JP2667579B2 - 相間移動触媒を使用する芳香族ポリエーテル重合体の製造法 - Google Patents
相間移動触媒を使用する芳香族ポリエーテル重合体の製造法Info
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Description
間移動触媒(phase transfer catalyst)を使用する反
応によるそれらの製造法に関するものである。
ルホン及びポリエーテルケトン、はそれらの優れた性質
のためにエンジニアリング樹脂として重要になってき
た。これらの重合体は典型的にはビスフェノールAジナ
トリウム塩のようなジヒドロキシ芳香族化合物の塩とビ
ス(4−フルオルフェニル)スルホン、ビス(4−クロ
ルフェニル)スルホン又は類似のケトンのようなジハロ
芳香族分子との反応によって製造される。
要とし、これらは一方又は両方の反応剤を可溶化するた
めに必要である。かゝる溶剤は高価であり、精製が困難
であり、しかもそれらは水に容易に溶解するので乾燥状
態に保持するのが困難である。さらに、かゝる溶剤の使
用によって製造される重合体は着色副生物を与える副反
応が生起するためにしばしば着色されている。
リエーテルイミドである。米国特許第3,787,364号、第
3,838,097号及び第3,847,869号はビスフェノールAジナ
トリウム塩のような塩と芳香族ジアミンのハロ−又はニ
トロ−置換ビス(フタルイミド)誘導体との反応による
それらの製造を記載している。これらの製造法もまた双
極性非プロトン溶剤を必要とする。さらに、これらの方
法はしばしば高分子量の生成物を又は高収率を与えな
い。その結果、ポリエーテルイミドは商業的規模では通
常ジアミンとビス(エーテル無水物)との反応によって
製造される。後者の反応剤は一般にそれら自体しばしば
ニトロ−置換フタルイミドを使用する複雑な多段式合成
法によって製造され、それらは環境に対して種々の程度
に有害な副生物の生成をもたらす。
を促進する相間移動触媒を使用して有機反応を不均一系
で行う方法に多大の注目が寄せられてきている。すなわ
ち、たとえばビス(エーテル無水物)はビスフェノール
ジナトリウム塩とニトロ−又はハロ−置換フタルイミド
との反応を塩化メチレン−水混合物中で、相間移動触媒
を使用して、さもなければ塩化メチレン中に不溶性のビ
スフェノール塩を該置換フタルイミドとの反応のために
該有機層中へ移行させながら、行うことによって製造し
得る。
めの相間移動触媒を使用する反応は文献に開示されてい
る。完全に芳香族系の重合体を与える同様の反応は研究
されてきたが、その多くは不成功であった。これはおそ
らく、少なくともある程度は、該触媒が重合体の形成に
要求される比較的高温度で不安定であるためである。
−89(1979)に開示されているかゝる重合体の(少なく
とも実験室的規模での)成功した一製造例はビスフェノ
ールAジカリウム塩とビス(3−ニトロ−4−クロルフ
ェニル)スルホンとを塩化メチレン−水系中で相間移動
触媒の存在下で反応させて対応するニトロ−置換ポリエ
ーテルスルホンを製造する方法である。しかしながら、
この反応はスルホンの芳香族環上に多数の高度に活性な
ニトロ基及びスルホン基が存在するという理由で例外的
なものである。
温度で比較的安定である相間移動触媒を使用する場合に
は、低い極性の溶剤中で製造され得ることが判明した。
該重合体は高収率で得られかつ高分子量及びすぐれた品
質をもつものである。
少なくとも一種のジヒドロキシ−置換芳香族炭化水素の
アルカリ金属塩及び式 (I) Z(A1−X1)2 (式中、Zは活性化基であり、A1は芳香族基でありそし
てX1はフルオル、クロル、ブロム又はニトロ基である)
