DE2532477A1 - Verfahren zur entfernung des katalysators aus polyphenylenaethern - Google Patents
Verfahren zur entfernung des katalysators aus polyphenylenaethernInfo
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Description
Verfahren zur Entfernung des Katalysators aus Polyphenylenäthern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung den metallischen
Katalysators aus einer Polymerisationsmischung durch Verwendung eines Salzes der Äthylandiamintetraessigsäure und eines
AnLilösungsmittel ohne Phasentr^nnung.
Die Polyphenylen^ther und die Verfahren zu ihrer Herstellung
sind allgemein bekannt und in -.-ahlreichen Veröffentlichungen
beschrieben einschließlich den US-Patenten 3 306 874 und
3 JO6 ΙΠ5 von Hay, die bezüglich ihres Offenbarungsgehaltes
durch ciiefif! Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen
werden. Andere Patente, die ebenfalls die Herstellung von Polyphenylenäthern beschreiben, sind das US-Patent 3 382 212 von
509886/1069
Price und 3 455 880 von Kobayashi et al, deren Offenbarungsgehalt ebenfalls durch diese Bezugnahme in die vorliegende
Anmeldung aufgenommen wird.
Die am meisten verwendeten Verfahren zur Erzeugung der PoIyphenylenäther
umfassen die Selbstkondensation eines einwertigen Phenols in Anwesenheit eines sauerstoffhaltigen Gases und
eines Katalysators, der einen Metall-Aminkomplex enthält.
Diese Verfahren werden in Anwesenheit eines organischen Lösungsmittels
durchgeführt und die Reaktion wird gewöhnlich durch Entfernen des Katalysators aus der Reaktionsmischung beendet.
Dies geschah durch die Verwendung der wässrigen Lösungen von Essigsäure, Schwefelsäure, Natriumbisulfat, Chelatisierungsmitteln
wie Glyzin, Nitriltriessigsäure und ihren Natriumsalzen
oder Ethylendiamintetraessigsäure und ihrenJNatriumsalzen.
Die bisher verwendeten Verfahren basierten auf einer Extraktion der organischen Reaktionsmischung mLl einer wässrigen Lösung,
Auflösung der kombinierten Mischung in einer wässrigen und organischen Phase, Trennung der Phasen und anschließender Gewinnung
des Polymeren aus der organischen Phase nach verschiedenartigen
Verfahrenstechniken. In jedem Falle führten die bisher bekannten Verfahren häufig zu Katalysatorrückständen, die in das Polymere
übertragen wurden, aufgrund mangelhafter Trennung der viskosen Polymerlösung von der wässrigen Salzlösung. Weiterhin ist diese
mangelhafte wirksame Trennung der wässrig- organischen Phasen beschränkt auf die Konzentration des Polymeren in der
organischen Phase durch Begrenzung der Lösungsviskosität, die
zur Erzielung einer guten Phasentrennung erfordarlich ist. Die
höher konzentrierte Lösung des Polymeren führt zu einer Verringerung
der Löslichkeit des Polymeren, die die Phasentrennung ei
schwert.
Es wurde nunmehr gefunden, daß es möglich ist, den Gehalt an Katalysatorrückstand in dem Polymeren zu verringern, indem di
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2 5 3 2 A 7 7
bekannten Verfahrensschritte der Phasenauflösung und der Phasentrennung
eliminiert werden, durch Zugabe einer wässrigen Lösung eines Salzes der Äthylendiamintetraessigsäure zu einer Reaktionsmischung eines Polyphenylenäthers und anschließend Vereinigen
der Mischung mit einem Antilösungsmittel für den Polyphenylenäther. Dieses Verfahren verringert die Menge an erforderlichem
Lösungsmittel, da Polymerlösungen mit einem hohen Feststoffgehalt direkt mit dem Salz der Äthylendiamintetraessigsäure ohne
Verdünnung in Kontakt gebracht werden können.
Es ist demzufolge Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Verfahren für die Herstellung eines Polyphenylenätherharzes zu schaffen mit der Absicht, ein Polyphenylenätherharz
mit einer verringerten Menge an metallischem Katalysatorrückstand zu erzielen.
