CN113272357A - 制备聚(亚苯基醚)的方法、由其制备的聚(亚苯基醚)及包含聚(亚苯基醚)的制品 - Google Patents

制备聚(亚苯基醚)的方法、由其制备的聚(亚苯基醚)及包含聚(亚苯基醚)的制品 Download PDF

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萨米尔·阿纳帕特
拉杰什·乔杜里
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布哈努·基兰·万卡亚拉
施韦塔·赫格德
拉梅什·纳拉亚纳
约格莎·苏巴亚霍
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    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light

Abstract

一种用于制备聚(亚苯基醚)的方法包括将含氧气的气相进料至包含反应混合物的单个连续流动反应器中，以及在单个反应器中氧化聚合反应混合物以形成聚(亚苯基醚)。反应混合物包含酚、过渡金属催化剂和有机溶剂。还公开了通过该方法制备的聚(亚苯基醚)和包含聚(亚苯基醚)的制品。还讨论了量化反应混合物中酚浓度和聚(亚苯基醚)分子量的方法。

Description

制备聚(亚苯基醚)的方法、由其制备的聚(亚苯基醚)及包含 聚(亚苯基醚)的制品
相关申请的引证
本申请要求于2018年10月18日提交的EP 18201167.6的优先权，通过引证将其全部合并于此。
背景技术
聚(亚苯基醚)(poly(phenylene ether)，聚(苯醚))构成工程热塑性塑料的家族，这些热塑性塑料由于其化学和物理特性而备受重视。聚(亚苯基醚)可以在催化剂(例如，铜-胺催化剂)存在下通过酚(phenol，苯酚)与氧气的氧化连接来制备。聚(亚苯基醚)的典型制备基于间歇工艺。间歇操作可能遭受包括批次间产物质量的变化的限制。因此，在本领域中仍然需要改进的用于制备聚(亚苯基醚)的方法，该方法能够提供具有反应时间缩短的聚合物产物。还期望提供具有高分子量和窄分子量分布的聚合物产物。
发明内容
用于制备聚(亚苯基醚)的方法包括将含氧气的气相(oxygen-containing gasphase，含氧气相，含氧的气体相)进料至连续流动反应器(continuous flow reactor，连续流反应器)中，该连续流动反应器包括含有酚(phenol，苯酚)、过渡金属催化剂和有机溶剂的反应混合物；以及在20至50℃、优选25至40℃、更优选30至35℃的温度下氧化聚合反应混合物以形成聚(亚苯基醚)；其中，反应混合物在连续流动反应器中具有小于或等于30分钟、优选5至20分钟的停留时间；并且其中，基于反应混合物的总重量，反应混合物包含小于500ppm的溶解的过渡金属催化剂，优选地小于250ppm的溶解的过渡金属催化剂，更优选地100至225ppm的溶解的过渡金属催化剂。
另一实施方式是通过该方法制备的聚(亚苯基醚)。
另一实施方式是包含聚(亚苯基醚)的制品。
另一实施方式是用于分析聚(亚苯基醚)反应混合物的方法，该方法包括：将包含酚和聚(亚苯基醚)的反应混合物的样品引入红外光谱系统以产生用于量化酚的量、聚(亚苯基醚)的分子量或两者的第一信号，以及将第一信号与由来自已知酚浓度、聚(亚苯基醚)分子量或两者的标准物(standards)的多个信号生成的校准曲线进行比较，以测定反应混合物中酚的量、聚(亚苯基醚)的分子量、或两者。
通过以下附图和详细描述来举例说明上述和其他特征。
附图说明
以下附图是示例性实施方式。
图1示出在间歇聚合期间随时间二甲苯酚含量的降低和分子量的增加。
图2示出在流动反应器中的连续聚合期间随时间二甲苯酚含量的降低和分子量的增加。
图3示出在间歇和流动反应器中共聚期间二甲苯酚随时间的浓度。
具体实施方式
本发明人已经有利地发现了一种使用具有短停留时间(例如，≤30分钟)和低金属催化剂浓度的单个连续流动反应器制备聚(亚苯基醚)的工艺。连续工艺可以提供诸如与间歇生产相比更低的操作成本的优点。就设备购买、仓储、维护和运行反应器所需的人员而言，使用单个反应器是经济的。所得聚(亚苯基醚)可以有利地表现出高分子量和窄分子量分布。本发明人进一步有利地发现了使用红外(IR)光谱法分析聚(亚苯基醚)聚合反应混合物的方法。基于IR的方法是快速的，并且可以用于量化单体浓度和聚合物分子量。