の少なくとも一種の置換芳香族化合物を、低い極性の溶
剤中でかつ約125−250℃の範囲の温度で、使用温度にお
いて実質的に安定である相間移動触媒の触媒活性量の存
在下で、接触させることからなる芳香族ポリエーテル重
合体の製造法である。
芳香族ポリエーテル重合体に転化し得る組成物である。
該組成物は上記した溶剤、ビスフェノール塩、置換芳香
族炭化水素及び相間移動触媒を含有してなる。
炭化水素のアルカリ金属塩は典型的にはナトリウム塩及
びカリウム塩である。ナトリウム塩がそれらの入手容易
性及び比較的低価格である点でしばしば好ましい。
を包含する。適当なA2基はm−フェニレン、p−フェニ
レン、4,4′−ビフェニレン、4,4′−ビス(3,5−ジメ
チル)フェニレン、2,2−ビス(4−フェニレン)プロ
パン及び米国特許第4,217,438号に名称又は式(一般式
又は特定式)によって開示されているジヒドロキシ−置
換芳香族炭化水素に対応する基のような類似の基を包含
する。
ありそしてYは1個又は2個の原子によってA3をA4から
分離する架橋用炭化水素基である)をもつ。式III中の
遊離の原子価結合は通常Yに関してA3及びA4のメタ位又
はパラ位にある。A2が式IIをもつ場合の化合物はビスフ
ェノール類であり、そして本明細書においては、時々簡
単化のために、用語“ビスフェノール”をジヒドロキシ
−置換芳香族炭化水素をを示すために使用するものとす
る;しかしながら、この型のビスフェノールでない化合
物もまたそれが適切である場合には使用し得ることを理
解すべきである。
又はその炭化水素−置換誘導体であることができ、その
置換基(1個又はそれ以上)の例はアルキル及びアルケ
ニル基である。非置換フェニレン基が好ましい。A3及び
A4はともにp−フェニレンであることが好ましいが、両
者はともにo−又はm−フェニレンであっても良く、又
は一方がo−又はm−フェニレンそして他方がp−フェ
ニレンであってもよい。
個の原子がA3をA4から分離する型の架橋用基である。こ
の型の基の例はメチレン、シクロヘキシルメチレン、2
−[2.2.1]−ビシクロヘプチルメチレン、エチレン、
イソプロピリデン、ネオペンチリデン、シクロヘキシリ
デン、シクロペンタデシリデン、シクロドデシリデン及
びアダマンチリデンであり;gem−アルキレン(アルキリ
デン)基が好ましい。しかしながら、不飽和の基も包含
される。入手の容易性及び本発明の目的のために特に適
するという理由で、式IIIの好ましい基はビスフェノー
ルAから誘導されるものでありかつYがイソプロピリデ
ン基でありそしてA3及びA4がそれぞれp−フェニレン基
である2,2−ビス(4−フェニレン)プロパン基であ
る。
得る。これらは6,6′−ジヒドロキシ−3,3,3′,3′−テ
トメチルスピロ(ビス)インダン及びその置換類似体を
包含する。
芳香族基A1及び活性化基Zを含有する。A1基は通常二価
又は多価のC6-10基であり、好ましくは単環式基であり
そして好ましくはZ以外の電子吸引性基をもたない。非
置換C6芳香族基が特に好ましい。
応じて二価又は多価の基であり得る。二価の基の例はカ
ルボニル、カルボニルビス(アリーレン)、スルホン、
ビス(アリーレン)スルホン、ベンゾ−1,2−ジアジン
及びアゾキシである。したがって、分子部分−A1−Z−
A1−はビス(アリーレン)スルホン、ビス(アリーレ
ン)ケトン、ビス(アリーレン)ベンゾ−1,2−ジアジ
ン又はビス(アリーレン)アゾキシ基そして特にA1がp
−フェニレン基である基であることができる。
化炭化水素基、C2-20アルキレン又はシクロアルキレン
基、C2-8ビス(アルキレン末端)ポリジオルガノシロキ
サン基又は式 (式中、Qは −C2H4−、−O−、 又は共有結合である)の二価基である]の基によって例
