JP2021008542A - Method for producing polyarylene sulfide - Google Patents

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Junichi Ochiai
淳一 落合
佐藤 剛
Takeshi Sato
剛 佐藤
義紀 鈴木
Yoshinori Suzuki
義紀 鈴木
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Abstract

To provide a method for producing a polyarylene sulfide (hereinafter, "PAS") with which a PAS having a high molecular weight can be obtained while suppressing a side reaction resulting from an organic polar solvent.SOLUTION: A method for producing a PAS according to the present invention includes: a preparation step in which a mixture is prepared that contains an organic polar solvent containing a pyrrolidone compound represented by formula (1), a sulfur source, water, and a polyhaloaromatic compound; a first polymerization step in which the mixture is heated to initiate a polymerization reaction, producing a prepolymer with a conversion rate of the polyhaloaromatic compound of 50 mol% or more; and a second polymerization step in which, after the first polymerization step, a nonpolar solvent is added to continue the polymerization reaction. In formula (1), R is a hydrocarbon group having at least two carbon atoms.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ポリアリーレンスルフィドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing polyarylene sulfide.

ポリフェニレンスルフィド(以下、「PPS」とも称する。)に代表されるポリアリーレンスルフィド(以下、「PAS」とも称する。)は、耐熱性、耐薬品性、難燃性、機械的強度、電気特性、寸法安定性等に優れたエンジニアリングプラスチックである。PASは、押出成形、射出成形、圧縮成形等の一般的溶融加工法により、各種成形品、フィルム、シート、繊維等に成形可能であるため、電気機器、電子機器、自動車機器、包装材料等の広範な技術分野において汎用されている。 Polyphenylene sulfide (hereinafter, also referred to as "PAS") represented by polyphenylene sulfide (hereinafter, also referred to as "PPS") has heat resistance, chemical resistance, flame retardancy, mechanical strength, electrical properties, and dimensions. It is an engineering plastic with excellent stability. Since PAS can be molded into various molded products, films, sheets, fibers, etc. by general melt processing methods such as extrusion molding, injection molding, and compression molding, it can be used for electrical equipment, electronic equipment, automobile equipment, packaging materials, etc. It is widely used in a wide range of technical fields.

PASの製造方法としては、例えば、有機アミド溶媒中で硫黄源とジハロ芳香族化合物とを重合させてPASを製造する方法が挙げられる(例えば、特許文献1及び2)。 Examples of the method for producing PAS include a method for producing PAS by polymerizing a sulfur source and a dihaloaromatic compound in an organic amide solvent (for example, Patent Documents 1 and 2).

特開2014−47218号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-47218 国際公開第2006/046748号International Publication No. 2006/046748

PASは、特に、自動車関連の分野においては、自動車の軽量化のための金属代替物として、多く利用されている。自動車用途には、高い靱性を有する高分子量PASが求められている。しかしながら、従来の製造方法に従い、有機極性溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン(以下、「NMP」ともいう。)を用いて重合工程を行うと、NMP由来の副生成物がポリマー末端と反応してしまうため、高分子量PASの生成が阻害されるという課題があった。 PAS is widely used as a metal substitute for reducing the weight of automobiles, especially in the field of automobiles. High molecular weight PAS with high toughness is required for automobile applications. However, when the polymerization step is carried out using N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter, also referred to as “NMP”) as the organic polar solvent according to the conventional production method, the by-product derived from NMP reacts with the polymer terminal. Therefore, there is a problem that the production of high-molecular-weight PAS is inhibited.

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであって、有機極性溶媒に起因する副反応を抑えつつ、高分子量PASを得ることができるPASの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for producing PAS capable of obtaining high molecular weight PAS while suppressing side reactions caused by an organic polar solvent.

本発明者らは、有機極性溶媒として特定のピロリドン化合物を用い、相分離剤として無極性溶媒を用いて重合工程を行うことにより、上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have found that the above object can be achieved by performing a polymerization step using a specific pyrrolidone compound as an organic polar solvent and a non-polar solvent as a phase separation agent, and complete the present invention. I arrived.

本発明に係るPASの製造方法は、
下記式(1)で表されるピロリドン化合物を含む有機極性溶媒、硫黄源、水、及びポリハロ芳香族化合物を含有する混合物を調製する仕込み工程と、
前記混合物を加熱して重合反応を開始させ、ポリハロ芳香族化合物の転化率が50モル%以上のプレポリマーを生成させる第1重合工程と、
前記第1重合工程後に、無極性溶媒を添加し、重合反応を継続する第2重合工程と、を含む。

Figure 2021008542
(式中、Rは、炭素数2以上の炭化水素基である。) The method for producing PAS according to the present invention is
A preparation step for preparing a mixture containing an organic polar solvent containing a pyrrolidone compound represented by the following formula (1), a sulfur source, water, and a polyhaloaromatic compound.
The first polymerization step of heating the mixture to initiate a polymerization reaction to produce a prepolymer having a conversion rate of a polyhalo aromatic compound of 50 mol% or more.
After the first polymerization step, a second polymerization step of adding a non-polar solvent and continuing the polymerization reaction is included.
Figure 2021008542
(In the formula, R is a hydrocarbon group having 2 or more carbon atoms.)

本発明に係るPASの製造方法において、前記Rは、炭素数3以上の分岐状又は環状の飽和炭化水素基でもよい。 In the method for producing PAS according to the present invention, the R may be a branched or cyclic saturated hydrocarbon group having 3 or more carbon atoms.

本発明に係るPASの製造方法において、前記有機極性溶媒は、N−メチル−2−ピロリドンを含まないことが好ましい。 In the method for producing PAS according to the present invention, it is preferable that the organic polar solvent does not contain N-methyl-2-pyrrolidone.

本発明に係るPASの製造方法において、前記無極性溶媒は、炭化水素でもよい。 In the method for producing PAS according to the present invention, the non-polar solvent may be a hydrocarbon.

本発明に係るPASの製造方法において、前記炭化水素は、脂肪族炭化水素でもよい。 In the method for producing PAS according to the present invention, the hydrocarbon may be an aliphatic hydrocarbon.

本発明に係るPASの製造方法において、前記無極性溶媒の量は、硫黄源1モルに対し、0.5モル超1.5モル以下でもよい。 In the method for producing PAS according to the present invention, the amount of the non-polar solvent may be more than 0.5 mol and 1.5 mol or less with respect to 1 mol of the sulfur source.

本発明によれば、有機極性溶媒に起因する副反応を抑えつつ、高分子量PASを得ることができるPASの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for producing PAS capable of obtaining high molecular weight PAS while suppressing side reactions caused by an organic polar solvent.

本発明に係るPASの製造方法の一実施形態について以下に説明する。本実施形態におけるPASの製造方法は、必須の工程として、仕込み工程、第1重合工程、及び第2重合工程を含む。第1重合工程及び第2重合工程をまとめて重合工程という場合がある。本実施形態におけるPASの製造方法は、所望により、脱水工程、冷却工程、後処理工程等を含んでもよい。以下、本発明に用いられる各材料について詳細に説明するとともに、各工程について詳細に説明する。 An embodiment of the method for producing PAS according to the present invention will be described below. The method for producing PAS in the present embodiment includes a charging step, a first polymerization step, and a second polymerization step as essential steps. The first polymerization step and the second polymerization step may be collectively referred to as a polymerization step. If desired, the method for producing PAS in the present embodiment may include a dehydration step, a cooling step, a post-treatment step, and the like. Hereinafter, each material used in the present invention will be described in detail, and each step will be described in detail.

(有機極性溶媒、硫黄源、及びポリハロ芳香族化合物)
有機極性溶媒、硫黄源、及びポリハロ芳香族化合物としては、有機極性溶媒が下記式(1)で表されるピロリドン化合物を含む限り、PASの製造において通常用いられるものを用いることができる。有機極性溶媒、硫黄源、及びポリハロ芳香族化合物の各々は、単独で用いてもよいし、PASの製造が可能である組み合わせであれば、2種類以上を混合して用いてもよい。
(Organic polar solvents, sulfur sources, and polyhaloaromatic compounds)
As the organic polar solvent, the sulfur source, and the polyhaloaromatic compound, those usually used in the production of PAS can be used as long as the organic polar solvent contains the pyrrolidone compound represented by the following formula (1). Each of the organic polar solvent, the sulfur source, and the polyhaloaromatic compound may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used as long as the combination is capable of producing PAS.

