DE2803873A1 - Herstellung von aromatischen polyaethern - Google Patents
Herstellung von aromatischen polyaethernInfo
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- C08G75/23—Polyethersulfones
Description
i ο ii ^ ο '/ o Dipl.-Chem. G. Bühling
/, Q U ό O /J Dipi.-lng. R. Kinne
~ Dipl.-lng. P. Grupe
' Bavariaring 4, Postfach 20 24
8000 München 2
Tel.: (0 89) 53 96 53 Telex: 5-24845 tipat
cable: Germaniapatent München
30. Januar 1978
B 8692/lCI case P.29305
Imperial Chemical Industries Limited
London / Großbritannien
Herstellung von aromatischen Polyäthern
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von aromatischen Polyäthern, insbesondere auf die Herstellung von
aromatischen Polyäthern, die Sulfonyl- und/oder Ketogruppen enthalten (nachstehend als "aromatische Polyäthersulfone"
oder als "aromatische Polyätherketone" bezeichnet, je nachdem,
ob die Sulfonyl- oder die Ketogruppen überwiegen).
In der kanadischen Patentschrift 847 96 3 wurde vorgeschlagen,
solche Polymere durch Umsetzung eines Bisphenols und einer Dihalogenverbindung mit benzoider Struktur oder
durch Umsetzung eines Halogenphenols, wobei in der Dihalogenverbindung mit benzoider Struktur oder in dem Halogenphenol
die Halogenatome durch in o- oder in p-Stellung dazu befindliche Sulfonyl- oder Ketogruppen aktiviert sind, jeweils mit
einem Alkalimetallcarbonat oder -bicarbonat herzustellen.
809831/0916 XI/17 ORIGINAL INSPECTED
Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844 Posischeck (München) Kto. 670-43-804
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1 Wenn man Kaliumcarbonat oder -bicarbonat einsetzt,
läuft die Reaktion relativ schnell ab, jedoch ist im Vergleich mit Natriumcarbonat oder -bicarbonat der Einsatz
dieser Stoffe kostspieliger, da sie teurer sind und da sie in größeren Gewichtsmengen benötigt werden, um eine äquivalente
Konzentration an Alkalimetall zu erreichen, weil sie ein höheres Molekulargewicht haben. Weiterhin kann im
Fall der Herstellung bestimmter Polyätherketone durch Polykondensation von Hydrochinon und einer Difluorverbindung mit
benzoider Struktur, in der die Fluoratome durch Ketogruppen in o- oder p-Stellung aktiviert sind (wie nachstehend näher
beschrieben), die alleinige Verwendung von Kaliumcarbonat oder -bicarbonat zur Bildung eines Polymers mit einem unannehmbar
hohen Gelgehalt führen,wenn es sich nicht um Reaktionen im
kleinen Labormaßstab handelt. Erfindungsgemäß wurde auch festgestellt, daß das Reaktionsgefäß, wenn es aus rostfreiem
Stahl hergestellt ist, bei einer solchen Polykondensation unter Verwendung von Kaliumcarbonat oder -bicarbonat dazu
neigt, sich unter Ausbildung einer schwarzen Schicht zu verfärben, die entfernt werden muß, bevor man die nächste
Polymerisation in dem Gefäß durchführt. Die gleichen Pro bleme
können bei der Verwendung von Alkalimetallcarbonaten oder -bicarbonaten auftreten, bei denen die Alkalimetalle
eine größere Ordnungszahl als Kalium haben.
Es ist zwar möglich, das billigere Natriumcarbonat oder -bicarbonat .einzusetzen, doch läuft die Reaktion, wenn man
diese Stoffe einsetzt, im allgemeinen relativ langsam ab. Außerdem führt die Verwendung von Natriumcarbonat oder -bicarbonat
im Fall der Herstellung bestimmter Polyätherketone, wie sie im vorangehenden Absatz erwähnt worden sind, zur
Bildung eines spröden Polymers mit niedrigem Molekulargewicht und schlechter Färbung.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstel-
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lung eines aromatischen Polymers, dadurch gekennzeichnet, daß man
(1) eine im wesentlichen äquimolare Mischung von 5
(a) wenigstens einem Bisphenol und
(b) wenigstens einer Dihalogenverbindung mit benzoider Struktur oder
(2) wenigstens ein Halogenphenol, wobei die Halogenatome der Dihalogenverbindung mit benzoider Struktur oder des
Halogenphenole in o- oder p-Stellung dazu durch die Gruppen -SO2 oder
-CO- aktiviert sind, mit einem Gemisch aus Natriumcarbonat oder -bicarbonat und einem zweiten Alkalimetallcarbonat
oder -bicarbonat, wobei das Alkalimetall des zweiten Alkalimetallcarbonats oder -bicarbonate eine höhere Ordnungszahl als Natrium hat, wobei man die Menge des zweiten Alkalimetallcarbonats
oder -bicarbonats so bemißt, daß 0,001 mol bis 0,2 mol des Alkalimetalls mit höherer Ordnungszahl pro
mol Natrium vorhanden sind und wobei man die Gesamtmenge an Alkalimetallcarbonat oder -bicarbonat so bemißt, daß zumindest
ein Alkalimetallatom für jede vorhandene Phenolgruppe vorliegt, auf eine Temperatur zwischen 1000C und 4000C erhitzt
und danach das Polymer vom Alkalimetallhalogenid abtrennt.