因此，一方面是用于制备聚(亚苯基醚)的方法。在一个实施方式中，该方法包括将反应混合物进料至单个连续流动反应器中。反应混合物的组分可以预合并或分别进料至反应器中以在反应器中提供反应混合物。连续流动反应器优选地允许在多个相之间进行强烈的热传递和质量传递，同时在流动方向上提供单个相的有限返混。体积传质系数优选地超过0.1s-1，例如，0.1至5s-1。每单位体积的热传递优选大于500m-1。可以在单个反应器中产生聚(亚苯基醚)的合适连续流动反应器的实例可以包括但不限于微反应器和毫反应器。连续流动反应器可以是可商购的流动反应器，例如，来自Corning Inc.的Advanced-FlowTM反应器；来自Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH的模块化微反应系统、Lonza FlowPlateTM、ARTTM板反应器和MiprowaTM；来自Cetoni的QmixTM微反应系统；来自Chemtrix的LABTRIXTM START、LABTRIXTM S1、KILOFLOWTM和PLANTRIXTM；来自Litt1e Things Factory的HTMTM、MR-LABTM、MRPILOTTM和XXLTM SERIES；来自Syrris的AsiaTM流动化学系统；来自YMC的KeyChemTM、CYTOS-200TM和CYTOS-2000TM，来自AMAR Equipments Pvt Ltd的AMaR-2TM和AMaR-4PTM。流动反应器的内径不限于任何特定值。在具体的非限制性实例中，反应器的示例性内径可以是0.01至10mm、或0.05至8mm、或0.1至5mm。流动反应器可以具有单通道、平行通道或串联通道。
反应混合物包含酚、过渡金属催化剂和有机溶剂。酚可以是具有以下结构的一元酚：
Figure BDA0003023826070000041
其中，每次出现的Q1独立地是卤素、未取代或取代的C1-12伯或仲烃基、C1-12烃硫基、C1-12烃氧基或C2-12卤代烃氧基，其中，至少两个碳原子将卤素和氧原子隔开；并且其中，每次出现的Q2独立地是氢、卤素、未取代或取代的C1-12伯或仲烃基、C1-12烃硫基、C1-12烃氧基或C2-12卤代烃氧基，其中，至少两个碳原子将卤素和氧原子隔开。在一些实施方式中，每次出现的Q1是甲基，并且每次出现的Q2是氢，并且酚是2,6-二甲苯酚(也称为二甲基苯酚)。在一些实施方式中，每次出现的Q1是甲基，一次出现的Q2是氢而另一次是甲基，并且酚是2,3,6-三甲基苯酚。
用于合成聚(亚苯基醚)的合适的过渡金属催化剂包括含有诸如锰、铬、铜以及它们的组合的此类催化剂金属的那些。在金属复合物催化剂中，优选地使用包含仲亚烷基二胺配体的铜复合物催化剂。用于包含仲亚烷基二胺的铜复合物的铜源可以包含铜或亚铜离子的盐，包括卤化物、氧化物和碳酸盐。替代性地，可以以亚烷基二胺配体的预形成盐的形式提供铜。优选的铜盐包括卤化亚铜、卤化铜、以及它们的组合。尤其优选溴化亚铜、溴化铜、以及它们的组合。
基于反应混合物的总重量，反应混合物包含小于500份每百万(ppm)的溶解的过渡金属催化剂，优选地小于250ppm的溶解的过渡金属催化剂，更优选地100至225ppm的溶解的过渡金属催化剂。溶解的过渡金属催化剂的量可以例如使用用于痕量金属的电感耦合等离子体(ICP)分析测定。在进入流动反应器之前，可以过滤反应混合物以去除未溶解的金属催化剂。
优选的铜复合物催化剂包含仲亚烷基二胺配体。合适的仲亚烷基二胺配体在Hay的美国专利号4,028,341描述，并且由下式表示
Rb-NH-Ra-NH-Rc
其中，Ra是取代或未取代的二价残基，其中，两个或三个脂族碳原子形成两个二胺氮原子之间的最接近的连接；并且Rb和Rc各自独立地是异丙基或者取代或未取代的C4-8叔烷基。Ra的实例包括亚乙基、1,2-亚丙基、1,3-亚丙基、1,2-亚丁基、1,3-亚丁基、2,3-亚丁基、具有两个至三个碳原子将两个自由价隔开的各种亚戊基异构体、苯基亚乙基、甲苯基亚乙基、2-苯基-1,2-亚丙基、环己基亚乙基、1,2-亚环己基、1,3-亚环己基、1,2-亚环丙基、1,2-亚环丁基、1,2-亚环戊基等。优选地，Ra是亚乙基。Rb和Rc的实例可以包括异丙基、叔丁基、2-甲基-丁-2-基、2-甲基-戊-2-基、3-甲基-戊-3-基、2,3-二甲基-丁-2-基、2,3-二甲基戊-2-基、2,4-二甲基-戊-2-基、1-甲基环戊基、1-甲基环己基等。Rb和Rc的高度优选实例是叔丁基。示例性仲亚烷基二胺配体是N,N'-二叔丁基乙二胺(DBEDA)。铜与仲亚烷基二胺的合适摩尔比为1:1至1:5，优选1:1至1:3，更优选1:1.5至1:2。
包含仲亚烷基二胺配体的优选铜复合物催化剂还可以包含仲一元胺(secondarymonoamine，仲单胺)。合适的仲一元胺配体描述于通常指定的Bennett等人的美国专利号4,092,294，并且由下式表示：
Rd—NH—Re
其中，Rd和Re各自独立地是取代或未取代的C1-12烷基，并且优选取代或未取代的C3-6烷基。仲一元胺的实例包括二正丙胺、二异丙胺、二正丁胺、二仲丁胺、二叔丁胺、N-异丙基叔丁胺、N-仲丁基叔丁胺、二正戊胺、双(1,1-二甲基丙基)胺等。高度优选的仲一元胺是二正丁胺(DBA)。铜与仲一元胺的合适摩尔比为1:1至1:10，优选1:3至1:8，更优选1:4至1:7。
