DE69026878T2 - Verfahren zur Herstellung von Poly(arylensulfid-sulfon)-Polymeren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Poly(arylensulfid-sulfon)-PolymerenInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Poly-(arylensulfid/sulfon)-Polymeren. Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Poly-(arylensulfid/sulfon)-Polymeren, wobei die Ausbeute an Polymer maximiert wird. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Poly-(arylensulfid/sulfon)-Polymeren, wobei Produkte mit unerwünscht geringem Molekulargewicht minimiert werden.
- Poly-(arylensulfid/sulfon)-Polymere sind thermoplastische Polymere, die dem Fachmann bekannt sind, wobei Verfahren zur Herstellung dieser Polymere in verschiedenen US-Patenten, z. B. US-4 016 145, 4 102 875, 4 127 713 und 4 301 274 offenbart sind. Poly-(arylensulfid/sulfon)-Polymere sind besonders nützlich aufgrund ihrer hohen Wärmebeständigkeit und chemischen Beständigkeit.
- Während der Herstellung von Poly-(arylensulfid/sulfon)-Polymeren werden oftmals Poly-(arylensulfid/sulfon)-Polymere mit geringem Molekulargewicht oder oligomere gebildet. Dieses niedermolekulare Material ist im allgemeinen schädlich im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften des Produkts, und üblicherweise wird es von den hähermolekularen Anteilen des Produkts abgetrennt. Die Abtrennung des niedermolekularen Produkts erfordert oftmals zusätzliche zeitaufwendige und teure Gewinnungsstufen. Es wäre daher günstig, über ein Verfahren zur Herstellung eines Poly- (arylensulfid/sulfon)-Polymers zu verfügen, bei dem die Bildung niedermolekularer Produkte minimiert und die Ausbeute an hochmolekularem Produkt maximiert wird.
- Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung von Poly-(arylensulfid/sulfon)-Polymeren bereitzustellen, bei dem die Bildung von niedermolekularem Produkt minimiert wird.
- Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Poly-(arylensulfid/sulfon)-Polymeren bereitzustellen, wobei die Ausbeute an nützlichem hochmolekularem Produkt maximiert wird.
- Erfindungsgemäß werden Poly-(arylensulfid/sulfon)-Polymere durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt das Kontaktieren eines dihalogenierten aromatischen Sulfons, eines Alkalimetallsulfids, einer polaren organischen Verbindung, mindestens einer Base und eines Alkalimetallcarboxylats unter Polymerisationsbedingungen, anschließend die Zugabe einer Menge an Wasser, während relativ konstante Polymerisationsbedingungen aufrechterhalten werden, dann die Beendigung der Polymerisationsreaktion und die Gewinnung des Poly-(arylensulfid/sulfon)-Polymers.
- Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine kleine Menge an Wasser während der anfänglichen Reaktion vorhanden, und zwar entweder als Hydratationswasser der anderen Reaktanten oder als zusätzlicher Reaktant. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden das Alkalimetallsulfid, die polare organische Verbindung, die Base oder die Basen und das Alkalimetallcarboxylat vorkontaktiert und anschließend einer Dehydratisierungsstufe vor der Zugabe des dihalogenierten aromatischen Sulfons unterworfen.
- Das erfindungsgemäße Verfahren der Zugabe von Wasser, nachdem die Polymerisation initiiert worden ist, führt zu einem Produkt, das geringere Mengen an niedermolekularem Material enthält, und maximiert damit die Menge an nützlichem hochmolekularem Produkt, das gewonnen wird.
- Dihalogenierte aromatische Sulfone, die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, können durch die folgende Formel dargestellt werden:
- worin jeder Substituent X aus der aus Fluor, Chlor, Brom und Iod bestehenden Gruppe ausgewählt ist; Z ein zweiwertiger Rest ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus
- besteht; m den Wert 0 oder 1 hat; n den Wert 0 oder 1 hat; A aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sauerstoff, Schwefel, Sulfonyl und CR&sub2; besteht; und jeder der Reste R aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wasserstoff und Alkylresten mit 1 bis etwa 4 Kohlenstoffatomen besteht, wobei die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome in allen Gruppen R im Molekül 0 bis etwa 12 beträgt. Vorzugsweise hat m den Wert 0.