überraschenderweise wurde gefunden, daß eine unverhältnismäßig
schnellere Reaktion stattfindet, wenn man Natriumcarbonat oder -bicarbonat in Verbindung mit einer sehr kleinen
Menge eines zweiten Alkalimetallcarbonats oder -bicarbonats wie vorstehend definiert einsetzt. Nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren können daher Polyäthersulfone und Polyätherketone schneller und mit niedrigeren Kosten herge-
35 stellt werden.
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ÜSU3873
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Beispiele für bevorzugte Bisphenole sind Hydrochinon
und Bisphenole mit der Formel
worin Y eine direkte Bindung, Sauerstoff, Schwefel, -SO2-,
-CO- oder ein zweiwertiger Kohlenwasserstoff rest ist.
Besonders bevorzugte Bisphenole sind z. B.
4,4'-Dihydroxybenzophenon, 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon
2,2-Bis (4-hydroxyphenyl)propan 4,4'-Dihydroxybiphenyl
4,4'-Dihydroxydiphenylsulfid.
Die Dxhalogenverbindungen mit benzoider Struktur haben
vorzugsweise die Formel 20
worin X und X1,die gleich oder verschieden sein können,
Halogenatome in o- oder p-Stellung zu den Gruppen Q und Q1
sind, worin Q und Q1, die gleich oder verschieden sein können, -CO- oder -SO2- sind und worin Ar ein zweiwertiger
aromatischer Rest und η 0,1,2 oder 3 ist.
Der aromatische Rest Ar ist vorzugsweise ein zweiwertiger aromatischer Rest, ausgewählt aus Phenylen, Biphenylylen
oder Terphenylylen.
Die besonders bevorzugten Dihalogenide haben die Formel 35
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worin m 1,2 oder 3 ist.
5
5
Beispiele für geeignete Dihalogenide sind
4,4'-Dichlordiphenylsulfon
4,4'-Difluordiphenylsulfon
4,4'-Difluorbenzophenon
4,4'-Dichlorbenzophenon
4,4'-Dichlorbenzophenon
4-Chlor-4'-fluordiphenylsulfon
4-Chlor-4'-fluorbenzophenon
Bis-4,4 '-(4-chlorphenylsulf onyl) -biphenyl.
Um Copolymere herzustellen, können Gemische von Dihalogeniden eingesetzt werden. Beispiele für Mischungen, die verwendet
werden können, sind 4,4'-Dichlordiphenylsulfon mit
4,4'-Dichlorbenzophenon oder Bis-4'-(4-chlorphenylsulfonyl)-biphenyl.
Bevorzugt werden Halogenphenole mit der Formel
worin X Halogen in o- oder p-Stellung zu Q, Q -SO2- oder -CO-
und Ar1 ein aromatischer Rest ist und worin -OH sich vorzugsweise
in p-Stellung zu der Gruppe Q befindet.
Der aromatische Rest Ar1 ist vorzugsweise ein zweiwertiger
aromatischer Rest, ausgewählt aus Phenylen, Biphenylylen und Resten mit der Formel
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8C3873 -ίο- B86^8Q3873
worin Q'-CO- oder -SO2- ist und worin η und m, die gleich
oder verschieden sein können, 1,2 oder 3 sind .
Besonders bevorzugt werden Halogenphenole mit der 5 Formel
worin ρ 0 oder 1 ist.
Beispiele für geeignete Halogenphenole sind
4-(4-Chlorphenylsulfonyl)-phenol
4-(4-Fluorphenylsulfonyl)-phenol
15 4-(4-Chlorbenzoyl)-phenol
4- Hydroxy-4'-(4-chlorphenylsulfonyl)-biphenyl
4-(4-Hydroxyphenylsulfonyl)-4'-(4-chlorphenylsulfonyl)-
biphenyl.
Um Copolymere herzustellen, können Gemische von Halogenphenolen eingesetzt werden. Beispiele für Gemische, die
verwendet werden können, sind 4-(4-Chlorphenylsulfonyl)-phenol mit 4-(4-Chlorbenzoyl)-phenol, 4-Hydroxy-4'-(4-chlorphenylsulfonyl)-biphenyl
oder 4-(4-Hydroxyphenyl-
25 sulfonyl)-4'-(4-chlorphenylsulfonyl)-biphenyl.
Ebenso können Gemische von einem oder mehreren Halogenphenolen mit einem im wesentlichen äquimolaren Gemisch
aus einem Dihalogenid und einem Bisphenol eingesetzt werden, Als Beispiel dafür sei 4-(4-Chlorbenzoyl)-phenol mit Beimischung
von 4,4'-Dichlordiphenylsulfon und 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon
erwähnt.
Die Reaktion kann in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels oder ohne ein Lösungsmittel durchgeführt werden.
