CN100387639C - 相转移催化剂制备聚芳硫醚类树脂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相转移催化剂制备聚芳硫醚类树脂的方法，其特点是将溶剂400～1000重量份，催化剂1～38重量份和助催化剂1～20重量份，加入装有导入管，搅拌器，温度计和分水器的三颈瓶或者反应釜中。搅拌均匀后，加入含量≈60%的Na2S·XH2O 100重量份，或者NaHS 56重量份，或者硫磺32.7重量份，二卤代芳香化合物，或者二卤代杂环化合物，或者其衍生物10～600重量份，在N2保护下，于温度100～200℃间脱水反应0.5～4h。脱水完毕后将体系温度升至150～230℃反应1～20h，制得聚芳硫醚类树脂产物。再将聚芳硫醚类树脂产物趁热过滤或者趁热倒入沉淀剂水中，析出聚合物，经洗涤、干燥后得到纯的聚芳硫醚类树脂。
Description
技术领域
本发明涉及一种相转移催化剂制备聚芳硫醚类树脂的方法，属聚合物的制备领域。
背景技术
相转移催化(Phase transfer catalyst)克服了非均相有机合成中需要极性非质子溶剂的缺点，对有机合成的发展起到了很大推动作用。相转移催化是指用少量物质作为一种反应物的载体，将此反应物通过相界面迁移至另一相，使非均相反应得以顺利进行的过程(刘增勋，相转移催化剂在有机化学和农药化学中的应用，安徽化工研究所，1987.12(3～7))。溶液缩聚法制备聚芳硫醚类树脂，硫源在有机溶剂中只能达到分散平衡，呈分散状态，不能达到溶解平衡，大大降低了其活性，使反应处于非均相状态。溶液缩聚法制备聚芳硫醚树脂存在的另一问题，中间体和产物可能不溶于反应溶剂，在反应阶段即沉淀出来，使反应呈非均相状态。这两方面都使溶液缩聚法制备聚芳硫醚类树脂不能以均相反应进行，不能得到适当分子量的聚芳硫醚树脂(韩伟屏等，催化化学导论，科学出版社，2003.1)。为了解决这一问题，综合考虑原料的活性、毒性、价格、对环境友好性等问题，选用相转移催化剂作为反应的催化剂，以解决溶液缩聚法制备聚芳硫醚类树脂呈非均相反应这一难题。本发明涉及的相转移催化剂由溶液缩聚法制备聚芳硫醚类树脂的方法，到目前为止，国内尚未见有相关文献报导。
发明内容
本发明是针对现有技术的不足而提供一种相转移催化剂制备聚芳硫醚类树脂的方法，其特点是采用相转移催化剂和碱金属盐或者有机铵盐作为助催化剂制备聚芳硫醚类树脂。
本发明由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。
相转移催化剂制备聚芳硫醚类树脂起始原料的配方组分为：
Na2S·xH2O Na2S含量≈60％ 100份
或者硫氢化钠(NaHS) 56份
或者硫磺S≈98％ 32.7份
二卤代芳香化合物及其衍生物
二卤代杂环化合物 10～600份
催化剂 1～38份
助催化剂 1～20份
溶剂 400～1000份
并下述工艺和技术条件制备
1.Na2S·XH2O脱水
将溶剂400～1000份，催化剂1～38份和助催化剂1～20份，加入装有导入管，搅拌器，温度计和分水器的三颈瓶或者反应釜中。搅拌均匀后，加入含量≈60％的Na2S·XH2O 100份，或者NaHS 56份，或者硫磺32.7份，二卤代芳香化合物及其衍生物，或者二卤代杂环化合物10～600份，在N2气保护下，于温度100～200℃脱水反应0.5～4h。
2.聚芳硫醚类树脂的制备
上述Na2S·XH2O脱水后，将体系温度升至150～230℃反应1～20h，制得聚芳硫醚类树脂产物。
3.聚芳硫醚类树脂产物的纯化