Figure 2021008542
Figure 2021008542

上記式(1)中、Rは、炭素数2以上、好ましくは2以上20以下、より好ましくは3以上12以下、更により好ましくは4以上8以下の炭化水素基である。Rの炭素数が2以上であると、Rの炭素数が1、即ち、Rがメチル基である場合と比べ、式(1)で表されるピロリドン化合物は嵩高くなり、式(1)で表されるピロリドン化合物の開環体中のアミノ基によるパラジクロロベンゼン等への求核攻撃の起こりやすさが低下しやすいため、当該ピロリドン化合物由来の副生成物が生じにくく、当該副生成物がポリマー末端と反応して高分子量PASの生成が阻害されることが起きにくくなる。一方、Rの炭素数が20以下であると、上記ピロリドン化合物は、分子量が大きくなりすぎず、有機極性溶媒としての取り扱い性等が維持されやすい。前記Rは、取り扱い性、入手性等の観点から、炭素数2以上、好ましくは2以上20以下、より好ましくは3以上12以下、更により好ましくは4以上8以下の飽和炭化水素基であることが好ましく、式(1)で表されるピロリドン化合物がより嵩高くなることから、炭素数3以上、好ましくは3以上20以下、より好ましくは3以上12以下、更により好ましくは4以上8以下の分岐状又は環状の飽和炭化水素基であることがより好ましい。なお、前記Rは、ヒドロキシ基、アミノ基、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)、メルカプト基等の置換基を有していてもよい。 In the above formula (1), R is a hydrocarbon group having 2 or more carbon atoms, preferably 2 or more and 20 or less, more preferably 3 or more and 12 or less, and even more preferably 4 or more and 8 or less. When the carbon number of R is 2 or more, the pyrrolidone compound represented by the formula (1) becomes bulkier than the case where the carbon number of R is 1, that is, R is a methyl group, and the formula (1) is used. Since the susceptibility to nucleophilic attack on paradichlorobenzene or the like by the amino group in the ring-opened body of the represented pyrrolidone compound tends to decrease, by-products derived from the pyrrolidone compound are unlikely to occur, and the by-products are polymers. It is less likely that the reaction with the terminal will inhibit the production of high molecular weight PAS. On the other hand, when the carbon number of R is 20 or less, the molecular weight of the pyrrolidone compound does not become too large, and the handleability as an organic polar solvent is easily maintained. From the viewpoint of handleability, availability, etc., the R is a saturated hydrocarbon group having 2 or more carbon atoms, preferably 2 or more and 20 or less, more preferably 3 or more and 12 or less, and even more preferably 4 or more and 8 or less. Is preferable, and since the pyrrolidone compound represented by the formula (1) becomes bulkier, the number of carbon atoms is 3 or more, preferably 3 or more and 20 or less, more preferably 3 or more and 12 or less, still more preferably 4 or more and 8 or less. More preferably, it is a branched or cyclic saturated hydrocarbon group. The R may have a substituent such as a hydroxy group, an amino group, a halogen atom (for example, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, etc.), a mercapto group, or the like.

Rとしては、例えば、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、sec−ペンチル基、3−ペンチル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ドデシル基、n−テトラデシル基、n−ヘキサデシル基、n−オクタデシル基、n−エイコシル基等の、炭素数2以上、好ましくは2以上20以下、より好ましくは3以上12以下、更により好ましくは4以上8以下のアルキル基;シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデシル基、シクロドデシル基、シクロオクタデシル基、シクロエイコシル基等の、炭素数3以上、好ましくは3以上20以下、より好ましくは3以上12以下、更により好ましくは4以上8以下のシクロアルキル基;ビニル基、アリル基、1−プロペニル基、イソプロペニル基、1−ブテニル基、2−ブテニル基、3−ブテニル基、1−メチル−1−プロペニル基、1−メチル−2−プロペニル基、2−メチル−1−プロペニル基、2−メチル−2−プロペニル基、1−ヘキセニル基、2−ヘキセニル基、3−ヘキセニル基、4−ヘキセニル基、5−ヘキセニル基等の、炭素数2以上、好ましくは2以上20以下、より好ましくは3以上12以下、更により好ましくは4以上8以下のアルケニル基;エチニル基、2−プロピニル基、プロパルギル基;1−ブチニル基、2−ブチニル基、3−ブチニル基、1−メチル−2−プロピニル基、1−ヘキシニル基、2−ヘキシニル基、3−ヘキシニル基、4−ヘキシニル基、5−ヘキシニル基等の、炭素数2以上、好ましくは2以上20以下、より好ましくは3以上12以下、更により好ましくは4以上8以下のアルキニル基;フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基等の、炭素数6以上、好ましくは6以上20以下、より好ましくは6以上12以下、更により好ましくは6以上8以下のアリール基;ベンジル基、フェネチル基、1−フェニルエチル基、1−フェニルプロピル基、2−フェニルプロピル基、3−フェニルプロピル基、1−メチル−1−フェニルエチル基、1−メチル−2−フェニルエチル基等の、炭素数7以上、好ましくは7以上20以下、より好ましくは7以上12以下、更により好ましくは7又は8のアラルキル基が挙げられる。取り扱い性、入手性等の観点から、Rとしては、上記アルキル基及び上記シクロアルキル基が好ましい。式(1)で表されるピロリドン化合物がより嵩高くなることから、Rとしては、イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、イソペンチル基、イソヘキシル基、1−メチルヘプチル基、2−エチルヘキシル基、1−プロピルペンチル基、1,1,3,3−テトラメチルブチル基、2−ブチルオクチル基、2−オクチルドデシル基等の、炭素数3以上、好ましくは3以上20以下、より好ましくは3以上12以下、更により好ましくは4以上8以下の分岐状アルキル基;シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデシル基、シクロドデシル基、シクロオクタデシル基、シクロエイコシル基等の、炭素数3以上、好ましくは3以上20以下、より好ましくは3以上12以下、更により好ましくは4以上8以下のシクロアルキル基がより好ましく、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等の、炭素数4以上8以下のシクロアルキル基が更により好ましく、置換基の安定性の観点から、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、及びシクロヘプチル基が一層更により好ましい。 Examples of R include ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, isopentyl group, sec-pentyl group, 3-. Pentyl group, tert-pentyl group, neopentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n-decyl group, n-dodecyl group, n-tetradecyl group, n-hexadecyl group , N-octadecyl group, n-eicosyl group, and other alkyl groups having 2 or more carbon atoms, preferably 2 or more and 20 or less, more preferably 3 or more and 12 or less, and even more preferably 4 or more and 8 or less; cyclopropyl group, cyclobutyl. Group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cycloheptyl group, cyclooctyl group, cyclodecyl group, cyclododecyl group, cyclooctadecyl group, cycloeicosyl group, etc., having 3 or more carbon atoms, preferably 3 or more and 20 or less carbon atoms, more preferably 3 Cycloalkyl group of 12 or more, more preferably 4 or more and 8 or less; vinyl group, allyl group, 1-propenyl group, isopropenyl group, 1-butenyl group, 2-butenyl group, 3-butenyl group, 1-methyl -1-Propenyl group, 1-methyl-2-propenyl group, 2-methyl-1-propenyl group, 2-methyl-2-propenyl group, 1-hexenyl group, 2-hexenyl group, 3-hexenyl group, 4- An alkenyl group having 2 or more carbon atoms, preferably 2 or more and 20 or less, more preferably 3 or more and 12 or less, still more preferably 4 or more and 8 or less, such as a hexenyl group and a 5-hexenyl group; an ethynyl group and a 2-propynyl group. Propargyl group; 1-butylyl group, 2-butynyl group, 3-butynyl group, 1-methyl-2-propynyl group, 1-hexynyl group, 2-hexynyl group, 3-hexynyl group, 4-hexynyl group, 5-hexynyl Alkinyl groups such as groups having 2 or more carbon atoms, preferably 2 or more and 20 or less, more preferably 3 or more and 12 or less, still more preferably 4 or more and 8 or less; phenyl group, o-tolyl group, m-tolyl group, p. -Aryl groups having 6 or more carbon atoms, preferably 6 or more and 20 or less, more preferably 6 or more and 12 or less, still more preferably 6 or more and 8 or less, such as a trill group, a 1-naphthyl group and a 2-naphthyl group; a benzyl group. , Penetyl group, 1-phenylethyl group, 1-phenylpropyl group, 2-phenylpropyl group, 3-phenylpropyl group, 1-methyl-1-phenylethyl group, 1-methyl-2-phenylethyl group, etc. 7 carbon atoms As mentioned above, preferably 7 or more and 20 or less, more preferably 7 or more and 12 or less, still more preferably 7 or 8 aralkyl groups. From the viewpoint of handleability, availability, and the like, R is preferably the above-mentioned alkyl group and the above-mentioned cycloalkyl group. Since the pyrrolidone compound represented by the formula (1) becomes bulkier, R includes an isopropyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, an isopentyl group, an isohexyl group, and a 1-methylheptyl group. 2-Ethylhexyl group, 1-propylpentyl group, 1,1,3,3-tetramethylbutyl group, 2-butyloctyl group, 2-octyldodecyl group, etc., having 3 or more carbon atoms, preferably 3 or more and 20 or less carbon atoms, More preferably 3 or more and 12 or less, still more preferably 4 or more and 8 or less branched alkyl groups; cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cycloheptyl group, cyclooctyl group, cyclodecyl group, cyclododecyl group, Cycloalkyl groups having 3 or more carbon atoms, preferably 3 or more and 20 or less, more preferably 3 or more and 12 or less, still more preferably 4 or more and 8 or less, such as a cyclooctadecyl group and a cycloeicosyl group, are more preferable. Cycloalkyl groups having 4 or more and 8 or less carbon atoms, such as cyclopentyl group, cyclohexyl group, cycloheptyl group, and cyclooctyl group, are even more preferable, and from the viewpoint of substituent stability, cyclopentyl group, cyclohexyl group, and cycloheptyl group. Is even more preferable.

