JP2684637B2 - ポリフェニレンスルフィドの製造方法 - Google Patents

ポリフェニレンスルフィドの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、反応器へのスケール付着を防止したポリフ
ェニレンスルフィドの製造方法に関するものである。
また、他の特徴として、重合後スラリー移送時の配管
の閉塞を防止したポリフェニレンスルフィドの製造方法
に関するものである。
更に、本発明によって得られたポリフェニレンスルフ
ィドは、ポリマーの大きな固まりを含まない、均一な粒
子系を有していることも本発明の特徴の一つである。
ポリフェニレンスルフィドは、その優れた耐熱性,耐
薬品性をいかして、電気,電子機器部材および自動車機
器部材として注目を集めており、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。
[従来の技術及び発明が解決しようとする課題] ポリフェニレンスルフィドの製造方法としては、特公
昭45−3368号に、N−メチルピロリドン等の有機極性溶
媒中でジハロベンゼンとアルカリ金属硫化物とを反応さ
せる方法が開示されている。
しかし、この方法によりポリフェニレンスルフィドを
製造した場合、反応器に多量のスケールが付着するこ
と、及び、ポリフェニレンスルフィドからなるスケール
が重合後のスラリーに混入する等の問題を有している。
これらは、ポリフェニレンスルフィドを工業的に製造す
る場合、反応器の洗浄が困難であること、重合後スラリ
ーを移送する際の配管閉塞の恐れがあること、およびポ
リマーに大きな固りが混入するとといった大きな問題と
なる。
しかしながら、現在までの重合時のスケール生成,ス
ケール付着の防止法は検討されていない。
[課題を解決するための手段] 本発明者らは、上記の問題点を鋭意検討した結果、重
合後期に極性有機溶媒を添加することにより、スケール
の生成および反応器へのスケール付着が防止できること
を見い出し本発明に到達した。
すなわち、本発明は、極性有機溶媒中でジハロベンゼ
ンとアルカリ金属硫化物とを反応させポリフェニレンス
ルフィドを製造する際にジハロベンゼンの転化率が80%
以上に到達した時点で極性有機溶媒を添加して反応を継
続することを特徴とするポリフェニレンスルフィドの製
造方法である。
以下、本発明の詳細について説明する。
本発明で使用する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
ンなどのp−ジハロベンゼンが挙げられるが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,ジクロリジ
ェフェニルエーテル,ジクロルジフェニルスルフィド,
ジクロルジフェニルスルホキシド等のジハロ芳香族化合
物をランダム共重合,ブロック共重合してもさしつかえ
ない。
更に、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,硫化セシウムおよびそれらの混合物が挙げられ、
これらの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、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本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。
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,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。
また本発明において使用されるアルカリ金属硫化物と
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):(ジハロベンゼン)=1.00:0.90〜1.10の範囲が
好ましく、使用される極性有機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。
本発明における反応は、通常200〜300℃、好ましく
は、210〜270℃の温度範囲で0.5〜2時間撹拌下に行わ
れる。反応温度が200℃よりも低いと反応速度が遅くな
るので好ましくない。また、300℃よりも高い温度で反
応を行なうとポリマーの分解が見られ好ましくない。
重合後期に添加する極性有機溶媒としては、該重合溶
媒、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−カプロランタム,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
尿素等およびそれらの混合物が挙げられる。
重合後の溶媒の分離,精製といった点から、重合溶媒
と同じものを使用することが好ましい。
極性有機溶媒の添加時期は、系中のジハロベンゼンの
転化率が80%以上、好ましくは90%以上に到達した時点
である。転化率が80%より低い時点ではスケールの生
成,付着防止効果が乏しい為好ましくない。
ここで、ジハロベンゼン(DHBと略す)の転化率は、
例えばガスクロマトグラフィーを用いて次式より算出し
たものである。なお、アルカリ金属硫化物はAMSと略
す。
転化率(%)= 100−[{DHB 残存量(モル)−DHB過剰量モル−脱水
時消失AMS 量(モル)}/DHB仕込量(モル)]×100 ここでDHB過剰量とは仕込時にDHBをAMSに対して等モ
ル量以上に添加した場合の過剰量を意味するものであ
る。また、脱水時消失AMS量とは、AMSを極性溶媒中で部
分脱水する際に、硫化水素として分解,消失するAMS量
を示すものである。
極性有機溶媒添加後の反応の継続は、通常、該反応温
度で、0.1〜5時間撹拌下に行なわれる。
また、極性有機溶媒の添加量は、通常、反応開始時に
使用する重合溶媒100重量部に対して5〜50重量部が用
いられる。添加量が5重量部より少ない場合はスケール
の生成,付着防止効果が乏しく、また50重量部をこえる
と溶媒の分離がコスト高となる為、好ましくない。
