CN113956467B - 一种双端羟基聚苯醚改性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种双端羟基聚苯醚改性的方法,属于聚苯醚改性技术领域。所述双端羟基聚苯醚改性的方法,包括如下步骤:将双端羟基聚苯醚、4‑二甲氨基吡啶、二环己基碳二亚胺混合,在20℃~100℃反应50~70min,得到第一反应物;将甲基丙烯酸与4‑二甲氨基吡啶混合,在20℃~100℃反应50~70min,得到第二反应物;将第一反应物和第二反应物混合,在20℃~100℃反应5.5~6.5h,得到改性聚苯醚溶液。本方利用甲基丙烯酸进行端基改性,可以省略卤素去除步骤,避免卤素残留,简化生产流程,提高效率,且甲基丙烯酸利用率高,可以进一步降低成本。
Description
技术领域
本发明属于聚苯醚改性技术领域,尤其涉及一种双端羟基聚苯醚改性的方法。
背景技术
聚苯醚(PPO)是一种性能优异的树脂材料,具有优良的低吸湿性和尺寸稳定性,同时在高温、高频使用环境下也能保持极低的介电常数和介质损耗。因此在5G高频高速电子电路基材领域具有良好的应用前景。为了使聚苯醚能够更好地应用在高性能覆铜板领域,需要对其进行功能化改性。在聚苯醚两端引入功能基团是一种较好的解决方法,不仅具有通用高分子量聚苯醚的优异特性,而且还具有高活性的反应基团,增强了交联反应活性,能够更好的应用于高性能覆铜板领域。
现有改性方法是利用酚羟基的反应活性,引入一些可交联或可反应的活性基团。所用改性剂一般为酰氯或者酸酐类物质,如甲基丙烯酰氯、甲基丙烯酸酐等,与PPO-2OH在碱(吡啶、三乙胺等)催化的条件下进行反应,生成端基改性聚苯醚。但采用酰氯路线存在卤素去除困难、流程复杂的缺点;酸酐路线成本较高且反应物利用率低;甲基丙烯酸路线存在反应物利用率低、端基改性率低的缺点。
发明内容
本发明提供了一种双端羟基聚苯醚改性的方法,利用甲基丙烯酸进行端基改性,可以省略卤素去除步骤,避免卤素残留,简化生产流程,提高效率,且甲基丙烯酸利用率高,可以进一步降低成本。
为了达到上述目的,本发明提供了一种双端羟基聚苯醚改性的方法,包括如下步骤:
将双端羟基聚苯醚、4-二甲氨基吡啶、二环己基碳二亚胺混合,在20℃~100℃反应50~70min,得到第一反应物;
将甲基丙烯酸与4-二甲氨基吡啶混合,在20℃~100℃反应50~70min,得到第二反应物;
将第一反应物和第二反应物混合,在20℃~100℃反应5.5~6.5h,得到改性聚苯醚溶液;
所述双端羟基聚苯醚的结构如式(I)所示:
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6分别独立表示为氢原子、烷基,R1~R6相同或者不同。
优选的,所述双端羟基聚苯醚和4-二甲氨基吡啶的摩尔比为1~15:1;所述双端羟基聚苯醚和二环己基碳二亚胺的摩尔比为0.5~4:1。
优选的,所述甲基丙烯酸与4-二甲氨基吡啶的摩尔比为1~50:1。
优选的,所述双端羟基聚苯醚的制备方法包括如下步骤:
将2,6-二甲基苯酚、二元酚、有机溶剂、催化剂和氧化剂混合,在20~70℃下反应4~20h,得到聚合液;
将所述聚合液和螯合剂混合进行螯合,得到双端羟基聚苯醚;
所述催化剂为含金属和胺类配体的水溶液。
优选的,所述2,6-二甲基苯酚与二元酚的摩尔比为1~15:1。
优选的,所述二元酚的结构如式(II)所示:
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6分别独立表示为氢原子、烷基,R1~R6相同或者不同。
优选的,所述二元酚为双酚A、四甲基双酚A或四甲基双酚F。
优选的,所述氧化剂为氧气或空气。
优选的,所述螯合剂为氨基羧酸盐类螯合剂。
优选的,得到改性聚苯醚溶液后还包括浓缩、导入脱挥挤出机中脱挥发分。
与现有技术相比,本发明的优点和积极效果在于:本发明提供了一种双端羟基聚苯醚改性的方法,本发明使用DCC/DMAP催化体系,可作用于甲基丙烯酸的羧基,提高羰基碳的亲电能力,使其更易于与聚苯醚羟基氧相结合,使整个反应更易进行,提高了甲基丙烯酸的利用率,可达到90%以上。