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-11- β 86^80387
Bevorzugt wird die Verwendung eines Lösungsmittels, und zwar eines aliphatischen oder aromatischen Sulfoxids oder
Sulfons mit der Formel
RV
worin χ 1 oder 2 ist und worin R und R',die gleich oder verschieden
sein können, Alkyl- oder Arylgruppen sind. R und R" können miteinander einen zweiwertigen Rest bilden. Beispiele
für bevorzugte Lösungsmittel sind Dimethylsulfoxid, Dimethylsulfon, SuIfolan (1,1-Dioxothiolan) oder aromatische
Sulfone mit der Formel
worin T eine direkte Bindung, ein Sauerstoffatom oder
zwei Wasserstoffatome (1 Wasserstoffatom an jedem Benzolring)
bedeutet und worin Z und Z1, die gleich oder verschieden
sein können, Wasserstoffatome oder Phenylgruppen sind.
Beispiele für solche aromatischen Sulfone sind Diphenylsulfon,
Dibenzothiophendioxid, Phenoxathiindioxid und 4-Phenylsulfonylbiphenyl.
Das bevorzugte Lösungsmittel ist Diphenylsulfon. Beispiele für andere Lösungsmittel, die verwendet
werden können, sind Ν,Ν-Dimethylformamid und N-Methyl-2-pyrrolidon.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für die Herstellung
eines zähen, widerstandsfähigen, hochmolekularen Polyätherketons (wie vorstehend erwähnt) durch Polykondensation von
Hydrochinon und einer Difluorverbindung mit benzoider Struktur, in der die Fluoratome durch Ketogruppen in o- oder
p-Stellung aktiviert sind (insbesondere von 4,4'-Difluorbenzophenon)/
in der Gegenwart eines aromatischen Sulfons, z.B. von Diphenylsulfon, als Lösungsmittel, besonders vor-
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teilhaft, wobei ein weiterer, unerwarteter Vorteil erzielt wird. Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß die Verwendung
eines Gemischs von Natriumcarbonat oder -bicarbonat mit einer geringen Menge eines Carbonats oder Bicarbonats
eines höheren Alkalimetalls bei dieser Polykondensationsreaktion zu einem Polymer führt, das wenig oder kein Gel
enthält (in jedem Maßstab), während sich bei Verwendung eines Carbonats oder Bicarbonats von Kalium oder einem
höheren Alkalimetall allein ein Polymer mit einem unannehmbar hohen Gelgehalt ergeben kann, wenn man nicht in einem
kleinen Labormaßstab arbeitet« Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Polymer hat im Vergleich
mit einem Polymer, das unter Verwendung von Natriumcarbonat oder -bicarbonat allein hergestellt wurde, in jedem Maßstab
ein höheres Molekulargewicht, eine überlegene Zähigkeit und einen überlegenen Farbton. Außerdem führt die
Verwendung eines Gemischs von Natriumcarbonat oder -bicarbonat mit einer geringen Menge eines erfindungsgemäßen,
zweiten Carbonats oder Bicarbonats nicht zur Bildung einer dunklen Oberflächenschicht, wenn man einen Reaktionsbehälter
aus rostfreiem Stahl verwendet, wie es der Fall ist, wenn man ein Carbonat oder Bicarbonat von Kalium oder einem
höheren Alkalimetall allein einsetzt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Natriumcarbonat
oder -bicarbonat unter Beimischung eines Carbonats oder Bicarbonats eines Alkalimetalls mit einer höheren Ordnungszahl eingesetzt. Die Carbonate oder Bicarbonate der höheren
Alkalimetalle werden ausgewählt aus Carbonaten und Bicarbonaten von Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium. Bevorzugt
werden Kombinationen von Natriumcarbonat oder -bicarbonat mit Kaliumcarbonat oder Cäsiumcarbonat.
Die Alkalimetallcarbonate oder -bicarbonate sollten wasserfrei sein, und wenn hydratisierte Salze eingesetzt
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-.L
£803873
werden, sollte, wenn,die Polymerisationstemperatur relativ
niedrig ist, z. B. zwischen 1000C und 2500C liegt,
das Wasser z. B. durch Erhitzen unter vermindertem Druck entfernt werden, bevor die Polymerisationstemperatur er-
5 reicht wird.
Bei Anwendung hoher Polymerisationstemperaturen (>250°C) ist es nicht notwendig, das Carbonat oder Bicarbonat zuerst
zu entwässern, da jegliches vorhandene Wasser schnell vertrieben wird, bevor es den Verlauf der Polymerisationsreaktion ungünstig beeinflussen kann.
Die Gesamtmenge des eingesetzten Alkalimetallcarbonats oder -bicarbonats sollte so gewählt werden, daß zumindest
ein Atom Alkalimetall für jede Phenolgruppe vorliegt. Daher sollten bei Verwendung eines Bisphenols zumindest 2 mol Bicarbonat
oder 1 mol Carbonat pro mol Bisphenol eingesetzt werden. In gleicher Weise sollten bei Einsatz eines Halogenphenols
zumindest 0,5 mol Carbonat oder 1 mol Bicarbonat pro mol
20 Halogenphenol vorhanden sein.
Das Carbonat oder Bicarbonat kann in einem Überschuß von bis zu 20 % eingesetzt werden. Daher können 1 bis 1,2
Atome Alkalimetall pro Phenolgruppe vorhanden sein. Die Verwendung eines Überschusses an Carbonat oder Bicarbonat
kann zu schnelleren Reaktionen führen, jedoch tritt als Begleiterscheinung die Gefahr einer Spaltung des erhaltenen
Polymers ein, insbesondere wenn hohe Temperaturen und/oder die aktiveren Carbonate angewendet werden.