示されるビス(エーテルイミド)基である化合物もまた
包含される。多くの場合、R1はm−フェニレン、p−フ
ェニレン、4,4′−オキシビス(フェニレン)及び の少なくとも一つである。
オキサゾール、キノキサリン又はベンゾフランのような
融合環系の一部を形成する基を包含する。
ル、ブロム又はニトロであり得る2個の易置換性のX1基
が存在する。多くの場合、フルオル及びクロル原子がそ
れらを含有する化合物が比較的入手容易でありかつ有効
であるという理由で好ましい。
ス(4−フルオロフェニル)スルホン及び対応するクロ
ル化合物、ビス(4−フルオルフェニル)ケトン及び対
応するクロル化合物、及び1,3−及び1,4−ビス[N−
(フルオロフタルイミド)]ベンゼン及び4,4′−ビス
[N−(4−フルオルフタルイミド)]フェニルエーテ
ル及び対応するクロル、ブロム及びニトロ化合物が挙げ
られる。
常芳香族ポリエーテル重合体の製造のために従来使用さ
れている双極性非プロトン溶剤の極性よりも実質的に低
い極性、の溶剤である。該溶剤は約125−250℃の範囲の
温度を必要とする反応を促進するために約150℃以上の
沸点をもつことが好ましい。この型の適当な溶剤はo−
ジクロルベンゼン、ジクロルトルエン、1,2,4−トリク
ロルベンゼン及びジフェニルスルホンを包含する。超大
気圧においては、クロルベンゼンのような同様の極性を
もつが、より低い沸点の溶剤を使用し得る。
質的に安定である相間移動触媒の存在である。種々の型
の相間移動触媒をこの目的に使用し得る。これらは米国
特許第4,273,712号に開示される型の第四級ホスホニウ
ム塩、米国特許第4,460,778号及び第4,595,760号に開示
される型のN−アルキル−4−ジアルキルアミノピリジ
ニウム塩、及び本出願人の係属中の米国特許出願SN.07/
626,150号に開示される型のグアニジウム塩を包含す
る。該特許及び特許出願をこゝに参考資料として組み入
れる。好ましい相間移動触媒は、高温におけるそれらの
極端に高い安定性及び高分子量芳香族ポリエーテル重合
体の高収率での製造に対するそれらの有効性の点で、ヘ
キサアルキルグアニジニウム塩及びα、ω−ビス(ペン
タアルキルグアニジニウム)アルカン塩である。簡単化
のために、両方の型の塩を以下、時には“グアニジニウ
ム塩”と呼ぶ。
基でありそしてR7は第一級アルキル基又はビス(第一級
アルキレン)基であるか、又はR2−R3、R4−R5及びR6−
R7の組合わせの少なくとも一つはそれを連結している窒
素原子とともに複素環式基を形成し;X2は陰イオンであ
り;そしてnは1又は2である)によって表される。
炭素原子を含む第一級アルキル基を包含する。R7は通常
前記と同一構造のアルキル基又は末端炭素が第一級であ
るC2-12アルキレン基である;もっとも好ましくは、そ
れはC2-6アルキル又はC4-8直鎖アルキレン基である。別
の場合には、R2〜R7の任意の組合わせ及び対応する窒素
原子(1個又はそれ以上)はピペリジノ、ピロロ又はモ
ルホリノのような複素環式基を形成し得る。
されるα,ω−ビス(ペンタアルキルグアニジニウム)
アルカン塩は本出願人の係属中の米国特許出願SN.07/62
6,150号に開示されかつ特許請求されている。
は強酸の陰イオンである;その例はクロライド、ブロマ
イド及びメタンスルホネートである。クロライド及びブ
ロマイドイオンが通常好ましい。nの値はR7がアルキル
であるか又はアルキレンであるかに応じて1又は2であ
る。
ニジニウム塩中の正電荷は1個の炭素原子及び3個の窒
素原子にわたって非局在化されている。これは本発明に
従う場合に直面する比較的高い温度条件下での該塩の安
定性に寄与するものと考えられる。その結果として、グ
