DE2733905A1 - Herstellung von aromatischen polyaethern - Google Patents
Herstellung von aromatischen polyaethernInfo
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Description
- 4 - B 8338
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von aromatischen Polyäthern, insbesondere auf die Herstellung
von aromatischen Polyäthern, die Sulfonyl- oder Ketogruppen enthalten.
In der kanadischen Patentschrift 847 963 wurde vorgeschlagen,
solche Polymere durch Umsetzung eines Bisphenols und einer Dihalogenverbindung mit benzoider Struktür
mit einem Alkalimetallcarbonat oder eines Halogenphenols mit einem Alkalimetallcarbonat herzustellen, wobei
in der Dihalogenverbindung mit benzoider Struktur oder in dem Halogenphenol die Halogenatome durch in
o- oder p-Stellung befindliche SO2 - oder CO-Gruppen aktiviert
sind.
In der genannten Patentschrift wird darauf hingewiesen, daß sich während der Reaktion ein Alkalimetallbicarbonat
bildet, das sich dann unter Entwicklung von Wasser zersetzt. Es wurde festgestellt, daß die Entfernung
dieses Wassers nicht notwendig ist, um ein Polymer herzustellen, doch daß man vorzugsweise das Wasser entfernt, um
die Bildung von hochmolekularen Polymeren sicherzustellen. Um das Wasser zu entfernen, wurde ein Schleppmittel wie
Toluol oder Chlorbenzol zugesetzt und das Schleppmittel und das Wasser wurden azeotrop abdestilliert. Vergleichsbeispiele zeigten, daß bei Verwendung eines Schleppmittels
ein Polymer mit einer wesentlich höheren reduzierten Viskosität erzielt wurde, als wenn man das Wasser nicht ent-
, .
fernte.
In der britischen Patentschrift 1 264 900 wird ein ähnliches Verfahren unter Verwendung von Kaliumcarbonat
als Alkalimetallcarbonat beschrieben, und es wird darauf hingewiesen, daß der Reaktionsschritt der azeotropen
709885/0970
- S - B 8338
Destillation vermieden wird. In den Beispielen werden keine Schritte zur Entfernung des Wassers unternommen,
doch werden lange Reaktionszeiten, 24 h, angewendet.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können hochmolekulare
Polymere in relativ kurzer Reaktionszeit durch Kochen der Reaktionsmischung und destillative Entfernung
des Wassers erzielt werden. Man kann auf diese Weise in einer gegebenen Zeit Polymere mit höherem Molekulargewicht
erzielen als bei Verwendung eines ein Azeotrop bildenden Lösungsmittels.
Erfindungsgemäß wird demnach ein aromatischer Polyäther hergestellt durch Kochen eines inerten organisehen
Lösungsmittels (Sulfoxid oder Sulfon), das
(1) eine im wesentlichen äquimolare Mischung von
a) wenigstens einem Bisphenol und
b) wenigstens einer Dihalogenverbindung mit benzoider Struktur oder
(2) wenigstens ein Halogenphenol, wobei die Halogenatome
in der Dihalogenverbindung mit benzoider Struktur oder im Halogenphenol in o- oder p-Scellung durch SO.,- oder
CO-Gruppen aktiviert sind, und ein Alkalimetallcarbonat enthält, wobei die Menge des Carbonats so bemessen ist,
daß wenigstens ein Alkalimetallatom für jede vorhandene Phenolgruppe eingesetzt wird, und durch destillatives
Entfernen des Wassers in Abwesenheit eines ein Azeotrop bildenden Lösungsmittels.
Als Bisphenole werden Hydrochinon und die Bisphenole der Formel
7 0 Π * B 1S / 0 9 7 0
- 6 - B 8338
2733Γ05
wobei Y eine direkte Bindung, Sauerstoff, Schwefel, -SO2-, -CO- oder ein zweiv/ertiger Kohlenwasserstoffrest
ist, bevorzugt.
Von den besonders bevorzugten Bisphenolen seien genannt:
4,4'-Dihydroxybenzophenon
4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan
4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan
4,4-Dihydroxybiphenyl.
Die Dihalogenverbindungen mit benzoider Struktur haben vorzugsweise die Formel
wobei X und X1, die gleich oder verschieden sein können,
Halogenatome sind und sich in o- oder p-Stellung zu den Gruppen Q und Q1 befinden. Q und Q1, die gleich oder verschieden
sein können, bedeuten -CO- oder -SO -, Ar ist ein zweiwertiger aromatischer Rest und η ist 0, 1, 2 oder
Der aromatische Rest Ar ist vorzugsweise ein zweiwertiger Phenylen-, Biphenylylen-, Terphenylylen- oder
Diphenylätherrest.