Die Menge des zweiten (höheren) Alkalimetallcarbonats oder -bicarbonats, die man einsetzt, entspricht 0,001 mol
bis 0,2 mol des Alkalimetalls mit höherer Ordnungszahl pro mol Natrium.
35 :
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03873
Auf diese Weise sollten bei Anwendung eines Gemischs
von Carbonaten, z. B. von Natriumcarbonat und Cäsiumcarbonat, 0,1 mol bis 20 mol Cäsiumcarbonat pro 100 mol Natriumcarbonat
vorhanden sein. In gleicher Weise sollten bei Verwendung eines Gemischs eines Bicarbonats und eines Carbonats,
z. B. von Natriumbicarbonat und Kaliumcarbonat, 0,05 mol bis 10 mol Kaliumcarbonat pro 100 mol Natriumbicarbonat
vorhanden sein.
Als zweites Alkalimetallcarbonat kann ein gemischtes
Carbonat, z. B. Natriumkaliumcarbonat eingesetzt werden. In diesem Fall sollte, wenn eines der Alkalimetallatome
des gemischten Carbonats Natrium ist, die Menge des Natriums in dem gemischten Carbonat zu der Menge des
Natriums in Natriumcarbonat hinzugefügt werden, wenn die Menge des einzusetzenden, gemischten Carbonats festgelegt
wird.
Die Verwendung kleinerer Mengen des Carbonats oder 20 Bicarbonats des Alkalimetalls mit höherer Ordnungszahl
bietet gegenüber der Verwendung von Natriumcarbonat oder -bicarbonat allein bezüglich der Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit
oder der Verbesserung der Eigenschaften des Produkts keinen oder nur einen geringen Vorteil. Durch die
Verwendung größerer Mengen bietet sich ein geringer, weiterer Vorteil bezüglich der Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit
oder der Verbesserung der Produkteigenschaften, jedoch
steigen dadurch die Kosten an, und es erhöht sich auch die Gefahr der Spaltung des resultierenden Polymers unter BiI-dung
eines Produkts mit niedrigerem Molekulargewicht.
Das zweite Alkalimetallcarbonat oder -bicarbonat wird vorzugsweise in einer Menge entsprechend 0,005 mol bis
0,1 mol des Alkalimetalls mit höherer Ordnungszahl pro mol Natrium eingesetzt.
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Bei Anwendung einös Bisphenols und einer Dihalogenverbindung
mit benzoider Struktur sollten diese in im wesentlichen äquimolaren Mengen eingesetzt werden. Ein Überschuß
der einen Verbindung gegenüber der anderen führt zur BiI-dung von Produkten mit niedrigem Molekulargewicht. Jedoch
kann, falls erwünscht, ein geringer Überschuß von bis zu 5 Mol-% des Dihalogenids verwendet werden.
Die Polymerisationstemperatur, die man anwendet, liegt
-] 0 zwischen 1000C und 4000C und hängt davon ab, welche Reaktionsteilnehmer
und welches Lösungsmittel man einsetzt (falls man überhaupt ein Lösungsmittel verwendet). So können
Temperaturen von der Größenordnung zwischen 1000C und
1400C angewendet werden, wenn man sehr reaktive Kondensationspartner,
z. B. 4,4'-Difluordiphenylsulfonmit Beimischung
von 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfid, einsetzt. Für
Kombinationen von Reaktionsteilnehmern wie 4,4'-Dichlordiphenylsulfon
und 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan sind
Temperaturen von der Größenordnung zwischen 1400C und 1800C geeignet, während für Systeme wie 4,4'-Dihalogendiphenylsulfon/4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon
und die analogen Ketoverbindungen im allgemeinen Temperaturen über 25O0C,
vorzugsweise über 27O0C, erwünscht sind. Zur Herstellung
bestimmter Polymere kann es erwünscht sein, mit der Poly— merisation bei einer Temperatur zu beginnen, die z. B.
zwischen 2000C und 25O0C liegt, und die Temperatur zu
erhöhen, während die Polymerisation nachfolgt. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn man Polymere herstellt,
die in dem Lösungsmittel nur eine geringe Löslichkeit haben. Deshalb ist es erwünscht, die Temperatur fortschreitend
zu erhöhen, um das Polymer in Lösung zu halten, während sein Molekulargewicht ansteigt.
Im Fall der Reaktion zwischen Hydrochinon und 4,4'-Difluorbenzöphenon
wird die Reaktion vorteilhafterweise
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in Gegenwart eines aromatischen Sulfons, z. B. von Diphenylsulfon,
als Lösungsmittel bei einer Temperatur zwischen 15O0C und 4000C durchgeführt, da dies zu einem
Polymer führt, das ein hohes Molekulargewicht hat und zäh bzw. widerstandsfähig ist. Die Temperatur sollte
am Anfang niedrig gehalten werden, um einen Verlust an Hydrochinon, das relativ flüchtig ist, zu vermeiden und
um mögliche Nebenreaktionen, an denen das Hydrochinon beteiligt ist, auf ein Minimum herabzusetzen. Die Temperatur
wird stufenweise oder kontinuierlich auf ein solches Niveau erhöht, daß das am Ende erhaltene Polymer in Lösung ist.
Die Temperatur, die man am Ende erreicht, liegt vorzugsweise in der Nähe von 32O0C.
Wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kein Lösungsmittel
eingesetzt wird, sollte die Temperatur dazu ausreichen, das Halogenphenol oder das Bisphenol und die Dihalogenverbindung
mit benzoider Struktur sowie das daraus hergestellte Polymer im geschmolzenen Zustand zu halten.
Um Spaltungsreaktionen auf ein Minimum herabzusetzen, wird bevorzugt, daß die maximale Polymerisationstemperatur
unter 3500C liegt.
Die Polymerisationsreaktion kann durch Vermischen des Reaktionsgemisches mit einem geeigneten Abstoppmittel, z. B.
einem ein— oder mehrfunktionellen Halogenid wie Methylchlorid, t-Butylchlorid oder 4 ,4 ' -Dichlordiphenylsulfon,
bei der Polymerisationstemperatur abgebrochen werden.
Bei der Reaktion bilden sich Alkalimetallhalogenide als Nebenprodukte.
Diese können zusammen mit irgendeinem verwendeten Polymerisationslösungsmittel unter Anwendung an sich bekannter
Verfahren, z. B. durch Filtration und Auswaschen, aus
35 dem Reaktionsprodukt entfernt werden.
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Die durch das erf i'ndungsgemäße Verfahren hergestellten Polymere sind für solche Anwendungszwecke besonders 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 nachstehenden Beispiele näher erläutert.
Ein 250-ml-Dreihalskolben mit Stickstoffspülung, Rührer
und Luftkühler wurde mit 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon
(25,028 g, 0,100 mol), 4,4'-Dichlordiphenylsulfon (28,861 g,
0,1005 mol), Diphenylsulfon (69,6 g) und wasserfreiem, analysenreinem Natriumcarbonat (11,12 g, 0,105 mol) beschickt.
20
20
Der Kolben wurde 2 h lang auf einem Metallbad auf 3000C erhitzt, dann wurde die Temperatur auf 3200C erhöht,
und der Kolben wurde 21,5 h lang auf dieser Temperatur gehalten. Dann wurde Methylchlorid 30 min lang hindurchperlen
gelassen, um die Polymerisation zu beenden.
Das Reaktionsgemisch wurde dann gekühlt, und die Alkalimetallsalze
und das Diphenylsulfon wurden extrahiert, wobei Methanol, dann Wasser und dann ein Gemisch von Aceton und
Methanol (Gew.-Verhältnis 1:9) eingesetzt wurde.
Das erhaltene Polymer hatte eine reduzierte Viskosität von 0,49 / gemessen bei 25°C mit einer Lösung des Polymers
in Dimethylformamid, wobei die Lösung 1 g des Polymers pro 100 ml der Lösung enthielt. Dieses Verfahren wurde in
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- 18 - B 869^803873
1 den Beispielen 1 bis M6 angewandt.
Um den Ablauf der Polymerisationsreaktion zu überwachen, wurden aus dem Reaktionsgemisch Proben entnommen,
und die reduzierte Viskosität (RV) dieser Proben wurde bestimmt. Wie aus vorher durchgeführten Vergleichen hervorging,
ergibt sich die wahre RV des Polymers bei jeder Polymerisationsstufe aus der Gleichung:
10 wahre RV = (RV des Reaktionsgemischs) — 0,04
Die Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 1 angegeben.
Beispiele 2 und 3 15
Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch wurde zusätzlich wasserfreies, analysenreines Kaliumcarbonat hinzugegeben
(0,346 g bzw. 0,0025 mol in Beispiel 2 und 1,38 g bzw.
0,01 mol in Beispiel 3).
20
20
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. Das Gemisch wurde in Beispiel 2 20,5 h und in Beispiel 3 21 h auf
3200C gehalten.
25 Beispiel 4
Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch wurde wasserfreies, analysenreines Kaliumcarbonat (14,51 g, 0,105 mol) anstelle
von Natriumcarbonat eingesetzt.
30
30
Beispiel 1 wurde wiederholt, doch wurden zusätzlich verschiedene Mengen Cäsiumcarbonat hinzugegeben und wurden
bei 32O0C verschiedene Polymerisationszeiten eingehalten.
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86Ä803873
Menge des | Cäsium- | Zeit bei 3200C | |
Beispiel | carbonats | (h) | |
(g) | (mol) | ||
5 | 0,356 | 0,00107 | 27,5 |
6 | 1,77 | 0,0053 | 21,5 |
7 | 3,26 | 0,01 | 21 |
10 Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. Beispiel 8
Beispiel 1 wurde wiederholt, doch wurde das Natriumcarbonat durch gemahlenes, getrocknetes Casiumcarbonat
(34,21 g, 0,105 mol) ersetzt, und anstelle von 300°C/320°C wurde eine Polymerisationstemperatur von 2850C angewandt.
