DE2532477A1 - Verfahren zur entfernung des katalysators aus polyphenylenaethern - Google Patents

Verfahren zur entfernung des katalysators aus polyphenylenaethern

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DE2532477A1
DE2532477A1 DE19752532477 DE2532477A DE2532477A1 DE 2532477 A1 DE2532477 A1 DE 2532477A1 DE 19752532477 DE19752532477 DE 19752532477 DE 2532477 A DE2532477 A DE 2532477A DE 2532477 A1 DE2532477 A1 DE 2532477A1
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salt
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    • C08G65/34Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule from hydroxy compounds or their metallic derivatives
    • C08G65/46Post-polymerisation treatment, e.g. recovery, purification, drying

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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
2532A77
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.
Beispiel 1
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.
Tabelle 1
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
Vergleichsbeispiele
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.
Tabelle 2
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.
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Claims (20)

5 3 2 47 7 Patentansprüche
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.
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.
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.
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.
20. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Antilösüngsmittel Methanol ist.
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