CN101602853B - 一种聚芳醚酮粗产物的纯化方法 - Google Patents
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Abstract
一种聚芳醚酮粗产物的纯化方法，涉及通过亲核缩聚反应合成的聚芳醚酮的纯化方法，本发明选择不溶于乙二醇的有机溶剂，使聚芳醚酮溶胀但不溶解，然后加入乙二醇，搅拌，使卤盐、催化剂等无机盐和未反应的双酚单体转移到乙二醇相中，聚合反应时的剩留有机溶剂、未反应的二卤代芳香酮单体等有机小分子转移到用于溶胀聚芳醚酮的有机溶剂中，最后过滤出聚芳醚酮。本发明溶胀的聚芳醚酮仍保留固体形态，因此很容易通过过滤与含有杂质的液相分离，操作简单方便。只需纯化一次，即可使杂质降低到150ppm以下的水平，效率高。又由于滤液中的溶剂和乙二醇不互溶，易分离回收，循环使用，整个方法节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及聚芳醚酮的纯化方法，具体来说是涉及通过亲核缩聚反应合成的聚芳醚酮粗产物的纯化方法。
背景技术
聚芳醚酮[PAEK，poly(aryl ether ketone)]是一类用途广泛的热塑性工程塑料，具有很高的耐温等级和特别优良的物理化学性能和机械力学性能。工业上，聚芳醚酮的合成通常采用亲核路线，即在非质子极性溶剂中使双酚单体与二氟二苯酮或二氯二苯酮单体在碱催化作用下进行缩聚反应。反应所得的聚芳醚酮粗产物一般含有溶剂、副产物卤盐、未反应的单体、催化剂等杂质，必须进行提纯。
聚芳醚酮提纯的一般方法是：先将粗产物进行粉碎，然后再高温高压水煮多次；或者先将粗产物溶解于适当的溶剂，再在水或低级醇中析出，反复多次。前一种方法的水煮温度一般需大于聚芳醚酮的玻璃化温度才能有较好的提纯效果，这对于玻璃化温度高的聚芳醚酮，就不容易实现，需要耐高压的容器。如玻璃化温度点为250℃的聚芳醚酮，如果水煮温度设为300℃，水的饱和蒸汽压将达86大气压，容器的耐压至少要在120大气压以上才安全。后一种方法的缺点是需使用大量的有机溶剂，回收工艺复杂。许多对聚芳醚酮溶解性较好的极性溶剂，如氯仿，二氯乙烷等与水或低级醇互溶，且存在共沸点，一般的蒸馏技术很难分离，需要分子蒸馏设备，投入大，效率低。
发明内容
本发明的目的是提出一种工艺简单、能很好地去除粗产物中含有的溶剂、副产物卤盐、未反应的单体和催化剂等杂质的通过亲核缩聚合成的聚芳醚酮粗产物的提纯方法。
本发明技术方案包括以下步骤：
1)将聚芳醚酮粗产物加入溶剂中；所述溶剂为与乙二醇互溶度小于0.5％，且在沸点温度以下能使聚芳醚酮溶胀的有机溶剂；
2)加入乙二醇，搅拌；
3)过滤出聚芳醚酮。
本发明选择不溶于乙二醇的有机溶剂，使聚芳醚酮溶胀但不溶解，然后加入乙二醇，搅拌，使卤盐、催化剂等无机盐和未反应的双酚单体转移到乙二醇相中，聚合反应时的剩留有机溶剂、未反应的二卤代芳香酮单体等有机小分子转移到用于溶胀聚芳醚酮的有机溶剂中，最后过滤出聚芳醚酮。
本发明提出的通过亲核缩聚反应合成的聚芳醚酮粗产物的提纯方法，可克服现有方法的缺点或不足。其有益效果是：有机溶剂使聚芳醚酮粗产物溶胀，使聚芳醚酮粗产物中的各种杂质可以扩散到该溶剂中或乙二醇中。由于溶胀的聚芳醚酮仍保留固体形态，因此很容易通过过滤与含有杂质的液相分离，操作简单方便。本发明只需纯化一次，即可使杂质降低到150ppm以下的水平，效率高。又由于滤液中的溶剂和乙二醇不互溶，易分离回收，循环使用，整个方法节能环保。
本发明用于溶胀的所述溶剂为卤代烃。
优选的卤代烃可以为1，1，1-三氯乙烷、氯苯、氯代正丁烷、溴代正丁烷、氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、四氯乙烷中的至少任一种。
上述所述步骤1)中，每克聚芳醚酮粗产物与5～500毫升溶剂混合，优选每克粗产物5～100毫升。
步骤2)中加入的乙二醇的体积为步骤1)中加入的溶剂的体积比为0.1～2∶1。优选的体积比为0.2～1∶1。