- Beispiele für einige dihalogenierte aromatische Sulfone, die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, umfassen Bis- (p- fluorphenyl)-sulfon, Bis-(p-chlorphenyl)-sulfon, Bis-(p-bromphenyl)-sulfon, Bis-(p-iodphenyl)-sulfon, p-Chlorphenyl-p-bromphenyl-sulfon, p-Iodphenyl-3-methyl-4-fluorphenyl-sulfon, Bis-(2-methyl-4-chlorphenyl)-sulfon, Bis-(2,5-diethyl-4-bromphenyl)-sulfon, Bis-(3-isopropyl-4-iodphenyl)-sulfon, Bis-(2,5-dipropyl-4-chlorphenyl)-sulfon, Bis-(2-butyl-4- fluorphenyl)-sulfon, Bis-(2,3,5,6-tetramethyl-4-chlorphenyl)-sulfon, 2- Isobutyl-4-chlorphenyl-3-butyl-4-bromphenyl-sulfon, 1,4-Bis-(p-chlorphenyl-sulfonyl)-benzol, 1-Methyl-2,4-bis-(p-fluorphenylsulfonyl)-benzol, 2,6-Bis-(p-bromphenylsulfonyl)-naphthalin, 7-Ethyl-1,5-bis-(p-iodphenyl- sulfonyl)-naphthalin, 4,4'-Bis-(p-chlorphenylsulfonyl)-biphenyl, Bis-[p- (p-bromphenylsulfonyl)-phenyl]-ether, Bis-[p-(p-chlorphenylsulfonyl)- phenyl]-sulfid, Bis-[p-(p-bromphenylsulfonyl)-phenyl]-sulfon, Bis-(p-(p- bromphenylsulfonyl)-phenylmethan, 5,5-Bis-[3-ethyl-4-(p-chlorphenylsulfonyl)-phenyl]-nonan und dergl. sowie Gemische davon.
- Alkalimetallsulfide, die beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, umfassen Alkalimetallsulfide und -bisulfide. Es ist bevorzugt, Bisulfide, wie Natriumbisulfid, Kaliumbisulfid, Rubidumbisulfid, Cäsiumbisulfid und Gemische davon zu verwenden. Es ist am stärksten bevorzugt, Natriumbisulfid in der vorliegenden Erfindung zu verwenden. Das Alkalimetallsulfid kann in wasserfreier Form, als ein Hydrat oder als ein wäßriges Gemisch verwendet werden. Vorzugsweise wird das Alkalimetallsulfid in hydratisierter Form verwendet.
- Die polaren organischen Verbindungen, die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, sollten bei den angewandten Reaktionstemperaturen und -drucken im wesentlichen flüssig sein. Die Verbindungen sind cyclische oder acyclische Amide und weisen 1 bis 10 Kohlenstoffatome pro Molekül auf. Beispiele für einige geeignete Verbindungen umfassen Amide, wie Formamid, Acetamid, N-Methylformamid, N,N-Dimethylformamid, N,N-Dimethylacetamid, N-Ethylpropionamid, N,N-Dipropylbutyramid, 2-Pyrrolidon, N- Methyl-2-pyrrolidon, ε-Caprolactam, N-Methyl-ε-caprolactam, N,N'-Ethylen- di-2-pyrrolidon, Hexamethylphosphoramid, Tetramethylharnstoff und Gemische davon. Die bevorzugte polare organische Verbindung für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP).
- Alkalimetallcarboxylate, die beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, können durch die Formel R'CO&sub2;M dargestellt werden, wobei R' ein Hydrocarbylrest ist, der unter Alkyl, Cycloalkyl und Aryl sowie Kombinationen davon, wie Alkylaryl und Arylalkyl, ausgewählt ist, und die Anzahl der Kohlenstoffatome in R' im Bereich von 1 bis etwa 20 liegt und M ein Alkalimetall ist. Gegebenenfalls kann das Alkalimetallcarboxylat als ein Hydrat oder als eine Lösung oder Dispersion in Wasser eingesetzt werden. Es ist bevorzugt, Natriumcarboxylat in der vorliegenden Erfindung zu verwenden.