また、ポリマーを高分子量化するために、有機アルカ
リ金属カルボン酸塩などの助剤を添加することも可能で
ある。
このようにして得られた反応混合物からのポリフェニ
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、ポリマーを有機溶剤,水で洗浄し回収する方法
や、反応混合物を冷却後過し溶媒を回収した後、ポリ
マーを洗浄し、回収する方法等が挙げられる。
また、本発明により得られたポリフェニレンスルフィ
ドは、加熱処理または、未処理で単独または、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
ン酸カリウム等のウィスカー等の補強用充填剤や炭酸カ
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,フェラ
イト,ケイ酸カルシウム,炭酸マグネシウム,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,石英等の無機充
填剤や有機、無機顔料を配合して使用することも可能で
ある。
また、可塑剤,離型剤,シラン系およびチタネート系
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,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,ポリフェニレンスルフィドスルホン,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,ポリフェニレンスルフィドケトン,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り詳細に説明するが、本発明
はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
以下の実施例および比較例でのポリフェニレンスルフ
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)を使用し、300℃,10kg荷重で測
定した。
実施例1 撹拌機を装備する内容積2のオートクレーブにN−
メチルピロリドン480g,硫化ナトリウム(Na2S・2.7H
2O)2.0モルを仕込み撹拌下加熱し、内温が120℃に到達
するまで脱水を行い、79.3gの主として水からなる留出
液が留去した。この際、0.069モルの硫化ナトリウムが
硫化水素に分解,消失した。
次いでp−ジクロルベンゼン(以下p−DCBと略す)
2.0モルおよびN−メチルピロリドン150gを添加し、撹
拌1時間かけて250℃まで昇温し、更に250℃で3時間反
応させた後、一部スラリーをサンプリングし、スラリー
中の残存p−DCB量をガスクロマトグラフィーにより求
め前述の式を用いて転化率を算出したところ100%であ
った。
引き続きN−メチルピロリドン150gを添加し、250℃
で15分間撹拌下保持した後冷却して反応を停止した。オ
ートクレーブ内壁および撹拌棒へのスケール付着は全く
見られなかった。
また、得られたスラリーをメタノール,温水で十分洗
浄した後、100℃で一晩乾燥した。ポリマー収率は97%
であり、高化式フローテスターで測定した溶融粘度は、
30Pa.sであった。
また、得られたポリマーを22メッシュ(710μ)のふ
るいにかけたところ、ふるいに残存したポリマーはなか
った。
実施例2 250℃,1時間反応を行った後に、N−メチルピロリド
ンを添加し、250℃,2時間保持したこと以外は実施例1
と同様の操作を行った。
250℃,1時間反応後のp−DCBの転化率は94%,ポリマ
ー収率は96%,溶融粘度は20Pa.sであった。
オートクレーブ等への付着は見られず、ふるいに残存
したポリマーもなかった。
比較例1 250℃,3時間反応した後、N−メチルピロリドンを添
加しなかったこと以外は実施例1と同様の操作を行っ
た。
p−DCBの反応率は100%,ポリマー収率は96%,溶融
粘度は25Pa.sであった。
オートクレーブ内壁及び撹拌棒に多量のスケール付着
が見られた。
また、22メッシュのふるいに2.3wt%のポリマーが残
存した。
比較例2 250℃に到達した時点でN−メチルピロリドンを添加
し、250℃,3時間保持したこと以外は、実施例1と同様
の操作を行った。
250℃到達時のp−DCB添加率は70%,ポリマー収率は
96%,溶融粘度は20Pa.sであった。
オートクレーブ内壁へのスケール付着が見られた。
また、22メッシュのふるいに1.0wt%のポリマーが残
存した。
実施例3 250℃,3時間反応させた後、、N−メチルピロリドン1
00gを添加したこと以外は、実施例1と同様の操作を行
った。
ポリマー収率は97%,溶融粘度は25Pa.sであった。
オートクレーブ内壁へのスケール付着が見られず、ふ
るいに残存したポリマーもなかった。
比較例3 250℃,3時間反応させた後、、N−メチルピロリドン2
0gを添加したこと以外は、実施例1と同様の操作を行っ
た。
ポリマー収率は97%,溶融粘度は25Pa.sであった。
オートクレーブ内壁へのスケール付着が見られ、22メ
ッシュのふるいに1.5wt%のポリマーが残存した。
[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、ス
ケールの生成及びオートクレーブ内壁等へのスケール付
着を防止することができ、ポリマー中への大きな固りの
混入を防止することができ、その工業的価値は高い。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】極性有機溶媒中で、ジハロベンゼンとアル
    カリ金属硫化物とを反応させポリフェニレンスルフィド
    を製造する際にジハロベンゼンの転化率が80%以上に到
    達した時点で極性有機溶媒を反応開始時に使用する重合
    溶媒の5〜50重量%の量添加して反応を継続することを
    特徴とするポリフェニレンスルフィドの製造方法。
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