Es ist ebenfalls Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Herstellung
der Polyphenylenäther durch Verringerung der Zahl von Verfahrensstufen zu vereinfachen, die zur Erzielung des Produktes
erforderlich sind und weiterhin die Menge des erforderlichen Lösungsmittels zu reduzieren.
Ebenfalls Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, welches die Entfernung der aus Metallionen
bestehenden Katalysatorbestandteile aus der Reaktionslösung erlaubt, die hohe Feststoffgehalte aufweist.
Die Erfindung betrifft nunmehr ein Verfahren zur Bildung eines Polyphenylenäthers durch eine oxydative Kupplungsreaktion in
Anwesenheit eines chelatisierbaren Metall-Ionaminkomplexkatalysators durch Hindurchleiten eines sauerstoffhaltigen Gases
durch eine Reaktionslösung aus einem Phenol und dem Katalysator. Die Erfindung ist dabei dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung
der Metallionenkomponente des Katalysators durch In-Kontaktbringen
der Reaktionslösung mit einem Salz einer Äthylendiamin-
5 0 9 B R R / 1 Π Γ. 9
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tetraessigsäure erfolgt und anschließend der Polyphenylenäther durch Zumischen der vereinigten Mischung aus der Reaktionslösung
und der wässrigen Lösung eines Salzes der Äthylendiamintetraessigsäure zu einem Antilösungsmittel für diesen Polyphenylenäther
abgetrennt wird.
Es wird bevorzugt, das Äthylendiamintetraessigsäuresalz in Form einer wässrigen Lösung zuzusetzen, obgleich dies nicht notwendig
ist. Wenn ein trockener Feststoff verwendet wird, dann reicht das während der Polyphenylenäthersynthese gebildete Wasser in
der Regel aus, um das Salz zu lösen.
Die bevorzugten Salze der Äthylendiamintetraessigsäure sind Di-, Tri- und Tetranatriumsalze. Gewöhnlich werden diese Salze in
1-50 gew.-%-iger wässriger Lösung verwendet und am meisten werden 10 - 40 gew.-%-ige wässrige Lösungen bevorzugt. Das Volumen
solch einer verwendeten Lösung wird so ausgewählt, daß ein Mol-Verhältnis zwischen dem Salz und dem Metallion im Bereich von
1:1 bis 10:1 oder mehr vorliegt. Der bevorzugte Bereich ist 1:1 bis 2:1.
Der bevorzugte Polyphenylenäther weist die Formel
auf, worin das Äthersauerstoffatom einer Einheit mit dem Benzolkern
der nächsten benachbarten Einheit verbunden ist, η ist eine ganze Zahl von wenigstens 50 und R und R1 sind einwertige
Substituenten, die ausgewählt sind aus Wasserstoff, Halogen,
5098^6/10 0 9
2532Λ77
Kohlenwasserstoffresten, Halogenkohlenwasserstoffresten mit
wenigstens zwei Kohlenstoffatomen zwischen dem Halogenatom und dem Phenylkern, Oxykohlenwasserstoffresten und Halogenoxykohlenwasserstoffresten
mit wenigstens zwei Kohlenstoffatomen zwischen dem Halogenatom und dem Phenylkern.
Das bevorzugte Polyphenylenoxyd ist Poly(2,6-dimethyl-1, 4-phenylen)-äther.
Es wird bevorzugt, die vereinigte Mischung aus der Polyphenylenätherreaktionslösung
und der wässrigen Lösung des Salzet; der Kthylendiamintetraessigsäure zu einem Antilösungsmittel
für das Polyphenylenätherharz zu geben, welches ein Lösungsmittel für den Xthylendiamintetraessigsäurekupferkomplex darstellt.
Geeignete Antilösungsmittel umfassen niedere Alkohole mit 1-6 Kohlenstoffatomen, wie Methanol, Äthanol und Propanol.
