DE2453485B2 - Phenylensulfidpolymere, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung - Google Patents
Phenylensulfidpolymere, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre VerwendungInfo
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description
Die Herstellung von Arylensulfidpolymeren ist aus
der US-PS 33 54 129 bekannt Das dort beschriebene Verfahren sieht im allgemeinen vor, daß eine Mischung
von poiyhaiogenierten aromatischen Verbindungen, einem Alkalisulfid und einer polaren organischen
Verbindung Polymerisations- bzw. Kondensationsbedingimgen
zui Herstellung eines Polymeren u-iterworfen
werden.
Gegenstand dieser Erfindung sind durch Umsetzung eines Halogenbenzols mit einem Alkalisulfid in Gegenwarf
eines organischen Amk's hergestellte Phenylensulfidpolymere,
die dadurch gekennzeichnet sind, daß die Polymeren hergestellt worden sind durch Umsetzung
bei einer Temperatur im Bereich von 125 bis 450° C aus
Ausgangsstoffen, die 0,9 bis 2MoI eines m-Dihalögenbenzols
und p-Dihalogenbenzols pro Mol Alkalisulfid enthalten und die Menge des verwendeten m-Dihsifcgenbenzols
35 bis 90 Mol-%, bezogen auf die gesamten Mole von m- und p-Dihalogenbenzol, ausmacht und als
organische Amide 100 bis 2500 g, pro Gramm-Mol Alkalisulfid, cyclische oder acyclische Amide mit 1 bis 10
Kohlenstoffatomen verwendet worden sind, und daß sie bei 25°C eine Löslichkeit in Tetrahydrofuran von
mindestens 5 Gewichtsteilen der !Polymeren pro 100 Gewichtsteile Tetrahydrofuran oder in Chloroform von
größer als 20 g pro 100 g Chloroform haben.
Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Herstellung von Pfaenylensulfidpolymeren durch Umsetzung
eines Halogenbenzols mit einem Alkalisulfid in
ίο Gegenwart eines organischen Amids, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß die Ausgangsstoffe 03 bis 2 Mol
eines m-Dihalogenbenzols und eines p-Dihalogenbenzols
pro Mol AlkaBsuIfid enthalten und die Menge des verwendeten m-Dihalogenbenzols 35 bis 90 Mol-%,
bezogen auf die gesamten Mole von a- und p-Dihalogenbenzol, ausmacht, als organische Amide 100
bis 2500 g, pro Gramm-Mol Alkalisulfid, cyclische oder
acyclische Amide mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen verwendet werden und die Umsetzung bei einev
Temperatur im Bereich von 125 bis 4500C durchgeführt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird als m-Dihalogenbenzol m-DichlorbenzoI und als p-Dihalogenbenzol p-Dichlorbenzol
verwendet
Zur Erfindung gehört weiterhin die Verwendung der erfindungsgemäßen Polymeren und der nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Polymeren als Überzugsmassen.
Die bei diesem Verfahren erhaltenen Polymeren können leicht durch Vernetzung und/oder Kettenverlängerung
durch thermische oder chemische Mittel gehärtet werden, wobei die gehärteten Produkte eine
none thermische Stabilität und eine gute chemische
Beständigkeit besitzen. Diese Produkte lassen sich infolgedessen auf zahlreichen Gebieten anwenden. Die
nach dem Verfahren der Erfindung erhaltenen, nichtgehärteten Phenylensulfidpolymeren sind überraschenderweise
in organischen Lösungsmitteln, wie Tetrahydrofuran und Chloroform, bei Raumtemperatur leicht
löslich. Die bei dem Verfahren der Erfindung erhaltenen Polymeren sind deshalb besonders für Anwendungen
von Interesse, bei denen man das Polymere zu irgendeinem Zeitpunkt seiner Anwendung in Lösung
haben möchte, z. B. beim Überziehen oder Beschichten
von Metall- oder anderen Substraten in Form von Drähten, Platten, Rohren, Stäben und dergleichen mit
Lösungen der Polymeren oder bei der Herstellung von Filmen aus Lösungen des Polymeren.
so Im Gegensatz zu den gut löslichen Polymeren nach der Erfindung ist ein Phenylensulfidpolymeres, das nur
aus r..-Dihalogenbenzol oder p-Dihalogenbenzol in Abwesenheit des anderen Isomeren hergestellt wurde,
nahezu unlöslich in den genannten Lösungsmitteln sogar bei deren normalem Siedepunkt, obgleich du
Polymer? aus m-Dihalogenbenzol allein keine Kristallinität besitzt, die bisher durch eine thermische Differenzialanalyse
festgestellt hätte werden können.