将上述聚芳硫醚类树脂产物趁热过滤或者倒入沉淀剂水中，析出聚合物，经洗涤、干燥后得到纯的聚芳硫醚类树脂。
相转移催化剂为环糊精、杯芳烃、索烃、轮烷、季胺碱、冠醚、季磷盐、季胺盐、硫鎓盐、聚乙二醇、葫芦脲、卟啉、酞菁中的至少一种。
助催化剂为碱金属盐或有机铵盐：碱金属盐为磷酸三钠、醋酸钠、醋酸锂、羟基乙酸钠、-氨基己酸、对甲基苯磺酸钠、苯甲酸钠和苯甲酸锂、甲酸锂、氯化钙、氯化锂等，有机铵盐为乙酸铵、甲酸铵、酒石酸铵、柠檬酸铵中的至少一种。
硫源为工业硫化钠Na2S·XH2O，或者硫氢化钠，或者硫磺作为第一反应单体。
第二、三单体为二卤代芳香化合物及其衍生物、二卤代杂环化合物：二卤代芳香化合物及其衍生物为二卤代苯、二卤代酰亚胺、二卤代芳香酮、二卤代二苯砜、二卤代酰胺，其中二卤代芳香化合物及其衍生物包括邻二卤代芳香化合物、间二卤代芳香化合物、对二卤代芳香化合物中的至少一种；二卤代杂环化合物为二卤吡啶、二卤代喹啉中的任意一种；卤原子为：氟、氯、溴、碘。
溶剂为N-甲基吡咯烷酮、环丁砜、二甲基亚砜、六甲基磷酰三胺、N-环己基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、N-甲基己内酰胺、聚乙二醇二乙醚中的至少一种。
将聚芳硫醚类树脂配成浓度为0.40g/dl或者0.50g/dl左右的样品溶液，用乌氏粘度计测试聚芳硫醚类树脂的特性粘度η＝0.1～0.6。
聚芳硫醚类树脂的结构经红外光谱测试，紫外光谱测试，核磁共振测试，元素分析测试得到证实。
聚芳硫醚砜的测试结果：红外光谱测试结果如图1所示，从图谱上看出，苯环的特征吸收峰，C-S的特征吸收峰，砜基的特征吸收峰；紫外光谱测试，结果如图2所示，从图谱上看出，为具有苯环吸收带大的共轭结构的聚合物；核磁共振测试，结果如图3所示，从图谱上看出，有两种化学环境的H；元素分析测试，结果如表1所示，从表1看出，聚合物的元素含量与理论计算值一致。以上测试结果表明聚合物的结构与设计的聚芳硫醚砜一致。
聚芳硫醚砜酰亚胺的测试结果：红外测试结果如图4，从图谱上看出，有硫醚键的特征吸收峰，苯环的特征吸收峰，砜基的特征吸收峰；核磁共振测试结果如图5，从图谱上看出，H吸收峰符合聚芳硫醚砜酰亚胺的吸收峰；从表2看出元素分析的结果与理论值一致；以上测试结果表明聚合物的结构与设计的聚芳硫醚砜酰亚胺一致。
通过调控反应温度、反应时间、加料方式、单体配比、催化剂种类和用量，可以制备不同分子量的聚芳硫醚类树脂。
相转移催化剂制备聚芳硫醚类树脂的方法制备的聚芳硫醚类树脂为聚苯硫醚、聚芳硫醚酮、聚芳硫醚砜酰亚胺、聚芳硫醚酰胺、聚芳硫醚砜、聚芳硫醚醚酮、聚芳硫醚酰亚胺、聚喹啉硫醚、聚吡啶硫醚、聚芳硫醚酮/酰亚胺共聚物、聚芳硫醚砜/酰亚胺共聚物、聚芳硫醚砜/酮共聚物、聚芳硫醚酮/砜/酰亚胺共聚物。
本发明具有如下优点：
1.相转移催化剂是一种高效催化剂，活性高，用量少，因此相对价格低廉。
2.相转移催化剂性质稳定、易于回收，利用率高，不会对环境造成污染。
3.相转移催化剂具有亲脂亲水组分，两者之间具有完美的平衡，两亲组分使其具有很好的相容性，即使残留在树脂里，不会影响树脂的使用。
4.相转移催化剂解决了目前溶液缩聚法制备聚芳硫醚树脂反应不能呈均相反应的这一难题。
5.相转移催化剂适用于所有溶液缩聚法制备聚芳硫醚树脂的聚合体系。其加入聚合反应体系都能取得较好的结果。
6.助催化剂的使用可提高催化剂的活性，助催化剂廉价易得易于回收不会对环境造成污染。
7.相转移催化剂和助剂一起使用与其它类型的催化剂相比可大幅度提高分子量，通过加入不同的催化剂和不同用量，对分子量进行控制。