Von den besonders bevorzugten Dihalogenverbindungen mit benzoider Struktur seien 4,4'-Bis-(4-halogenphenylsulfonyl)-diphenylether,
4,4'-Bis-(4-halogenbenzoyl)-diphenyläther
und Dihalogenide mit der Formel
709 HH S/0970
- 7 - B 8338
2733CG5
wobei m 1, 2 oder 3 ist, angeführt.
Folgende Beispiele für geeignete Dihalogenverc bindungen mit benzoider Struktur seien genannt:
4,4 '-Dichlordiphenylsulfori
4,4'-Difluordiphenylsulfon
4,4*-Dichlorbenzophenon
4 , 4'-Difluorbenzophenon
4,4'-Difluordiphenylsulfon
4,4*-Dichlorbenzophenon
4 , 4'-Difluorbenzophenon
Bis-4,4'- (4-chlorphenylsulfonyl)-biphenyl
1,4-Bis- (4-chlorbenzoyl)-benzol
4,4'-Bis- (4-chlorphenylsulfonyl)-diphenylether
Bis-4'- (4-chlorphenylsulfonyl)-biphenylsulfon.
Man kann Gemische von Dihalogenverbindungen mit
benzoider Struktur einsetzen, um Copolymere herzustellen. Man kann beispielsweise Gemische von 4,4'-Dichlordiphenylsulfon
mit 4,4'-Dichlorbenzophenon oder Bis-4'-(4-chlor-2Q
phenylsulfonyl)-biphenyl einsetzen.
Die bevorzugten Halogenphenole haben die Formel
wobei X Halogen ist und sich in o- oder p-Stellung zu Q
befindet, Q -SO2- oder -CO- und Ar ein aromatischer Rest
ist.
Der aromatische Rest Ar ist vorzugsweise ein zweiwertiger aromatischer Rest, ausgewählt aus Phenylen,
Biphenylylen und Radikalen der Formel
709885/0970
~ Ö ~ B 8338
2733°05
wobei Q1 -CO- oder -SO-- ist und η und m, die gleich
oder verschieden sein können, 1, 2 oder 3 sind.
Insbesondere werden Halogenphenole mit der Formel
bevorzugt, wobei ρ 0 oder 1 ist.
Beispiele für geeignete Halogenphenole sind:
4- (4-Chlorphenylsulfonyl)-phenol
4- (4-Fluorphenylsulfonyl)-phenol
4- (4-Chlorbenzoyl)-phenol
4-Hydroxy-4'-(4-chlorphenylsulfonyl)-biphenyl
.4-(4-Hydroxyphenylsulfonyl)-4'-(4-chlorphenylsulfonyl)-biphenyl.
Zur Herstellung von Copolymeren können Gemische von Halogenphenolen eingesetzt werden. Man kann beispielsweise
Gemische von 4-(4-Chlorphenylsulfonyl)-phenol mit
4-(4-Chlorbenzoyl)-phenol, 4-Hydroxy-4'-(4-chlorphenylsulfonyl)-biphenyl
oder mit 4-(4-Hydroxyphenylsulfonyl)-4
'- (4-chlorphenylsulfonyD-biphenyl einsetzen.
Als Lösungsmittel wird ein inertes organisches Sulfoxid oder Sulfon der Formel
R-S(O)-R1,
wobei χ 1 oder 2 ist und R und R1 Alkyl- oder Arylgruppen
sind und gleich oder verschieden sein können, verwendet.
709885/0970
- 9 - B 8338
R und R1 können miteinander einen zweiwertigen Rest bilden.
Als Lösungsmittel werden z. B. Dimethylsulfoxid, Dimethylsulfon, Sulfolan (1,1-Dioxothiolan) oder aromatische
Sulfone mit der Formel
-SCL,
wobei T eine direkte Bindung, ein Sauerstoffatom oder
zwei Wasserstoffatome (einer an jedem Benzolring) bedeutet und Z und Z1, die gleich oder verschieden sein können,
Wasserstoffatome oder Phenylgruppen sind, verwendet.
Beispiele für solche aromatischen Sulfone sind Diphenylsulfon, Dibenzothiophendioxid, Phenoxathiindioxid und
4-Phenylsulfonylbiphenyl.
