JP6221326B2 - Method for producing cyclic polyarylene sulfide - Google Patents
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Description
本発明は、環式ポリアリーレンスルフィドを経済的に製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for economically producing cyclic polyarylene sulfide.
芳香族環式化合物はその環状であることから生じる特性に基づく高機能材料や機能材料への応用展開可能性、例えば包接能を有する化合物としての特性や、高分子量直鎖状高分子の合成のための有効なモノマーとしての活用など、その構造に由来する特異性で近年注目を集めている。環式ポリアリーレンスルフィド(以下、ポリアリーレンスルフィドをPASと略する場合もある)も芳香族環式化合物の範疇に属し、上記同様に注目に値する化合物である。 Aromatic cyclic compounds can be applied to highly functional materials and functional materials based on properties resulting from their cyclic properties, such as properties as compounds with inclusion ability, and synthesis of high molecular weight linear polymers. In recent years, it has attracted attention due to its specificity derived from its structure, such as its use as an effective monomer for the purpose. Cyclic polyarylene sulfide (hereinafter, polyarylene sulfide may be abbreviated as PAS) also belongs to the category of aromatic cyclic compounds and is a notable compound as described above.
環式ポリアリーレンスルフィドの製造方法としては、例えばジアリールジスルフィド化合物を超希釈条件下で酸化重合する方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。この方法では環式ポリアリーレンスルフィドが高選択率で生成し、線状ポリアリーレンスルフィドはごく少量しか生成しないと推測され、確かに環式ポリアリーレンスルフィドが高収率で得られると考えられる。しかしながら、この方法は産業への応用可能性の観点からは課題の多い方法であった。まず、超希釈条件で反応を行うことが必須であり、反応液の単位体積当たりに得られる環式ポリアリーレンスルフィドがごくわずかで、効率的に環式ポリアリーレンスルフィドを得ることが困難であること、また、当該方法の反応温度は室温近傍であるため、反応に数十時間の長時間が必要であり生産性に劣ること、さらに、この方法で副生する線状ポリアリーレンスルフィドは、目的物である環式ポリアリーレンスルフィドと分子量が近いために、分離除去することが困難であり高純度な環式ポリアリーレンスルフィドを効率よく得られないこと、さらに加えて、当該方法では酸化重合の進行のために例えばジクロロジシアノベンゾキノンなど高価な酸化剤が原料のジアリールジスルフィドと等量必要であり、安価に環式ポリアリーレンスルフィドを得ることができないこと、などの課題があった。 As a method for producing a cyclic polyarylene sulfide, for example, a method in which a diaryl disulfide compound is oxidatively polymerized under ultradilution conditions has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this method, it is presumed that cyclic polyarylene sulfide is produced with high selectivity, and that only a small amount of linear polyarylene sulfide is produced, and it is considered that cyclic polyarylene sulfide is obtained in high yield. However, this method has many problems from the viewpoint of industrial applicability. First, it is essential to carry out the reaction under ultra-dilution conditions, and there is very little cyclic polyarylene sulfide obtained per unit volume of the reaction solution, and it is difficult to efficiently obtain cyclic polyarylene sulfide. Moreover, since the reaction temperature of the method is around room temperature, the reaction requires a long time of several tens of hours, resulting in poor productivity. Further, the linear polyarylene sulfide produced as a by-product in this method is a target product. Since the molecular weight is close to that of the cyclic polyarylene sulfide, it is difficult to separate and remove, and high-purity cyclic polyarylene sulfide cannot be obtained efficiently. For this purpose, for example, an expensive oxidizing agent such as dichlorodicyanobenzoquinone is required to be equivalent in amount to the raw material diaryl disulfide, and the cyclic polyarylene is inexpensive. That can not be obtained Fido, there is a problem, such as.
環式ポリアリーレンスルフィドの他の製造方法として、4−ブロモチオフェノールの銅塩をキノリン中の超希釈条件下で加熱する方法も開示されている(例えば特許文献2参照)が、この方法も前記特許文献1と同様に超希釈条件が必須であり、また反応に長時間が必要であり生産性の極めて低い方法であった。さらに、副生する臭化銅を生成物である環式ポリアリーレンスルフィドから分離することが困難で、得られる環式ポリアリーレンスルフィドは純度の低いものであった。 As another method for producing a cyclic polyarylene sulfide, a method in which a copper salt of 4-bromothiophenol is heated under ultradilution conditions in quinoline (see, for example, Patent Document 2) is also disclosed. As in Patent Document 1, ultra-dilution conditions are essential, and a long time is required for the reaction, which is a very low productivity method. Furthermore, it is difficult to separate the by-produced copper bromide from the product cyclic polyarylene sulfide, and the resulting cyclic polyarylene sulfide has a low purity.