アニジニウム塩の分解は生起せず又はきわめて僅かな程
度に生起するに過ぎない。これらの結果は副生物の生成
の抑制及び再循環による継続的使用の可能性を包含す
る。
とえばテトラアルキル尿素)とホスゲン又はオキシ塩化
燐との反応によって、又は同様のチオ尿素とN,N−ジア
ルキルカルバモイルハライドとの反応によってしばしば
“ヴィルスマイヤー塩”と呼ばれているクロルホルムア
ミジニウム塩を形成し、ついで該塩を対応するアミン
(たとえばジアルキルアミン)と反応させることによっ
て製造することができる。こゝに参考文献として組み入
れるKantlehnerらのLiebigs Ann.Chem.,1984,108−12
6、及びPruszynski,Can.J.Chem.,65,626−629(1987)
を参照されたい。α,ω−ビス(ペンタアルキルグアニ
ジニウム)アルカン塩はクロルホルムアミジニウム塩と
モノアルキルアミンとを反応させ、ついで得られるペン
タアルキルグアニジニウム塩をアルキレンジハライドと
反応させることによって同様に製造し得る。
される。
加口を備えた3リットルの5首フラスコにジエチルアミ
ン182.85g(2.5モル)、塩化メチレン1リットル及び水
200mlを装入した。ホスゲン(99g、1モル)をこの混合
物中に、窒素下に、撹拌しつつ、3g/分の速度で、pHを1
0−12の範囲に保持するために水酸化ナトリウム水溶液
を添加しながら、通送した。ホスゲンの添加中に激しい
発熱反応が生起して塩化メチレンの還流を惹起した。ホ
スゲンの添加が完了した後、pHを12に保持しながら混合
物の還流を2時間続けた。塩化メチレン相を分離し、水
洗しそして真空ストリッピングして所望の粗製テトラエ
チル尿素をホスゲンに基づいて定量的収率で得た。
モル)の溶液に、オキシ塩化燐170g(1.05モル)を窒素
下に撹拌しつつ添加した。この混合物を窒素下で2時間
撹拌しかつ60℃に加温し、そこでヴィルスマイヤー塩を
第二相として分離した。核磁気共鳴による周期的分析は
反応が完結した時点を示した。その時点で、混合物を0
℃に冷却しそして無水塩化メチレン500mlで希釈した。
ついで、窒素下に、ジエチルアミン182g(2.5モル)を
0℃で撹拌しつつ添加した。発熱反応が生起し、そして
それが完結した時点で、混合物を室温まで加温しそして
プロトン核磁気共鳴によって分析した。混合物中にそれ
以上のヴィルスマイヤー塩が存在しなくなるまで追加量
のジエチルアミンを添加し、その後に35%水酸化ナトリ
ウム水溶液400mlを注意深く添加しそして混合物を塩化
メチレンで抽出した。有機相を塩化ナトリウムの飽和溶
液で洗浄し、乾燥しそして蒸発させて粗製生成物を黄色
油状物として取得し、これに酢酸エチルを添加すると結
晶化した。酢酸エチルスラリーを濾過して所望のヘキサ
エチルグアニジニウムクロライドを87%の収率で得た。
それは等容量のヘプタン及び酢酸エチルの混合物から、
熱い間に溶解させるに十分なクロロホルムの添加を伴っ
て、再結晶化することができた。
ムクロライドを塩化メチレン中に溶解しそしてその溶液
を臭化ナトリウムの飽和水溶液で3回洗浄した。実施例
1に述べたごとく仕上げ処理して、所望のヘキサエチル
グアニジニウムブロマイドを得た;それは174−175℃の
融点を有していた。
ルアミンの代わりにテトラ−n−ブチル尿素及びジ−n
−ブチルアミンを使用して、反復した。生成物は所望の
ヘキサ−n−ブチルグアニジニウムブロマイドであっ
た。
シ塩化燐32.2g(210ミリモル)及びアセトニトリル75ml
の混合物を窒素雰囲気中で75℃に1時間加熱した。つい
で、この混合物を0℃に冷却しそしてn−ブチルアミン
33.6g(460ミリモル)を撹拌下に15分かゝって添加する