Abweichend von dem in Abwesenheit de:; m-Isomeren allein aus p-Dihalogenbenzo! hergestellten Phenyiensuifidpofyrneren zeigen die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Phenylsulfidpolymeren keine oder im wesentlichen keine Kristallinitäit bei der thermischen Differenzialanalyse.
Abweichend von dem in Abwesenheit de:; m-Isomeren allein aus p-Dihalogenbenzo! hergestellten Phenyiensuifidpofyrneren zeigen die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Phenylsulfidpolymeren keine oder im wesentlichen keine Kristallinitäit bei der thermischen Differenzialanalyse.
Bei einer Ausführungsform des Verfahren!! nach der
Erfindung erhält man lösliche, im wesentlichen amorphe Phenylensulfidpolymere, indem man mindestens ein
m-Dihalogenbenzol und mindestens ein p-Dihalogen-
benzol mit einer Mischung umsetzt, die mindestens ein
Alkalisulfid und mindestens ein organisches Amid enthält Die Umsetzung erfolgt bei Polymerisationsbedingungen für einen ausreichenden Zeitraum zur
Bildung des Phenylensulfidpolymeren. Das Polymere
wird dann isoliert
Als Halogenatome kommen bei dem m-Dihalogenbenzoi bevorzugt Chlor, Brom und Jod in Betracht
Beispiele für geeignete m-DihalogenbenzoIe sind
m-DichlorbenzoI,
m-Dibrombenzol,
m-Dijodbenzol,
1 -ChIor-3-brombenzol,
1 -ChIor-3-jodbenzoI,
1 -Brom-3-Jodbenzol und
Mischungen dieser Verbindungen. Bei dem p-Dihalogenbenzol sind die Halogenatome bevorzugt ebenfalls
Chlor, Brom und Jod. Beispiele für geeignete p-Dihalogenbenzole sind
p-Dichlorbenzol,
p-Dibrombenzoi
p-DijodbenzoL
1 -Chlor-4-brombenzoI,
1 -Chlor-4-jodbenzol,
1 -Brom-4-jodbenzoI und
Geeignete Alkalisulfide für das Verfahren der Erfindung sind die Monosulfide von lithium, Natrium,
Kalium, Rubidium und Cäsium, in wasserfreier oder hydratisierter Form, wobei auch Mischungen dieser
Sulfide verwendet we~den können. Bevorzugt wird das
hydratisierte Natriumsulfid verwendet Gewünschtenfalls können die Alkalisulfide in situ hergestellt werden,
z. B. aus Alkalihydroxiden und Alkaiibisulfiden.
Wenn das Alkalisulfid in Form seLes Hydrates verwendet wird, ist es vorteilhaft, mindestens einen Teil
des Hydratationswassers zu entfernen, bevor die Mischung des Alkalisulfids mit dem organischen Amid
mit den Dihalogenbenzolen gemischt wird. Zur Entfernung des Wassers kann die Destillation verwendet werden.
Das benutzte organische Amid sollte bei den Polymerisationstemperaturen und -drücken im wesentlichen flüssig sein. Es kommen sowohl cyclische als auch
acyclische Amide «lit ί bis etwa 10 Kohlenstoffatomen
im Molekül in Betracht Beispide von geeigneten organischen Amiden sind
Ν,Ν-Dipropylbutyramid,
2-PyrroIidon,
Die Dihalogenbenzole werden in einer Gesamtmenge
von 03 Mol bis 2 Molpro Mo! Alkalisulfid verwendet Das m-Isomere macht von der gesamten Menge der
Dihaiogenbenzole 35 bis 90 Mol-%, bevorzugt 40 bis 85 Mol-%, aus.
Das organische Amid wird in einer Menge von 100 bis
2500 g pro Gramm-Mol Alkalisulfid verwendet
Die Bedingungen, unter denen die Mischung polymerisiert bzw. polykondensiert werden kann, schwanken
innerhalb eines großen Bereiches. Die Temperatur liegt
im Bereich von 125 bis 4500C Bevorzugt werden Temperaturen zwischen 175 bis 350° C verwendet
Der Zeitraum, für den die Mischung Polymerisationsbedingungen unterworfen wird, hängt zum Teil von der
Temperatur ab. Im allgemeinen kommen Reaktionszeiten von 10 Minuten bis 72 Stunden in Betracht, wobei im
allgemeinen ein Zeitraum von 1 bis 8 Stunden bevorzugt ist Der Druck soll lediglich ausreichend sein, um die
Dihalogenbenzoie und das organische AmM im wesentlichen in der flüssigen Phase zu halten und die
Schwefelquelle ebenfalls in dieser Phase zu halten.