Das Alkalimetallcarbonat ist vorzugsweise Kaliumoder
Natriumcarbonat.
Das AlkalimetalJcarbonat ist vorzugsweise wasserfrei,
obwohl, falls gewünscht, ein hydratisiertes Carbonat eingesetzt werden kann.
Die Menge, die an Alkalimetallcarbonat benötigt wird, hängt davon ab, ob die Reaktionstemperatur genügend
hoch ist, um das Alkalimetallbicarbonat, das sich durch Reaktion des Bisphenols oder Halogenphenols mit dem Alkalimetallcarbonat
bildet, vollständig zu zersetzen. Kaliumbicarbonat zersetzt sich im Bereich von 1000C - 200°C und
O Rubidium- und Caesiumbicarbonat zersetzen sich bei 175°C.
Natriumbicarbonat ist etwas stabiler, zersetzt sich aber in der angedeuteten Weise. Llthiumbicarbonat zersetzt
sich in keinem Fall. Wenn sich das Bicarbonat wenig oder gar nicht zersetzt, so sollte man etwa 2 mol Alkalimetallcarbonat
pro mol des Bisphenols (oder wenigstens 1 mol
7 0 9 H R S / η 9 7 0
- 10 - B 8338
2733-05
Alkalimetallcarbonat pro mol Halogenphenol) verwenden.
Wenn die Temperatur jedoch genügend hoch ist, um das Bicarbonat im wesentlichen vollständig zu zersetzen,
dann sollte man das Alkalimetallcarbonat in einer Menge von etwa 1 mol pro mol des Bisphenols oder von 1/2 mol
pro mol des Halogenphenols einsetzen. Ein geringer Überschuß, z. B. ein Überschuß bis zu 10 Mol-%, des Carbonats
kann verwendet werden. Die Verwendung von größeren Mengen des Alkalimetallcarbonats ist nicht wünschenswert, da
dadurch eine Spaltung des hergestellten Polymers verursacht werden kann, wodurch niedermolekulare und/oder verzweigte
Produkte entstehen wurden. Auch die Verwendung von zu wenig Alkalimetallcarbonat ist nicht wünschenswert,
da dann nur niedermolekulare Produkte erhalten werden können.
Bei Verwendung eines Bisphenols und einer Dihalogenverbindung mit benzoider Struktur sollten diese in
im wesentlichen äquimoiaren Mengen eingesetzt werden. Ein Überschuß des einen über das andere führt zur Herstellung
von niedermolekularen Produkten. Doch kann ein geringer Überschuß, bis zu 5 Mol-%, der Dihalogenverbindung mit
benzoider Struktur, falls gewünscht, verwendet werden.
Welche Polymerisationstemperatur angewendet wird, hängt von der Art der Reaktionsteilnehmer und vom Lösungsmittel
ab, falls überhaupt ein Lösungsmittel eingesetzt wird. Bei Verwendung von Dimethylsulfoxid sollte die
Reaktionstemperatur unterhalb von 1900C,bei Verwendung
von SuIfolan unterhalb von 3000C gehalten werden.
7 0 ::H S 5 / 0 9 7 0
OHWKNAL INSPECTED
~ 11 - B 8338
Die Reaktion wird vorzugsweise unter vermindertem Druck durchgeführt, um die Reaktionsmischung bei der
gewünschten Reaktionstemperatur kochend zu halten.
Die Polymerisationsreaktion kann durch Zumischen eines geeigneten Abstoppmittels/ z. B. eines mono- oder
polyfunktionellen Halogenids wie Methylchlorid, t-Butylchlorid oder 4,4'-Dihalogendiphenylsulfon, zur geschmolzenen
Reaktionsmischung abgebrochen werden.
Als Nebenprodukt wird bei der Reaktion ein Alkalimetallhalogenid erzeugt. Das Alkalimetallhalogenid kann
durch Zerkleinern des Reaktionsprodukts und Auslaugen des Alkalimetallhalogenids mit einem geeigneten Lösungsmittel,
z.B. mit Wasser, entfernt werden.
Die erfindungsgemäß hergestellten Polymere sind besonders
für solche Anwendungszwecke geeignet, bei denen das Polymer hohen Betriebstemperaturen ausgesetzt ist.