包含仲亚烷基二胺配体的优选铜复合物催化剂还可以包含叔一元胺(tertiarymonoamine)。合适的叔一元胺配体描述于上述Hay的美国专利号4,028,341和Bennett的美国专利号4,092,294专利，并且包含杂环胺和某些三烷基胺，其特征在于具有连接到至少两个具有小截面积的基团的胺氮。在三烷基胺的情况下，优选烷基中的至少两个是甲基，其中第三是伯C1-8烷基或仲C3-8烷基。尤其优选的是第三取代基具有不超过四个碳原子。高度优选的叔胺是二甲基丁胺(DMBA)。铜与叔胺的合适摩尔比小于1:20，优选小于1:15，优选1:1至小于1:15，更优选1:1至1:12。
金属复合物催化剂(以金属的摩尔数测量)与酚的合适摩尔比为1:50至1:400，优选1:100至1:200，更优选1:100至1:180。
在金属复合物催化剂存在下进行的反应可以任选地在溴离子存在下进行。已经提到，溴离子可以作为溴化亚铜或溴化铜盐提供。溴离子还可以通过添加4-溴苯酚(诸如，2,6-二甲基-4-溴苯酚)来提供。另外的溴离子可以以氢溴酸、碱金属溴化物或碱土金属溴化物的形式提供。溴化钠和氢溴酸是高度优选的溴源。溴离子与铜离子的合适比例是2至20，优选3至20，更优选4至7。
反应混合物还包含有机溶剂。合适的有机溶剂包括醇、酮、脂族和芳族烃、氯代烃、硝基烃、醚、酯、酰胺、混合的醚-酯、亚砜等，条件是它们不干扰或进入氧化反应。优选地，选择溶剂以避免反应器中的任何沉淀。有机溶剂可以包含例如甲苯、苯、氯苯、邻二氯苯、硝基苯、三氯乙烯、二氯乙烯、二氯甲烷、氯仿、或其组合。优选的溶剂包含芳族烃。在一些实施方式中，有机溶剂包含甲苯。
基于酚和溶剂的总重量，酚的合适的起始浓度可以是5至35重量百分比、或5至15重量百分比、优选5至10重量百分比、更优选6至10重量百分比、或15至35重量百分比、或20至32重量百分比。所有酚可以在反应开始时加入。可替代地，可以在反应过程中以离散或连续量加入酚。
反应混合物还可以任选地包含一种或多种另外的组分，包括低级烷醇或二醇、少量的水、或相转移剂。在反应过程中通常不必去除反应副产物水。合适的相转移剂可以包括例如季铵化合物、季鏻化合物、叔锍化合物、或其组合。优选地，相转移剂可以具有式(R3)4Q+X，其中，每个R3是相同或不同的，并且是C1-10烷基；Q是氮原子或者磷原子；并且X是卤原子或C1-8烷氧基或C6-18芳氧基。示例性的相转移催化剂包括(CH3(CH2)3)4NX、(CH3(CH2)3)4PX、(CH3(CH2)5)4NX、(CH3(CH2)6)4NX、(CH3(CH2)4)4NX、CH3(CH3(CH2)3)3NX、以及CH3(CH3(CH2)2)3NX，其中，X是Cl-、Br-、C1-8烷氧基或C6-18芳氧基。相转移剂的有效量可以是0.1至10wt％或0.5至2wt％，每种都基于反应混合物的重量。在特定实施方式中，存在相转移剂并且包含N,N,N’N’-二癸基二甲基氯化铵。
在一些实施方式中，反应混合物还可以任选地包含二元酚，优选2,2’,6,6’-四甲基双酚A。当存在时，基于反应混合物的总重量，二元酚可以以1至20重量百分比或1至10重量百分比的量包含在反应混合物中。
方法还包括将含氧气的气相进料至连续流动反应器。氧气可以以纯形式或用惰性气体(诸如，氮气、氦气、氩气等)稀释引入流动反应器。空气可以用作氧源。以有效提供1:1至1:1.2、优选1:1.1的氧气:酚的摩尔比的流量(flow rate，流速)进料含氧气的气相。
在将反应混合物和含氧气的气相进料至连续流动反应器时，反应混合物可以氧化聚合以形成期望的聚(亚苯基醚)。聚合可以在20至50℃、优选25至40℃、更优选30至35℃的温度下进行。有利地，反应混合物在连续流动反应器中可以具有小于或等于30分钟、或小于或等于15分钟、优选5至20分钟的停留时间。当达到目标特性粘度时，可以通过停止添加氧气来终止反应。用于终止反应的其他适合的方法包括添加无机或有机酸(诸如，乙酸)或添加螯合剂，如以下更详细地描述的。
方法还可以包括使用螯合剂水溶液回收铜催化剂。用于从金属复合物催化剂中回收催化剂金属的合适技术包括通常指定的Bennett等人的美国专利号3,838,102、Floryan等人的美国专利号3,951,917和Cooper等人的美国专利号4,039,510中描述的那些。这些技术包括添加一种或多种螯合剂以复合催化剂金属并促进其从聚(亚苯基醚)产物中分离。从聚(亚苯基醚)产物中去除催化剂金属的优选方法描述于美国申请号09/616,737。消除用复合试剂(complexing reagent，络合试剂)的多次冲洗的这种方法包括通过将聚合反应混合物与复合试剂混合并且将多相混合物进行液/液离心来从聚合反应混合物中去除催化剂。然后在随后的液/液离心过程之前将水添加至聚合物相。通常，合适的螯合剂包括含多官能羧酸的化合物，诸如，柠檬酸、酒石酸、次氮基三乙酸、乙二胺四乙酸、乙二胺二琥珀酸、羟乙基乙二胺三乙酸、二亚乙基三胺五乙酸等。这些螯合剂可以以它们的游离酸或盐使用，例如，它们的碱金属、碱土金属和含氮阳离子。优选的螯合剂包括次氮基三乙酸、乙二胺四乙酸及其盐。螯合剂与催化剂金属的合适摩尔比为1:1至5:1，优选1.1:1至3:1，更优选1:1.5至1:2.5。