と、柔らかい綿毛状の沈殿が生成した。この混合物を60
℃に1時間加温しそして再び0℃まで冷却し、水酸化ナ
トリウムの25%(重量)水溶液50mlとともにクエンチし
そしてエーテルで抽出した。エーテル抽出物を硫酸マグ
ネシウム上で乾燥し、濾過しそしてストリッピングして
淡黄色油状物を得、これを蒸留してペンタ−n−ブチル
グアニジン56.32g(理論値の83%)を得た。
ル),1,6−ジブロムヘキサン6.0995g(25ミリモル)及
びアセトニトリル50mlの混合物を窒素雰囲気中で還流下
に16時間加熱し、その後のプロトン核磁気スペクトル分
析は炭素−臭素吸収の不存在を示した。真空ストリッピ
ングすると、淡黄色油状物が得られ、それは放置すると
白色固体に結晶化した。ヘキサン及び酢酸エチルの混合
物から再結晶化すると所望の1,6−ビス(N,N′,N′,
N″,N″−ペンタ−n−ブチルグアニジニウム)ヘキサ
ンジブロマイドが得られ、それは100−102℃で溶融し
た;その構造はプロトン及び13C核磁気共鳴及びフーリ
エ変換赤外スペクトル分析によって確認された。
にテトラエチル尿素を等モル基準で使用しかつn−ブチ
ルアミン及びトリエチルアミンのそれぞれ25ミリモルの
混合物、後者は塩化水素受容体として役立つ、を使用し
て、反復した。生成物は所望の1,6−ビス(N−n−ブ
チル−N′,N′,N″,N″−テトラエチルグアニジニウ
ム)ヘキサンジブロマイドであった。
合物は実質的に等モル量で接触せしめられる。最大の分
子量の達成のためには、これらの量はできる限り正確に
等モル量に近付けるべきであるが、分子量の制御は一方
の試薬又は他方の試薬を僅かに過剰に使用することによ
って達成し得る。モノヒドロキシ芳香族化合物又はモノ
ハロ−又はニトロ芳香族化合物のような単官能性試薬を
連鎖停止剤として使用することも本発明の範囲内であ
る。
25℃の範囲である。相間移動触媒の使用割合はビスフェ
ノール塩に基づいて一般に約0.5−10モル%そして好ま
しくは約1−5モル%である。
用の方法によって単離され得る。これは典型的には洗浄
工程及び重合体溶液とその重合体に対する非溶剤との混
合による沈殿工程を包含する。
施例において相間移動触媒はつぎのごとく表示される: BPBr − テトラ−n−ブチルホスホニウムブロマイド DBAPCl − N−2−エチルヘキシル−4−ジブチルア
ミノピリジニウムクロライド EGBr − ヘキサエチルグアニジニウムブロマイド PipGBr − トリス(ピペリジノ)グアニジニウムブロ
マイド PBGBr − 1,6−ビス(N−N′,N′,N″,N″−ペンタ
−n−ブチルグアニジニウム)ヘキサンジブロマイド 実施例6 ビスフェノールAと化学量論量の水酸化ナトリウム水
溶液とをキシレン中で反応させ、ついで水を共沸点に除
去しそして100℃で真空乾燥することによってビスフェ
ノールAジナトリウム塩を製造した。50mlの丸底フラス
コをオーブン中で乾燥し、秤量し、窒素下で冷却しそし
てそれに該ジナトリウム塩約2.72g(10ミリモル)を装
入し、ついで装入した塩の正確な量を決定するために正
確に再秤量した。このフラスコをアルゴンでパージしそ
して正確に等モル量のビス(4−クロルフェニル)スル
ホン及びo−ジクロルベンゼン21mlを添加した。この混
合物を撹拌しそして溶剤1mlを溜去して水の除去を確実
にし、そしてPBGBr185mg(0.2ミリモル)を添加した。
反応混合物を撹拌しつつ還流下に加熱し、その間試料を
周期的に取り出し、酢酸とともにクエンチし、クロロホ
ルム中に溶解し、水洗し、濾過しそして重合体の分子量
について分析した。
酸とともにクエンチし、塩化メチレン25mlで希釈しそし