本发明利用甲基丙烯酸进行端基改性,可以省略卤素去除步骤,避免卤素残留,同时简化生产流程,提高效率,可以进一步降低成本。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种双端羟基聚苯醚改性的方法,包括如下步骤:
将双端羟基聚苯醚、4-二甲氨基吡啶、二环己基碳二亚胺混合,在20℃~100℃反应50~70min,得到第一反应物;
将甲基丙烯酸与4-二甲氨基吡啶混合,在20℃~100℃反应50~70min,得到第二反应物;
将第一反应物和第二反应物混合,在20℃~100℃反应5.5~6.5h,得到改性聚苯醚溶液;
所述双端羟基聚苯醚的结构如式(I)所示:
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6分别独立表示为氢原子、烷基,R1~R6相同或者不同。
本发明将双端羟基聚苯醚、4-二甲氨基吡啶、二环己基碳二亚胺混合,在20℃~100℃反应50~70min,得到第一反应物。在本发明中,所述双端羟基聚苯醚和4-二甲氨基吡啶的摩尔比优选为1~15:1;所述双端羟基聚苯醚和二环己基碳二亚胺的摩尔比为0.5~4:1。
本发明将甲基丙烯酸与4-二甲氨基吡啶混合,在20℃~100℃反应50~70min,得到第二反应物。在本发明中,所述甲基丙烯酸与4-二甲氨基吡啶的摩尔比为1-50:1。
得到第一反应物和第二反应物后,本发明将第一反应物和第二反应物混合,在20℃~100℃反应5.5~6.5h,得到改性聚苯醚溶液。
相对酰氯及酸酐,甲基丙烯酸反应活性较低,在常规碱催化体系中,反应条件更加苛刻,并且原料利用率偏低,因此很少作为聚苯醚的改性剂来使用,本发明中使用的DCC/DMAP催化体系,可作用于甲基丙烯酸的羧基,提高羰基碳的亲电能力,使其更易于与聚苯醚羟基氧相结合,使整个反应更易进行,提高了甲基丙烯酸的利用率。具体反应机理如下:
首先DMAP上带孤对电子的氮进攻甲基丙烯酸羧基氢,DMAP获得氢离子后带正电离去,然后失去氢的羧基上带负电的氧进攻DCC两个氮原子中间的碳,之后DCC上带孤对电子的氮进攻带正电DMAP氮上的氢,失去氢后转变为DMAP,接着DMAP吡啶环上的氮进攻羧基碳,同时羧基另一个氧连接在DCC上脱去,形成DCU(二环己基脲),最后DMAP吡啶环上氮进攻聚苯醚的羟基氢,获得氢离子后离去,而失去氢的羟基氧负进攻甲基丙烯酸羰基碳,成酯。
具体反应路线如下所示:
在本发明中,所述双端羟基聚苯醚的制备方法优选包括如下步骤:
将2,6-二甲基苯酚、二元酚、有机溶剂、催化剂和氧化剂混合,在20~70℃下反应4~20h,得到聚合液;
将所述聚合液和螯合剂混合进行螯合,得到双端羟基聚苯醚;
所述催化剂为含金属和胺类配体的水溶液。
本发明优选将2,6-二甲基苯酚、二元酚、有机溶剂、催化剂和氧化剂混合,在20~70℃下反应4~20h,得到聚合液。在本发明中,所述2,6-二甲基苯酚与二元酚的摩尔比优选为1~15:1,更优选为9:1。在本发明中,所述二元酚优选如结构(II)所示:
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6分别独立表示为氢原子、烷基,R1~R6相同或者不同;更优选为双酚A、四甲基双酚A或四甲基双酚F。
在本发明中,所述有机溶剂优选为C6~C18芳香烃。所述2,6-二甲基苯酚与有机溶剂的摩尔比优选为1:6~10。
在本发明中,所述2,6-二甲基苯酚与催化剂的摩尔比优选为50~500:1。在本发明中,所述催化剂优选为含金属和胺类配体的水溶液;所述金属优选为铜盐;所述铜盐优选为溴化亚铜、氯化亚铜或氧化亚铜。所述胺类配体优选为六亚甲基二胺、十二烷基二胺或四亚甲基二胺。
在本发明中,所述氧化剂优选为氧气或空气。所述2,6-二甲基苯酚与氧化剂的摩尔比优选0.5~10:1。
在本发明中,所述螯合剂优选为氨基羧酸盐类螯合剂。在本发明中,添加螯合剂对聚合液进行螯合,可以去除聚合液中的金属离子。在本发明中,螯合完成后,优选静置1~10h,将下层水溶液分出,得到双端羟基聚苯醚溶液。在本发明中,所述双端羟基聚苯醚的分子量优选为500~3000。