为了保证粗产物充分溶胀，并使其中的杂质有足够的时间扩散，达到浓度平衡，所述步骤2)中，搅拌时间为0.5～24小时。
本发明还可将过滤出的聚芳醚酮加水洗涤2～3次，以除去残留乙二醇，再于0～200℃温度条件下真空干燥0.5～24小时，以蒸发出残留的步骤1)所加的溶剂。
还可先将聚芳醚酮粗产物机械粉碎成粒径小于80目的粉末，以便于溶剂扩散，缩短溶胀时间。
所述步骤2)中，在加热条件下进行搅拌，加热温度以步骤1)加入的溶剂的沸点为上限。
具体实施方式
对通过亲核缩聚反应合成的聚芳醚酮粗产物的纯化方法包括以下步骤：
1、称取一定量的聚芳醚酮粗产物，加入到溶剂中溶胀，每克聚芳醚酮粗产物与5～500毫升溶剂混合，优选每克粗产物5～100毫升。
聚芳醚酮粗产物可以先机械粉碎成粒径小于80目的粉末。
以上溶剂是指：与乙二醇互溶度小于0.5％，且在沸点温度以下能使聚芳醚酮溶胀的有机溶剂，优选1，1，1-三氯乙烷、氯苯、氯代正丁烷、溴代正丁烷、氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、四氯乙烷等卤代烃中的一种或几种的混合物。
2、加入乙二醇，搅拌0.5～24小时；所加乙二醇的体积量为步骤a所加溶剂体积的0.1～2倍，优选0.2～1倍。溶胀可以在加热条件下进行，加热温度以所加溶剂的沸点为上限。
3、过滤出聚芳醚酮。
4、将过滤出的聚芳醚酮加水，在常温下洗涤2～3次，以除去残留乙二醇，再于0～200℃温度条件下真空干燥0.5～24小时，以蒸发出残留的步骤1所加的溶剂。
本发明提取出的聚芳醚酮具有下列通式：
Ar1可以是下列结构中的一种或几种：
实施例1：
一种结构式为
的含芴聚芳醚酮，其粗产物通过以下步骤获得：
在装有搅拌器、温度计、分水器、冷凝管和N2气导管的200ml四口烧瓶中，加入1.7456g(8mmol)二氟二苯甲酮、2.800g(4mmol)双酚芴，1.6585g(12mmol)K2CO3，20ml二甲基亚砜(DMSO)和24ml甲苯，在N2气保护下120～130℃回流反应3小时后，在10～60分钟内逐步升温至170℃，分馏出甲苯，继续在170℃左右反应6小时，将内容物倒入400ml无水乙醇中沉淀，过滤，即得含芴聚芳醚酮粗产物。
称取3g粒径为小于300目(48微米)的上述所得含芴聚芳醚酮粗产物，加入到60ml 1，1，1-三氯乙烷中，再加入6ml乙二醇，50℃恒温搅拌15小时。过滤后将其加入到50ml乙醇中煮沸2小时，再用蒸馏水煮3遍(每遍1.5小时)，60℃干燥1小时后x荧光定量分析测得K含量93ppm，Cl含量16.3ppm。红外吸收光谱和1H NMR谱均未检测到DMSO、双酚芴、二氟二苯甲酮、乙醇、乙二醇的特征峰。
实施例2：
一种结构式为
的含二氮杂萘酮的聚芳醚酮，其粗产物通过以下步骤获得：
在装有搅拌器、温度计、分水器、冷凝管和N2气导管的200ml四口烧瓶中，加入1.7456g(8mmol)二氟二苯甲酮、1.8981g(8mmol)4-(4-羟基苯基)-2，3-二氮杂萘-1-酮[4-(4-hydroxyphenyl)-1-phthalazinone，DHPZ]，1.6585g(12mmol)K2CO3，10ml N-甲基吡咯烷酮(NMP)和15ml甲苯，在N2气保护下120～130℃回流反应3小时后，在10～60分钟内逐步升温至190℃，分馏出甲苯，继续190℃左右反应8小时，将内容物倒入400ml无水乙醇中沉淀，过滤，即得含二氮杂萘酮的聚芳醚酮粗产物。
称取3g粒径为小于300目(48微米)的上述所得含二氮杂萘酮的聚芳醚酮粗产物，加入到60ml氯苯中，再加入6ml乙二醇，100℃恒温搅拌15小时。过滤后将其加入到50ml乙醇中煮沸2小时，再用蒸馏水煮3遍(每遍1.5小时)，100℃干燥1小时后x荧光定量分析测得K含量114ppm，Cl含量8.5ppm。红外吸收光谱和1H NMR谱均未检测到NMP、DHPZ、二氟二苯甲酮、乙醇、乙二醇的特征峰。
实施例3：
一种结构式为
