без механических примесей и присутствия осадка. Плотность при 20 °C составляет 1,07–1,10 г/см³, показатель преломления nD20 ≈ 1,48–1,50, вязкость — 20–40 мПа·с, температура вспышки (закрытый тигель) — около 100 °C. CTMPMA содержит одну метакрилатную группу на каждые три гидроксильных фрагмента в циклическом ядре, что обеспечивает умеренную степень функционализации и низкую усадку при полимеризации.
Основные физико-химические свойства:
- Температура кипения: 250–260 °C при атмосферном давлении.
- Температура самовоспламенения: 360 °C.
- Растворимость: хорошо растворим в ацетоне, MEK, этилацетате; практически не смешивается с водой (< 0,1 %).
- Химическая устойчивость: устойчив к слабым кислотам, умеренно — к щелочным средам; разлагается при контакте с сильными окислителями.
Производство
Промышленный синтез CTMPMA проводится по схеме прямой этерификации циклотриметилолпропана и метакриловой кислоты или через промежуточный метилметакрилат:
- Подготовка сырья: высокочистый CTMP (не менее 98 %) и метакриловая кислота получают по отдельным технологиям. В метакриловую кислоту вводят ингибитор самопроизвольной полимеризации (гидрохинон, 100–200 ppm).
- Эстерификация: в реактор загружают CTMP и метакриловую кислоту в молярном соотношении ≈1:3, добавляют катализатор (п-толуолсульфокислоту или концентрированную серную кислоту, 0,5–1 % мас.). Реакцию проводят при 60–80 °C и атмосферном давлении в азеотропном режиме с удалением воды через органический растворитель (ксилол, толуол).
- Нейтрализация и отмывка: после достижения конверсии (ок. 90 %) смесь охлаждают, нейтрализуют слабым раствором NaHCO3, отмывают водой до нейтрального pH, сушат над безводным CaCl2 или сульфатом натрия.
- Очистка: конечное очищение осуществляется вакуумной дистилляцией при 0,01–0,05 МПа и температуре не выше 90 °C. В продукт вводят стабилизатор (фенол или фенил-фосфит, 50–100 ppm) для защиты от полимеризации при хранении.
- Контроль качества: состав проверяют методом ГХ/МС, ИК-спектроскопии и ЯМР. Основные показатели: активность метакрилатных групп ≥ 98 %, содержание воды ≤ 0,1 %, кислотное число ≤ 0,1 мг КОН/г.
Выход продукта достигает 75–85 % от теоретического, зависит от чистоты исходных реагентов и эффективности удаления побочных вод.
Применение
CTMPMA ценится за сочетание низкой усадки, умеренной гибкости и высокой адгезии. Основные области применения:
- UV-отверждаемые покрытия и чернила: добавляется в составы для получения гибких, стойких к истиранию и химическому воздействию покрытий на пластиках и металлах.
- 3D-печать (SLA/DLP): используется в фотополимерных смолах, обеспечивая точность, хорошую адгезию слоёв и минимальную усадку.
- Адгезивы и клеи: входит в формулы однокомпонентных клеевых систем на акрилатной основе для стекла, керамики и композитов.
- Композиты и матрицы: применяется для армированных матриц, где требуются повышенная прочность и устойчивость к УФ.
- Медицинские адгезивы: используется при разработке биосовместимых клеёв и систем закрепления имплантов.
Дополнительно CTMPMA может служить промежуточным мономером в производстве сложных блок-сополимеров и модификации полиуретанов.
Хранение и транспортировка
Готовый CTMPMA упаковывают в герметичные металлические барабаны с внутренним эпоксидным покрытием (200–220 кг) или в полиэтиленовые ёмкости HDPE (25–50 кг). Маркировка и документация оформляются в соответствии с ADR/RID (UN 3269, класс 3 — легковоспламеняющиеся жидкости).
Рекомендуемые условия хранения:
- Температура: +5…+25 °C;
- Влажность: ≤ 60 %;
- Отсутствие прямых солнечных лучей и нагревательных приборов;
- Изоляция от сильных окислителей, щелочей и аминов;
- Герметичность тары и отсутствие свободного пространства для миграции кислорода.
При транспортировке необходимо обеспечить жесткую фиксацию тары, защиту от падений и ударов, а также контроль температурного режима (не ниже 0 °C и не выше 30 °C).
Безопасность
CTMPMA относится к опасным веществам: класс опасности 3 (легковоспламеняющиеся жидкости) по ГОСТ 12.1.007 и GHS05 (разъедает металл), GHS07 (раздражение) по системе GHS. Может вызывать раздражение кожи, глаз и дыхательных путей. При обширном контакте или вдыхании возможны головная боль, головокружение и аллергические реакции.
- Использовать СИЗ: защитные очки, перчатки из нитрила или неопреновые, спецодежду.
- При концентрации паров выше ПДК — респиратор с органическими фильтрами (тип A2).
- Обеспечить местную вытяжную вентиляцию и заземление оборудования.
- Исключить открытый огонь, искры и статические разряды в рабочей зоне.
Первая помощь:
- При попадании на кожу — смыть водой с мылом, при необходимости обратиться к врачу.
- При попадании в глаза — промыть чистой водой не менее 15 мин., обратиться к офтальмологу.
- При вдыхании — вывести пострадавшего на свежий воздух, обеспечить покой и при ухудшении состояния — госпитализировать.
- При проглатывании — не вызывать рвоту, дать воду, немедленно вызвать скорую помощь.