本发明通过酚类单体氧化共聚反应,在催化剂的作用下得到双端羟基聚苯醚溶液。采用本发明提供的方法制备双端羟基聚苯醚溶液收率较高,在90%~95%。
得到改性聚苯醚后,本发明优选还对所述改性聚苯醚溶液进行浓缩、导入脱挥挤出机中脱挥发分。在本发明中,所述浓缩的方式优选为蒸馏;所述蒸馏的温度优选为110~150℃,浓缩至固含量达到60%以上结束浓缩,得到浓缩改性聚苯醚溶液。得到浓缩改性聚苯醚溶液后,本发明优选将所述浓缩改性聚苯醚溶液导入脱挥挤出机中,将挥发分降低至1%以下,得到改性聚苯醚。
为了进一步说明本发明,下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述,但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)在催化剂配制釜中加入氯化亚铜0.598kg,六亚甲基二胺0.702kg,并加入0.6kg蒸馏水,混合均匀后,无氧条件先搅拌1小时,得到催化剂,在反应釜中依次加入53.5kg 2,6二甲基苯酚、14kg四甲基双酚A以及250kg甲苯有机溶剂,搅拌至酚类单体完全溶解;再加入上述制备的催化剂,然后通入氧气,40℃下反应6h;
(2)反应结束后在反应釜中加入35L 5%wt乙二胺四乙酸二钠盐水溶液,于70℃搅拌1h后,静置5h,除去水相,得到双端羟基聚苯醚低聚物溶液;
(3)在步骤(2)所得双端羟基聚苯醚低聚物溶液中加入260g DMAP(4-二甲氨基吡啶)混合均匀后,将3.01kg DCC(二环己基碳二亚胺)溶解后滴加至反应釜中,另将7.86kg甲基丙烯酸与260g DMAP混合均匀,两部分溶液各在30℃反应1h,将它们混合后,继续在30℃反应6h,得到甲基丙烯酸改性聚苯醚溶液。先对甲基丙烯酸改性聚苯醚溶液进行过滤,然后在150℃,常压的条件下蒸馏至固含量达到60%以上,得到浓缩改性聚苯醚溶液,然后将浓缩改性聚苯醚溶液导入脱挥挤出机中,将挥发分降低到1%以下,得到甲基丙烯酸改性聚苯醚。产品端基改性率95%,甲基丙烯酸的利用率为90.1%。
本实施例制备的甲基丙烯酸封端聚苯醚,其合成路线如下所示:
实施例2
(1)在催化剂配制釜中加入溴化亚铜0.543kg,十二烷基二胺0.757kg,并加入0.7kg蒸馏水,混合均匀后,无氧条件搅拌1小时,得到催化剂;在反应釜中依次加入53.5kg2,6二甲基苯酚、12.38kg四甲基双酚F以及238kg甲苯有机溶剂,搅拌至酚类单体完全溶解;再加入上述催化剂,然后通入氧气,40℃下反应6h;
(2)反应结束后在反应釜中加入70L 5%wt乙二胺四乙酸二钠盐水溶液,于50℃搅拌1h后,静置3h,除去水相,得到双端羟基聚苯醚低聚物溶液;
(3)在步骤(2)所得纯化后的双端羟基聚苯醚低聚物溶液中加入260g DMAP混合均匀后,将3.01kg DCC溶解后滴加至反应釜中,另将10.46kg甲基丙烯酸与260g DMAP混合均匀,两部分溶液各在30℃反应1h,将它们混合后,继续在30℃反应6h,得到甲基丙烯酸改性聚苯醚溶液。先对甲基丙烯酸改性聚苯醚溶液进行过滤,然后在150℃,常压的条件下蒸馏至固含量达到60%以上,得到浓缩改性聚苯醚溶液,然后将浓缩改性聚苯醚溶液导入脱挥挤出机中,将挥发分降低到1%以下,得到甲基丙烯酸改性聚苯醚。产品端基改性率95%,甲基丙烯酸的利用率为66.7%。
本实施例制备的甲基丙烯酸封端聚苯醚,其合成路线如下所示:
实施例3
(1)在催化剂配制釜中加入氯化亚铜0.688kg,四亚甲基二胺0.612kg,并加入0.8kg蒸馏水,混合均匀后,无氧条件搅拌1小时,得到催化剂;在反应釜中依次加入53.5kg2,6二甲基苯酚、14kg四甲基双酚A以及250kg甲苯有机溶剂,搅拌至酚类单体完全溶解;再加入上述催化剂,然后通入氧气,40℃下反应6h;
(2)反应结束后在反应釜中加入35L 5%wt乙二胺四乙酸二钠盐水溶液,于70℃搅拌1h后,静置5h,除去水相,得到双端羟基聚苯醚低聚物溶液;