- Beispiele für einige Natriumcarboxylate, die beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, umfassen Natriumacetat, Natriumpropionat, Natrium-2-methylpropionat, Natriumbutyrat, Natriumvalerat, Natriumhexanoat, Natriumheptanoat, Natrium-2-methyloctanoat, Natriumdodecaneat, Natrium-4-ethyltetradecanoat, Natriumoctadecanoat, Natriumheneicosanoat, Natriumcyclohexancarboxylat, Natriumcyclododecancarboxylat, Natrium-3-methylcyclopentancarboxylat, Natriumcyclohexylacetat, Natriumbenzoat, Natrium-m-toluat, Natriumphenylacetat, Natrium-4-phenylcyclohexancarboxylat, Natrium-p-tolylacetat und Natrium-4-ethylcyclohexylacetat sowie Gemische davon. Das am stärksten bevorzugte Natriumcarboxylat für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist Natriumacetat.
- Wenigstens eine Base wird in der vorliegenden Erfindung verwendet. Basen werden unter Alkalimetallhydroxiden, Alkalimetallcarbonaten und Gemischen von Alkalimetallhydroxiden mit Alkalimetallcarbonaten ausgewählt. Geeignete Alkalimetallhydroxide umfassen Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Rubidiumhydroxid und Cäsiumhydroxid. Geeignete Alkalimetallcarbonate umfassen Lithiumcarbonat, Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Rubidiumcarbonat und Cäsiumcarbonat. Gegebenenfalls kann die Base als eine wäßrige Lösung eingesetzt werden.
- Das molare Verhältnis von dihalogeniertem aromatischem Sulfon zu Alkalimetallsulfid kann zwar über einen erheblichen Bereich variieren, im allgemeinen liegt es jedoch im Bereich von 0,9:1 bis 2:1 und vorzugsweise im Bereich von 0,95:1 bis 1,2:1. Das molare Verhältnis von Alkalimetallcarboxylat zu Alkalimetallsulfid kann über einen weiten Bereich variieren, im allgemeinen liegt es jedoch im Bereich von 0,05:1 bis 4:1 und vorzugsweise im Bereich von 0,1:1 bis 2:1. Das molare Verhältnis von polarer organischer Verbindung zu Alkalimetallsulfid kann zwar stark variieren, im allgemeinen liegt es jedoch im Bereich von 1:1 bis 25:1 und vorzugsweise im Bereich von 2:1 bis 8:1. Das molare Verhältnis von Base zu Alkalimetallsulfid beträgt 0,5:1 bis 4:1 und vorzugsweise 0,5:1 bis 2,05:1.
- Die Reaktionstemperatur, bei der die Polymerisation initiiert wird, kann zwar über einen erheblichen Bereich variieren, im allgemeinen liegt sie jedoch im Bereich von 150ºC bis 240ºC und vorzugsweise im Bereich von 180ºC bis 220ºC. Der Druck sollte ausreichen, um das dihalogenierte aromatische Sulfon, das organische Amid und das Wasser im wesentlichen in der flüssigen Phase zu halten.
- Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt das Wasser bei der Initiation der Polymerisation vor. Wie vorstehend angegeben wurde, kann das Wasser als ein Reaktant eingesetzt werden, und/oder es kann als ein Hydrat des Alkalimetallsulfids, der Base oder der Basen und/oder des Alkalimetallcarboxylats und/oder als ein Medium für das Alkalimetallsulfid, die Base oder die Basen und/oder das Alkalimetallcarboxylat zugegeben werden.
- Die Menge an Wasser, die bei der Initiation der Polymerisation vorliegt, kann im Bereich von einer vernachlässigbaren Menge bis 30 Mol pro Mol Alkalimetallsulfid liegen, wobei es jedoch bevorzugt ist, weniger als etwa 5 Mol Wasser pro Mol Sulfid als anfänglichen Reaktanten unter Einschluß jeglichen Wassers, das als Medium für einen anderen Reaktanten oder als Hydrat eines anderen Reaktanten eingeführt wird, einzusetzen.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden das Alkalimetallsulfid, die polare organische Verbindung, die Base oder die Basen und das Alkalimetallcarboxylat kontaktiert, und das erhaltene Gemisch wird einer Dehydratisierungsstufe vor dem Kontaktieren mit dem dihalogenierten aromatischen Sulfon unterworfen.
- Die vorkontaktierten Reaktanten können in einer beliebigen Reihenfolge zugegeben werden. Die Dehydratisierungsstufe kann nach einem beliebigen Verfahren durchgeführt werden, das dem Fachmann bekannt ist, und sollte zu einer teilweisen oder weitgehenden Entfernung des Wassers aus den Reaktanten führen.