Das am meisten bevorzugte Antilösungsmittel ist Methanol,
Ein ganz besonders bevorzugtes Verfahren für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Verwendung einer
Polyphenylenätherpolymerisationsmischung mit einem hohen
Feststoffgehalt. Die Bezeichnung holier Feststoffgehalt, wi<:
sie hierin verwendet, wird, beschreibt solche Polymerisationsmiochungen,
die mehr als 20 Gew.~% Feststoffe ciufweisen. K:5
besteht keine bekannte obere Grenze für die Menge der Feststoffe, es scheint indessen,daß 5O Gew.-% eine praktische obere
Grenze darstellen, die gemäß der vorliegenden Erfindung als
obere Grenze verwendet werden, da über diese Menge hinaus
Lösungen der Polyphenylenätherhar ze zienilich viskos werden.
Die Menge des Ant !lösungsmittel;;; ist nicht kritisch und es
können etwa 0,5 - 1O Voluinenteile äi'.s £ntilösungsmittels pro
Volumen der Peaktions Losung Verwendung finden.
5 0 9 08 G / 1 Π G 9
Das ausgefällte Polyphenylenätherharz kann nach herkömmlichen Verfahren gewonnen und getrocknet werden, um so ein brauchbares
Preßharz zu ergeben. Das bevorzugte Metallion ist Kupfer, obgleich auch andere Metalle verwendet werden können.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Eine Lösung aus 70 g 2,6-Xylenol in 83 ml Toluol wurde innerhalb
von 15 Minuten in ein Glasreaktionsgefäß von 1 Liter Inhalt,
welches bereits 5OO ml Toluol, 10,9 q öibutylamin und 0,2 g CuCl0, 0,39 g NaBr in 4 ml Methanol enthielt, gegeben. Mit einer
- 2
Geschwindigkeit von 170 cm /Min. wurde dann 120 - 125 Minuten
lang Sauerstoff durch die Reaktionsmischung geleitet, während das Reaktionsgefäß mit einer Geschwindigkeit von 1500 Umdrehungen/Min,
gerührt wurde. Das Reaktionsgefaß enthielt dann 12 Gew.-% Feststoffe. Die gruridmolare Viskositätszahl des PoIy-(2,6-dimethyl-1,4-phenylen)-stimmt
und betrug 0,55 dl/g.
(2,6-dimethyl-i,4-phenylen)-äthers wurde in CHCl3 bei 30°C be-
Anschlleßend wurde die Reaktionsmischung mit Toluol auf einen
Festytoffgehalt von 9 Gow.-% verdünnt und die nachfolgend in
Tabelle 1 aufgeführten Materialien wurden zugegeben und die Mischung wurde in einem Uaring-Mischer gemischt. Nach dem 2
Minuten dauernden Mischen dieser Mischung und ohne Phasentrennung wurden 1,5 Volumenteile Methanol pro Volumenteil der
Mischung hinzugegeben, um das Polymere auszufällen.
IJxLraktionsmittel Mol-Verhältnis Kupfergehalt im
(1J in Wajjer) Extraktion »mi ttel iu Polymeren
Kupfer (PPM)
10 % (Na) .,EDTA, 2H9O 2:1 'C 5
10 % (Na) ^EDTA 2:1 <Τ5
10 % (NaKEDTA 2:1 <5
Anmerkung: EDTA = Ä'thylt * iiamintetraossigsaure
S09886/1G69
Unter Verwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens wurde Poly(2,6-dimethyl-i,4-phenylen)-äther hergestellt und
es wurden verschiedenartige Extraktionsmittel getestet, um den Kupferrückstand in dem Polymeren zu bestimmen.