Beispiele für solche Anwendungszwecke sind die elektrische
Isolation, z. B. Kabelüberzüge und Formteile für elektrische Verbindungselemente, und Beschichtungen von Küchenutensilien.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan (22,831 g, 0,1 mol),
4,4'-Dichlordiphenylsulfon (28,719 g, 0,1 mol), wasserfreies
Kaliumcarbonat (27,90 g, 0,202 mol) und Dimethylsulfoxid (400 ml) wurden in einen Kolben gefüllt. Der
Kolben war mit einem Rührer, einem Stickstoffeinlaß, einer Tasche zur Aufnahme eines Thermoelements und mit einer
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- \λ -
B 8338
Säule versehen, die zu einem Kühler und zu einer Vorlage führte, wobei die Vorlage an ein Vakuumsystem angeschlossen
war. Die Mischung wurde durch Eintauchen in ein ölbad mit einer Temperatur von 19O°C bis auf 15O°C erhitzt,
währenddessen wurde die Apparatur mit Stickstoff gespült. Als die Temperatur von 15O°C erreicht war, wurde der
Stickstoffstrom abgestellt und das System unter Vakuum gesetzt. Der Druck wurde dadurch kontrolliert,daß man Stickstoff
an einer Stelle, die sich bezüglich der Vorlage stromabwärts befand, in die Apparatur einließ. Der Druck
wurde so reguliert, daß das Gemisch bei 150°C kochend blieb. Das Destillat wurde durch die Säule aufsteigen,
kondensieren und in die Vorlage laufen gelassen. Die Destillatmenge wurde durch Verändern der Wärmezufuhr vom
ölbad auf etwa 10 ml/h einreguliert. Von der Mischung wurden stündlich Proben entnommen, wobei man für ein paar
Minuten die Apparatur mit Stickstoff auf Atmosphärendruck bringen mußte. Die Proben wurden wie folgt aufgearbeitet:
Die Probe wurde in Methanol gegossen und das resultierende weiße Material wurde zweimal mit kochendem Wasser, zweimal
mit kochendem Methanol gewaschen und schließlich bei 900C
in einem Trockenschrank getrocknet. Die reduzierten Viskositäten (RV) der Proben, die bei 25°C an einer Lösung
des Polymers in Chloroform mit einer Konzentration von o,2 g/100 ml der Lösung gemessen wurden, sind in der nachstehenden
Tabelle gezeigt.
(Vergleichsbeispiel unter Anwendung der azeotropen Destillation.)
2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan (22,831 g, 0,1 mol),
4,4'-Dichlordiphenylsulfon (28,719 g, 0,1 mol), wasser-35
709885/0970
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freies Kaliumcarbonat (27,90 g, O,2O2 mol), Dimethylsulfoxld
(4OO ml) und Toluol (80 ml) wurden in einen Kolben gefüllt. Der Kolben war mit einem Rührer, einer
Vorrichtung zum Durchblasen von Stickstoff, einer Tasche zur Aufnahme eines Thermoelements und einer Apparatur
nach Dean und Stark zur Durchführung der azeotropen Destillation versehen. Die Mischung wurde bis auf 1500C
erhitzt und auf 150°c bis 153°C gehalten, während sie mit Stickstoff durchblasen wurde. Das Wasser wurde als
Azeotrop mit Toluol entfernt. Von der Mischung wurden stündlich Proben entnommen. Die Proben wurden wie in
Beispiel 1 beschrieben aufgearbeitet. Nachstehende Tabelle zeigt die reduzierten Viskositäten der Proben.
Zeit bei 1500C (h) |
RV | kein azeotropes Lösungsmittel |
azeotropes Lösungsmittel |
1 1.6 2 3 4 5 6 |
0.09 0.27 0.49 0.64 0.69 0.77 |
0.16 0.17 0.16 0.30 0.40 |
Beispiel 1 wurde wiederholt, doch wurde der Versuch bei Atmosphärendruck ohne Destillation durchgeführt.
Durch die Mischung wurde Stickstoff geblasen. Aus der Mischung wurden nach 7 h und nach 24 h Proben
entnommen. Die Proben wurden wie in Beispiel 1 beschrie-
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" 14 ■■ B 8338
ben aufgearbeitet. Die reduzierten Viskositäten der resultierenden Polymere waren wie folgt:
Zeit der Probenent nahme (h) |
RV |
7 24 |
0.23 0.52 |
4,4'-Difluordiphenylsulfon (38,3300 g, 0,1508
mol), 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon (37,2417 g, 0,1488
mol), wasserfreies Kaliumcarbonat (41,88 g, 0,303 mol)
und üimethylsulfoxid (350 ml) wurden in eine Apparatur wie in Beispiel 1 beschrieben gefüllt. Die Mischung
wurde unter Spülen mit Stickstoff auf 160°C erhitzt, wobei der Druck reguliert wurde, um die Mischung bei
1600C kochend zu halten. Die Wärmezufuhr zu dem Gefäß
wurde so einreguliert, daß sich eine Destillationsgeschwindigkeit von etwa 1O ml/h ergab. Nach 3 h wurde
der Mischung eine Probe entnommen und nach 6 h wurde die Apparatur mit Stickstoff auf Atmosphärendruck gebracht
und abkühlen gelassen. Bei 70°C wurde Methylchlorid eingeführt, um die reaktiven Ketten abzustoppen.