- Anschließend an die Initiation der Polymerisation, die durch Kontaktieren aller Reaktanten und Erzielen einer Temperatur im vorstehend angegebenen Bereich bewirkt wird, wird eine zusätzliche Menge an Wasser zum Reaktorinhalt gegeben. Die Menge an Wasser, die zugegeben wird, liegt im allgemeinen im Bereich von 2 bis 10 Mol pro Mol Sulfid. Das Wasser kann zu einer beliebigen Zeit nach der Initiation der Polymerisation zugegeben werden, es ist jedoch bevorzugt, das Wasser innerhalb 1 Stunde, nachdem die beabsichtigte Polymerisationstemperatur erreicht worden ist, zuzugeben. Das Wasser kann bei Umgebungsbedingungen zugegeben werden, oder es kann auf die Temperatur des Reaktorinhalts vor der Zugabe erwärmt werden.
- Die Polymerisationsbedingungen, die vor der Zugabe des Wassers vorliegen, werden während und nach der Zugabe des Wassers weitgehend konstant gehalten.
- Nach der Zugabe des Wassers zum Reaktorinhalt läßt man die Reaktion für eine Zeitspanne weiterlaufen.
- Die Reaktionszeit kann, zum Teil abhängig von der Reaktionstemperatur, stark variieren, sie liegt jedoch im allgemeinen im Bereich von etwa 10 Minuten bis etwa 3 Tagen und vorzugsweise von etwa 1 Stunde bis etwa 8 Stunden. Die Reaktion wird durch Abkühlen des Reaktorinhalts auf eine Temperatur im Bereich von 20 bis 150ºC beendet.
- Die durch das erfindungsgemäße Verfahren gebildeten Poly-(arylen- sulfid/sulfon)-Polymere können vom Reaktionsgemisch nach herkömmlichen Verfahren, z. B. durch Filtration des Polymers, gefolgt von Waschen mit Wasser, oder durch Verdünnen des Reaktionsgemisches mit Wasser, gefolgt von Filtration und Waschen des Polymers mit Wasser, abgetrennt werden. Gegebenenfalls kann mindestens ein Teil des Waschens mit Wasser bei einer erhöhten Temperatur, z. B. bis zu etwa 250ºC, durchgeführt werden. Mit Wasser mischbare Lösungsmittel, wie Aceton oder Methanol, können verwendet werden, um ggf. das Waschen mit Wasser zu unterstützen.
- Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Poly-(arylen- sulfid/sulfon)-Polymere können mit Füllstoffen, Pigmenten, Extendern, weiteren Polymeren und dergl. gemischt werden. Sie können durch Vernetzung und/oder Kettenverlängerung, z. B. durch Erwärmen auf Temperaturen von bis zu etwa 480ºC in Gegenwart eines freien Sauerstoff enthaltenden Gases gehärtet werden, um gehärtete Produkte mit hoher thermischer Stabilität und guter chemischer Beständigkeit bereitzustellen. Sie eignen sich für die Herstellung von Beschichtungen, Filmen, Formkörpern und Fasern.
- Die nachstehenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung weiter erläutern und nicht dahingehend mißverstanden werden, daß sie den Schutzumfang der Erfindung beschränken.
- Dieses Beispiel erläutert das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem Wasser während der Polymerisation eingesetzt wird, und das einzige Wasser, das zu Anfang vorhanden ist, ist das in der eingesetzten wäßrigen Natriumhydrogensulfidlösung vorhandene Wasser.
- In einem 1 Gallone fassenden, gerührten Reaktor aus rostfreiem Stahl wurden 290,0 g (1,01 Mol) Bis-(p-chlorphenyl)-sulfon, 40,17 g (1,0 Mol) Natriumhydroxid, 95,35 g 58,8 gewichtsprozentiges wäßriges Natriumhydrogensulfid (1,0 Mol), 3,28 g (0,04 Mol) Natriumacetat und 800 cm³ (7,53 Mol) N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) vorgelegt. Der Reaktor wurde mit Stickstoff gespült, verschlossen und unter Rühren auf 200ºC erwärmt. Als die Temperatur 200ºC erreichte, wurden 115 cm³ destilliertes Wasser langsam in den Reaktor gegeben. Nach 4 Stunden bei 200ºC (unter Einschluß der für die Zugabe des Wassers erforderlichen Zeit) wurde das Heizen beendet, und 350 cm³ NMP plus 125 cm³ destilliertes Wasser wurden in den Reaktor gegeben. Der Reaktor wurde langsam mit Luft auf 125ºC abgekühlt, wobei der Reaktor zu diesem Zeitpunkt geöffnet wurde, wobei sich hellgelbe körnige Teilchen und ein sehr feines Material zeigten. Das körnige Material wurde auf einem Sieb mit 0,149 mm (100 mesh) gewonnen, gewaschen, gespült und getrocknet, wobei man 236,9 g (95,5 % der theoretischen Ausbeute) eines Polymers mit einem IV-Wert (bestimmt bei 30ºC in NMP bei einer Konzentration von 0,5 g Polymer pro 100 ml Lösung) von 0,48 erhielt.