て水洗した。ポリエーテルスルホンは該溶液をメタノー
ル中に注入することによって沈殿しそしてそれを濾過し
そして別量のメタノールで洗浄した。それを白色粉末と
して単離し、この粉末から透明、強靭、無色のフィルム
をクロロホルムからキャストした。
実施例6の方法を反復した。
スチレンに対するゲル透過クロマトグラフィーによって
測定した。
ゼンを1%モル過剰で存在させた以外は実施例17の反応
剤及び方法を使用した。生成物の分子量は20分後に64,5
00であった。
Claims (13)
- 【請求項1】実質的に等モル量の少なくとも一種のジヒ
ドロキシ−置換芳香族炭化水素のアルカリ金属塩及び式 (I) Z(A1−X1)2 (式中、Zは活性化基であり、A1は芳香族基でありそし
てX1はフルオル、クロル、ブロム又はニトロ基である)
の少なくとも一種の置換芳香族化合物を、o−ジクロル
ベンゼン、1,2,4−トリクロルベンゼンおよびジフェニ
ルスルホンの極性より高くない極性をもつ溶剤中でかつ
125−250℃の範囲の温度で、前記ビスフェノール塩に基
づいて0.5−10モル%の量のアルキルアミノピリジニウ
ム塩又は式 (式中、R2、R3、R4、R5及びR6の各々は第一級アルキル
基でありそしてR7は第一級アルキル基又はビス(第一級
アルキレン)基であるか、又はR2−R3、R4−R5及びR6−
R7の組合わせの少なくとも一つはそれを連結している窒
素原子とともに複素環式基を形成し;X2は陰イオンであ
り;そしてnは1又は2である)のグアニジニウム塩か
ら選ばれた相間移動触媒の存在下で、接触させることか
らなる芳香族ポリエーテル重合体の製造法。 - 【請求項2】溶剤がo−ジクロルベンゼン、1,2,4−ト
リクロルベンゼン又はジフェニルスルホンである請求項
1の方法。 - 【請求項3】A1がZ以外の電子吸引性基を含まない二価
又は多価単環C6-10基である請求項1又は2の方法。 - 【請求項4】ジヒドロキシ−置換芳香族炭化水素が式HO
−A3−Y−A4−OH(式中、A3及びA4の各々は単環二価芳
香族炭化水素基でありそしてYは1個又は2個の原子に
よってA3をA4から分離する架橋用炭化水素基である)を
もつ請求項1−3いずれかの方法。 - 【請求項5】A1がp−フェニレンである請求項1の方
法。 - 【請求項6】Zがスルホン基またはカルボニル基である
請求項1の方法。 - 【請求項7】−A1−Z−A1が式 [式中、R1はC6-20二価芳香族炭化水素基又はハロゲン
化炭化水素基、C2-20アルキレン又はシクロアルキレン
基、C2-8ビス(アルキレン末端)ポリジオルガノシロキ
サン基又は式 (式中、Qは −C2H4−、−O−、 又は共有結合である)の二価基である]のビス(エーテ
ルイミド)基である請求項1の方法。 - 【請求項8】X1がフルオル又はクロルである請求項1−
7いずれかの方法。 - 【請求項9】ジヒドロキシ−置換芳香族炭化水素がビス
フェノールAである請求項1−8いずれかの方法。 - 【請求項10】反応温度が130−225℃の範囲である請求
項1−9いずれかの方法。 - 【請求項11】相間移動触媒がN−アルキル−4−ジア
ルキルアミノピリジニウム塩である請求項1−10いずれ
かの方法。 - 【請求項12】相間移動触媒の使用割合がジヒドロキシ
−置換芳香族炭化水素塩に基づいて1−5モル%である
請求項1−11いずれかの方法。 - 【請求項13】グアニジニウム塩がヘキサエチルグアニ
ジニウムクロライド、ヘキサエチルグアニジニウムブロ
マイドまたは1,6−ビス(ペンタ−n−ブチルグアニジ
ニウム)ヘキサンジブロマイドである請求項1−12いず
れかの方法。
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