Die Reaktionsmischung und die Probe wurden wie in Beispiel 1 beschrieben aufgearbeitet. Die reduzierte Viskosität,
die bei 25°C an einer Lösung des Polymers in Dimethylformamid mit einer Konzentration von 1 g/100 ml
Lösung gemessen wurde, betrug bei der nach 3 h entnommenen Probe 0,37 und beim Endprodukt 0,36.
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Claims (1)
- T D,. If >*"* Patentanwälte:IIEDTKE - DÜHLING - IVlHNE - fjaUPE Dlpl.-lng.Tled.keDipl.-Chem. Bühling Dipl.-lng. Kinne 2733905 Dipl,.ng. GrapeBavariaring 4, Postfach 20 24 8000 München 2Tel.:(0 89)53 96 53-56 Te!ex:5 24 845tipat cable. Germaniapatent München 27. Juli 1977B 8338ICI Case No. P 28949Imperial Chemical Industries, Ltd. London / GroßbritannienHerstellung von aromatischen PolyethernA> Patentansprüche1. Verfahren zur Herstellung eines aromatischen PoIyäthers durch Kochen eines inerten organischen Lösungsmittels (Sulfoxid oder Sulfon), das (1) eine im wesentlichen äquimolare Mischung vona) wenigstens einem Bisphenol undb) wenigstens einer Dihalogenverbindung mit benzo ider Struktur, oder(2) wenigstens ein Halogenphenol, wobei die Halogenatome der Dihalogenverbindung mit benzoider Struktur oder des Halogenphenols in o- oder p-Stellung durch Sulfonyl- oder Ketogruppen aktiviert sind, und ein Alkalimetallcarbonat enthält, wobei die Menge des Carbonate so bemessen ist, daß man wenigstens ein Alkalimetallatom für jede vorhandene Phenolgruppe709885/0970Dresdner Bank (München) KIo. 3939 M4 Postscheck (München) Kto. 670-43-Mt«•«NAL. INSPECTEDeinsetzt, dadurch gekennzeichnet » daß man Wasser durch Destillation in Abwesenheit eines ein Azeotrop bildenden Lösungsmittels entfernt.2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man den Polyäther durch Kondensation eines Bisphenols und einer Dihalogenverbindung mit benzoider Struktur herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bisphenol aus Hydrochinon und Bisphenolen der Formelwobei Y eine direkte Bindung, Sauerstoff, Schwefel, -SO2-, -CO- oder ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest ist, auswählt.3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei man den Polyäther durch Kondensation eines Bisphenols und einer Dihaloqenverbindung mit benzoider Struktur herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Dihalogenverbindung mit benzoider Struktur mit der FormelQiAr-Q'wobei X und X' gleich oder verschieden sein können,Halogenatome sind und sich in o- oder p-Stellung zu den Gruppen Q und Q* befinden, 0 und Q1, die gleich oder verschieden sein können, -CO- oder -SO3- bedeu-3_ ten, Ar ein zweiwertiger aromatischer Rest ist und η 0, 1, 2 oder 3 ist, einsetzt.7098 B S/0970- i - B 8338Verfahren nach Anspruch 1, wobei man den Polyäther durch Kondensation eines Halogenphenols herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Halogenphenol mit der Formelwobei X Halogen ist und sich in o- oder p-Stellung zu Q befindet, Q -SO,- oder -CO- bedeutet und Ar ein aromatischer Rest ist, einsetzt.5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel ein inertes organisches Sulfoxid oder Sulfon der FormelR-S(O) -R1,wobei χ 1 oder 2 ist und R und R1 Alkyl- oder Arylgruppen sind und gleich oder verschieden sein und miteinander einen zweiwertigen Rest bilden können, einsetzt.6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion unter vermindertem Druck durchführt.7. Aromatischer Polyäther, dadurch gekennzeichnet, daß er nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt wurde.709885/0970
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