Die Reaktion wurde nach 4,5 h durch Zugabe von 4,4'-Dichlordiphenylsulfon
(0,3 g) zusätzlich zu Methylchlorid abgestoppt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
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CO 00 CO
Beispiel | Na2CO3 | ν. | Cs2CO3 | Na2CO3 (mol) |
K2CO3 oder | Verhält nis K/Na |
Alkali metall (gesamt) |
RV (reduzierte Viskosität) des Poly mers zu verschiedenen Zeiten X (h), vom Beginn der Polymerisation an gerechnet |
2 | 3 | 6 | 21 | 22 | RV am Ende (nach dem Abstoppen) |
1 | Na2CO3 | 0,105 | Cs2CO3 (mol) |
oder Cs/Ma |
Phenol gruppen |
X = | 0,16 | 0,26 | 0,39 | 0,47 | - | 0,49 | ||
K2CO3 | 0,105 | 0 | 0 | 1,05 | 1 | 0,17 | 0,33 | 0,48 | - | 0,53 | 0,53 | |||
3 | 0,105 | 0,0025 | 0,024 | 1,075 | 0,11 | 0,29 | 0,47 | 0,72 | - | 0,90 | 0,62 | |||
4 | 0 | 0,01 | 0,095 | 1,15 | 0,09 | 0,80 | 0,74 | 0,34 | 0,20 | - | 0,21 | |||
K2CO3 | 0,105 | 0,105 | - | 1,05 | 0,14 | 0,15 | 0,30 | 0,49 | - | 0,53 | 0,49 ■ | |||
6 | Na2CO3 | 0,105 | 0,00107 | 0,010 | 1,06 | 0,54 | 0,30 | 0,47 | 0,54 | - | 0,58 | 0,54 | ||
7 | + | 0,105 | 0,0053 | 0,050 | 1,10 | 0,06 | 0,47 | 0,72 | 0,96 | 0,29* | - | 0,27 | ||
B | Cs2CO3 | 0 | 0,01 | 0,095 | 1,15 | 0;18 | 0,32 | 0,26* | - | - | - | 0,27 | ||
0,105 | - | 1,05 | 0,16 | |||||||||||
0,45 |
* Nach 20 h
φ Nach 4,5 h bei 2850C
M O
cd co
CTt
Tm) CC
OO
Wie aus den Ergebnissen in Tabelle 1 hervorgeht, führt die Zugabe einer sehr kleinen Menge von Kaliumcarbonat
oder Cäsiumcarbonat (Beispiele 2,3,5,6 und 7) im Vergleich zu der Verwendung von Natriumcarbonat allein (Beispiel 1)
zu einer viel höheren Reaktionsgeschwindigkeit. Die Verwendung von Kalium- oder Cäsiumcarbonat allein (Beispiele 4 und
8) führt zu einer schnelleren Reaktion, jedoch tritt eine Spaltung des Polymers ein, wodurch sich am Ende nur ein relativ
niedermolekulares Polymer ergibt. Die Spaltung trat auch ein, wenn Cäsium / Natrium in einem relativ großen Ver^
hältnis eingesetzt wurden (Beispiel 7), jedoch in einem geringeren Ausmaß, als wenn Kalium- oder Cäsiumcarbonat
allein eingesetzt wurde (Beispiele 4 und 8).
15 Beispiel 9
Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch wurde analysenreines Natriumbicarbonat (16,97 g, 0,202 mol) anstelle des Natriumcarbonats
eingesetzt und wurde 24 h lang die Polymerisationstemperatur von 2850C angewandt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.
Beispiel 8 wurde wiederholt, jedoch wurde ein größerer Überschuß an Natriumbicarbonat eingesetzt (18,65 g, 0,222
mol) .
Die Polymerisation wurde bei 2300C begonnen, bis das
Schäumen nachließ, dann wurde die Temperatur auf 2850C
erhöht und 7 h lang auf diesem Niveau gehalten. Die Temperatur wurde dann auf 2680C herabgesetzt und vor dem Abstoppen
64 h lang auf diesem Niveau gehalten.
809831/0916
β 869^803873
Die Ergebnisse sin'd in Tabelle 2 angegeben. Beispiele 11 bis 16
Beispiel 10 wurde wiederholt, jedoch wurden verschiedene
Mengen von Natriumbicarbonat unter Zugabe verschiedener Mengen von Kaliumcarbonat eingesetzt. Die Reaktion
wurde nach der Periode des Erhitzens auf 2850C beendet.
Beispiel | NaHCO3 | Cmol) | K2Co3 | Cg) | Cmol) | Polymerisationszeit bei 2850C vor dam Ab stoppen (h) |
11 12 13 14 15 16 |
Cg) | 0,202 0,202 0,2018 0,2015 0,2 0,197 |
1,40 0,35 0,2018 0,035 0,138 0,35 |
O7-OI 0,0025 0,0001 0,00025 0,001 0,0025 |
Bk 7 6 61 6 7 |
|
16,97 16,97 16,95 16,93 16,80 16,55 |
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.
Die Beispiele 9 bis 16 zeigen, daß selbst die Zugabe
relativ sehr kleiner Mengen eines Alkalimetalls mit höherer Ordnungszahl zu einer in hohem Maße gesteigerten Reaktionsgeschwindigkeit
führt.
