CN103694476B - 一种聚苯硫醚的制备方法 - Google Patents

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本发明涉及高分子材料合成领域,更具体的讲是一种聚苯硫醚的制备方法,其包括以下步骤:将Na2S·9H2O、N-甲基吡咯烷酮、反应助剂加入到聚合釜中,通氮气置换空气后加热至180℃脱水,脱水率为80~95%;在步骤(1)中脱水后体系中加入含对二氯苯的N-甲基吡咯烷溶液,于190~230℃下反应3~8h,反应结束后得混合浆料;将混合浆料过滤,滤饼加入到煮沸的纯水中,搅拌洗涤并90Hz超声处理15~30min,重复洗涤2~3次,烘干后得PPS树脂。本发明的优势效果如下:硫代硫酸钠的加入可明显改善产品色相,即使在体系中含水量较多(脱水率在80%)、反应温度较高的情况下;超声波洗涤可有效去除反应过程中大分子链弯曲、缠绕所夹杂的无机盐杂质。

Description

一种聚苯硫醚的制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料合成领域,更具体的讲是一种聚苯硫醚的制备方法。
背景技术
聚苯硫醚(PPS)是20世纪70年代开始生产并迅速发展起来的一种具有优异性能的新型工程塑料。它具有成型加工性、热稳定性、耐化学腐蚀性、物理机械性、导电性及低毒、耐热、阻燃等优良性能,所以在机械化工、电气工业、汽车工业、航空、食品加工等各种领域得到广泛应用。
Philips法是世界上最早实现工业化生产的方法,也是目前最主流的工业化生产方法。该工艺是将对二氯苯(P-DCB)和硫化钠或硫氢酸钠溶解在极性有机溶剂中,通氮气保护,于170~350℃、6.87MPa的条件下进行溶液缩聚。常用的溶剂是N-甲基吡咯烷酮(NMP)和六甲基磷酰三胺(HMPA),以及后来US7026439提出的非质子极性溶剂酰胺化合物、内酰胺化合物、尿类化合物以及有机硫化合物等。六甲基磷酰三胺(HMPA)作为溶剂相比N-甲基吡咯烷酮(NMP)更为优良,但是价格昂贵,消耗太大。US7026439中提出的溶剂合成的PPS普遍质量较差。
国内开发的聚苯硫醚制备工艺主要有硫磺溶液法和硫化氢法。硫磺溶液法是采用硫磺和对二氯苯(P-DCB)在机型有机溶剂中进行常压缩聚,该法使用硫磺作为硫源,具有原料纯度高和贮存稳定性好的特点,反应周期短、反应能耗低、溶剂易于回收。其缺点是技术难度较大,由于还原剂及助剂的加入,使得副产物较多,产物纯化也比较困难。硫化氢法是从国内资源出发,采用硫铁矿发生的硫化氢与氢氧化钠和对二氯苯(P-DCB)为原料,加入适量的磷酸钠作助剂,在190~235℃的HMPA中进行常压缩聚反应。
Philips法原料易得,产率高,产品质量相比其他工艺优良,但是该工艺也有其缺点溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)的价格昂贵,消耗大;NMP本身具有反应活性,会形成带吡咯烷酮端基的PPS,从而影响PPS的耐溶剂性能;高温压力反应促使溶剂NMP发生分解,溶剂回收率低。生产中还发现高温段时溶液颜色变化严重,影响产品的品相,这主要是硫化钠的氧化和NMP的水解所致。
发明内容
本发明旨在提供一种改进的硫化钠法聚苯硫醚制备工艺,改善产品色相及产率,克服现有技术的不足。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种聚苯硫醚的制备方法,包括以下步骤:
(1)将Na2S·9H2O、N-甲基吡咯烷酮、反应助剂加入到聚合釜中,通氮气置换空气后加热至180℃脱水,脱水率为80~95%;
(2)在步骤(1)中脱水后体系中加入含对二氯苯的N-甲基吡咯烷溶液,于190~230℃下反应3~8h,反应结束后得含有PPS树脂、溶剂、低聚物、无机盐的混合浆料;
(3)将混合浆料过滤,滤饼加入到煮沸的纯水中,搅拌洗涤并90Hz超声处理15~30min。重复洗涤2~3次,烘干后得PPS树脂。
上述步骤(1)用到的N-甲基吡咯烷酮与步骤(2)用到的N-甲基吡咯烷酮的总用量与对二氯苯的摩尔比为4.5~7.5:1。
上述步骤(1)用到N-甲基吡咯烷酮与步骤(2)中所用到的N-甲基吡咯烷酮的摩尔比为6:4~7:3。
上述对二氯苯与Na2S·9H2O的摩尔比是1:0.8~1.2。
优选的,上述对二氯苯与Na2S·9H2O的摩尔比为1:0.96~1。
上述步骤(1)中反应助剂为硫代硫酸钠与氯化锂、乙酸钠、苯甲酸钠、磷酸三钠中的一种或几种。
优选的,上述步骤(1)中反应助剂为氯化锂和硫代硫酸钠复合助剂。
上述氯化锂用量占入对二氯苯摩尔量的5~15%,硫代硫酸钠占入对二氯苯摩尔量的3~10%。
优选的,上述氯化锂用量占入对二氯苯摩尔量的8~10%,硫代硫酸钠占入对二氯苯摩尔量的4~8%。
上述步骤(1)中脱水率为86~90%。
本发明的优势效果如下:
1、助剂硫代硫酸钠的加入可明显改善产品色相,即使在体系中含水量较多(脱水率在80%)、反应温度较高的情况下;
2、超声波洗涤可有效去除反应过程中大分子链弯曲、缠绕所夹杂的无机盐杂质。
具体实施方式
下面结合较优实施例具体阐述本发明,但不限于此。
实施例中PPS树脂产品通过综合热分析仪HCT-1/2测量熔点,升温速度为10℃/min,氮气流量30mL/min。
实施例1
1、将120g硫化钠(Na2S·9H2O)、178gN-甲基吡咯烷酮(NMP)、1.68g氯化锂、3.62g硫代硫酸钠加入到聚合釜中,通惰性气体置换空气后加热脱水,脱水率达到82%时停止。
2、在步骤(1)中脱水后体系中加入116g对二氯苯(P-DCB)的NMP溶液(含P-DCB75.7g),于230℃下反应5h。反应结束后得含有PPS树脂、溶剂、低聚物、无机盐的混合浆料。
3、将混合浆料过滤,滤饼加入到煮沸的纯水中,搅拌洗涤并超声处理15~30min。重复3次该操作,烘干后得PPS树脂。
PPS树脂产品为白色,收率94.1%,熔点294℃,灼烧残渣0.19%。
实施例2
同实施例1,所不同的是:
步骤(1)中硫代硫酸钠为2.57g,脱水率为89%;
步骤(2)中反应在210℃下进行4h。
PPS树脂产品为白色,收率89.7%,熔点282℃,灼烧残渣0.17%。
实施例3
同实施例1,所不同的是:
步骤(1),脱水率为80%;
PPS树脂产品为白色,收率91.2%,熔点284℃,灼烧残渣0.18%
对比实施例1
同实施例1,所不同的是:
步骤(1)中不加入硫代硫酸钠;步骤(3)中洗涤时省却超声处理。
PPS树脂产品为灰白色,收率85.4%,熔点279℃,灼烧残渣0.46%。