- In diesem Beispiel wurde Beispiel 1 im wesentlichen wiederholt, mit der Ausnahme, daß die 115 cm³ Wasser, die während der Polymerisation in Beispiel 1 zugegeben wurden, statt dessen mit der Anfangsmenge der Reaktanten zugegeben wurden und kein Wasser während der Polymerisation zugegeben wurde.
- In einem 1 Gallone fassenden, gerührten Reaktor aus rostfreiem Stahl wurden 290,0 g (1,01 Mol) Bis-(p-chlorphenyl)-sulfon, 40,17 g (1,0 Mol) Natriumhydroxid, 95,35 g 58,8 gewichtsprozentige wäßrige Natriumhydrogensulfidlösung (1,0 Mol), 3,28 g (0,04 Mol) Natriumacetat, 800 cm³ (7,53 Mol) N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) und 115 cm³ destilliertes Wasser vorgelegt. Der Reaktor wurde mit Stickstoff gespült, verschlossen, unter Rühren auf 200ºC erwärmt und für 4 Stunden unter diesen Bedingungen gehalten. Nach 4 Stunden bei 200ºC wurde das Heizen beendet, und 350 cm³ NMP plus 125 cm³ destilliertes Wasser wurden in den Reaktor gegeben. Der Reaktor wurde mit Wasser langsam auf 125ºC gekühlt, wobei der Reaktor zu diesem Zeitpunkt geöffnet wurde, wobei sich hellgelb-braune körnige Teilchen und ein sehr feines Material zeigten. Das körnige Material wurde auf einem Sieb mit 0,149 mm (100 mesh) gewonnen, gewaschen, gespült und getrocknet, wobei man 226,1 g (91,2 % der theoretischen Ausbeute) eines Polymers mit einem IV-Wert (bestimmt wie in Beispiel 1) von 0,465 erhielt.
- Ein Vergleich dieser Ergebnisse mit denen von Beispiel 1 zeigt, daß der erfindungsgemäße Ansatz von Beispiel 1 eine höhere Ausbeute an Produkt mit einem höheren Molekulargewicht (was durch den höheren IV-Wert belegt wird) ergab.
- Dieses Beispiel erläutert eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei eine gewisse Menge Wasser zu Anfang als Reaktant vorgelegt wird. Dieser Ansatz ist ähnlich dem erfindungsgemäßen Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß hier mehr Wasser zu Anfang vorgelegt wurde und daß weniger während der Polymerisation zugegeben wurde.
- In einem 1 Gallone fassenden, gerührten Reaktor aus rostfreiem Stahl wurden 574,3 g (2,0 Mol) Bis-(p-chlorphenyl)-sulfon, 80,34 g (2,0 Mol) Natriumhydroxid, 190,7 g 58,8 gewichtsprozentiges wäßriges Natriumhydrogensulfid (2,0 Mol), 8,2 g (0,10 Mol) Natriumacetat, 1400 cm³ (13,2 Mol) N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) und 120 cm³ Wasser vorgelegt. Der Reaktor wurde mit Stickstoff gespült, verschlossen, und unter Rühren auf 200ºC erwärmt. Als die Temperatur 200ºC erreichte, wurden 145 cm³ destilliertes Wasser in den Reaktor gegeben. Nach 4 Stunden bei 200ºC (unter Einschluß der für die Zugabe des Wassers erforderlichen Zeit) wurde das Heizen beendet, und 300 cm³ NMP plus 100 cm³ destilliertes Wasser wurden in den Reaktor gegeben. Der Reaktor wurde langsam mit Luft auf 125ºC gekühlt, wobei der Reaktor zu diesem Zeitpunkt geöffnet wurde, wobei sich mittelgroße bis große gelbe körnige Teilchen und ein sehr feines Material zeigten. Das körnige Material wurde auf einem Sieb mit 0,149 mm (100 mesh) gewonnen, gewaschen, gespült und getrocknet, wobei man 475,8 g (95,9 % der theoretischen Ausbeute) eines Polymers mit einem IV-Wert (bestimmt wie in Beispiel 1) von 0,51 erhielt.