809831/0916
Beispiel | NaHCQ3 | f | NaHCO3 (mol) |
K2CO3 (mol) |
Verhält | Alkali metall |
RV (reduzierte Viskosität) des Polymers zu verschiedenen Zeiten X (h), vom Er reichen von 2850C an gerechnet |
4 | 6.5 | 7 | 24 | 71 | RV am Ende (nach dem |
9I ί V NaHCO ) ID J d I |
/ + Λ K2Co3 |
0,202 0,222 |
0 0 |
nis K/Na |
(gesamt) | X = | 0,24 0,24 |
- | 0,33* 0,31 |
0,41 | 0,41** | Abstoppen) | |
1i\ | 0,202 | 0;Q1 | 0 0 |
Phenol gruppen |
2 | 0,51 | 0,56 | - | - | - | |||
12 | 0,202 | 0,0025 | 0,099 | 1,01 1,11 |
0,05 0,09 |
0,45 | - | 0,50 | - | - | 0,41 0,40 |
||
13 | 0,2018 | 0,0001 | 0,025 | 1,11 | 0,42 | 0,30 | 0,48*** | - | - | - | 0,53 | ||
14 | 0,2015 | 0,00025 | 0,001 | 1,035 | 0,21 | 0,38 | 0,50 | . - | - | - | 0,49 | ||
15 | 0,2 | 0,001 | 0,0025 | 1,01 | 0,10 | 0,41 | 0,50 | - | - | - | 0,46 | ||
ibJ | 0,197 | 0,0025 | 0,01 | 1,01 | 0,16 | 0,48 | - | 0,63 | - | 0,51 | |||
0,025 | 1 ,01 | 0,16 | 0,54 | ||||||||||
1,01 | 0,30 | 0,63 |
* nach 7,5 h
** nach 7 h bei 285°C, dann 64 h bei 2680C
*** nach 6 h
to w
W oo
CTi
■co CD Ca, OO
OJ
1 Beispiel 17
Ein Dreihals-Glaskolben mit einem Rührer, einem Stickstof feinlaß und einem Luftkühler wurde mit 4,4'-Difluorbenzophenon
(21,82 g, 0,10 mol), Hydrochinon (11,01 g,
0,10 mol) und Diphenylsulfon (60 g) beschickt. Diese Materialien wurden unter Rühren auf 18O0C erhitzt, wobei
sich eine fast farblose Lösung bildete, und unter Aufrechterhaltung einer Stickstoffatmosphäre als Schutzgas wurde
wasserfreies Natriumcarbonat (10,7 g, 0,10 mol) hinzugegeben. Die Temperatur wurde auf 2000C erhöht und 1 h lang
auf diesem Niveau gehalten. Dann wurde die Temperatur auf 25O0C erhöht, 15 min lang beibehalten und schließlich
auf 32O0C erhöht und 2,5 h lang beibehalten.
Das Reaktionsgemisch, das relativ dunkel geworden war, wurde gekühlt, und das erhaltene, feste Produkt wurde
so gemahlen, daß es durch ein 500^m-Sieb hindurchging. Diphenylsulfon und anorganische Salze wurden durch Waschen
entfernt (nacheinander 2 mal mit Aceton, 3 mal mit Wasser und 2 mal mit Aceton/Methanol).
Das erhaltene, feste Polymer wurde bei 1400C unter Vakuum
getrocknet. Das Polymer, das aus den wiederkehrenden Einheiten
bestand, hatte eine reduzierte Viskosität (RV) von 0,60
(Messung der RV bei 250C mit einer Lösung des Polymers in
konzentrierter Schwefelsäure mit der Dichte 1,84 g/ml, wobei die Lösung 1 g Polymer pro 100 ml der Lösung enthielt,
dieses Verfahren wurde bei den Beispielen 17 bis 19 angewandt) .
35
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Eine Folie, hergestellt durch Formpressen des Polymers bei 4000C und langsames Abkühlen (die Folie wurde nach
30-minütigem Kühlen bei 12O0C aus dem Ofen genommen), war spröde (die Folie brach beim Knicken über einen Winkel
von 180°) und hatte eine dunkelgraue Farbe.
Ein Polymer wurde in einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 17 beschrieben hergestellt, jedoch wurde die Polykondensation
in einem größeren Maßstab und in einem Behälter aus rostfreiem Stahl durchgeführt, und es wurde
Kaliumcarbonat anstelle von Natriumcarbonat eingesetzt. Dabei wurden die Materialien in den nachstehend angegebenen
Mengen verwendet: 4,4'-Difluorbenzophenon (4364 g, 20,0 mol),
Hydrochinon (2202 g, 20,0 mol), Diphenylsulfon (12000 g) und wasserfreies Kaliumcarbonat (2792 g, 20,2 mol)(später
hinzugegeben,wie bei dem Verfahren von Beispiel 17).
In diesem Fall hatte das erhaltene Polymer eine RV von
1,55, und man erhielt Folien (hergestellt durch Formpressen wie in Beispiel 17 beschrieben), die in der Hinsicht zäh
bzw. widerstandsfähig waren, daß sie über einen Winkel von
180° und dann mehrere Male über einen Winkel von 360°
geknickt werden konnten, ohne zu brechen, und sie hatten eine hellere Farbe als die Folien, die man aus dem Polymer
erhielt, das unter Verwendung von Natriumcarbonat allein hergestellt worden war. Das Polymer enthielt jedoch eine
gewisse Menge an Gel (d.h. Material, das anschwoll, sich jedoch nicht in Schwefelsäure löste),, und der Reaktionsbehälter
wies eine schwarze Schicht auf.