式(1)で表されるピロリドン化合物の具体例としては、N−エチル−2−ピロリドン、N−n−プロピル−2−ピロリドン、N−イソプロピル−2−ピロリドン、N−n−ブチル−2−ピロリドン、N−イソブチル−2−ピロリドン、N−n−ヘキシル−2−ピロリドン、N−n−オクチル−2−ピロリドン等のN−アルキルピロリドン化合物;N−シクロヘキシル−2−ピロリドン(以下、「NCP」とも称する。)等のN−シクロアルキルピロリドン化合物;N−ビニル−2−ピロリドン;N−フェニル−2−ピロリドン;N−ベンジル−2−ピロリドンが挙げられ、取り扱い性、入手性等の観点から、上記N−アルキルピロリドン化合物及び上記N−シクロアルキルピロリドン化合物が好ましく、式(1)で表されるピロリドン化合物の反応性が低下しやすく、高分子量PASの生成が阻害されにくいことから、N−イソプロピル−2−ピロリドン、N−イソブチル−2−ピロリドン、及びN−シクロヘキシル−2−ピロリドンが好ましく、更なる取り扱い性、入手性等の観点から、N−シクロヘキシル−2−ピロリドンがより好ましい。 Specific examples of the pyrrolidone compound represented by the formula (1) include N-ethyl-2-pyrrolidone, Nn-propyl-2-pyrrolidone, N-isopropyl-2-pyrrolidone, and Nn-butyl-2-. N-alkylpyrrolidone compounds such as pyrrolidone, N-isobutyl-2-pyrrolidone, Nn-hexyl-2-pyrrolidone, Nn-octyl-2-pyrrolidone; N-cyclohexyl-2-pyrrolidone (hereinafter, "NCP") N-cycloalkylpyrrolidone compounds such as); N-vinyl-2-pyrrolidone; N-phenyl-2-pyrrolidone; N-benzyl-2-pyrrolidone can be mentioned, and from the viewpoint of handleability, availability, etc. The above-mentioned N-alkylpyrrolidone compound and the above-mentioned N-cycloalkylpyrrolidone compound are preferable, and the reactivity of the pyrrolidone compound represented by the formula (1) tends to decrease, and the production of high molecular weight PAS is less likely to be inhibited. Therefore, N-isopropyl -2-Pyrrolidone, N-isobutyl-2-pyrrolidone, and N-cyclohexyl-2-pyrrolidone are preferable, and N-cyclohexyl-2-pyrrolidone is more preferable from the viewpoint of further handleability, availability, and the like.

式(1)で表されるピロリドン化合物以外の有機極性溶媒としては、例えば、式(1)で表されるピロリドン化合物以外の有機アミド溶媒;有機硫黄化合物からなる非プロトン性有機極性溶媒;環式有機リン化合物からなる非プロトン性有機極性溶媒が挙げられる。式(1)で表されるピロリドン化合物以外の有機アミド溶媒としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド化合物;N−メチル−ε−カプロラクタム等のN−アルキルカプロラクタム化合物;N−メチル−2−ピロリドン(以下、「NMP」とも称する。);1,3−ジアルキル−2−イミダゾリジノン等のN,N−ジアルキルイミダゾリジノン化合物;テトラメチル尿素等のテトラアルキル尿素化合物;ヘキサメチルリン酸トリアミド等のヘキサアルキルリン酸トリアミド化合物等が挙げられる。有機硫黄化合物からなる非プロトン性有機極性溶媒としては、ジメチルスルホキシド、ジフェニルスルホン等が挙げられる。環式有機リン化合物からなる非プロトン性有機極性溶媒としては、1−メチル−1−オキソホスホラン等が挙げられる。式(1)で表されるピロリドン化合物以外の有機極性溶媒の中でも、入手性、取り扱い性等の点で、有機アミド溶媒が好ましく、N−アルキルカプロラクタム化合物及びN,N−ジアルキルイミダゾリジノン化合物がより好ましく、N−メチル−ε−カプロラクタム及び1,3−ジアルキル−2−イミダゾリジノンが更により好ましい。有機極性溶媒に起因する副反応を効果的に抑えられるよう、本発明においては、有機極性溶媒がNMPを含まないことが好ましい。有機極性溶媒に起因する副反応を効果的に抑えられる点、及び、操作性、効率等の観点から、有機極性溶媒は、式(1)で表されるピロリドン化合物からなること、即ち、有機極性溶媒において、式(1)で表されるピロリドン化合物の割合が100モル%であることが好ましい。 Examples of the organic polar solvent other than the pyrrolidone compound represented by the formula (1) include an organic amide solvent other than the pyrrolidone compound represented by the formula (1); an aprotic organic polar solvent composed of an organic sulfur compound; a cyclic formula. Examples thereof include an aprotic organic polar solvent composed of an organic phosphorus compound. Examples of the organic amide solvent other than the pyrrolidone compound represented by the formula (1) include amide compounds such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide; and N-alkylcaprolactam compounds such as N-methyl-ε-caprolactam. N-Methyl-2-pyrrolidone (hereinafter, also referred to as "NMP"); N, N-dialkylimidazolidinone compounds such as 1,3-dialkyl-2-imidazolidinone; tetraalkylurea such as tetramethylurea. Compounds; Examples thereof include hexaalkylphosphate triamide compounds such as hexamethylphosphate triamide. Examples of the aprotic organic polar solvent composed of an organic sulfur compound include dimethyl sulfoxide and diphenyl sulfone. Examples of the aprotic organic polar solvent composed of the cyclic organic phosphorus compound include 1-methyl-1-oxophosphoran. Among the organic polar solvents other than the pyrrolidone compound represented by the formula (1), the organic amide solvent is preferable in terms of availability, handleability, etc., and the N-alkylcaprolactam compound and the N, N-dialkylimidazolidinone compound are used. More preferred, N-methyl-ε-caprolactam and 1,3-dialkyl-2-imidazolidinone are even more preferred. In the present invention, it is preferable that the organic polar solvent does not contain NMP so that the side reaction caused by the organic polar solvent can be effectively suppressed. From the viewpoint of effectively suppressing side reactions caused by the organic polar solvent, operability, efficiency, etc., the organic polar solvent is composed of the pyrrolidone compound represented by the formula (1), that is, the organic polarity. In the solvent, the proportion of the pyrrolidone compound represented by the formula (1) is preferably 100 mol%.