的含双酚A的聚芳醚酮，其粗产物通过以下步骤获得：
在装有搅拌器、温度计、分水器、冷凝管和N2气导管的200ml四口烧瓶中，加入1.7456g(8mmol)二氟二苯甲酮、1.8263g(8mmol)双酚A，1.6585g(12mmol)K2CO3，10ml二甲基乙酰胺(DMAC)和15ml甲苯，在N2气保护下120～130℃回流反应3小时后，在10～60分钟内逐步升温至165℃，分馏出甲苯，继续165℃左右反应6小时，将内容物倒入400ml无水乙醇中沉淀，过滤，即得含二氮杂萘酮的聚芳醚酮粗产物。
称取3g粒径为小于300目(48微米)的上述所得含二氮杂萘酮的聚芳醚酮粗产物，加入到60ml氯代正丁烷中，再加入6ml乙二醇，室温恒温搅拌15小时。过滤后将其加入到50ml乙醇中煮沸2小时，再用蒸馏水煮3遍(每遍1.5小时)，100℃干燥1小时后x荧光定量分析测得K含量64ppm，Cl含量7.2ppm。红外吸收光谱和1H NMR谱均未检测到DMAC、双酚A、二氟二苯甲酮、乙醇、乙二醇的特征峰。
应当理解，不同分子结构的聚芳醚酮具有不同的溶解溶胀性质，需要选择不同种类的溶剂。以上所列实施例仅仅用以解释本发明，使本发明的发明目的、技术方案及优点表述得更加清楚明白，并不用于限定本发明。
本发明确定溶胀溶剂的方法是：针对本发明专利权利要求所覆盖的聚芳醚酮，其粗产物在用本发明所描述的方法进行纯化前，先进行溶解性测试，通过溶解溶胀试验来确定所选择的溶剂。对于实施例1～3的聚芳醚酮粗产物，在部分与乙二醇不互溶的卤代烃溶剂中的溶解溶胀试验结果见下表：
对比例1：
称取3g粒径为小于300目(48微米)的与实施例1相同的含芴聚芳醚酮粗产物，加入到高压釜中，再加80ml蒸馏水，180℃煮17小时，x荧光定量分析测得K含量1454ppm。
对比例2：
称取3g粒径为小于300目(48微米)的与实施例1相同的含芴聚芳醚酮粗产物，加入到60ml氯仿中，搅拌使其溶解，然后将溶液倾入60ml蒸馏水中，使含芴聚芳醚酮析出，过滤，将滤出物在50ml乙醇中煮沸2小时，再在100ml蒸馏水中煮3遍(每遍1.5小时)，100℃干燥1小时后x荧光定量分析测得K含量2350ppm。
由对比例1、2可见，本发明方法纯化效率高。
Claims (8)
1.一种聚芳醚酮粗产物的纯化方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将聚芳醚酮粗产物加入溶剂中；所述溶剂为在沸点温度以下能使聚芳醚酮溶胀的有机溶剂，所述有机溶剂为1，1，1-三氯乙烷、氯苯、氯代正丁烷、溴代正丁烷、氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、四氯乙烷中的至少任一种；
2)加入乙二醇，搅拌；
3)过滤出聚芳醚酮。
2.根据权利要求1所述聚芳醚酮粗产物的纯化方法，其特征在于所述步骤1)中，每克聚芳醚酮粗产物与5～500毫升溶剂混合。
3.根据权利要求1所述聚芳醚酮粗产物的纯化方法，其特征在于加入的乙二醇的体积为所述溶剂体积的0.1～2倍。
4.根据权利要求3所述聚芳醚酮粗产物的纯化方法，其特征在于加入的乙二醇的体积为所述溶剂体积的0.2～1倍。
5.根据权利要求1所述聚芳醚酮粗产物的纯化方法，其特征在于所述步骤2)中，搅拌时间为0.5～24小时。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述聚芳醚酮粗产物的纯化方法，其特征在于将过滤出的聚芳醚酮加水洗涤2～3次，再于0～200℃温度条件下真空干燥0.5～24小时。
7.根据权利要求1所述聚芳醚酮粗产物的纯化方法，其特征在于所述聚芳醚酮粗产物为粒径小于80目的粉末。
8.根据权利要求1所述聚芳醚酮粗产物的纯化方法，其特征在于所述步骤2)中，在加热条件下进行搅拌，加热温度以步骤1)加入的溶剂的沸点为上限。
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