8.在相转移催化剂的作用下，试验具有简单易行、重复性好、稳定性高、产品收率大、纯度高等特点。
附图说明：
图1.聚芳硫醚砜的红外光谱图
图2.聚芳硫醚砜的紫外光谱图
图3.聚芳硫醚砜的核磁分析图谱
图4.聚芳硫醚砜酰亚胺的红外分析图谱
图5.聚芳硫醚砜酰亚胺的核磁分析图谱
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1.将N-甲基吡咯烷酮400ml，苯甲酸钠6.3g和分子量为4000的聚乙二醇37.4，加入反应釜中，搅拌均匀后加入含量≈60％的Na2S·XH2O 100g、在N2保护下，于温度190℃脱水后加入对二氯苯117.6g在温度230℃反应5.0h，制得聚苯硫醚树脂。
将上述反应完成后的固液体系进行分离，固体经洗涤、干燥后得到纯的聚苯硫醚树脂。
以a-氯萘为溶剂，配成0.40g/dl左右的样品液，在208±0.5℃下用乌氏粘度计，测试聚苯硫醚树脂特性粘度η＝0.35。
实施例2.将二甲基亚砜1000ml，甲酸锂8.4g和冠醚15-冠-5 1.2g，加入装有导入管，搅拌器，温度计和分水器的三颈瓶中，搅拌均匀后加入含量≈60％的Na2S·XH2O 100g、对二氯二苯砜229.6g，在N2保护下，于温度170℃脱水反应1h。反应体系脱水后将体系温度升至180℃反应6h，制得聚芳硫醚树脂。
将上述聚芳硫醚砜树脂趁热倒入沉淀剂水中，析出聚合物，经洗涤干燥后得到纯的聚芳硫醚砜树脂。
以NMP为溶剂，配成0.50g/dl左右的样品液，在30.0±0.1℃下用乌氏粘度计，测试聚芳硫醚砜树脂的特性粘数η＝0.25。
实施例3.将N-环己基吡咯烷酮600ml，乙酸钠10g和季铵盐氯化三辛基十二烷基氯化铵17.5g，加入装有导入管，搅拌器，温度计和分水器的三颈瓶中，搅拌均匀后加入硫磺≈98％ 32.7g、对二氟苯酮174.4g，在N2保护下，于温度120℃脱水反应4h。反应体系脱水后将体系温度升至204℃反应8h，制得聚芳硫醚酮树脂。
将上述聚芳硫醚酮树脂沉淀与溶液分离，经洗涤、干燥后得到纯的聚芳硫醚酮树脂。
以浓硫酸为溶剂，配成0.50g/dl左右的样品液，在30.0±0.1℃下用乌氏粘度计，测试聚芳硫醚酮树脂的特性粘数η＝0.21。
实施例4.将溶剂二甲基亚砜550ml，乙酸铵5.6g+苯甲酸钠2.3g和季胺碱四乙基氢氧化胺5.9g，加入装有导入管，搅拌器，温度计和分水器的三颈瓶中，搅拌均匀后加入含量≈60％的Na2S·XH2O 100g、对二氯代酰胺212.0g，在N2保护下，于温度170℃脱水反应1h。反应体系脱水后将体系温度升至在180℃反应7h，制得聚芳硫醚酰胺树脂。
将上述聚芳硫醚酰胺树脂趁热倒入沉淀剂水中，析出聚合物，经洗涤、干燥后得到纯的聚芳硫醚酰胺树脂。
以NMP为溶剂，配成0.50g/dl左右的样品液，在30±0.1℃下用乌氏粘度计，测试聚芳硫醚酰胺树脂的特性粘数η＝0.22。
实施例5.将溶剂聚乙二醇二乙醚900ml，羟基乙酸钠7.8g和三丁基烷基四氟硼酸季膦盐13.8g，加入装有导入管，搅拌器，温度计和分水器的三颈瓶中，搅拌均匀后加入含量≈60％的Na2S·XH2O 100g、对二氯代酰亚胺233.6g，在N2保护下，于温度120℃脱水反应0.5h。反应体系脱水后将体系温度升至在150℃反应6.5h，制得聚芳硫醚酰亚胺树脂。
将上述聚芳硫醚酰亚胺树脂趁热倒入沉淀剂水中，析出聚合物，经洗涤干燥后得到纯的聚芳硫醚酰亚胺树脂。
