JP2988827B2 - スルホン化ポリアリーレンスルフィド化合物の製造方法 - Google Patents

スルホン化ポリアリーレンスルフィド化合物の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スルホン化ポリアリー
レンスルフィド化合物の製造方法に関するものである。
更に詳しくは、本発明は可溶性のポリスルホニウムをス
ルホン化し、これを経由するスルホン化ポリアリーレン
スルフィド化合物の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】スルホン化ポリアリーレンスルフィド
は、耐熱性のイオン交換樹脂として期待される有用な化
合物である。
【0003】従来、スルホン化ポリフェニレンスルフィ
ド等のスルホン化ポリアリーレンスルフィド化合物を製
造するには、硫化ナトリウムとジクロロベンゼンを極性
溶媒中高温で反応させて、ポリフェニレンスルフィドを
製造し、硫酸や三酸化硫黄等のスルホン化剤を反応させ
て製造されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来法には、以下のような問題点があった。
【0005】(1)溶媒に不溶なポリアリーレンスルフ
ィドを原料とするため反応が不均一となる。
【0006】(2)ポリアリーレンスルフィドの合成工
程とスルホン化反応工程の2段合成操作が必要である。
【0007】(3)従来法では、黒色の構造欠陥が存在
するスルホン酸基の導入率の低いものしか得られない。
【0008】本発明は、従来法の欠点を解消すべくなさ
れたものであり、本発明の課題はスルホン化ポリアリー
レンスルフィド化合物の簡便な製造方法を提供すること
である。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、可溶性のポリアリ
ーレンスルホニウムを経由することにより高分子量のス
ルホン化ポリアリーレンスルフィド化合物を製造できる
ことを見いだし、本発明を完成するに至った。
【0010】すなわち、本発明は、一般式(1)
【0011】
【化7】
【0012】(ただし、式中Rはアルキル基またはアリ
ール基を表し、Arはフェニル基、ジフェニルスルフィ
ド基またはジフェニルエーテル基を表す)で示される芳
香族スルホキシド化合物を強酸の存在下でスルホン化お
よび重合させて、一般式(2)
【0013】
【化8】
【0014】(式中、RおよびArは前記定義に同じで
あり、Xはアルカリ金属または水素原子を表し、mは
0.1≦m<4で表されるスルホン基の平均付加モル数
であり、nは10〜 10,000の重合度を表す)で
示されるスルホン化ポリアリーレンスルホニウム化合物
を製造した後、置換基Rを脱離させることを特徴とす
る、一般式(3)
【0015】
【化9】
【0016】(式中、Ar、X、mおよびnは前記定義
に同じ)で示されるスルホン化ポリアリーレンスルフィ
ド化合物の製造方法に関するものである。
【0017】本発明方法の出発物質となるのは、前記一
般式(1)で示される芳香族スルホキシド化合物である
が、一般式(1)中の、Rは炭素数1〜20のアルキル
基、炭素数6〜24のアリール基を表し、N,Oあるい
はSのようなヘテロ原子を含んでもかまわない。これら
のなかでも、特にメチル基が好ましい。また、一般式
(1)のArは、フェニル基、ジフェニルスルフィド基
またはジフェニルエーテル基等の芳香族基であるが、好
ましくはジフェニルスルフィド基である。一般式(1)
の芳香族化合物として、具体的には、メチル(4−フェ
ニルチオフェニル)スルホキシド、メチル(4−フェノ
キシフェニル)スルホキシド等と挙げることができる。
【0018】第1の本発明方法において、前記一般式
(1)で示される芳香族スルホキシド化合物をスルホン
化および重合するには、強酸の存在下でスルホン化およ
び重合すればよい。