- Dieses Beispiel ist ähnlich dem erfindungsgemäßen Beispiel 3, mit der Ausnahme, daß hier mehr Wasser anfangs vorgelegt wurde und daß keines während der Polymerisation zugegeben wurde.
- In einem 1 Gallone fassenden, gerührten Reaktor aus rostfreiem Stahl wurden 574,3 g (2,0 Mol) Bis-(p-chlorphenyl)-sulfon, 80,34 g (2,0 Mol) Natriumhydroxid, 190,7 g 58,8 gewichtsprozentiges wäßriges Natriumnydrogensulfid (2,0 Mol), 8,2 g (0,10 Mol) Natriumacetat, 1400 cm³ (13,2 Mol) N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) und 180 cm³ Wasser vorgelegt. Der Reaktor wurde mit Stickstoff gespült, verschlossen, unter Rühren auf 200ºC erwärmt und für 4 Stunden unter diesen Bedingungen gehalten. Nach 4 Stunden bei 200ºC wurde das Heizen beendet, und 300 cm³ NMP plus 180 cm³ destilliertes Wasser wurden in den Reaktor gegeben. Der Reaktor wurde langsam mit Luft auf 125ºC gekühlt, wobei der Reaktor zu diesem Zeitpunkt geöffnet wurde, wobei sich gleichförmige gelbe körnige Teilchen und feines Material zeigten. Das körnige Material wurde auf einem Sieb mit 0,149 mm (100 mesh) gewonnen, gewaschen, gespült und getrocknet, wobei man 456,2 g (92,5 % der theoretischen Ausbeute) eines Polymers mit einem IV-Wert (bestimmt wie in Beispiel 1) von 0,33 erhielt.
- Ein Vergleich dieser Ergebnisse mit denen von Beispiel 3 zeigt, daß der erfindungsgemäße Ansatz in Beispiel 3 eine höhere Ausbeute eines höhermolekularen Produkts ergab.
- Die Beispiele 5 und 6 erläutern weiter die Erfindung, indem sie den Einfluß der Zugabe von Wasser zu verschiedenen Zeiten während der Polymerisation zeigen.
- In einem 1 Gallone fassenden, gerührten Reaktor aus rostfreiem Stahl wurden 574,3 g (2,0 Mol) Bis-(p-chlorphenyl)-sulfon, 80,34 g (2,0 Mol) Natriumhydroxid, 190,7 g 58,8 gewichtsprozentiges wäßriges Natriumhydrogensulfid (2,0 Mol), 6,56 g (0,08 Mol) Natriumacetat und 1400 cm³ (13,2 Mol) N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) vorgelegt. Der Reaktor wurde mit Stickstoff gespült, verschlossen und unter Rühren auf 200ºC erwärmt. Als die Temperatur 200ºC erreichte, wurden 266 cm³ destilliertes Wasser in den Reaktor gegeben. Nach 4 Stunden bei 200ºC (unter Einschluß der für die Zugabe des Wassers erforderlichen Zeit) wurde das Heizen beendet, und 300 cm³ NMP plus 100 cm³ destilliertes Wasser wurden in den Reaktor gegeben. Der Reaktor wurde langsam mit Luft auf 125ºC gekühlt, wobei der Reaktor zu diesem Zeitpunkt geöffnet wurde, wobei sich kleine gelbe körnige Teilchen und ein sehr feines Material zeigten. Das körnige Material wurde auf einem Sieb mit 0,149 mm (100 mesh) gewonnen, gewaschen, gespült und getrocknet, wobei man 483,6 g (97,5 ) der theoretischen Ausbeute) eines Polymers mit einem IV-Wert (bestimmt wie in Beispiel 1) von 0,68 erhielt.