Dk entstandenen Phenylensultidpolymeren können
aus der Polymerisationsniischung durch übliche Arbeitsweisen abgetrennt werden, wie durch Verdampfung des
Lösungsmittels mit anschließendem Waschen mit Wasser oder durch Verdünnen der Polymerisationsmischung mit Wasser und anschließendes Filtrieren und
Waschen des Polymeren mit Wasser.
Die mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung erhaltenen Polymeren haben in ungehärtetem Zustand
bei 25°C eine Löslichkeit in Tetrahydrofuran von mindestens 5 Gewichlsteüen pro 100 Gewichtsteile
Tetrahydrofuran. Bevorzugt besitzen diese Polymeren eine Löslichkeit bei 25°C von mindestens 20 g prj 100 g
entweder Tetrahydrofuran oder Chloroform.
Die Polymeren nach der Erfindung können mit Füllstoffen, Pigmenten, Stabilisatoren, Weichmachern
und dergleichen abgemiscbt werden. Man kann die
Polymeren durch Erwärmung auf eine Temperatur von 260 bis 4800C bevorzugt zwischen 300 und 4300C für 5
Minuten bis 20 Stunden, bevorzugt 10 Minuten bis 6 Stunden härten. Die Erwärmung erfolgt in der Regel in
Gegenwart von Luft oder einem anderen Gas, das freien Sauerstoff enthält Bei der Härtung können Härtungsbeschleuniger zugesetzt werden.
In den folgenden Beispielen wird die Erfindung noch
näher erläutert In diesen Beispielen wurden die Glasübergangstemperatur (T1) und der Schmelzpunkt
der kristallinen Phase (Tn,) öurch thermische Differenzia'analyse ermittelt Die inährenten Viskositäten
wurden bei 2060C in 1-Chlornaphthalin bei einer
Poiynierkönzenifäiion von G,4g/i0ömi Lösung bestimmt
Versuch 1
(Vergleichsversuch)
Es handelt sich hier um einen Vergleächsversuch, der
die Wirkung eines Molverhältnisses der Dihalogenbenzoie außerhalb des Bereichs der Erfindung zeigt Das
Molverhältnis von m-Dichlorbenzol zu p-Dichlorbenzol
I I : tu ·»«■
■ag tj\,i tn>
. 1 -j.
Eine Mischung von 127,2 (1,0 Mol) hydratisiertem
Natriumsulfid (6U Gew.-% Na2S) und 276,7 g N-Methyl-2-pyrrolidon wurde hergestellt und unter Stickstof fspülung 2 Stunden, 10 Minuten auf 2030C zur
Entfernung von Wasser erwärmt Die Mischung wurde dann auf 175°C abgekühlt und es wurden 112y4 g (0,765
Mol) p-DichlorbenzoI und 37,5 g (0,255 Mol) m-Dichlorbenzol in 50 g N-Methyl-2-pyrrolidon zugegeben.
Der die Mischung enthaltende Reaktor wurde unter einem Stickstoffdruck von 3,4 Atmosphären geschlossen und auf 245° C erwärmt Nach 3 Stunden bei 245° C
und einem Druck von 5,8 bis 11,5 Atmosphären wurde
die Mischung auf 25° C abgekühlt, um das gebildete Polymere zu isolieren.
Das Polymere wurde dem Reaktor als eine Suspension entnommen. Es wunde Wasser ze der Suspension
zugegeben und das Polymere wurde albfiltriert und mit Wasser bei 800C gewaschen. Dann wurde es bei 800C
im Vakuum getrocknet
Es wurden 103,1 g Phenylensulfidpolymeres mit einer
inhärenten Vis\osität von 0,11, einem Tg von 68° C und
einem Tn, von 205° C erhalten.
Das Polymere war in Tetrahydrofuran im wesentlichen unlöslich. Bei einer Rückflußtemperatur von 64° C
lösten sich weniger als 0,1 g des Polymeren in 100 g Tetrahydrofuran.
Versuch 2
Dieser Versuch entspricht der Erfi'-'sig und zeigt
m-Dichlorbenzol und p-Dichlorbenzol ··*; Molverhältnis
50:50.