【0019】スルホン化および重合するに際して、硫酸
や発煙硫酸、無水硫酸およびクロロ硫酸等のスルホン化
能のある強酸中で、前記一般式(1)の芳香族基を加熱
することにより、中間体として前記一般式(2)で示さ
れるスルホン化ポリアリーレンスルホニウム化合物を製
造することができる。
【0020】強酸として、スルホン化する能力がないト
リフルオロメタンスルホン酸、メタンスルホン酸などの
強酸を用いる場合は、発煙硫酸およびクロロ硫酸等の公
知のスルホン化剤を添加すればよい。
【0021】重合およびスルホン化は、無溶媒でも十分
反応は進行するが、ハロゲン化炭化水素等の反応を阻害
しない溶媒の1種または2種以上で重合溶液を希釈して
重合反応を行ってもよい。
【0022】強酸として硫酸を用いる場合は、脱水剤を
添加すると効果的である。この場合の脱水剤は酸性系も
のなら特に限定されないが、五酸化二リンが好適であ
る。
【0023】重合およびスルホン化は、0℃から150
℃の範囲で、0.5〜20時間行い、特にスルホン化す
る段階では80℃〜150℃に上昇させる。
【0024】重合およびスルホン化は、通常常圧で行う
が、無水硫酸などのスルホン化剤、ジクロロメタンなど
の揮発性の試薬を用いた場合は必要に応じて加圧下で反
応を行ってもよい。
【0025】前記一般式(2)のスルホン化ポリアリー
レンスルホニウム化合物から置換基Rを脱離させて一般
式(3)のスルホン化ポリアリーレンスルフィド化合物
を製造する工程は、求核剤および塩基の存在下に反応を
行えばよい。
【0026】求核剤としては、ピリジン、アンモニア、
テトラエチルアンモニウムブロマイド等の含窒素化合
物、塩化ナトリウム等のハロゲン化無機塩を挙げること
ができる。
【0027】塩基としては、無機または有機アルカリ金
属塩、アルカリ水酸化物であれば特に限定されないが、
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が好適である。
【0028】さらに、本発明は、一般式(4)
【0029】
【化10】
【0030】(式中、Ar、Rおよびnは前記定義に同
じ)で表されるポリアリーレンスルホニウム化合物をス
ルホン化して、前記一般式(2)で示されるスルホン化
ポリアリーレンスルホニウム化合物を製造し、このスル
ホン化ポリアリーレンスルホニウム化合物から置換基R
を脱離させて、前記一般式(3)で示されるスルホン化
ポリアリーレンスルフィド化合物を製造する方法に関す
るものである。
【0031】第2の本発明方法において、出発物質とな
る前記一般式(4)で示されるポリアリーレンスルホニ
ウム化合物は、一般式(1)で示される芳香族スルホキ
シド化合物を強酸中で反応させることにより、容易に合
成できる(J.Am.Chem.Soc.,115,5819,1993;Macromolec
ules,26,7144,1993)。強酸としては、トリフルオロメ
タンスルホン酸、メタンスルホン酸、硫酸、過塩素酸、
ポリリン酸等が挙げられるが、好ましくはトリフルオロ
メタンスルホン酸である。また、前記一般式(4)で示
されるポリアリーレンスルホニウム化合物は、芳香族ス
ルフィド化合物の酸化重合によっても合成することが可
能である(Macromolecules,27,1057,1994)。このほか
ポリアリーレンスルフィドをヨードニウム化合物または
ハロゲン化アルキルと反応させると、前記一般式(4)
で示されるポリアリーレンスルホニウム化合物と同一構
造にはならないが、類似のポリアリーレンスルホニウム
化合物が合成される(Macromolecules,27,1985,199
4)。
【0032】また、スルホン化および置換基Rの脱離
は、前記第1の発明に準じて行えばよい。
【0033】
【実施例】本発明を実施例により説明する。なお、本発
明は実施例のものに限定されないことはいうまでもない
ことである。
【0034】実施例1 メチル(4−フェニルチオフェニル)スルホキシド2.