方法还包括通过沉淀来分离聚(亚苯基醚)。聚(亚苯基醚)的沉淀可以通过适当选择上述反应溶剂，或通过向反应混合物中加入反溶剂来诱导。合适的反溶剂包括具有一至约十个碳原子的低级烷醇、丙酮和己烷。优选的反溶剂是甲醇。反溶剂可以以相对于有机溶剂的浓度范围使用，其中最佳浓度取决于有机溶剂和反溶剂的特性以及聚(亚苯基醚)产物的浓度和特性粘度。已经发现，当有机溶剂是甲苯并且反溶剂是甲醇时，50:50至80:20的甲苯:甲醇重量比是适合的，优选60:40至70:30的比率，并且更优选63:37至67:33。这些优选和更优选的比率用于产生分离的聚(亚苯基醚)树脂的所需粉末形态，而不产生条状粉末(stringy powder)或过量细粉。
方法可以任选地包括在添加反溶剂之前预浓缩反应混合物。尽管不可能预浓缩至与较低特性粘度的聚(亚苯基醚)同样大的程度，但预浓缩例如15重量百分比的聚(亚苯基醚)是可能的。可以采用用于预浓缩的任何合适的方法。例如，预浓缩可以通过以下方法进行：在适当升高至高于一个大气压的压力下，将溶液预热至高于其常压沸点(使得在热交换器中不发生沸腾)，然后将溶液闪蒸至较低的压力和温度，由此大部分甲苯发生蒸发，并且所需的蒸发热由在热交换器中传递热作为溶液的显热供应。
分离的聚(亚苯基醚)可以具有大于或等于0.04至2分升/克、优选0.8至2分升/克、更优选1.0至2分升/克、甚至更优选1.2至2分升/克、或1.0至1.6分升/克的特性粘度，如在25℃下在氯仿中使用乌氏粘度计测量的。
分离的聚(亚苯基醚)还可以具有小于3(例如，1.2至2.9、或1.5至2.9、或1.5至2.7)的分散性。
在一些实施方式中，根据本文所描述的方法制备的聚(亚苯基醚)可以有利地具有小于1重量百分比、优选小于0.5重量百分比、更优选小于0.35重量百分比的胺含量。
因此，根据上述方法制备的聚(亚苯基醚)表示本公开的另一方面。聚(亚苯基醚)可以包含具有下式的重复结构单元：
Figure BDA0003023826070000101
其中，每次出现的Q1和Q2如上所限定。烃基残基还可以包含一个或多个羰基、氨基、羟基等，或它可以包含在烃基残基的主链内的杂原子。作为一个实例，Q1可以是由端部3,5-二甲基-1,4-苯基与氧化聚合催化剂的二正丁胺组分反应形成的二正丁基氨甲基。
聚(亚苯基醚)可以包含具有通常位于羟基邻位的含氨基烷基端基的分子。还经常存在的是四甲基联苯醌(TMDQ)端基，通常从其中存在四甲基联苯醌副产物的含2,6-二甲基苯酚的反应混合物获得。在一些实施方式中，聚(亚苯基醚)基本上不含醌端基。例如，聚(亚苯基醚)可以包含少于1％的醌端基。聚(亚苯基醚)可以具有均聚物、共聚物、接枝共聚物、离聚物、或嵌段共聚物、以及它们的组合的形式。
包括通过上述方法制备的聚(亚苯基醚)的组合物和制品表示本公开的另一方面。例如，通过本文所描述的方法制得的聚(亚苯基醚)可以用于形成热塑性组合物，该热塑性组合物可以任选地包含不同于聚(亚苯基醚)的热塑性聚合物和包含一种或多种添加剂的添加剂组合物中的至少一种。
聚(亚苯基醚)可以通过成型、挤出或模制而形成为制品。可以通过包括例如注射模制、注射压缩模制、气体辅助注射模制、旋转模制、吹塑、压塑模制等的方法由组合物模制制品。在一些实施方式中，可以通过注射模制形成制品。
可以进一步有利的是监测聚合反应以即时制备聚(亚苯基醚)以估计转化率、单体消耗和分子量增加(build up)。本发明人有利地发现，聚(亚苯基醚)的聚合可以使用红外(IR)光谱测量。IR方法对于测定单体向聚合物的转化率和估计聚合物的分子量可以是特别有利的。因此，另一方面是用于监测亚苯基醚的聚合的方法。特别地，至少一部分来自流动反应器出口的反应混合物可以转移至IR监测装置，例如，微衰减全反射(ATR)IR流动池，其可以在小于或等于30秒、优选地小于或等于15秒的时间内分析反应混合物的组成和聚合物分子量。如果需要，可以用溶剂稀释反应混合物，例如以分析粘性反应混合物(例如含有高分子量聚合物)。可替代地，可以将来自反应器出口的反应混合物收集在储存器中，并且可以将红外探针插入反应混合物中用于分析。有利地，这种监测反应的方法可以在没有预先制备样品的情况下进行，并且可以快速完成(即，少于15秒用于完成分析)。