以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，配成0.50g/dl左右的样品液，在30.0±0.1℃下用乌氏粘度计，测试聚芳硫醚酰亚胺树脂的特性粘数η＝0.17。
实施例6.将溶剂环丁砜500ml，氯化钙7.8g和羟丙基β-环糊精2.3g+葫芦脲1.4g，加入装有导入管，搅拌器，温度计和分水器的三颈瓶中，搅拌均匀后加入NaHS56g、二氯代喹啉158.4g，在N2保护下，于温度190℃脱水反应0.5h。反应体系脱水后将体系温度升至230℃反应5.5h，制得聚喹啉硫醚树脂。
将上述聚喹啉硫醚树脂沉淀与溶液分离，经洗涤、干燥后得到纯的聚喹啉硫醚树脂。
以苯酚和四氯乙烷为溶剂，配成0.50g/dl左右的样品液，在30±0.1℃下用乌氏粘度计，测试聚喹啉硫醚树脂的特性粘数η＝0.38。
实施例7.将溶剂六甲基磷酰三胺1000ml，草酸钠7.8g和对叔丁基杯(6)芳烃(2)1.8g，加入装有导入管，搅拌器，温度计和分水器的三颈瓶中，搅拌均匀后加入Na2S·XH2O含量≈60％100g、4’，4’二氯二酰亚胺二苯砜546.3g，在N2保护下，于温度180℃脱水反应0.5h。反应体系脱水后将体系温度升至210℃反应15h，制得聚芳硫醚砜酰亚胺树脂。
将上述聚芳硫醚砜酰亚胺树脂趁热倒入沉淀剂水中，析出聚合物，经洗涤干燥后得到纯的聚芳硫醚砜酰亚胺树脂。
以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，配成0.50g/dl左右的样品液，在30±0.1℃下用乌氏粘度计，测试聚芳硫醚砜酰亚胺树脂的特性粘数η＝0.30。
实施例8.将溶剂N-甲基己内酰胺+N-甲基吡咯烷酮800ml，氯化锂5g和聚乙二醇苄醚15g，加入装有导入管，搅拌器，温度计和分水器的三颈瓶中，搅拌均匀后加入Na2S·XH2O 100g、对二氯二苯砜200.9g、对二氟苯酮17.4g，在N2保护下，于110℃脱水反应4h。反应体系脱水后将体系温度升至180℃反应9h，制得聚芳硫醚砜/酮共聚树脂。
将上述聚芳硫醚砜/酮共聚树脂趁热倒入沉淀剂水中，析出聚合物，经洗涤、干燥后得到纯的聚芳硫醚砜/酮共聚树脂。
以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，配成0.50g/dl左右的样品液，在30±0.1℃下用乌氏粘度计，测试聚芳硫醚砜/酮共聚树脂的特性粘数η＝0.30。
实施例9.将溶剂六甲基磷酰三胺+N-甲基吡咯烷酮700ml，磷酸三钠5g和冠醚衍生物苯并双15-冠-51.5g，加入装有导入管，搅拌器，温度计和分水器的三颈瓶中，搅拌均匀后加入Na2S·XH2O 100g、对二氟苯酮99.8g，对氯酰亚胺132.6在N2保护下，于温度170℃脱水反应1.5h。反应体系脱水后将体系温度升至190℃反应10h，制得聚芳硫醚酮/酰亚胺树脂。
将上述聚芳硫醚酮/酰亚胺树脂趁热倒入沉淀剂水中，析出聚合物，经洗涤干燥后得到纯的聚芳硫醚酮/酰亚胺树脂。
以浓硫酸为溶剂，配成0.50g/dl左右的样品液，在30.0±0.1℃下用乌氏粘度计，测试聚芳硫醚酮/酰亚胺树脂的特性粘数η＝0.18。
实施例10.将溶剂N-甲基吡咯烷酮+环丁砜400ml，苯甲酸钠6.3g和卟啉2.9g，加入装有分水器的高压釜中，搅拌均匀后加入Na2S·XH2O含量≈60％ 100g、在N2保护下，于温度190℃脱水后加入对二氯苯126.9g，间二氯苯13.1g在温度230℃反应6.0h，制得聚苯硫醚对位间位无规共聚树脂。
将上述反应完成后的固液体系进行分离，固体经洗涤、干燥后得到纯的聚苯硫醚对位间位无规共聚树脂。