Es wurde eine Mischu ■<
aus 255 g (2,0 MoI) hydraäsiertem Natriunv««!:.« (G13 Gew.-ö/o NzS) und
460 g N-MethyI-2-py,.·-lidon hergestellt Der die
Mischung enthaltende ReaKtor wurde mit Stickstoff bei
einem Druck von 14,6 Atmosphären gespült und entspannt Der Reaktor wurde dann amf ei''e Temperatur
von 2000C erwärmt wobei 54 g Wasser abdestillierten.
Es wurde dann eine Mischung aus 148 g (1,009 MoI) p-Dichlorbenzol, 148 g(l,009 Mol) m-Dichlorbenzol und
200 g N-Methyl-2-pyrrolidon in den Reaktor eingebracht Dann wurde im Reaktor ein Stickstoffdruck von
7JS Atmosphären eingestellt
Der Reaktor wurde auf 2500C erwärmt und bei dieser
Temperatur für 3 Stunden gehalten, wobei der Druck von 8,48 auf 133 Atmosphären anstieg. Dann wurdt. der
Reaktor abgekühlt und das gebildete Polymere wurde mit Wasser gefällt Das Polymere wurde mit Wasser bsi
25CC gewaschen, abfiltriert und im Vakuum bei 70° C
getrocknet
Es wurden 172 g des Phenylensulfidpolymeren mit
einer inhärenten Viskosität von 0,09, einem Tg von 49° C
und t,;inem feststellbaren Tn, erhalten.
Die Löslichkeit des Polymeren war bei 25°C größer als 20 g 100 g entweder Chloroform oder Tetrahydrofuran.
Eine Mischung aus 60 Gewichtsteilen des Polymeren, 20 Gewichtsteilen Titandioxid und 150 Gewichtsteilen
Propylenglycol wurde hergestellt und in 3 Aufstrichen auf einen Kohlenstoffstahl aufgebracht Das Polymere
wurde durch Erwärmen auf 371 °C für 30 Minuten siacn dem Auftragen jedes Strichs gehärtet Der fertige
Oberzug war zäh, flexibel und in den üblichen Lösungsmitteln unlöslich.
Beispiel 2
Versuch 3
Versuch 3
Dieser Versuch entspricht der Erfindung und m-DichlorbenzoJ und p-Dichlorbenzol werden im
Molverhältnis 75 :25 verwendet
Es wird eine Mischung auä hydratisiertem Natriumsulfid
und N-Methyl-2-pyrrolidon wie bei Versuch 1
hergestellt Die Mischung wird 2 Stunden auf 2000C erwärmt und es destillieren 33 ml eines Destillats ab, das
19 g Wasser enthält
Eine Lösung von 37,5 g (0,255 Mol) p-Dichlorbenzol
und 112,4 g (0,765 Mol) m-Dichlorbenzol in 50 g N-Methyl-2-pyrrolidon wird wie in Versuch 1 zubegeben.
Die Polymerisation wird wie bei Versuch 1 durchgeführt
Die Polymerisationsmischung wird in kaltes Wasser gegossen, wobei das Polymere ausfällt Dann wird das
Polymere abfiltriert und mit Wasser gewaschen. Anschließend wird das Polymere in Tetrahydrofuran
aufgelöst Die erhaltene Lösung wird filtriert und des
ίο Polymere wird durch Zugabe von Wasser erneul
ausgefällt Das ausgefällte Polymere wird abfiltriert, in Tetrahydrofuran gelöst und die Lösung wird nach dem
Rühren mit Aktivkohle abfiltriert
Das Polymere wird durch Zugabe von kaltem Wasser ausgefällt und mit Methanol gewaschen und gatrocknet
Es werden 49,5 g PhenylenEulfidpoIymeres mit einer
inhärenten Viskosität von 0,05, einem Tg 27° C und
keinem feststellbaren Tn, erhalten. Die Löslichkeit des
Polymeren bei 25° C liegt bei 42 g pro 100 g
Tetrahydrofuran.