Die Resultate sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Extraktionsmittel (% in H2O) |
Mol-Verhältnis Extraktionsmittel zu Kunfer |
Kupfergehalt im Polymeren (PPM) |
50 % Essigsäure | 90:1 | 77 |
10 % Schwefelsäure | 34:1 | 113 |
10 % Natriumbisulfat | 68:1 | 314 |
10 % Ammoniumsulfat | 30:1 | 224 |
10 % Natriumglyzinat | 4:1 | 180 |
10 % NTA (Na)3 | 2:1 | 350 |
10 % Glyzin | 4:1 | 188 |
10 % Ammoniumkarbonat | 30:1 | 240 |
Nichts | — | 382 |
Beispiel 2 |
Eine 61,1 %-ige Lösung wurde aus 24,1 kg (53,1 lbs) 2,6-Xylenol
und 177,46 Liter (38,6 gallons) Toluol hergestellt und ein Kupferchlorid, Natriumbromid, Dibutylaminkatalysator(im Verhältnis
250:1:2:37) wurde verwendetem das 2,6-Xylenol zu einer grundmolaren Viskositätszahl von 0,57 dl/g (gemessen in CHCl3
bei 30°C) zu polymerisieren. Dann wurden 6000 g einer 10 gew.-%-igen Lösung von Trinatriumäthylendiamintetraessigsäure zu
der Reaktionsmischung zugegeben und die vereinigte Mischung 30 Minuten gerührt. Ohne Phasentrennung wurde dann Methanol zugegeben,
um den Poly(2,6-dimethyl-1,4-Dhenylen)-äther auszufällen.
Der Kupferrückstand wurde zu 15 ppm bestimmt.
5 0 9 0 B 6 / 1 η π 9
25 3?U77
- 8 Beispiel 3
Es wurde eine 53 gew.-%-ige Lösung durch Zugabe von 26,9 kg
(59,37 lbs) 2,6-Xylenol zu 149,43 Liter (32,88 gallons) Toluol
hergestellt und ein Kupferchlorid, Natriumbromid, Dibutylaminkatalysator (250:1:2:45) wurde verwendet, um 2,6-Xylenol innerhalb
von 100 Minuten zu einer grundmolaren Viskositätszahl von 0,55 dl/g (gemessen in CHCl3 bei 30°C) und einem Feststoffgehalt
von 20 Gew.-% zu polymerisieren. Anschließend wurden 631,92 g Na3 EDTA (38 %-ige Lösung in H3O) zu der Reaktionsmischung gegeben. Anschließend wurden ohne Phasentrennung 1,5
Volumenteile Methanol pro Volumenteil der Mischung zugegeben, um den Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylen)-äther auszufällen. Der
Kupferrückstand wurde zu 20 ppm bestimmt.
Andere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind im Rahmen der vorstehend gegebenen Lehren möglich.
Es sei jedoch ausdrücklich vermerkt, daß Abänderungen in den
en
beschrieben? speziellen Ausführungsformen der Erfindung vorgenommen
werden können, die jedoch von dem Bereich der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert wird, umfaßt
werden.
509886/1 ηΠ9
Claims (20)
1. Verfahren zur Erzeugung eines Polyphenylenäthers durch oxydative
Kupplungsreaktion in Anwesenheit eines chelatisierbaren Metallionaminkomplexkatalysators, durch Hindurchleiten
eines sauerstoffhaltigen Gases durch eine Reaktionslösung
aus einem Phenol und dem Katalysator, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung der Metallionkomponente
des Katalysators durch In-Kontaktbringen der Reaktionslösung mit einem 5JaIz der Äthylendiamintetraessigsäure
und anschließende Abtrennung des Polyphenylenäthers durch Zumischen der vereinigten Mischung aus der Reaktionslösung und dem Salz der Äthylendiamintetraessigsäure zu einem
Antilösungsmittel für diesen Polyphenylenäther erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Salz der Ethylendiamintetraessigsäure der Reaktionslösung in wässriger Lösung zugegeben
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß Tetranatriumäthylendiamintetraessigsäure verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß Trinatriumäthylendiamintetraessigsäure verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß Dinatrium'ithylendiamintetraessigsäure
verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Polyphenylenäther die Formel
5 ü 9 B 8 B / 1 Π G 9
2 B 3 ? Λ 7 7
aufweist, worin das Kthersauerstoffatom eine Einheit mit
dem Benzolkern der nächsten benachbarten Einheit verbunden ist, η eine ganze Zahl von wenigstens 50 ist und R und R1 einwertige Substituenten darstellen, die ausgewählt sind
aus Wasserstoff, Halogen, Kohlenwasserstoffresten, Halogenkohlenwasserstoffresten mit wenigstens 2 Kohlenstoffatomen •zwischen dem Halogenatom und dem Phenylkern, Oxykohlenwasserstoffresten und Halogenoxykohlenwasserstoffresten mit wenigstens 2 Kohlenstoffatomen zwischen dem Halogenatom und dem Phenylkern.