以a-氯萘为溶剂，配成0.40g/dl左右的样品液，在208±0.5℃下用乌氏粘度计，测试聚苯硫醚树脂的特性粘数η＝0.31。
表1.聚芳硫醚砜的元素分析表
| C<sub>12</sub>H<sub>8</sub>O<sub>2</sub>S<sub>2</sub> | C | H | S |
| 测试值％ | 58.2 | 3.54 | 25.58 |
| 理论值％ | 57.79 | 3.21 | 25.68 |
表2聚芳硫醚砜酰亚胺元素分析表
| C<sub>28</sub>H<sub>14</sub>O<sub>6</sub>S<sub>2</sub> | C | H | S | N |
| 测试值％ | 62.39 | 2.59 | 11.89 | 5.25 |
| 理论值％ | 62.45 | 2.60 | 11.90 | 5.20 |
Claims (2)
1.相转移催化剂制备聚芳硫醚类树脂的方法，其特征在于该聚芳硫醚类树脂的起始原料配方组分按重量计为：
Na2S·XH2O Na2S含量≈60％ 100份
或者硫氢化钠 56份
或者硫磺S≈98％ 32.7份
二卤代芳香化合物
或者二卤代杂环化合物 10～600份
相转移催化剂 1～38份
助催化剂 1～20份
溶剂 400～1000份
并按下述工艺步骤和条件制备
(1)Na2S·XH2O脱水
将溶剂400～1000份，相转移催化剂1～38份和助催化剂1～20份，加入装有导入管，搅拌器，温度计和分水器的三颈瓶或者反应釜中，搅拌均匀后，加入Na2S含量≈60％的Na2S·XH2O 100份，或者NaHS 56份，或者硫磺32.7份，二卤代芳香化合物或者二卤代杂环化合物10～600份，在N2保护下，于温度100～200℃脱水反应0.5～4h；
(2)聚芳硫醚类树脂的制备
上述Na2S·XH2O脱水后，将体系温度升至150～230℃反应1～20h，制得聚芳硫醚类树脂产物；
(3)聚芳硫醚类树脂产物的纯化
将上述聚芳硫醚类树脂产物趁热过滤或者倒入沉淀剂水中，析出聚合物，经洗涤、干燥后得到纯的聚芳硫醚类树脂；
其中二卤代芳香化合物为二卤代苯、二卤代芳香酮、二卤代二苯砜；二卤代杂环化合物为二卤代喹啉；卤原子为氟、氯；相转移催化剂为环糊精、杯芳烃、索烃、轮烷、季胺碱、冠醚、季磷盐、季胺盐、硫鎓盐、聚乙二醇、葫芦脲、卟啉、酞菁中的至少一种；助催化剂为碱金属盐或有机铵盐：碱金属盐为磷酸三钠、醋酸钠、醋酸锂、羟基乙酸钠、对甲基苯磺酸钠、苯甲酸钠和苯甲酸锂、甲酸锂、氯化钙、氯化锂；有机铵盐为乙酸铵、甲酸铵、酒石酸铵、柠檬酸铵中的至少一种。
2.按照权利要求1所述相转移催化剂制备聚芳硫醚类树脂的方法，其特征在于溶剂为N-甲基吡咯烷酮、环丁砜、二甲基亚砜、六甲基磷酰三胺、N-环己基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、N-甲基己内酰胺、聚乙二醇二乙醚中的至少一种。
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2006
- 2006-06-29 CN CNB2006100212918A patent/CN100387639C/zh active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1896120A (zh) | 2007-01-17 |
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