(3)在步骤(2)所得纯化后的双端羟基聚苯醚低聚物溶液中加入260g DMAP混合均匀后,将3.01kg DCC溶解后滴加至反应釜中,另将9.19kg甲基丙烯酸与260g DMAP混合均匀,两部分溶液各在30℃反应1h,将它们混合后,继续在30℃反应6h,得到甲基丙烯酸改性聚苯醚溶液。先对甲基丙烯酸改性聚苯醚溶液进行过滤,然后在150℃,常压的条件下蒸馏至固含量达到60%以上,得到浓缩改性聚苯醚溶液,然后将浓缩改性聚苯醚溶液导入脱挥挤出机中,将挥发分降低到1%以下,得到甲基丙烯酸改性聚苯醚。产品端基改性率95%,甲基丙烯酸的利用率为77.7%。
本实施例制备的甲基丙烯酸封端聚苯醚,其合成路线如下所示:
对比例1
甲基丙烯酸酐封端聚苯醚的制备过程包括以下步骤:
(1)通过酚类单体氧化共聚反应,在催化剂的作用下得到双端羟基聚苯醚溶液;
(1-1)在催化剂配制釜中加入氧化亚铜0.1kg,30%的溴化氢溶液0.377kg,N,N-二正丁基乙二胺0.24kg,混合均匀后,无氧条件先搅拌1小时,得到催化剂;在反应釜中依次加入53.5kg 2,6-二甲基苯酚、14kg四甲基双酚A以及250kg甲苯,搅拌至酚类单体完全溶解,再加入上述催化剂;之后通入氧气,40℃下反应6h;
(1-2)反应结束后在反应釜中加入35L 5%wt乙二胺四乙酸二钠盐水溶液,于70℃搅拌1h后,静置5h,除去水相,得到双端羟基聚苯醚低聚物溶液;
(3)在步骤(2)所得纯化后的双端羟基聚苯醚低聚物溶液中加入38.42kg甲基丙烯酸酐、1.33kg 4-二甲氨基吡啶,在120℃反应10h,反应结束后,将上述反应液加入到10倍体积的甲醇中,使改性PPO从溶剂中分离,再经过过滤、洗涤、烘干后得到改性PPO成品,酸酐利用率33%。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种双端羟基聚苯醚改性的方法,其特征在于,包括如下步骤:
将双端羟基聚苯醚、4-二甲氨基吡啶、二环己基碳二亚胺混合,在20℃~100℃反应50~70min,得到第一反应物;所述双端羟基聚苯醚和4-二甲氨基吡啶的摩尔比为1~15:1;
将甲基丙烯酸与4-二甲氨基吡啶混合,在20℃~100℃反应50~70min,得到第二反应物;所述甲基丙烯酸与4-二甲氨基吡啶的摩尔比为1~50:1;
将第一反应物和第二反应物混合,在20℃~100℃反应5.5~6.5h,得到改性聚苯醚溶液;
所述双端羟基聚苯醚的结构如式(I)所示:
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6分别独立表示为氢原子、烷基,R1~R6相同或者不同;
所述双端羟基聚苯醚和二环己基碳二亚胺的摩尔比为0.5~4:1。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述双端羟基聚苯醚的制备方法包括如下步骤:
将2,6-二甲基苯酚、二元酚、有机溶剂、催化剂和氧化剂混合,在20~70℃下反应4~20h,得到聚合液;
将所述聚合液和螯合剂混合进行螯合,得到双端羟基聚苯醚;
所述催化剂为含金属和胺类配体的水溶液。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述2,6-二甲基苯酚与二元酚的摩尔比为1~15:1。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述二元酚为双酚A、四甲基双酚A或四甲基双酚F。
6.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述氧化剂为氧气或空气。
7.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述螯合剂为氨基羧酸盐类螯合剂。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,得到改性聚苯醚溶液后还包括浓缩、导入脱挥挤出机中脱挥发分。
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GR01 | Patent grant | ||
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