dem Benzolkern der nächsten benachbarten Einheit verbunden ist, η eine ganze Zahl von wenigstens 50 ist und R und R1 einwertige Substituenten darstellen, die ausgewählt sind
aus Wasserstoff, Halogen, Kohlenwasserstoffresten, Halogenkohlenwasserstoffresten mit wenigstens 2 Kohlenstoffatomen •zwischen dem Halogenatom und dem Phenylkern, Oxykohlenwasserstoffresten und Halogenoxykohlenwasserstoffresten mit wenigstens 2 Kohlenstoffatomen zwischen dem Halogenatom und dem Phenylkern.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet
, daß der Polyphenylenäther Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylen)-äther
ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das chelatisierbare Metall Ionkupfer ist.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mol-Verhältnis zwischen dem
Salz eier Äthylendiamintetraessiqaäure und dem Metallion
1:1 - 10:1 beträgt.
Salz eier Äthylendiamintetraessiqaäure und dem Metallion
1:1 - 10:1 beträgt.
10.Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Antilösunasmittel Methanol ist.
5098 8 6/1069
2537477
11. Verfahren zur Erzeugung eines Polyphenylenäthers durch
oxydative Kupplungsreaktion in Anwesenheit eines chelatisierbaren Metallionaminkomplexkatalysators durch Hindurchleiten
eines sauerstoffhaltigen Gases durch eine Reaktionslösung aus einem Phenol und dem Katalysator, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung
der Metallionkomponente des Katalysators dadurch
erfolgt, daß eine Reaktionslösung des Phenols und des Katalysators,die einen Feststoffgehalt von wenigstens
20 Gew.-% aufweist, mit einem Salz der Äthylendiamintetraessigsäure
in Kontakt gebracht wird und anschließend der Polyphenylenäther abgetrennt wird, indem die vereinigte
Mischung der Reaktionslösung und des Salzes der Äthylendiamintetraessigsäure
mit einem Antilösungsmittel für den Polyphenylenäther gemischt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet
, daß das Salz der Äthylendiamintetraessigsäure der Reaktionslösung in einer wässrigen Lösung
zugesetzt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Tetranatriumäthylendiamintetraessigsäure
verwendet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Trinatriumäthylendiamintetraessigsäure
verwendet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Dinatriumäthylendiamintetraessigsäure
verwendet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß der Polyphenylenäther die Formel
0 9 3 8 6/1 η Π 9
aufweist, worin das Äthersauerstoffatom eine Einheit mit
dem Benzolkern der nächsten benachbarten Einheit verbunden
ist, η eine ganze Zahl von wenigstens 50 darstellt und R
und R. einwertige Substituenten sind, ausgewählt aus Wasserstoff, Halogen, Kohlenwasserstoffresten, Halogenkohlenwasserstoffresten mit wenigstens 2 Kohlenstoffatomen zwischen dem Halogenatom und dem Phenylkern, Oxykohlenwasserstoffresten und Halogenoxykohlenwasserstoffresten mit wenigstens
2 Kohlenstoffatomen zwischen dem Halogenatom und dem Phenylkern.
dem Benzolkern der nächsten benachbarten Einheit verbunden
ist, η eine ganze Zahl von wenigstens 50 darstellt und R
und R. einwertige Substituenten sind, ausgewählt aus Wasserstoff, Halogen, Kohlenwasserstoffresten, Halogenkohlenwasserstoffresten mit wenigstens 2 Kohlenstoffatomen zwischen dem Halogenatom und dem Phenylkern, Oxykohlenwasserstoffresten und Halogenoxykohlenwasserstoffresten mit wenigstens
2 Kohlenstoffatomen zwischen dem Halogenatom und dem Phenylkern.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyphenylenäther Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylen)-äther
ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das chelatisierbare Metall Ionkupfer
ist.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Mol-Verhältnis zwischen dem Salz
der Äthylendiamintetraessigsäure und dem Metallion von 1:1
bis 10:1 beträgt.
bis 10:1 beträgt.
20. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Antilösüngsmittel Methanol ist.
509886/1069
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