有機極性溶媒の使用量は、重合反応の効率等の観点から、上記硫黄源1モルに対し、1〜30モルが好ましく、3〜15モルがより好ましい。 The amount of the organic polar solvent used is preferably 1 to 30 mol, more preferably 3 to 15 mol, with respect to 1 mol of the sulfur source, from the viewpoint of efficiency of the polymerization reaction and the like.

硫黄源としては、アルカリ金属硫化物、アルカリ金属水硫化物、硫化水素を挙げることができ、アルカリ金属硫化物及びアルカリ金属水硫化物であることが好ましい。硫黄源は、例えば、水性スラリー及び水溶液のいずれかの状態で扱うことができ、計量性、搬送性等のハンドリング性の観点から、水溶液の状態であることが好ましい。アルカリ金属硫化物としては、硫化リチウム、硫化ナトリウム、硫化カリウム、硫化ルビジウム、硫化セシウムが挙げられる。アルカリ金属水硫化物としては、水硫化リチウム、水硫化ナトリウム、水硫化カリウム、水硫化ルビジウム、水硫化セシウムが挙げられる。 Examples of the sulfur source include alkali metal sulfide, alkali metal hydrosulfide, and hydrogen sulfide, and alkali metal sulfide and alkali metal hydrosulfide are preferable. The sulfur source can be handled in either an aqueous slurry state or an aqueous solution state, and is preferably in an aqueous solution state from the viewpoint of handleability such as measurable property and transportability. Examples of the alkali metal sulfide include lithium sulfide, sodium sulfide, potassium sulfide, rubidium sulfide, and cesium sulfide. Examples of the alkali metal hydrosulfide include lithium hydrosulfide, sodium hydrosulfide, potassium hydrosulfide, rubidium hydrosulfide, and cesium hydrosulfide.

ポリハロ芳香族化合物とは、芳香環に直結した2個以上の水素原子がハロゲン原子で置換された芳香族化合物を指し、芳香環に直結した2個の水素原子がハロゲン原子で置換された芳香族化合物(即ち、ジハロ芳香族化合物)でも、芳香環に直結した3個以上の水素原子がハロゲン原子で置換された芳香族化合物(「ハロゲン置換数3以上のポリハロ芳香族化合物」ともいう。)でもよい。 A polyhalo aromatic compound refers to an aromatic compound in which two or more hydrogen atoms directly connected to an aromatic ring are substituted with halogen atoms, and an aromatic compound in which two hydrogen atoms directly connected to an aromatic ring are substituted with halogen atoms. Whether it is a compound (that is, a dihalo aromatic compound) or an aromatic compound in which three or more hydrogen atoms directly connected to an aromatic ring are substituted with halogen atoms (also referred to as "polyhalo aromatic compound having three or more halogen substitutions"). Good.

ポリハロ芳香族化合物としては、例えば、o−ジハロベンゼン、m−ジハロベンゼン、p−ジハロベンゼン、ジハロトルエン、ジハロナフタレン、メトキシ−ジハロベンゼン、ジハロビフェニル、ジハロ安息香酸、ジハロジフェニルエーテル、ジハロジフェニルスルホン、ジハロジフェニルスルホキシド、ジハロジフェニルケトン等のジハロ芳香族化合物;1,2,3−トリクロロベンゼン、1,2,4−トリクロロベンゼン、1,3,5−トリクロロベンゼン、ヘキサクロロベンゼン、1,2,3,4−テトラクロロベンゼン、1,2,4,5−テトラクロロベンゼン、1,3,5−トリクロロ−2,4,6−トリメチルベンゼン、2,4,6−トリクロロトルエン、1,2,3−トリクロロナフタレン、1,2,4−トリクロロナフタレン、1,2,3,4−テトラクロロナフタレン、2,2’,4,4’−テトラクロロビフェニル、2,2’,4,4’−テトラクロロベンゾフェノン、2,4,2’−トリクロロベンゾフェノン等の、ハロゲン置換数3以上のポリハロ芳香族化合物が挙げられる。ハロゲン原子は、フッ素、塩素、臭素、及びヨウ素の各原子を指し、ポリハロ芳香族化合物における2個以上のハロゲン原子は、同じでも異なっていてもよい。中でも、入手性、反応性等の点で、p−ジハロベンゼン、m−ジハロベンゼン、及びこれら両者の混合物が好ましく、p−ジハロベンゼンがより好ましく、p−ジクロロベンゼン(以下、「pDCB」とも称する。)が特に好ましい。 Examples of the polyhaloaromatic compound include o-dihalobenzene, m-dihalobenzene, p-dihalobenzene, dihalotoluene, dihalonaphthalene, methoxy-dihalobenzene, dihalobiphenyl, dihalobenzoic acid, dihalodiphenyl ether, dihalodiphenylsulfone and dihalo. Dihalo aromatic compounds such as diphenylsulfoxide and dihalodiphenylketone; 1,2,3-trichlorobenzene, 1,2,4-trichlorobenzene, 1,3,5-trichlorobenzene, hexachlorobenzene, 1,2,3 4-Tetrachlorobenzene, 1,2,4,5-tetrachlorobenzene, 1,3,5-trichloro-2,4,6-trimethylbenzene, 2,4,6-trichlorotoluene, 1,2,3-trichloronaphthalene , 1,2,4-trichloronaphthalene, 1,2,3,4-tetrachloronaphthalene, 2,2', 4,4'-tetrachlorobiphenyl, 2,2', 4,4'-tetrachlorobenzophenone, Examples thereof include polyhaloaromatic compounds having 3 or more halogen substitutions, such as 2,4,2'-trichlorobenzophenone. The halogen atom refers to each atom of fluorine, chlorine, bromine, and iodine, and two or more halogen atoms in the polyhaloaromatic compound may be the same or different. Among them, p-dichlorobenzene, m-dihalobenzene, and a mixture thereof are preferable, p-dichlorobenzene is more preferable, and p-dichlorobenzene (hereinafter, also referred to as "pDCB") is preferable in terms of availability, reactivity, and the like. Especially preferable.

ポリハロ芳香族化合物の使用量は、硫黄源の仕込み量1モルに対し、好ましくは0.90〜1.50モルであり、より好ましくは0.92〜1.10モルであり、更により好ましくは0.95〜1.05モルである。上記使用量が上記範囲内であると、分解反応が生じにくく、安定的な重合反応の実施が容易であり、高分子量ポリマーを生成させやすい。 The amount of the polyhalo aromatic compound used is preferably 0.99 to 1.50 mol, more preferably 0.92 to 1.10 mol, and even more preferably to 1 mol of the sulfur source charge. It is 0.95 to 1.05 mol. When the amount used is within the above range, a decomposition reaction is unlikely to occur, a stable polymerization reaction can be easily carried out, and a high molecular weight polymer can be easily produced.

(脱水工程)
脱水工程は、仕込み工程の前に、上記式(1)で表されるピロリドン化合物を含む有機極性溶媒、硫黄源、及び必要に応じてアルカリ金属水酸化物を含有する混合物を含む系内から、水を含む留出物の少なくとも一部を系外に排出する工程である。硫黄源とポリハロ芳香族化合物との重合反応は、重合反応系に存在する水分量によって促進又は阻害される等の影響を受ける。したがって、上記水分量が重合反応を阻害しないように、重合の前に脱水処理を行うことにより、重合反応系内の水分量を減らすことが好ましい。
(Dehydration process)
Prior to the charging step, the dehydration step is carried out from within the system containing an organic polar solvent containing the pyrrolidone compound represented by the above formula (1), a sulfur source, and optionally a mixture containing an alkali metal hydroxide. This is a step of discharging at least a part of the distillate containing water to the outside of the system. The polymerization reaction between the sulfur source and the polyhalo aromatic compound is affected by the amount of water present in the polymerization reaction system, such as being promoted or inhibited. Therefore, it is preferable to reduce the amount of water in the polymerization reaction system by performing a dehydration treatment before the polymerization so that the amount of water does not inhibit the polymerization reaction.

脱水工程では、不活性ガス雰囲気下での加熱により脱水を行うことが好ましい。脱水工程で脱水されるべき水分とは、脱水工程で仕込んだ各原料が含有する水、水性混合物の水媒体、各原料間の反応により副生する水等である。 In the dehydration step, it is preferable to perform dehydration by heating in an atmosphere of an inert gas. The water to be dehydrated in the dehydration step is water contained in each raw material prepared in the dehydration step, an aqueous medium of an aqueous mixture, water produced as a by-product by the reaction between each raw material, and the like.