- Der Ansatz von Beispiel 5 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß die 266 cm³ Wasser, die während der Polymerisation zugegeben wurden, 20 Minuten nach Erreichen von 200ºC anstatt unmittelbar nach Erreichen von 200ºC zugegeben wurden. Das Öffnen des Reaktors zeigte gelbe körnige Teilchen mit einem Klumpen von Polymer auf der Reaktorschlange und einem Ring von Polymer um den oberen Bereich des Reaktors. Sehr feines Material war ebenfalls vorhanden. Das körnige Material wurde auf einem Sieb mit 0,149 mm (100 mesh) gewonnen, gewaschen, gespült und getrocknet, wobei man 478,4 g (96,5 % der theoretischen Ausbeute) eines Polymers mit einem IV-Wert (bestimmt wie in Beispiel 1) von 0,56 erhielt.
- Ein Vergleich der Ergebnisse der Beispiele 5 und 6 deutet darauf hin, daß die Zugabe von Wasser während der Polymerisation unmittelbar nach dem Erreichen der beabsichtigten Polymerisationsendtemperatur anstatt später während der Polymerisation eine etwas höhere Ausbeute eines etwas höhermolekularen Produkts, das in einer günstigeren Form vorliegt, ergibt.
Claims (13)
1. Verfahren zur Herstellung eines Poly-(arylensulfid/sulfons),
gekennzeichnet durch
a) Unterwerfen eines Reaktionsgemisches, das ein Alkalimetallsulfid,
ein dihalogeniertes aromatisches Sulfon, eine polare organische
Verbindung, die unter cyclischen und acyclischen Amiden mit 1 bis 10
Kohlenstoffatomen ausgewählt ist, mindestens eine Base und ein
Alkalimetallcarboxylat umfaßt, unter Polymerisationsbedingungen, um eine
Polymerisationsreaktion zu initiieren;
b) anschließende Zugabe einer Menge an Wasser, während
Polymerisationsbedingungen aufrechterhalten werden;
c) Beendigung der Polymerisationsreaktion; und
d) Gewinnung des Poly-(arylensulfid/sulfons)
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem
Alkalimetallsulfid um Natriumbisulfid handelt, es sich bei dem dihalogenierten
aromatischen Sulfon um p,p'-Dichlordiphenylsulfon handelt, es sich bei der
polaren organischen Verbindung um N-Methyl-2-pyrrolidon handelt, es sich
bei dem Alkalimetallcarboxylat um Natriumacetat handelt und es sich bei
der mindestens einen Base um Natriumnydroxid handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Reaktionsgemisch
von Stufe a) ferner Wasser umfaßt, das als ein Reaktant eingesetzt wird
und/oder als Medium für einen anderen Reaktanten oder als Hydrat eines
anderen Reaktanten eingeführt wird, wobei die Menge an Wasser im Bereich
von weniger als 5 Mol bis 30 Mol Wasser pro Mol Alkalimetallsulfid liegt.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein
Gemisch des Alkalimetallsulfids, des Alkalimetallcarboxylats, der
mindestens einen Base und der polaren organischen Verbindung einer
Dehydratisierungsstufe vor dem Kontaktieren des Gemisches mit dem dihalogenierten
aromatischen Sulfon unterworfen wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das
molare Verhältnis der polaren organischen Verbindung zu dem Sulfid im
Bereich von 1:1 bis 25:1 liegt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das
molare Verhältnis der Base zu dem Sulfid im Bereich von 0,5:1 bis 4:1
liegt.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das
molare Verhältnis des Alkalimetallcarboxylats zu dem Sulfid im Bereich von
0,04:1 bis 4:1 liegt.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das
molare Verhältnis des dihalogenierten aromatischen Sulfons zu dem Sulfid im
Bereich von 0,9:1 bis 2:1 liegt.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die
Menge an Wasser, die in Stufe b) zugegeben wird, im Bereich von 2 bis 10
Mol Wasser pro Mol Sulfid liegt.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die
Polymerisationsbedingungen eine Temperatur im Bereich von 150 bis 240ºC
umfassen.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Stufe
b) die Zugabe des Wassers innerhalb 1 Stunde nach Erreichen der
beabsichtigten Polymerisationstemperatur und bei einer Temperatur im Bereich von
150 bis 240ºC erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Stufe
c) die Beendigung der Polymerisationsreaktion während einer Zeitspanne
von 1 bis 20 Stunden nach der Zugabe von Wasser in Stufe b) erfolgt.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Stufe
c) die Beendigung durch Abkühlen des Inhalts auf eine Temperatur im
Bereich von 20 bis 150ºC erfolgt.
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