因此，本发明人发现了使用单个连续流动反应器制备聚(亚苯基醚)的改进方法。本文所描述的方法可以提供具有高特性粘度和窄多分散性指数并且反应时间显著降低的聚(亚苯基醚)。因此，本公开在聚(亚苯基醚)的制备方面提供实质性改进。
通过以下非限制性实施例进一步说明本公开。
实施例
在表1中描述在以下实施例中使用的材料。
表1
Figure BDA0003023826070000121
根据表2中描述的组成制备用于对比例1和实施例1的反应混合物。每种组分的量以基于进料组合物的总重量的重量百分比给出。将组分充分搅拌以确保铜催化剂化合物的溶解，并且将所得混合物过滤以去除未溶解的铜。在以下实施例中，将反应混合物装入进料容器中。
表2
组分 进料中的浓度(wt％)
DMP 6.0
Cu<sub>2</sub>O/HBr<sup>1</sup> 0.5
DBA 0.3
DMBA 0.9
二胺混合物<sup>2</sup> 0.6
甲苯 91.7
1Cu2O:HBr(48％水溶液w/w)的重量比为1.00:11.5；
2二胺混合物包含0.2329克的DBEDA、0.1242克的DDAC和0.4193克的甲苯
对比例1
作为对比例，使用上述反应混合物在单个反应器中进行间歇聚合。间歇程序的条件提供于表3中。
表3
步骤 时间 温度
同时充电 -- 28℃
单体投料 0或40分钟 38℃
MW构建 60分钟 48℃
Cu淬灭 15分钟 48至60℃
Mw重分布 60分钟 60℃
间歇聚合的结果汇总于表4中。相对于聚苯乙烯标准品，通过凝胶渗透色谱法在氯仿中测定数均分子量(Mn)、重均分子量(Mw)和PDI。Mn和Mw以克每摩尔(g/mol)给出。这些结果也汇总于图1中。
表4
间歇时间(分钟) 二甲苯酚(wt％) Mn(g/mol) Mw(g/mol) PDI IV
0 5.9 -- -- -- --
10 4.5 -- -- -- --
20 3.4 -- -- -- --
30 2.2 998 1697 1.7 --
60 ND 11654 60484 5.19 --
75 ND 20527 112487 5.48 --
90 ND 18369 150627 8.2 1.27
“ND”意指“不可检测的”，它被限定为浓度小于百万分之10(ppm)的浓度。
实施例1
使用可购自Corning的高级流动反应器AFR进行以下实施例。所使用的流动反应器是呈板形式的反应器，其中存在串联布置的多个板以提供足够的反应器体积。上述进料组合物(作为液相)和氧气(作为气相)并流流过反应器。将反应混合物以预定流量泵送通过反应器。一旦反应器充满液体，通过使热液体通过围绕反应器的传热板将反应器加热至30℃。在反应器的出口处，收集液相，回收并分离聚合物以提供所需的聚(亚苯基醚)。
流动反应器工艺条件和参数在表5中给出。反应在单个反应器中进行。
表5
参数 设定点
反应器容积 64毫升(8个模块)
液体进料 全部混合在一起
铜(溶解)<sup>*</sup> 180至200ppm
液体流量 8至20毫升/分钟，优选8.5毫升/分钟
停留时间 3至10分钟
氧气流量 45至115毫升/分钟
温度 30至35℃，优选30℃
*进料至反应的铜仅是溶解的铜，测得其约200ppm。溶解的铜可以通过用于痕量金属的电感耦合等离子体(ICP)分析来测量。
在流动反应器中的连续反应的结果汇总于表6中并在图2中示出。相对于聚苯乙烯标准品，通过凝胶渗透色谱法在氯仿中测定数均分子量(Mn)、重均分子量(Mw)和PDI。Mn和Mw以克每摩尔(g/mol)给出。
表6
Figure BDA0003023826070000141
“ND”意指“不可检测的”，它被限定为小于百万分之10(ppm)的浓度。
如从对比例1和实施例1可以看出，当使用流动反应器时，反应时间快了10至12倍。
进一步分析通过间歇工艺和流动反应器工艺制备的聚合物，结果提供于表7中。表7中报告的分子量以g/mol给出并且是螯合和分离后最终聚合物的重均(Mw)分子量。末端和内部DBA是指掺入聚合物中的3-甲基-4-羟基-5-二正丁基氨基甲基苯基的重量百分比，并且可以通过质子核磁共振(1H NMR)光谱测定。使用乌式粘度计在25℃下在氯仿中测定特性粘度(IV)，并以分升/克(dl/g)报告。
表7
Figure BDA0003023826070000151
PPE共聚物的制备
还探索了使用DMP和共聚单体以及高单体浓度制备PPE，其中，制备在单个反应器中进行。用于间歇工艺(对比例2)和连续流动工艺(实施例2)的进料组合物提供于表8中。每种组分的量以基于进料组合物的总重量的重量百分比提供。
表8
组分 对比例2 实施例2
DMP 24.50 24.13
Cu<sub>2</sub>O 0.02 0.02
HBr 0.23 0.23
DMBA 0.69 0.69
DBA 0.36 0.36
二胺混合物<sup>1</sup> 0.18 0.17
TMBPA 5.15 5.18
甲苯 68.88 69.22