脱水工程における加熱温度は、300℃以下であれば特に限定されず、好ましくは100〜250℃である。加熱時間は、15分〜24時間であることが好ましく、30分〜10時間であることがより好ましい。 The heating temperature in the dehydration step is not particularly limited as long as it is 300 ° C. or lower, and is preferably 100 to 250 ° C. The heating time is preferably 15 minutes to 24 hours, more preferably 30 minutes to 10 hours.

脱水工程では、水分量が所定の範囲内になるまで脱水する。即ち、脱水工程では、仕込み混合物(後述)における硫黄源(以下、「仕込み硫黄源」又は「有効硫黄源」とも称する)1.0モルに対して、好ましくは0.5〜2.4モルになるまで脱水することが望ましい。脱水工程で水分量が少なくなり過ぎた場合は、重合工程に先立つ仕込み工程において水を添加して所望の水分量に調節すればよい。 In the dehydration step, dehydration is performed until the water content is within a predetermined range. That is, in the dehydration step, the amount is preferably 0.5 to 2.4 mol with respect to 1.0 mol of the sulfur source (hereinafter, also referred to as "charged sulfur source" or "effective sulfur source") in the charged mixture (described later). It is desirable to dehydrate until it becomes. When the water content becomes too small in the dehydration step, water may be added in the preparation step prior to the polymerization step to adjust the water content to a desired level.

(仕込み工程)
仕込み工程は、式(1)で表されるピロリドン化合物を含む有機極性溶媒、硫黄源、水、及びポリハロ芳香族化合物を含有する混合物を調製する工程である。仕込み工程において仕込まれる混合物を、「仕込み混合物」とも称する。
(Preparation process)
The charging step is a step of preparing a mixture containing an organic polar solvent containing a pyrrolidone compound represented by the formula (1), a sulfur source, water, and a polyhaloaromatic compound. The mixture charged in the charging process is also referred to as "prepared mixture".

脱水工程を行う場合、仕込み混合物における硫黄源の量(以下、「仕込み硫黄源の量」又は「有効硫黄源の量」とも称する。)は、原料として投入した硫黄源のモル量から、脱水工程で揮散した硫化水素のモル量を引くことによって、算出することができる。 When the dehydration step is performed, the amount of sulfur source in the charged mixture (hereinafter, also referred to as "the amount of charged sulfur source" or "the amount of effective sulfur source") is determined from the molar amount of the sulfur source input as a raw material. It can be calculated by subtracting the molar amount of hydrogen sulfide volatilized in.

脱水工程を行う場合、仕込み工程では脱水工程後に系内に残存する混合物に、必要に応じてアルカリ金属水酸化物及び水を添加することが出来る。特に、脱水時に生成した硫化水素の量と脱水時に生成したアルカリ金属水酸化物の量とを考慮したうえで、アルカリ金属水酸化物を添加することが出来る。アルカリ金属水酸化物としては、PASの製造において通常用いられるものを用いることができる。アルカリ金属水酸化物は、単独で用いてもよいし、PASの製造が可能である組み合わせであれば、2種類以上を混合して用いてもよい。アルカリ金属水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウムが挙げられる。なお、アルカリ金属水酸化物のモル数は、仕込み工程で必要に応じて添加するアルカリ金属水酸化物のモル数、並びに、脱水工程を行う場合には、脱水工程において必要に応じて添加したアルカリ金属水酸化物のモル数、及び、脱水工程において硫化水素の生成に伴い生成するアルカリ金属水酸化物のモル数に基づいて算出される。硫黄源がアルカリ金属硫化物を含む場合には、硫黄源(仕込み硫黄源)1モル当たりのアルカリ金属水酸化物のモル数は、アルカリ金属硫化物のモル数を含めて算出するものとする。硫黄源に硫化水素を使用する場合には、生成するアルカリ金属硫化物のモル数を含めて、硫黄源(仕込み硫黄源)1モル当たりのアルカリ金属水酸化物のモル数を算出するものとする。ただし、他の目的で添加されるアルカリ金属水酸化物のモル数、例えば、重合助剤及び/又は相分離剤として有機カルボン酸金属塩を有機カルボン酸とアルカリ金属水酸化物との組み合わせの態様で使用する場合には、中和等の反応で消費したアルカリ金属水酸化物のモル数は、硫黄源(仕込み硫黄源)1モル当たりのアルカリ金属水酸化物のモル数に含めないものとする。更に、何らかの理由で、無機酸及び有機酸からなる群より選択される少なくとも1種の酸が使用される場合等は、上記少なくとも1種の酸を中和するに必要なアルカリ金属水酸化物のモル数は、硫黄源(仕込み硫黄源)1モル当たりのアルカリ金属水酸化物のモル数に含めないものとする。 When the dehydration step is performed, in the preparation step, an alkali metal hydroxide and water can be added to the mixture remaining in the system after the dehydration step, if necessary. In particular, the alkali metal hydroxide can be added in consideration of the amount of hydrogen sulfide produced during dehydration and the amount of alkali metal hydroxide generated during dehydration. As the alkali metal hydroxide, those usually used in the production of PAS can be used. The alkali metal hydroxide may be used alone, or may be used in combination of two or more as long as it is a combination capable of producing PAS. Examples of the alkali metal hydroxide include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, and cesium hydroxide. The number of moles of the alkali metal hydroxide is the number of moles of the alkali metal hydroxide added as needed in the preparation step, and the alkali added as needed in the dehydration step when the dehydration step is performed. It is calculated based on the number of moles of the metal hydroxide and the number of moles of the alkali metal hydroxide generated with the production of hydrogen sulfide in the dehydration step. When the sulfur source contains alkali metal sulfide, the number of moles of alkali metal hydroxide per mol of sulfur source (charged sulfur source) shall be calculated including the number of moles of alkali metal sulfide. When hydrogen sulfide is used as the sulfur source, the number of moles of alkali metal hydroxide per mole of sulfur source (charged sulfur source) shall be calculated including the number of moles of alkali metal sulfide produced. .. However, the number of moles of alkali metal hydroxide added for other purposes, for example, an embodiment of a combination of an organic carboxylic acid metal salt as a polymerization aid and / or an alkali metal hydroxide with an organic carboxylic acid and an alkali metal hydroxide. When used in, the number of moles of alkali metal hydroxide consumed in reactions such as neutralization shall not be included in the number of moles of alkali metal hydroxide per mole of sulfur source (prepared sulfur source). .. Furthermore, when at least one acid selected from the group consisting of inorganic acids and organic acids is used for some reason, the alkali metal hydroxide required to neutralize the at least one acid. The number of moles shall not be included in the number of moles of alkali metal hydroxide per mole of the sulfur source (charged sulfur source).

仕込み混合物において、有機極性溶媒及びポリハロ芳香族化合物の各々の使用量は、例えば、硫黄源の仕込み量1モルに対し、有機極性溶媒及びポリハロ芳香族化合物に関する上記説明中で示す範囲に設定される。 In the charged mixture, the amounts of each of the organic polar solvent and the polyhalo aromatic compound used are set, for example, in the range shown in the above description regarding the organic polar solvent and the polyhalo aromatic compound with respect to 1 mol of the charged amount of the sulfur source. ..

(重合工程)
重合工程は、仕込み混合物を重合反応に供する工程である。重合工程では、式(1)で表されるピロリドン化合物を含む有機極性溶媒中で硫黄源とポリハロ芳香族化合物とを重合させてPASを生成させる。有機極性溶媒が式(1)で表されるピロリドン化合物を含むことにより、有機極性溶媒由来の副生成物が生じにくく、当該副生成物がポリマー末端と反応して高分子量PASの生成が阻害されることが起きにくくなることから、高分子量PASを得ることが容易である。
(Polymerization process)
The polymerization step is a step of subjecting the charged mixture to a polymerization reaction. In the polymerization step, the sulfur source and the polyhaloaromatic compound are polymerized in an organic polar solvent containing the pyrrolidone compound represented by the formula (1) to generate PAS. When the organic polar solvent contains the pyrrolidone compound represented by the formula (1), a by-product derived from the organic polar solvent is unlikely to be produced, and the by-product reacts with the polymer terminal to inhibit the production of high molecular weight PAS. It is easy to obtain a high-molecular-weight PAS because it is less likely to occur.

高分子量PASを得るために、重合反応は2段階以上に分けて行われる。即ち、前記重合工程は、前記混合物を加熱して重合反応を開始させ、ポリハロ芳香族化合物の転化率が50モル%以上のプレポリマーを生成させる第1重合工程と、前記第1重合工程後に、無極性溶媒を添加し、重合反応を継続する第2重合工程と、を含む。 In order to obtain high molecular weight PAS, the polymerization reaction is carried out in two or more steps. That is, in the polymerization step, after the first polymerization step of heating the mixture to start the polymerization reaction and producing a prepolymer having a conversion rate of the polyhalo aromatic compound of 50 mol% or more, and after the first polymerization step, A second polymerization step of adding a non-polar solvent and continuing the polymerization reaction is included.

第1重合工程において、ポリハロ芳香族化合物の転化率は、好ましくは50〜98モル%、より好ましくは60〜97モル%、更に好ましくは65〜96モル%、特に好ましくは70〜95モル%である。ポリハロ芳香族化合物の転化率は、反応混合物中に残存するポリハロ芳香族化合物の量をガスクロマトグラフィにより求め、その残存量とポリハロ芳香族化合物の仕込み量と硫黄源の仕込み量に基づいて算出することができる。 In the first polymerization step, the conversion of the polyhalo aromatic compound is preferably 50 to 98 mol%, more preferably 60 to 97 mol%, still more preferably 65 to 96 mol%, and particularly preferably 70 to 95 mol%. is there. The conversion rate of the polyhalo aromatic compound is calculated based on the amount of the polyhalo aromatic compound remaining in the reaction mixture determined by gas chromatography, the residual amount, the amount of the polyhalo aromatic compound charged, and the amount of the sulfur source charged. Can be done.

第1重合工程に続く第2重合工程においては、前記プレポリマーの重合度が上昇する。第2重合工程では、第1重合工程後に、無極性溶媒を添加し、重合反応を継続する。無極性溶媒は、相分離剤として添加される。第2重合工程を経ることにより、高分子量PASを得ることができる。式(1)で表されるピリロリドン化合物中のRの炭素数が増加すると、水との相溶性が低下する。そのため、式(1)で表されるピロリドン化合物と相溶する無極性溶媒が、相分離剤として選択される。相分離剤を添加することで、プレポリマー同士の反応が増加し、重合度が上昇する。 In the second polymerization step following the first polymerization step, the degree of polymerization of the prepolymer increases. In the second polymerization step, after the first polymerization step, a non-polar solvent is added to continue the polymerization reaction. The non-polar solvent is added as a phase separation agent. A high molecular weight PAS can be obtained by going through the second polymerization step. When the carbon number of R in the pyrylolidone compound represented by the formula (1) increases, the compatibility with water decreases. Therefore, a non-polar solvent compatible with the pyrrolidone compound represented by the formula (1) is selected as the phase separation agent. By adding the phase separation agent, the reaction between the prepolymers increases and the degree of polymerization increases.

無極性溶媒としては、例えば、炭化水素が挙げられ、プレポリマー同士の反応を促すために、無極性溶媒はプレポリマーを溶解しない方がより高分子量のPASを得やすいことから、脂肪族炭化水素が好ましく、アルカン(パラフィン系炭化水素類)がより好ましく、直鎖状アルカンが更により好ましい。炭化水素、脂肪族炭化水素、アルカン、及び直鎖状アルカンの炭素数としては、第2重合工程において炭化水素、脂肪族炭化水素、アルカン、及び直鎖状アルカンを溶媒として使用できる限り、特に限定されず、例えば、6〜24が挙げられ、取り扱い性等の観点から、7〜20が好ましく、8〜18がより好ましく、9〜16が更により好ましく、10〜14が特に好ましい。無極性溶媒の具体例としては、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、イソオクタン、n−ノナン、n−デカン、n−ドデカン、n−テトラデカン、n−ヘキサデカン、n−オクタデカン、n−エイコサン、n−テトラコサン等が挙げられ、より高分子量のPASを得やすく、取り扱い性、入手性等に優れることから、イソオクタン、n−デカン、及びn−テトラデカンが好ましく、n−デカン及びn−テトラデカンがより好ましい。 Examples of the non-polar solvent include hydrocarbons, and in order to promote the reaction between prepolymers, it is easier to obtain a high-molecular-weight PAS when the non-polar solvent does not dissolve the prepolymer. Therefore, an aliphatic hydrocarbon Is preferable, alkanes (paraffinic hydrocarbons) are more preferable, and linear alkanes are even more preferable. The number of carbon atoms of hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons, alkanes, and linear alkanes is particularly limited as long as hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons, alkanes, and linear alkanes can be used as solvents in the second polymerization step. However, for example, 6 to 24 are mentioned, and from the viewpoint of handleability and the like, 7 to 20 is preferable, 8 to 18 is more preferable, 9 to 16 is even more preferable, and 10 to 14 is particularly preferable. Specific examples of the non-polar solvent include n-hexane, n-heptane, n-octane, isooctane, n-nonane, n-decane, n-dodecane, n-tetradecane, n-hexadecane, n-octadecan, and n-icosane. , N-Tetracosane and the like, and since it is easy to obtain a higher molecular weight PAS and is excellent in handleability, availability, etc., isooctane, n-decane, and n-tetradecane are preferable, and n-decane and n-tetradecane are preferable. More preferred.

無極性溶媒の使用量は、硫黄源1モルに対し、0.5モル超1.5モル以下が好ましく、0.7〜1.4モルがより好ましく、0.9〜1.3モルが更により好ましく、1.0〜1.2モルが特に好ましい。無極性溶媒の使用量が0.5モル超であると、得られるPASの分子量が上昇しやすく、高分子量PASを得やすい。無極性溶媒の使用量が1.5モル以下であると、高分子量PASの収量が向上しやすい。 The amount of the non-polar solvent used is preferably more than 0.5 mol and 1.5 mol or less, more preferably 0.7 to 1.4 mol, and further preferably 0.9 to 1.3 mol with respect to 1 mol of the sulfur source. More preferably, 1.0 to 1.2 mol is particularly preferable. When the amount of the non-polar solvent used exceeds 0.5 mol, the molecular weight of the obtained PAS tends to increase, and the high molecular weight PAS tends to be obtained. When the amount of the non-polar solvent used is 1.5 mol or less, the yield of high molecular weight PAS tends to be improved.

第2重合工程では、無極性溶媒に加え、無極性溶媒以外の相分離剤を添加してもよいが、高分子量PASを得やすいことから、無極性溶媒以外の相分離剤を添加しないことが好ましい。無極性溶媒以外の相分離剤としては、特に限定されず、例えば、水、有機カルボン酸金属塩、有機スルホン酸金属塩、アルカリ金属ハライド、アルカリ土類金属ハライド、芳香族カルボン酸のアルカリ土類金属塩、リン酸アルカリ金属塩、及びアルコール類からなる群より選ばれる少なくとも1種が挙げられる。中でも、コストが安価で、後処理が容易な水が好ましい。なお、上記の塩類は、対応する酸と塩基を別々に添加する態様であっても差しつかえない。無極性溶媒以外の相分離剤の使用量は、用いる化合物の種類によって異なるが、有機極性溶媒1kgに対し、0.01〜20モルの範囲内でよい。特に、相分離剤として水を添加する場合、反応系内の水分量は、有機極性溶媒1kg当たり、4モル超過20モル以下でよく、4.1〜14モルでもよく、4.2〜10モルでもよい。 In the second polymerization step, a phase separation agent other than the non-polar solvent may be added in addition to the non-polar solvent, but since it is easy to obtain a high molecular weight PAS, it is necessary not to add a phase separation agent other than the non-polar solvent. preferable. The phase separating agent other than the non-polar solvent is not particularly limited, and for example, water, an organic carboxylic acid metal salt, an organic sulfonic acid metal salt, an alkali metal halide, an alkaline earth metal halide, and an alkaline earth of an aromatic carboxylic acid. At least one selected from the group consisting of metal salts, alkali metal phosphates, and alcohols can be mentioned. Of these, water is preferable because it is inexpensive and easy to post-treat. In addition, the above-mentioned salts may have a mode in which the corresponding acid and base are added separately. The amount of the phase separation agent other than the non-polar solvent used varies depending on the type of the compound used, but may be in the range of 0.01 to 20 mol with respect to 1 kg of the organic polar solvent. In particular, when water is added as a phase separation agent, the amount of water in the reaction system may be more than 4 mol and 20 mol or less per 1 kg of the organic polar solvent, and may be 4.1 to 14 mol, or 4.2 to 10 mol. It may be.

第2重合工程において、アルカリ金属水酸化物の量は、硫黄源1モルに対し、好ましくは1.00〜1.10モル、より好ましくは1.01〜1.08モル、更により好ましくは1.02〜1.07モルである。アルカリ金属水酸化物の量が上記範囲内であると、得られるPASの分子量がより上昇しやすく、高分子量PASをより得やすい。第2重合工程では、第1重合工程後の反応混合物中に存在するアルカリ金属水酸化物の量に基づき、最終的なアルカリ金属水酸化物の量が上記範囲内となるように、該反応混合物にアルカリ金属水酸化物が添加される。 In the second polymerization step, the amount of alkali metal hydroxide is preferably 1.00 to 1.10 mol, more preferably 1.01 to 1.08 mol, and even more preferably 1 with respect to 1 mol of the sulfur source. It is 0.02 to 1.07 mol. When the amount of the alkali metal hydroxide is within the above range, the molecular weight of the obtained PAS is likely to increase, and the high molecular weight PAS is more likely to be obtained. In the second polymerization step, the reaction mixture is adjusted so that the final amount of the alkali metal hydroxide is within the above range based on the amount of the alkali metal hydroxide present in the reaction mixture after the first polymerization step. Alkali metal hydroxide is added to the water.

前記重合工程では、重合反応の効率等の観点から、温度170〜300℃の加熱下で重合反応を行うことが好ましい。前記重合工程における重合温度は、180〜280℃の範囲であることが、副反応及び分解反応を抑制する上でより好ましい。特に、第1重合工程では、重合反応の効率等の観点から、温度170〜270℃の加熱下で重合反応を開始させ、ポリハロ芳香族化合物の転化率が50モル%以上のプレポリマーを生成させることが好ましい。第1重合工程における重合温度は、180〜265℃の範囲から選択することが、副反応及び分解反応を抑制する上で好ましい。 In the polymerization step, it is preferable to carry out the polymerization reaction under heating at a temperature of 170 to 300 ° C. from the viewpoint of the efficiency of the polymerization reaction and the like. The polymerization temperature in the polymerization step is more preferably in the range of 180 to 280 ° C. in order to suppress side reactions and decomposition reactions. In particular, in the first polymerization step, from the viewpoint of the efficiency of the polymerization reaction, the polymerization reaction is started under heating at a temperature of 170 to 270 ° C. to produce a prepolymer having a conversion rate of a polyhaloaromatic compound of 50 mol% or more. Is preferable. The polymerization temperature in the first polymerization step is preferably selected from the range of 180 to 265 ° C. in order to suppress side reactions and decomposition reactions.

本重合工程における重合反応は、バッチ式で行ってもよいし、連続的に行ってもよい。例えば、少なくとも、有機極性溶媒、硫黄源、及びポリハロ芳香族化合物の供給と、有機極性溶媒中での硫黄源とポリハロ芳香族化合物との重合によるPASの生成と、PASを含む反応混合物の回収と、を同時並行で行うことにより、重合反応を連続的に行うことができる。 The polymerization reaction in this polymerization step may be carried out in a batch manner or continuously. For example, at least the supply of an organic polar solvent, a sulfur source, and a polyhalo aromatic compound, the formation of PAS by polymerization of the sulfur source and the polyhalo aromatic compound in the organic polar solvent, and the recovery of the reaction mixture containing PAS. , Can be carried out in parallel to carry out the polymerization reaction continuously.

(冷却工程)
冷却工程は、重合工程後に、前記反応混合物を冷却する工程である。冷却工程における具体的な操作は、例えば、特許第6062924号公報に記載の通りである。
(Cooling process)
The cooling step is a step of cooling the reaction mixture after the polymerization step. The specific operation in the cooling step is as described in, for example, Japanese Patent No. 6062924.

(後処理工程(分離工程、洗浄工程、回収工程等))
本実施形態におけるPASの製造方法においては、重合反応後の後処理工程を、常法によって、例えば、特開2016−056232号公報に記載の方法によって、行うことができる。
(Post-treatment process (separation process, cleaning process, recovery process, etc.))
In the method for producing PAS in the present embodiment, the post-treatment step after the polymerization reaction can be carried out by a conventional method, for example, by the method described in JP-A-2016-0562332.

(得られるPAS)
本実施形態におけるPASの製造方法によって得られるPASは、重量平均分子量が35,000以上であることが好ましく、38,000以上であることがより好ましく、40,000以上であることが更により好ましく、41,000以上であることが一層更により好ましく、42,000以上であることが特に好ましい。上記重量平均分子量が35,000以上であると、PASの靭性が高くなりやすい。上記重量平均分子量の上限は、特に限定されず、60,000以下でよく、55,000以下でも、50,000以下でも、46,000以下でもよい。なお、本明細書において、重量平均分子量とは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィにより測定されたポリスチレン換算の重量平均分子量をいう。
(Obtained PAS)
The PAS obtained by the method for producing PAS in the present embodiment preferably has a weight average molecular weight of 35,000 or more, more preferably 38,000 or more, and even more preferably 40,000 or more. , 41,000 or more is even more preferable, and 42,000 or more is particularly preferable. When the weight average molecular weight is 35,000 or more, the toughness of PAS tends to be high. The upper limit of the weight average molecular weight is not particularly limited, and may be 60,000 or less, 55,000 or less, 50,000 or less, or 46,000 or less. In the present specification, the weight average molecular weight means a polystyrene-equivalent weight average molecular weight measured by gel permeation chromatography.

本実施形態におけるPASの製造方法により得られるPASは、そのまま、又は酸化架橋させた後、単独で、又は所望により各種無機充填剤、繊維状充填剤、各種合成樹脂を配合し、種々の射出成形品又はシート、フィルム、繊維、及びパイプ等の押出成形品に成形することができる。 The PAS obtained by the method for producing PAS in the present embodiment can be used as it is, or after being oxidatively crosslinked, it can be used alone or, if desired, by blending various inorganic fillers, fibrous fillers and various synthetic resins, and various injection moldings. It can be molded into products or extruded products such as sheets, films, fibers, and pipes.

本実施形態におけるPASの製造方法において、PASは、特に限定されず、PPSであることが好ましい。 In the method for producing PAS in the present embodiment, PAS is not particularly limited and is preferably PPS.

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された文献の全てが参考として援用される。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the embodiment obtained by appropriately combining the disclosed technical means is also the present invention. Included in the technical scope. In addition, all the documents described in the present specification are incorporated by reference.

以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明についてより具体的に説明する。なお、本発明は、実施例に限られるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. The present invention is not limited to the examples.

1.測定方法:窒素含有量(副生成物発生量の指標)
乾燥ポリマー約10mgについて、微量窒素硫黄分析計(アステック株式会社製、機種「ANTEK7000」)を用いて窒素の含有量を測定した。窒素含有量は、対試料(ポリマー)換算値(ppm、質量基準)として示した。
1. 1. Measurement method: Nitrogen content (index of by-product generation)
The nitrogen content of about 10 mg of the dried polymer was measured using a trace nitrogen-sulfur analyzer (manufactured by Astec Co., Ltd., model "ANTEK7000"). Nitrogen content is shown as a sample (polymer) conversion value (ppm, mass basis).

2.第1重合工程について
[参考例1]
(仕込み工程)
1Lオートクレーブに、無水硫化ナトリウム73.9g(純度98質量%、富士フィルム和光純薬製)(NaOH/有効S=1.00(モル/モル))、p−ジクロロベンゼン(以下、「pDCB」と略記)139.1g(pDCB/有効S=1.02(モル/モル))、N−シクロヘキシル−2−ピロリドン(以下、「NCP」と略記)347.8g(缶内のNCP/有効S=375(g/モル))、及び水25.1g(缶内の合計水量/有効S=1.50(モル/モル))を投入し、窒素置換した。
2. 2. About the first polymerization step [Reference Example 1]
(Preparation process)
In a 1 L autoclave, 73.9 g of anhydrous sodium sulfide (purity 98% by mass, manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (NaOH / effective S = 1.00 (mol / mol)), p-dichlorobenzene (hereinafter, "pDCB") Abbreviation) 139.1 g (pDCB / effective S = 1.02 (mol / mol)), N-cyclohexyl-2-pyrrolidone (hereinafter abbreviated as "NCP") 347.8 g (NCP / effective S = 375 in a can) (G / mol)) and 25.1 g of water (total amount of water in the can / effective S = 1.50 (mol / mol)) were added and replaced with nitrogen.