5gを0℃下硫酸13mlに溶解した後、五酸化二リン
2.9gを添加した。室温下20時間、撹拌機で混合し
た後、反応温度を100℃に上げ、5時間撹拌した。反
応溶液をエタノール500ml中に注ぎ入れた。反応生
成物を濾過した後、濾過物をエタノールで洗浄した。濾
過物を100mlの水に溶解した後、水酸化ナトリウム
2g、塩化ナトリウム2gを水20mlに溶解したもの
と混合した。室温で1時間撹拌した後、80℃下で3時
間撹拌した。反応生成物をすべて透析膜に入れて透析を
行い、4.8gの反応生成物を得た。得られた反応生成
物の分析結果を以下に示す。
【0035】(1)IRスペクトルの分析結果 IR(KBr,cm-1):3023,2932,156
8,1477,1395,1206,1059,101
7,820,685,619 (2)熱分析結果 Td10%:524 (3)イオン交換容量:8.6meq./g 反応生成物は、重合度(n)500、スルホン化度
(m)3.0のスルホン化ポリフェニレンスルフィドで
あった。
【0036】実施例2 メチル(4−フェニルチオフェニル)スルホキシドをト
リフルオロメタンスルホン酸で重合して得たポリスルホ
ニウム(ポリ(メチル(4−フェニルチオフェニル)ス
ルホニウム トリフルオロメタンスルホン酸塩))3.
0gを硫酸20mlに溶解して、五酸化二リン4.5g
を添加した。室温で1時間撹拌後、さらに100℃下で
5時間撹拌した。反応溶液をエタノール500ml中に
注ぎ入れて、濾過し、エタノールで洗浄した。反応生成
物を、水100mlに溶解させ、水酸化ナトリウム2
g、塩化ナトリウム2gを水20mlに溶解したものと
混合した。混合物を室温で1時間撹拌した後、80℃下
で3時間撹拌した。反応生成物を全て透析膜に入れて透
析を行い、4.1gの生成物を得た。以下に反応生成物
の分析結果を示す。
【0037】(1)IRスペクトルの分析結果 IR(KBr,cm-1):3023,2932,156
8,1477,1447,1395,1206,105
9,1017,820,685,619 (2)熱分析結果 Td10%:522 (3)イオン交換容量:7.4meq./g 反応生成物は、重合度(n)2500、スルホン化度
(m)2.0のスルホン化ポリフェニレンスルフィドで
あった。
【0038】
【発明の効果】本発明は、可溶性の前駆体であるポリア
リーレンスルホニウム化合物を経由するため、高分子量
のスルホン化ポリアリーレンスルフィド化合物の生成が
可能となり、高分子量に由来する熱安定性の向上が期待
される。熱安定性を有するスルホン化ポリアリーレンス
ルフィド化合物を簡便に製造することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−178993(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08G 75/00 - 75/02

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式(1) 【化1】 (ただし、式中Rはアルキル基またはアリール基を表
    し、Arはフェニル基、ジフェニルスルフィド基または
    ジフェニルエーテル基を表す)で示される芳香族スルホ
    キシド化合物を強酸の存在下でスルホン化および重合さ
    せて、一般式(2) 【化2】 (式中、RおよびArは前記定義に同じであり、Xはア
    ルカリ金属または水素原子を表し、mは0.1≦m<4
    で表されるスルホン基の平均付加モル数であり、nは1
    0〜 10,000の重合度を表す)で示されるスルホ
    ン化ポリアリーレンスルホニウム化合物を製造した後、
    置換基Rを脱離させることを特徴とする、一般式(3) 【化3】 (式中、Ar、X、mおよびnは前記定義に同じ)で示
    されるスルホン化ポリアリーレンスルフィド化合物の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 強酸が硫酸であることを特徴とする請求
    項1記載のスルホン化ポリアリーレンスルフィド化合物
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 脱水剤の存在下にスルホン化および重合
    を行うことを特徴とする請求項1または請求項2記載の
    スルホン化ポリアリーレンスルフィド化合物の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 一般式(4) 【化4】 (式中、Ar、Rおよびnは前記定義に同じ)で表され
    るポリアリーレンスルホニウム化合物をスルホン化して
    得られる、一般式(2) 【化5】 (式中、Ar、R、X、mおよびnは前記定義に同じ)
    で示されるスルホン化ポリアリーレンスルホニウム化合
    物から置換基Rを脱離させることを特徴とする、一般式
    (3) 【化6】 (式中、Ar、X、mおよびnは前記定義に同じ)で示
    されるスルホン化ポリアリーレンスルフィド化合物の製
    造方法。
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