1二胺混合物包含0.2329克的DBEDA、0.1242克的DDAC和0.4193克的甲苯
使用连续流动反应器进行三组试验(实施例2a-2c)，并且使用间歇方法进行两组试验(对比例2a-2b)。结果示出于表9和图3中。从图3可以看出，使用流动反应器可以在比间歇工艺(对于约95百分比的DMP向聚合物的转化，超过2小时)更少的时间(约20分钟)内完成聚合反应。
表9
Figure BDA0003023826070000161
“ND”意指“不可检测的”，它被限定为小于百万分之10(ppm)的浓度。
使用在线红外光谱监测聚(亚苯基醚)聚合
使用具有光纤探针和Dicomp ATR晶体的Mettler Toledo ReactIRTM45m以及具有微流动池和金刚石ATR晶体的Mett1er Toledo ReactIRTM45m。用于红外(IR)分析的程序如下。使从实验获得的样品通过AFR单元并且使用探针进行测量。还通过HPLC分析反应样品的2,6-二甲苯酚含量，并且通过GPC分析反应样品的分子量。测试各种浓度的2,6-二甲苯酚以获得0至25重量百分比的2,6-二甲苯酚的宽校准范围和1,000至1,000,000克/摩尔的聚(亚苯基醚)的分子量。对于2,6-二甲苯酚，分析1350至1200cm-1的范围以观察1260cm-1处的最大峰高。用获得的HPLC数据将该值绘制为线性回归以构建校准曲线。类似地，用分子量数据构建多元回归。校准曲线得到的均方根值为0.00346，并且R2值是0.989。
本公开还涵盖以下方面。
方面1：一种用于制备聚(亚苯基醚)的方法，该方法包括：将含氧气的气相进料至连续流动反应器中，该连续流动反应器包括含有酚、过渡金属催化剂和有机溶剂的反应混合物；以及在20至50℃、优选25至40℃、更优选30至35℃的温度下氧化聚合反应混合物以形成聚(亚苯基醚)；其中，反应混合物在连续流动反应器中具有小于或等于30分钟、优选5至20分钟的停留时间；并且其中，基于反应混合物的总重量，反应混合物包含小于500ppm的溶解的过渡金属催化剂，优选小于250ppm的溶解的过渡金属催化剂，更优选100至225ppm的溶解的过渡金属催化剂。
方面2：根据方面1的方法，其中，连续流动反应器的特征在于0.1至5s-1的体积传质系数。
方面3：根据方面1至2中任一项的方法，其中，酚包括2,6-二甲基苯酚。
方面4：根据方面1至3中任一项的方法，其中，过渡金属催化剂是铜-胺催化剂，优选地包含铜离子和受阻仲胺，优选地，其中，受阻仲胺具有式RbHN-Ra-NHRc，其中，Ra是C2-4亚烷基或C3-7亚环烷基，并且Rb和Rc是异丙基或其中只有α-碳原子不具有氢原子的C4-8叔烷基，存在至少两个并且不多于三个碳原子将两个氮原子隔开，更优选地，其中，受阻仲胺是二叔丁基乙二胺。
方面5：根据方面1至4中任一项的方法，其中，有机溶剂包含甲苯、苯、氯苯、邻二氯苯、硝基苯、三氯乙烯、二氯乙烯、二氯甲烷、氯仿、或其组合。
方面6：根据方面1至5中任一项或多项的方法，其中，反应混合物还包含二元酚，优选2,2’,6,6’-四甲基双酚A。
方面7：根据方面1至6中任一项的方法，其中，反应混合物还包含仲一元胺、叔一元胺、或其组合中的一种或多种，优选地，其中，仲一元胺包含二正丁胺，并且叔一元胺包含N,N-二甲基丁胺；溴离子源，优选氢溴酸；以及相转移剂，优选地，其中，相转移剂包含季铵化合物、季鏻化合物、叔锍化合物、或其组合，更优选地，其中，相转移剂包含N,N,N’N’-二癸基二甲基氯化铵。
方面8：根据方面1至7中任一项的方法，其中，以有效提供1:1至1:1.2、优选1:1.1的氧气:酚的摩尔比的流量进料含氧气的气相；并且反应混合物具有小于或等于15分钟的停留时间。
方面9：根据方面1至8中任一项的方法，还包括从反应混合物中分离聚(亚苯基醚)。
方面10：根据方面1至9中任一项的方法，其中，聚(亚苯基醚)具有大于或等于0.04至2分升/克的特性粘度、1.5至2.9的多分散性指数。
方面11：根据方面1至10中任一项的方法，其中，聚(亚苯基醚)具有小于1重量百分比、优选小于0.5重量百分比、更优选小于0.35重量百分比的胺含量。
方面12：根据方面1至11中任一项的方法，还包括：将反应混合物的至少一部分引入红外光谱系统以产生用于量化酚的量、聚(亚苯基醚)的分子量或两者的第一信号，以及将第一信号与由来自已知酚浓度、聚(亚苯基醚)分子量或两者的标准物的多个信号生成的校准曲线进行比较，以测定反应混合物中酚的量、聚(亚苯基醚)的分子量或两者。
方面13：一种通过方面1至12中任一项的方法制备的聚(亚苯基醚)。
方面14：一种包含方面13的聚(亚苯基醚)的制品。
方面15：一种用于分析聚(亚苯基醚)反应混合物的方法，该方法包括：将包含酚和聚(亚苯基醚)的反应混合物的样品引入红外光谱系统以产生用于量化酚的量、聚(亚苯基醚)的分子量或两者的第一信号，以及将第一信号与由来自已知酚浓度、聚(亚苯基醚)分子量或两者的标准物的多个信号生成的校准曲线进行比较，以测定反应混合物中酚的量、聚(亚苯基醚)的分子量、或两者。