Beispiel 19
In einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 18 beschrieben
In einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 18 beschrieben
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wurde ein Polymer hergestellt, jedoch wurde anstelle des
in Beispiel 18 eingesetzten, wasserfreien Kaliumcarbonats (2792 g, 20,2 mol) ein Gemisch aus wasserfreiem Natriumcarbonat
(2056 g, 19,4 mol) und wasserfreiem Kaliumcarbonat
5 (138 g, 1,0 mol) verwendet.
Das erhaltene Polymer hatte eine RV von 1,55 und ergab eine zähe bzw. widerstandsfähige (wie in Beispiel 18 definiert),
grauweiße Folie. In diesem Fall war in dem Polymer kein Gel vorhanden, und der Reaktionsbehälter hatte sich
nicht verfärbt.
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Claims (14)
1. Verfahren zur Herstellung eines aromatischen PoIyäthers,
der die Gruppen -SO2- und/oder -CO- enthält, dadurch
gekennzeichnet, daß man
(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 der Dihalogenverbindung mit benzoider Struktur oder des
Halogenphenols in o- oder p-Stellung dazu durch die Gruppen -SO2-
oder -CO- aktiviert sind, mit einem Gemisch aus Natriumcarbonat oder -bicarbonat und einem zweiten Alkalimetallcarbonat
oder -bicarbonat, wobei das Alkalimetall des zweiten Alkalimetallcarbonats oder -bicarbonats eine höhere Ordnungszahl
als Natrium hat, wobei man die Menge des zweiten Alkalimetallcarbonate oder -bicarbonats so bemißt, daß 0,001 mol
bis 0,2 mol des Alkalimetalls mit höherer Ordnungszahl pro mol Natrium vorhanden sind und wobei man die Gesamtmenge an
Alkalimetallcarbonat oder -bicarbonat so bemißt, daß zumindest ein Alkalimetallatom für jede vorhandene Phenolgruppe
vorliegt, auf eine Temperatur zwischen 1000C und 4000C er-
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XI/17
ORIGINAL INSPECTED
28Ü3873
- 2 - B 8692
hitzt und danach das Polymer vom Alkalimetallhalogenid abtrennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das zweite Alkalimetallcarbonat oder -bicarbonat
in einer Menge entsprechend 0,005 mol bis 0,1 mol des Alkalimetalls
mit höherer Ordnungszahl pro mol Natrium einsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-
■\ ο zeichnet, daß man das zweite Alkalimetall in Form des Carbonats
oder Bicarbonats von Kalium oder Cäsium einsetzt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß man Natriumcarbonat oder -bi-
15 carbonat in Verbindung mit Kaliumcarbonat einsetzt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß man Alkalimetallcarbonat oder -bicarbonat in einer Menge entsprechend 1 bis 1,2
20 Atomen Alkalimetall pro Phenolgruppe einsetzt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das Erhitzen in Gegenwart
eines Lösungsmittels durchführt, bei dem es sich um ein
25 aromatisches Sulfon mit der Formel
handelt, worin T eine direkte Bindung, ein Sauerstoffatom oder 2 Wasserstoffatome (ein Wasserstoffatom an jedem
Benzolring) bedeutet und worin Z und Z', die gleich oder
verschieden sein können, Wasserstoffatome oder Phenylgruppen sind.
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- 3 - B 8692
7. Verfahren nach'einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel Diphenylsulfon einsetzt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man im FaIIe(I) wenigstens
ein Bisphenol mit der Formel
einsetzt, worin Y eine direkte Bindung, Sauerstoff, Schwefel,
-SO2 , -CO- oder ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bisphenol aus 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon,
4,4'-Dihydroxybenzophenon, 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan,
4,4'-Dihydroxybiphenyl und 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfid
auswählt.
10· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß man im FaIl(I) wenigstens eine
Dihalogenverbindung mit benzoider Struktur einsetzt, die die Formel
hat, worin X und X1, die gleich oder verschieden sein
können, Halogenatome sind und sich in o- oder p-Stellung
zu den Gruppen Q und Q' befinden, worin Q und Q', die
gleich oder verschieden sein können, -CO- oder -SO2- sind,
worin Ar ein zweiwertiger aromatischer Rest und η 0,1,2 oder 3 ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
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- 4 - 28Ü3873 B 8692
daß man die Dihalogenverbindung mit benzoider Struktur aus einem oder mehreren Vertretern von4,4'-Dichlordiphenylsulfon,
4,4'-Difluordiphenylsulfon, 4,4'-Dichlorbenzophenon
und Bis-4,4'-(4-chlorphenylsulfonyl)-biphenyl auswählt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man im Fall (2) wenigsten ein
Halogenphenol mit der Formel
einsetzt, worin X ein Halogenatom in o- oder p-Stellung zu
Q, Q -SO2- oder -CO- und Ar1 ein aromatischer Rest ist und
worin -OH sich in p-Stellung zu der Gruppe Q befindet.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß man das Halogenphenol aus einem oder mehreren Vertretern von 4-(4-Chlorphenylsulfonyl)-phenol, 4-(4—Fluorphenylsulfony1)-phenol,
4-(4-Chlorbenzoyl)-phenol, 4 —Hydroxy-4'-(4-chlorphenylsulfonyl)-biphenyl
und 4-(4-Hydroxyphenylsulfonyl)-4'-(4-chlorphenylsulfonyl)-biphenyl
auswählt.
14. Aromatischer Polyäther, hergestellt nach einem 15 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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