Claims (8)

1.一种聚苯硫醚的制备方法,包括以下步骤:(1)将Na2S·9H2O、N-甲基吡咯烷酮、反应助剂加入到聚合釜中,通氮气置换空气后加热至180℃脱水,脱水率为80~95%;(2)在步骤(1)中脱水后体系中加入含对二氯苯的N-甲基吡咯烷酮溶液,于190~230℃下反应3~8h,反应结束后得含有PPS树脂、溶剂、低聚物、无机盐的混合浆料;(3)将混合浆料过滤,滤饼加入到煮沸的纯水中,搅拌洗涤并90Hz超声处理15~30min,重复洗涤2~3次,烘干后得PPS树脂;所述步骤(1)中反应助剂为氯化锂和硫代硫酸钠复合助剂。
2.根据权利要求1所述的一种聚苯硫醚的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)用到的N-甲基吡咯烷酮与步骤(2)用到的N-甲基吡咯烷酮的总用量与对二氯苯的摩尔比为4.5~7.5:1。
3.根据权利要求1所述的一种聚苯硫醚的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)用到N-甲基吡咯烷酮与步骤(2)中所用到的N-甲基吡咯烷酮的摩尔比为6:4~7:3。
4.根据权利要求1所述的一种聚苯硫醚的制备方法,其特征在于:所述对二氯苯与Na2S·9H2O的摩尔比是1:0.8~1.2。
5.根据权利要求4所述的一种聚苯硫醚的制备方法,其特征在于:所述对二氯苯与Na2S·9H2O的摩尔比为1:0.96~1。
6.根据权利要求1所述的一种聚苯硫醚的制备方法,其特征在于:所述氯化锂用量占加入对二氯苯摩尔量的5~15%,硫代硫酸钠占加入对二氯苯摩尔量的3~10%。
7.根据权利要求6所述的一种聚苯硫醚的制备方法,其特征在于:所述氯化锂用量占加入对二氯苯摩尔量的8~10%,硫代硫酸钠占加入对二氯苯摩尔量的4~8%。
8.根据权利要求1所述的一种聚苯硫醚的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中脱水率为86~90%。
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