Versuch 4
(Vergleichsversuch)
(Vergleichsversuch)
Dies ist ein Vergleichsversucii, der außerhalb des
Rahmens der Erfindung liegt und der cue Polymerisation von m-Dichlorbenzol im wesentlichen in Abwesenheit
von p-Dichlorbenzol zeigt
Eine Mischung von hydratisiertem Natriumsulfid und
N-Methyl-2-pyrrolidon wurde wie in Versuch 1 hergestellt Die Mischung wurde auf 203° C für 2>/2
Stunden erwärmt und es wurden 30 ml eines Destillats erhalten, das 21 g Wasser enthielt
Eine Lösung von 1493 g (1,0 MoI) m-Dichlorbenzol in
50 g N-Methyl-2-pyrrolidon wurde der vorhin genannten Mischung zugegeben und die erhaltene Mischung
wurde dann 3 Stunden auf 245° C bei einem Druck von 6,1 bis 12,7 Atmosphären erwärmt
Nach dem Kühlen auf etwa 25° C wurde Wasser zugegeben, das Polymerisat abfiltriert, sorgfältig mit
■«ο Wasser gewaschen und im Vakuum getrocknet
Es wurden 104,7 g Phenylensulfidpolymeres mit einer
inhärenten Viskosität von 0,01, einem Tg von 15°C und
keinem feststellbaren Tn erhalten.
Die Löslichkeit dieses Polymeren betrug nur 03 g pro 100 g Tetrahydrofuran in der Näh« seines Siedepunkts von64"C
Die Löslichkeit dieses Polymeren betrug nur 03 g pro 100 g Tetrahydrofuran in der Näh« seines Siedepunkts von64"C
Das Verfahren nach der Erfindung !aßt sich ausführen, indem man die Ausgangsmaierialien, d. h. die
Dihalogenbenzole, das Alkalisulfid tine das organische
so Amid, in beliebiger Reihenfolge mischt Es läßt sich auch
zunächst eine Mischung von beiiebigen zwei oder mehreren der genannten Ausgangsstoffe herstellen,
denen dann die restlichen Ausgangsstoffe zugesetzt werden.
Die Ausgangsstoffe können in Form von wäßrigen Mischungen oder Hydraten verwendet werden und es
kann nach jeder Berührungsstufe zwischen den AussanEsmatfcrialien aus der entstandenen Mischung
entfernt werden, z. B. durch Destillation. Eo kann z. B.
Wasser durch Destillation aus einer Mischung entfernt werden, die man durch Mischen von hydratisiertem
Alkalisulfid mit dem organischen Amid erhält Nachher kann die restliche Mischung mit den Dihalogenbenzoien
gemischt werden und die erhaltene Mischung kann bei Pölymerisationsbedingungen gehalten werden.
Claims (4)
1. Durch Umsetzung eines Kalogenbenzols mit einem AlkaBsuIfid in Gegenwart eines organischen
Amids hergestellte Phenylensulfidpolymere, dadurch
gekennzeichnet, daß die Polymeren hergestellt worden sind durch Umsetzung bei einer
Temperatur im Bereich von 125 bis 4500C aus
Ausgangsstoffen, die 0,9 bis 2 MoI eines m-Dihalogenbenzols
und p-DihalogenbenzoIs pro MoI Alkalisulfid
enthalten und die Menge des verwendeten m-DihalogenbenzoIs 35 bis 90 Mol-%, bezogen auf
die gesamten Mole von m- und p-Dihalogenbenzol,
ausmacht und als organische Amide 100 bis 2500 g, pro Gramm-Mol Alkalisulfid, cyclische oder acyclische
Amide mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen verwendet worden sind und daß sie bei 25° C eine
Löslichkeit in Tetrahydrofuran von mindestens 5 Gewiciitsteilen der Polymeren pro 100 Gewichtsteile
Tetrahydrofuran oder in Chloroform von größer als 20 g pro 100 g Chloroform haben.
2. Verfahren zur Herstellung von Phcaylensulfidpolymeren
durch Umsetzung eines Halogenbenzole mit einem Alkalisulfid in Gegenwart eines organischen
Amids, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstoffe 03 bis 2 Mol eines m-DihalogenbenzoIs
und eines p-DihalogenbenzoIs pro MoI Alkalisulfid
enthalten und die Menge des verwendeten m-DihalogenbenzoIs 35 bis 90 Mol-%, bezogen auf
die gesamten Mole von m- und p-Dihalogenbenzol, ausmacht, als organische Amide 100 bis 2500 g, pro
Gramm-Mol Alkalisulfid, cyclische oder acyclische Amide mit 1 bis IG Kohtensioffatonieu verwende?
werdi-'π und die Umsetzung bei einer Temperatur im
Bereich von 125 bis 4500C durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als m-DihalogenbenzoI m-Dichlorbenzol
und als p-Dihalogenbenzol p-Dichiorbenzol
verwendet wird.
4. Verwendung der Polymeren nach Anspruch 1 beziehungsweise der nach den Verfahren der
Ansprüche 2 oder 3 erhaltenen Polymeren als Oberzugsmassen.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |