JP2641474B2 - ポリ(p―フェニレンスルフィド)の製造方法 - Google Patents

ポリ(p―フェニレンスルフィド)の製造方法

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  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はポリ(p−フェニレンスルフィド)の製造法
に関するものであり、さらに詳しくは高分子量のポリ
(p−フェニレンスルフィド)の製造法に関するもので
ある。
ポリ(p−フェニレンスルフィド)は、その優れた耐
熱性,耐薬品性を生かして電気,電子機器部材,自動車
機器部材として注目を集めている。また、射出成形,押
出成形等により各種成型部品,フィルム,シート,繊維
等に成形可能であり、耐熱性,耐薬品性の要求される分
野に幅広く用いられている。
[従来の技術] ポリ(p−フェニレンスルフィド)の製造法として、
N−メチルピロリドン等の極性非プロトン溶媒中でジハ
ロ芳香族化合物と硫化ナトリウム等のアルカリ金属硫化
物とを反応させる方法が特公昭45−3368号に開示されて
いる。
しかし、この方法で得られたポリマーでは分子量が低
いため、そのまま射出成形等の用途には使用できず、こ
の低分子量ポリマーを空気中で加熱酸化架橋させること
により高分子量化し成形加工用途に供されてきたが、こ
の高分子量化ポリマーでも高度の架橋,分岐によるため
か押出加工性に劣り、フィルム,繊維への成形が困難で
あった。
そこで重合反応により高分子量ポリ(p−フェニレン
スルフィド)を得る方法が提案されている。代表的な例
としては、特公昭52−12240号に開示されているように
重合助剤としてR−COOM(Rはヒドロカルビル基,Mはア
ルカリ金属)を用い、その存在下で重合反応を行う方法
や、本発明者が先に出願した特開昭63−156829に示され
ているように重合助剤として (RはC1〜C20の炭素数を有する有機基,Mはアルカリ金
属,nは0〜4の整数)で示されるピリジンカルボン酸の
アルカリ金属塩を用い、その存在下で重合反応を行う方
法が挙げられる。このようにして得られた高分子量ポリ
マーは押出加工性に優れ、フィルム,繊維等への適用性
を有するものである。
しかしながら上記の方法では、高価なリチウム塩のみ
が高分子量化に顕著な効果を示すため、製造コストが大
となり工業的に不利である。一方、安価なナトリウム塩
では高分子量化が不十分なため、1分子当り3個以上の
ハロゲンを含有するポリハロ芳香族化合物等の架橋剤の
添加が必須となり、製造上の操作が煩雑になるばかりで
なく、得られたポリマーがゲル化しやすい等問題を有し
ている。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は芳香族カルボン酸のナトリウム塩の高分子量
化効果を著しく高め、リチウム塩と同等以上とすること
により上記の欠点を解決した、高分子量ポリ(p−フェ
ニレンスルフィド)の製造方法を提供するものである。
[課題を解決するための手段] 即ち本発明は一般式ArCOONa(Arは炭素数6〜20を有
する芳香族炭化水素基)で示される芳香族カルボン酸の
ナトリウム塩の存在下、極性非プロトン溶媒中でアルカ
リ金属硫化物を加熱,脱水する際に、水をアルカリ金属
硫化物1モル当り5〜50モル添加した後脱水することに
より脱水組成物を形成し、ひき続いて上記脱水組成物と
p−ジハロベンゼンとを反応させることを特徴とするポ
リ(p−フェニレンスルフィド)の製造方法に関するも
のである。以下にその詳細について説明する。
本発明において使用される重合助剤は一般式ArCOONa
(Arは炭素数6〜20を有する芳香族炭化水素基)で示さ
れる芳香族カルボン酸のナトリウム塩である。これら芳
香族カルボン酸ナトリウムの若干の例とししては安息香
酸ナトリウム,o−トルイル酸ナトリウム,m−トルイル酸
ナトリウム,p−トルイル酸ナトリウム,o−エチル安息香
酸ナトリウム,クミン酸ナトリウム,4−n−プロピル安
息香酸ナトリウム,2,3,4−トリメチル安息香酸ナトリウ
ム,2,3,4,5−テトラメチル安息香酸ナトリウム,ペンタ
メチル安息香酸ナトリウム,1−ナフトエ酸ナトリウム,2
−ナフトエ酸ナトリウム,アントラセン−1−カルボン
酸ナトリウム,アントラセン−2−カルボン酸ナトリウ
ム,アントラセン−9−カルボン酸ナトリウム,4−フェ
ニルアントラセン−1−カルボン酸ナトリウム,フェナ
ントレン−1−カルボン酸ナトリウム,フェナントレン
−2−カルボン酸ナトリウム,フェナントレン−9−カ
ルボン酸ナトリウムおよびそれらの混合物が挙げられ
る。またこれらの塩は無水塩,含水塩いずれであっても
使用可能である。またこれら芳香族カルボン酸ナトリウ
ムの添加量はp−ジハロベンゼン1モル当り0.05〜4モ
ル、好ましくは0.1〜2モルが適当である。添加量が少
なすぎると高分子量化の効果が十分でなく、一方多すぎ
ると反応缶の攪拌が困難になる等不都合が生じ好ましく
ない。また、上記芳香族カルボン酸ナトリウムの添加時
期としては、アルカリ金属硫化物の脱水に先立って系内
に添加する必要がある。
本発明において、アルカリ金属硫化物を脱水する際に
系内に添加する水とは、アルカリ金属硫化物や芳香族カ
ルボン酸塩等の結晶水とは異なる自由な水を指すもので
あり、上記結晶水等は含まれていない。このような自由
な水が脱水前の系内にアルカリ金属硫化物1モル当り5
〜50モル添加されることが本発明の効果を発揮する上で
重要である。この添加水の量が5モルより少ないと芳香
族カルボン酸ナトリウムの高分子量効果を高めるのに十
分でなく、一方50モルより多いと脱水時のエネルギー使
用量が多くなるため経済的に不利である。
また芳香族カルボン酸ナトリウムの高分子量化効果を
高めるためには、アルカリ金属硫化物の脱水前の系内の
アルカリ金属硫化物,極性非プロトン溶媒,芳香族カル
ボン酸ナトリウム、および上記特定量の水を同時に存在
させることが重要であり、上記4成分を共存させた後脱
水することにより本発明の目的が達せられる。
本発明で使用する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,硫化ビジウ
ム,硫化セシウムおよびそれらの混合物が挙げられ、こ
れらは水和物の形で使用されてもさしつかえない。これ
らアルカリ金属硫化物は、水硫化アルカリ金属とアルカ
リ金属塩基,硫化水素とアルカリ金属塩基とを反応させ
ることによって得られるが、p−ジハロベンゼンの重合
系内への添加に先立ってその場で調製されても、また系
外で調製されたものを用いてもさしつかえない。上記ア
ルカリ金属硫化物中で発明に使用するのに好ましいもの
は硫化ナトリウムである。
p−ジハロベンゼンを添加して重合を行う前には系内
の水を蒸留等によって除去し、アルカリ金属硫化物1モ
ル当り約4モル以下にしておくことが好ましく、また重
合途中で系内の水の量を変化させることも可能である。
本発明で使用するp−ジハロベンゼンとしては、p−
ジクロルベンゼン,p−ジブロモベンゼン,p−ジヨードベ
ンゼンおよびそれらの混合物が挙げられるがp−ジクロ
ルベンゼンが好適である。またp−ジハロベンゼンに対
して30モル%未満であればm−ジクロルベンゼン等のm
−ジハロベンゼンやo−ジクロルベンゼンなどのo−ジ
ハロベンゼンおよびジクロルナフタレン,ジブロモナフ
タレン,ジクロルジフェニルスルホン,ジクロルベンゾ
フェノン,ジクロルジフェニルエーテル,ジクロルジフ
ェニルスルフィド,ジクロルジフェニル,ジブロモジフ
ェニル,ジクロルジフェニルスルホキシド等のジハロ芳
香族化合物を共重合してもさしつかえない。さらにポリ
マーの線状性を侵さない範囲において若干量の1分子当
り3個以上のハロゲンを含有するポリハロ芳香族化合
物、例えばトリクロルベンゼン,トリブロモベンゼン,
トリヨードベンゼン,テトラクロルベンゼン,トリクロ
ルナフタレン,テトラクロルナフタレン等を組み合わせ
て使用することもできる。
本発明で使用する重合溶媒としては極性溶媒が好まし
く、特に非プロトン性で高温でアルカリに対して安定な
溶媒が好ましい。例えばN,N−ジメチルアセトアミド,N,
N−ジメチルホルムアミド,ヘキサメチルホスホルアミ
ド,N−メチル−ε−カプロラクタム,N−エチル−2−ピ
ロリドン,N−メチル−2−ピロリドン,1,3−ジメチルイ
ミダゾリジノン,ジメチルスルホキシド,スルホラン,
テトラメチル尿素等およびその混合物が挙げられる。
重合は200〜300℃、好ましくは220〜280℃にて0.5〜3
0時間好ましくは1〜15時間撹拌下に行われる。また本
発明において使用されるアルカリ金属硫化物とp−ジハ
ロベンゼンの使用量はモル比で(アルカリ金属硫化
物):(p−ジハロベンゼン)=1.00:0.90〜1.10の範
囲が好ましく、使用される極性非プロトン溶媒の量は重
合によって生成するポリマーが3〜60重量%、好ましく
は7〜40重量%となる範囲で使用することができる。
このようにして得られた反応混合物からのポリ(p−
フェニレンスルフィド)の回収は従来の通常の技術を使
用すればよく、例えば溶媒を蒸留,フラッシング等によ
り回収した後、ポリマーを水洗し回収する方法や、反応
混合物を過し溶媒を回収した後、ポリマーを水洗し回
収する方法等が挙げられる。ただし、ポリマーの着色や
ゲルの生成等を防止するため、ポリマーにできるだけ熱
履歴を与えない方法、即ち反応混合物を過し、溶媒を
回収した後、ポリマーを水洗し回収する方法が好まし
い。
本発明のポリ(p−フェニレンスルフィド)はその構
成単位として を70モル%以上含有している必要がある。構成単位の30
モル%未満であれば、m−フェニレンスルフィド単位 o−フェニレンスルフィド単位 フェニレンスルフィドスルホン単位 フェニレンスルフィドケトン単位 フェニレンスルフィドエーテル単位 ジフェニレンスルフィド単位 等の共重合単位を含有していてもさしつかえない。
以上のようにして得られたポリ(p−フェニレンスル
フィド)は、直鎖状に高分子量化されているので射出成
形のみならず、繊維,フィルム,パイプ等の押出成形品
として用いるのに好適である。また必要に応じてガラス
繊維,炭素繊維,アルミナ繊維等のセラミック繊維,ア
ラミド繊維,全芳香族ポリエステル繊維,金属繊維,チ
タン酸カリウムウィスカー等の補強用充てん剤や炭酸カ
ルシウム,マイカ,タルク,シリカ,硫酸バリウム,硫
酸カルシウム,カオリン,クレー,パイロフェライト,
ペントナイト,セリサイト,ゼオライト,ネフェリンシ
ナイト,アタパルジャイト,ウォラストナイト,PMF,フ
ェライト,ケイ酸カルシウム,炭酸マグネシウム,ドロ
マイト,三酸化アンチモン,酸化亜鉛,酸化チタン,酸
化マグネシウム,酸化鉄,二硫化モリブテン,黒鉛,石
こう,ガラスビーズ,ガラスパウダー,ガラスバルー
ン,石英,石英ガラス等の無機充てん剤や有機,無機顔
料を配合することもできる。
また、芳香族ヒドロキシ誘導体などの可塑剤や離型
剤,シラン系,チタネート系のカップリング剤,滑剤,
耐熱安定剤,耐候性安定剤,結晶核剤,発泡剤,防錆
剤,イオントラップ剤,難燃剤,難燃助剤等を必要に応
じて添加してもよい。
さらに必要に応じて、ポリエチレン,ポリブタジエ
ン,ポリイソプレン,ポリクロロプレン,ポリスチレ
ン,ポリブテン,ポリα−メチルスチレン,ポリ酢酸ビ
ニル,ポリ塩化ビニル,ポリアクリル酸エステル,ポリ
メタクリル酸エステル,ポリアクリロニトリル,ナイロ
ン6,ナイロン66,ナイロン610,ナイロン12,ナイロン11,
ナイロン46等のポリアミド,ポリエチレンテレフタレー
ト,ポリブチレンテレフタレート,ポリアリレート等の
ポリエステル,ポリウレタン,ポリアセタール,ポリカ
ーボネート,ポリフェニレンオキシド,ポリスルホン,
ポリエーテルスルホン,ポリアリルスルホン,ポリエー
テルケトン,ポリエーテルエーテルケトン,ポリイミ
ド,ポリアミドイミド,シリコーン樹脂,フェノキシ樹
脂,フッ素樹脂などの単独重合体、ランダムまたはブロ
ック、グラフト共重合体の一種以上を混合して使用する
こともできる。
[実施例] 以下本発明を実施例によって具体的に使用するが、本
発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
なお、以下の実施例および比較例中で製造したポリ
(p−フェニレンスルフィド)の溶融粘度の測定は、高
化式フローテスター(ダイス;φ=0.5mm,L=2mm)によ
り、300℃,10kg荷重で測定した。
実施例1 500ml容量のオートクレーブに硫化ナトリウムNa2S・
2.9H2O 0.5モル,N−メチル−2−ピロリドン(以下NMP
と略す)125ml,安息香酸ナトリウム0.15モルおよび蒸留
水12.85モルを入れ窒素気流下撹拌して200℃まで昇温
し、247.0gの水,15.8gのNMPを留去した。系を170℃まで
冷却した後、p−ジクロルベンゼン(以下p−DCBと略
す)0.5モルをNMP42mlとともに添加し、窒素気流下に系
を封入,昇温して245℃で10時間重合を行った。重合終
了後系を冷却し、内容物を水中にあけ、約5の温水で
洗浄,過をくり返した後、メタノールで1回洗浄し一
晩加熱真空乾燥を行って白色,小顆粒状のポリ(p−フ
ェニレンスルフィド)を得た。ポリマー収率は93%,溶
融粘度は190Pa.sであった。(表1参照) 実施例2〜9 実施例1と同様の操作で仕込モノマー比(Na2S/p−DC
Bモル比),添加水量(添加水/Na2Sモル比),芳香族カ
ルボン酸ナトリウムの種類および添加量(ArCOONa/Na2S
モル比),重合温度,重合時間を変えて重合を行った。
結果を表1に示す。
比較例1 添加水を加えなかったことおよび仕込モノマー比(Na
2S/p−DCBモル比)を0.98としたことを除いて実施例1
と同様の操作で重合を行った。得られたポリマーは小顆
粒状で収率94%,溶融粘度73Pa.sであり、添加水を加え
ない安息香酸ナトリウム単独系では高分子量化効果に乏
しいことを示している。(表1参照) 比較例2 添加水を硫化ナトリウムに対し3倍モル添加したこと
を除いて実施例1と同様の操作で重合を行った。得られ
たポリマーは小顆粒状で収率93%,溶融粘度90Pa.sであ
り、添加水量が少ないと高分子量化効果が十分高められ
ていないことを示している。(表1参照) 比較例3 硫化ナトリウムとして9水塩を用いたことおよび添加
水を加えなかったことを除いて実施例1と同様の操作で
重合を行った。得られたポリマーは小顆粒状で収率92
%,溶融粘度100Pa.sであり、重合系中に存在する水が
結晶水の形で存在した場合には、高分子量化効果への寄
与に乏しいことを示している。(表1参照) 比較例4 硫化ナトリウム非存在下、安息香酸ナトリウム,添加
水,NMPを加熱し、200℃まで脱水した後、硫化ナトリウ
ムを添加し再度200℃まで加熱,脱水したことを除いて
実施例1と同様の操作で重合を行った。得られたポリマ
ーは小顆粒状で収率92%,溶融粘度114Pa.sであり、実
施例に比べ低い溶融粘度であった。(表1参照) 比較例5 安息香酸ナトリウムを脱水終了後、p−DCB,NMPとと
もに添加したことを除いて実施例1と同様の操作で重合
を行った。得られたポリマーは小顆粒状で収率95%,溶
融粘度79Pa.sで、実施例に比べ低い溶融粘度であった。
(表1参照) これらの例(比較例1〜5)からわかるように、脱水
時にNMP,硫化ナトリウム,芳香族カルボン酸ナトリウ
ム,特定量の添加水が共存しない場合には高分子量化効
果に乏しく、上記4成分の共存系を脱水することによ
り、初めて本発明の効果が発揮されることを示してい
る。
[発明の効果] 以上の説明から明らかなように本発明によれば、重合
助剤として芳香族カルボン酸のナトリウム塩を用いても
高分子量のポリ(p−フェニレンスルフィド)が得ら
れ、このようにして得られたポリアリーレンスルフィド
は射出成形用途のみならず、フィルム,繊維等の押出成
形用途にも好適である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式ArCOONa(Arは炭素数6〜20を有す
    る芳香族炭化水素基)で示される芳香族カルボン酸のナ
    トリウム塩の存在下、極性非プロトン溶媒中でアルカリ
    金属硫化物を加熱,脱水する際に、水をアルカリ金属硫
    化物1モル当り5〜50モル添加した後脱水することによ
    り脱水組成物を形成し、ひき続いて上記脱水組成物とp
    −ジハロベンゼンとを反応させることを特徴とするポリ
    (p−フェニレンスルフィド)の製造方法。
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