(第1重合工程)
撹拌しながら、240℃まで昇温し、そのまま7時間反応させた。pDCBの転化率は86.12モル%であった。得られたポリマーの一部を分取し、特性を測定した結果を表1に示す。
(First polymerization step)
The temperature was raised to 240 ° C. with stirring, and the reaction was carried out as it was for 7 hours. The conversion rate of pDCB was 86.12 mol%. Table 1 shows the results of measuring the characteristics of a part of the obtained polymer.

[参考例2]
NCPの代わりにNMPを使用し、240℃まで昇温した後の反応時間を7時間から1時間に変更した以外は、参考例1と同様に操作した。
[Reference example 2]
The operation was carried out in the same manner as in Reference Example 1 except that NMP was used instead of NCP and the reaction time after raising the temperature to 240 ° C. was changed from 7 hours to 1 hour.

3.第2重合工程について
[実施例1]
(第2重合工程)
参考例1に続いて、相分離剤としてテトラデカン(以下、「TD」ともいう。)208g(TD/有効S=1.13(モル/モル))、及び水酸化ナトリウム2.49g(NaOH/有効S=1.065(モル/モル))を投入し、260℃まで昇温し、そのまま3時間反応させた。
3. 3. About the second polymerization step [Example 1]
(Second polymerization step)
Following Reference Example 1, 208 g of tetradecane (hereinafter, also referred to as “TD”) (TD / effective S = 1.13 (mol / mol)) and 2.49 g of sodium hydroxide (NaOH / effective) as phase separation agents. S = 1.065 (mol / mol)) was added, the temperature was raised to 260 ° C., and the reaction was carried out as it was for 3 hours.

(後処理工程)
第2重合工程終了後の反応混合物を室温まで冷却した後、100メッシュ(目開き150μm)のスクリーンに通して、ポリマー(粒状ポリマー)を篩分した。分離したポリマーを、アセトンにより3回洗浄し、水洗を3回行った後、0.3質量%酢酸による洗浄を行い、更に水洗を4回行って洗浄ポリマーを得た。洗浄ポリマーは、温度120℃で4時間乾燥した。こうして得られた粒状ポリマーの特性を表1に示す。
(Post-treatment process)
After the reaction mixture after the completion of the second polymerization step was cooled to room temperature, the polymer (granular polymer) was sieved through a screen of 100 mesh (opening 150 μm). The separated polymer was washed with acetone three times, washed with water three times, washed with 0.3% by mass acetic acid, and further washed with water four times to obtain a washed polymer. The washed polymer was dried at a temperature of 120 ° C. for 4 hours. The properties of the granular polymer thus obtained are shown in Table 1.

[比較例1]
(第2重合工程)
参考例2に続いて、相分離剤として水18.9g(HO/有効S=2.63(モル/モル))、及び水酸化ナトリウム2.49g(NaOH/有効S=1.065(モル/モル))を投入し、260℃まで昇温し、そのまま3時間反応させた。
[Comparative Example 1]
(Second polymerization step)
Following Reference Example 2, 18.9 g of water (H 2 O / effective S = 2.63 (mol / mol)) and 2.49 g of sodium hydroxide (NaOH / effective S = 1.065 (NaOH / effective S = 1.065)) as a phase separation agent. Mol / mol)) was added, the temperature was raised to 260 ° C., and the reaction was carried out as it was for 3 hours.

(後処理工程)
実施例1と同様に操作した。
(Post-treatment process)
The operation was performed in the same manner as in Example 1.

[比較例2]
相分離剤として水18.9gの代わりにテトラデカン208g(TD/有効S=1.13モル/モル)を用いた以外は、比較例1と同様に操作した。
[Comparative Example 2]
The procedure was the same as in Comparative Example 1 except that 208 g of tetradecane (TD / effective S = 1.13 mol / mol) was used instead of 18.9 g of water as the phase separation agent.

[比較例3]
相分離剤としてテトラデカン208gの代わりに水18.9g(HO/有効S=2.63(モル/モル))を用いた以外は、実施例1と同様に操作した。得られたポリマーは微粉化していたため、相分離していなかったと推察される。
[Comparative Example 3]
The procedure was the same as in Example 1 except that 18.9 g of water (H 2 O / effective S = 2.63 (mol / mol)) was used instead of 208 g of tetradecane as the phase separation agent. Since the obtained polymer was pulverized, it is presumed that it was not phase-separated.

Figure 2021008542
Figure 2021008542

4.考察
実施例1では、有機極性溶媒としてNCPを用い、かつ、相分離剤としてテトラデカンを用いて重合工程を行うことにより、窒素含有量が少なく、かつ、重量平均分子量の大きいPPSを得ることができた。一方、有機極性溶媒としてNCPではなくNMPを用い、及び/又は、相分離剤として水を用いて重合工程を行った比較例1〜3において、得られたPPSは、窒素含有量が多いか、重量平均分子量が小さかった。このように、本発明では、式(1)で表されるピロリドン化合物を含む有機極性溶媒を用い、かつ、相分離剤として無極性溶媒を用いて重合工程を行うことにより、有機極性溶媒に起因する副反応を抑えつつ、高分子量PASを得ることができることが確認された。
4. Discussion In Example 1, by performing the polymerization step using NCP as the organic polar solvent and tetradecane as the phase separation agent, PPS having a low nitrogen content and a large weight average molecular weight can be obtained. It was. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3 in which the polymerization step was carried out using NMP instead of NCP as the organic polar solvent and / or water as the phase separation agent, the obtained PPS had a high nitrogen content. The weight average molecular weight was small. As described above, in the present invention, the organic polar solvent is caused by performing the polymerization step using an organic polar solvent containing the pyrrolidone compound represented by the formula (1) and using a non-polar solvent as a phase separation agent. It was confirmed that a high-molecular-weight PAS can be obtained while suppressing the side reaction.

Claims (6)

下記式(1)で表されるピロリドン化合物を含む有機極性溶媒、硫黄源、水、及びポリハロ芳香族化合物を含有する混合物を調製する仕込み工程と、
前記混合物を加熱して重合反応を開始させ、ポリハロ芳香族化合物の転化率が50モル%以上のプレポリマーを生成させる第1重合工程と、
前記第1重合工程後に、無極性溶媒を添加し、重合反応を継続する第2重合工程と、を含む、ポリアリーレンスルフィドの製造方法。
Figure 2021008542
(式中、Rは、炭素数2以上の炭化水素基である。)
A preparation step for preparing a mixture containing an organic polar solvent containing a pyrrolidone compound represented by the following formula (1), a sulfur source, water, and a polyhaloaromatic compound.
The first polymerization step of heating the mixture to initiate a polymerization reaction to produce a prepolymer having a conversion rate of a polyhalo aromatic compound of 50 mol% or more.
A method for producing polyarylene sulfide, which comprises a second polymerization step of adding a non-polar solvent after the first polymerization step and continuing the polymerization reaction.
Figure 2021008542
(In the formula, R is a hydrocarbon group having 2 or more carbon atoms.)
前記Rは、炭素数3以上の分岐状又は環状の飽和炭化水素基である請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein R is a branched or cyclic saturated hydrocarbon group having 3 or more carbon atoms. 前記有機極性溶媒は、N−メチル−2−ピロリドンを含まない請求項1又は2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the organic polar solvent does not contain N-methyl-2-pyrrolidone. 前記無極性溶媒は、炭化水素である請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the non-polar solvent is a hydrocarbon. 前記炭化水素は、脂肪族炭化水素である請求項4に記載の方法。 The method according to claim 4, wherein the hydrocarbon is an aliphatic hydrocarbon. 前記無極性溶媒の量は、硫黄源1モルに対し、0.5モル超1.5モル以下である請求項1から5のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the amount of the non-polar solvent is more than 0.5 mol and 1.5 mol or less with respect to 1 mol of the sulfur source.
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