组合物、方法和制品可以替代地包含本文公开的任何适合的材料、步骤或组分，由本文公开的任何适合的材料、步骤或组分组成、或基本上由本文公开的任何适合的材料、步骤或组分组成。组合物、方法和制品可以另外地或替代地被配制成缺乏或基本上不含对于实现组合物、方法和制品的功能或目标并非必需的任何材料(或种类)、步骤或组分。
本文所公开的所有范围包括端点，并且端点可独立地相互结合。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数量、或重要性，而是用于区别一个元素与另一元素。除非本文另外指出或上下文清楚规定相反的情况，否则术语“一个”和“一种”以及“该”不表示数量的限制，并且被理解为涵盖单数和复数二者。除非另外明确表明，“或”指的是“和/或”。在整个说明书中，对“一些方面”、“一个方面”等的引用是指结合方面描述的特定元素包括在本文所描述的至少一个方面中，并且可以或可以不存在于其他方面中。如本文使用的术语“其组合”包括一个或多个列出的元素，并且是开放的，允许存在未命名的一个或多个类似元素。另外，应理解的是，所描述的元素可以在各种实施方式中以任何合适的方式组合。
除非本文另有相反说明，否则所有测试标准均为截止本申请提交日期时有效的最新标准，或者如果要求优先权，则为最早优先权申请的提交日期出现的测试标准。
除非另外定义，否则本文使用的技术和科学术语具有与本申请所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。所有引用的专利、专利申请和其它参考文献都通过引用以其全部内容结合于此。然而，如果本申请中的术语与并入的参考文献中的术语相矛盾或者冲突，则来自本申请的术语优先于来自所并入参考文献的冲突术语。
化合物使用标准命名法描述。例如，未被任何指示的基团取代的任何位置应理解为其化合价被如所指示的键或氢原子填充。不在两个字母或符号之间的连字符(“-”)用于指示取代基的连接点。例如，-CHO通过羰基的碳连接。
如在本文中使用的，术语“烃基”，无论是本身使用，还是作为另一术语的前缀、后缀、或片段，是指仅含有碳和氢的残基。残基可以是脂族或芳族的、直链、环状的、双环的、支化的、饱和的、或不饱和的。它还可以含有脂族、芳族、直链、环状的、双环的、支化的、饱和的以及不饱和的烃部分的组合。然而，当烃基残基被描述为取代的时，它可以任选地含有取代基残基的碳和氢成员之外的杂原子。因而，当具体地描述为取代的时，烃基残基还可以含有一个或多个羰基、氨基、羟基等，或它可以含有在烃基残基的主链内的杂原子。术语“烷基”指支链或直链、不饱和的脂族烃基，例如，甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、仲戊基、正己基、以及仲己基。“烯基”是指直链或支链的具有至少一个碳-碳双键的单价烃基(例如，乙烯基(-HC＝CH2))。“烷氧基”是指经由氧连接的烷基(即，烷基-O-)，例如，甲氧基、乙氧基和仲丁氧基。“亚烷基”是指直链或支链、饱和的二价脂族烃基(例如，亚甲基(-CH2-)或亚丙基(-(CH2)3-))。“亚环烷基”是指二价环状亚烷基，-CnH2n-x，其中，x是被环化取代的氢的数目。“环烯基”是指具有一个或多个环和在环中的一个或多个碳-碳双键的单价基团，其中，所有环成员都是碳(例如，环戊基和环己基)。“芳基”是指包含指定数目的碳原子的芳族烃基，诸如，苯基、环庚三烯酮、茚满基、或萘基。“亚芳基”是指二价芳基。“烷基亚芳基”是指被烷基取代的亚芳基。“芳基亚烷基”是指被芳基(例如，苄基)取代的亚烷基。前缀“卤代(halo)”指的是包含一个或多个氟代、氯代、溴代或碘代取代基的基团或化合物。可以存在不同卤代基团(例如，溴代和氟代)的组合或仅氯代基团。前缀“杂”是指化合物或基团，其包含至少一个为杂原子(例如，1、2或3个杂原子)的环成员，其中，杂原子各自独立地是N、O、S、Si或P。“取代的”是指化合物或基团被至少一个(例如，1、2、3或4个)取代基取代来代替氢，该取代基可以各自独立地是C1-9烷氧基、C1-9卤代烷氧基、硝基(-NO2)、氰基(-CN)、C1-6烷基磺酰基(-S(＝O)2-烷基)、C6-12芳基磺酰基(-S(＝O)2-芳基)、巯基(-SH)、硫代氰基(-SCN)、甲苯磺酰基(CH3C6H4SO2-)、C3-12环烷基、C2-12烯基、C5-12环烯基、C6-12芳基、C7-13芳基亚烷基、C4-12杂环烷基以及C3-12杂芳基，条件是不超过取代的原子的正常化合价。基团中指示的碳原子数目不包括任何取代基。例如，-CH2CH2CN是被腈取代的C2烷基。
虽然已经描述了特定实施方式，但是申请人或本领域其他技术人员可以想到目前未预料到或可能未预料到的替代、修改、变化、改进和实质等同物。因此，所提交的和可能修改的所附权利要求旨在涵盖所有这些替代、修改、变化、改进和实质等同物。

Claims (15)

1.一种用于制备聚(亚苯基醚)的方法，所述方法包括：
将含氧气的气相进料至单个连续流动反应器，所述单个连续流动反应器包含反应混合物，所述反应混合物包含酚、过渡金属催化剂和有机溶剂；以及
在20至50℃、优选25至40℃、更优选30至35℃的温度下使所述反应混合物氧化聚合以形成聚(亚苯基醚)；
其中，所述反应混合物在所述单个连续流动反应器中具有小于或等于30分钟、优选5至20分钟的停留时间；并且
其中，基于所述反应混合物的总重量，所述反应混合物包含小于500ppm的溶解的过渡金属催化剂，优选小于250ppm的溶解的过渡金属催化剂，更优选100至225ppm的溶解的过渡金属催化剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述连续流动反应器的特征在于0.1至5s-1的体积传质系数。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，所述酚包括2,6-二甲基苯酚。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述过渡金属催化剂是铜-胺催化剂，所述铜-胺催化剂优选地包括铜离子和受阻仲胺，
优选地，其中，所述受阻仲胺具有下式
RbHN-Ra-NHRc
其中，Ra是C2-4亚烷基或C3-7亚环烷基，并且Rb和Rc是异丙基或其中只有α-碳原子不具有氢原子的C4-8叔烷基，存在至少两个并且不多于三个碳原子将两个氮原子隔开，
更优选地，其中，所述受阻仲胺是二叔丁基乙二胺。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述有机溶剂包括甲苯、苯、氯苯、邻二氯苯、硝基苯、三氯乙烯、二氯乙烯、二氯甲烷、氯仿、或它们的组合。
6.根据权利要求1至5中任一项或多项所述的方法，其中，所述反应混合物还包含二元酚，优选2,2’,6,6’-四甲基双酚A。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述反应混合物还包含以下中的一种或多种：
仲一元胺、叔一元胺、或它们的组合，优选地，其中，所述仲一元胺包括二正丁胺，并且所述叔一元胺包括N,N-二甲基丁胺；
溴离子源，优选氢溴酸；以及
相转移剂，优选地，其中，所述相转移剂包括季铵化合物、季鏻化合物、叔锍化合物、或它们的组合，更优选地，其中，所述相转移剂包括N,N,N’N’-二癸基二甲基氯化铵。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中
以有效提供1:1至1:1.2、优选1:1.1的氧气:酚的摩尔比的流量进料所述含氧气的气相；并且
所述反应混合物具有小于或等于15分钟的停留时间。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，还包括从所述反应混合物中分离所述聚(亚苯基醚)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述聚(亚苯基醚)具有大于或等于0.04至2分升/克的特性粘度、1.5至2.9的多分散性指数。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述聚(亚苯基醚)具有小于1重量百分比、优选小于0.5重量百分比、更优选小于0.35重量百分比的胺含量。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，还包括将所述反应混合物的至少一部分引入红外光谱系统以产生用于量化所述酚的量、所述聚(亚苯基醚)的分子量、或两者的第一信号，以及将所述第一信号与由来自已知酚浓度、聚(亚苯基醚)分子量、或两者的标准物的多个信号生成的校准曲线进行比较，以测定所述反应混合物中所述酚的量、所述聚(亚苯基醚)的分子量、或两者。
13.一种聚(亚苯基醚)，通过权利要求1至12中任一项所述的方法制备。
14.一种制品，包含权利要求13所述的聚(亚苯基醚)。
15.一种用于分析聚(亚苯基醚)反应混合物的方法，所述方法包括：
将包含酚和聚(亚苯基醚)的反应混合物的样品引入红外光谱系统以产生用于量化所述酚的量、所述聚(亚苯基醚)的分子量、或两者的第一信号，以及
将所述第一信号与由来自已知酚浓度、聚(亚苯基醚)分子量、或两者的标准物的多个信号生成的校准曲线进行比较，以测定所述反应混合物中所述酚的量、所述聚(亚苯基醚)的分子量、或两者。
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