スルフィド化剤とジハロゲン化芳香族化合物といった汎用的な原料から脱塩縮合により環式ポリアリーレンスルフィドを得る方法として、N−メチルピロリドンに対する硫化ナトリウム量を0.1モル/リットルとして、これにジクロロベンゼンを加えて還流温度において接触させる方法が開示されている(例えば非特許文献1参照)。この方法ではスルフィド化剤のイオウ成分1モルに対する有機極性溶媒量が1.25リットル以上と希薄であるため環式ポリアリーレンスルフィドが得られると推測できるが、ごくわずかな量の環式ポリアリーレンスルフィドしか得られず、また得られる環式ポリアリーレンスルフィドは純度の低いものであり、さらには反応に長時間が必要であるという問題があった。 As a method for obtaining cyclic polyarylene sulfide from general-purpose raw materials such as a sulfidizing agent and a dihalogenated aromatic compound by desalting condensation, the amount of sodium sulfide relative to N-methylpyrrolidone is 0.1 mol / liter, and dichlorobenzene is added thereto. Has been disclosed (see, for example, Non-Patent Document 1). In this method, it can be assumed that the amount of the organic polar solvent relative to 1 mol of sulfur component of the sulfiding agent is 1.25 liters or more, so that it is possible to obtain cyclic polyarylene sulfide. However, a very small amount of cyclic polyarylene sulfide is obtained. However, the obtained cyclic polyarylene sulfide has a low purity, and there is a problem that a long time is required for the reaction.
以上の製造方法の課題を解決する方法として、スルフィド化剤とジハロゲン化芳香族化合物を、スルフィド化剤のイオウ成分1モルに対して1.25リットル以上の有機極性溶媒を用い、反応混合物を常圧における還流温度を超えて加熱する方法が開示されている(例えば特許文献3参照)。この方法では0.5〜2時間と比較的短時間でジハロゲン化芳香族化合物の消費率が90%程度に達し、環式ポリアリーレンスルフィドの選択率は35%程度まで向上することが確認されている。 As a method for solving the above problems of the production method, a sulfidizing agent and a dihalogenated aromatic compound are used in an organic polar solvent of 1.25 liters or more per 1 mol of the sulfur component of the sulfidizing agent, and the reaction mixture is usually used. A method of heating beyond the reflux temperature in the pressure is disclosed (for example, see Patent Document 3). In this method, it was confirmed that the consumption rate of the dihalogenated aromatic compound reached about 90% in a relatively short time of 0.5 to 2 hours, and the selectivity of the cyclic polyarylene sulfide was improved to about 35%. Yes.
しかしながら、特許文献3に示される環式ポリアリーレンスルフィドの製造方法では、反応混合物の含水率が高い上に反応混合物を常圧における還流温度を超える高温で加熱することから、反応系の圧力が高圧となる傾向があり高価な耐圧設備を要するため経済的に不利という課題があった。 However, in the method for producing cyclic polyarylene sulfide shown in Patent Document 3, the reaction mixture is heated at a high temperature exceeding the reflux temperature at normal pressure because the water content of the reaction mixture is high, and the pressure of the reaction system is high. There is a problem that it is economically disadvantageous because it requires expensive pressure-resistant equipment.
この反応混合物の水分率に由来する反応系の高圧に関する上記課題を解決する方法として、水分量がイオウ成分1モル当たり0.8モル以上のスルフィド化剤を、有機極性溶媒中で脱水してイオウ成分1モル当たり0.8モル未満の低含水スルフィド化剤混合物とする工程を含む環式ポリアリーレンスルフィドの製造方法が開示されている(例えば特許文献4)。当該方法では、環式ポリアリーレンスルフィドの反応を実施する前に脱水の工程を導入しており、これにより系内残存水分による圧力上昇の寄与が低下するため反応系全体の圧力を低減することが可能であった。 As a method for solving the above-mentioned problem relating to the high pressure of the reaction system derived from the moisture content of this reaction mixture, a sulfidizing agent having a water content of 0.8 mol or more per mol of sulfur component is dehydrated in an organic polar solvent to remove sulfur. A method for producing a cyclic polyarylene sulfide comprising a step of forming a mixture having a low water content of a sulfidizing agent of less than 0.8 mol per mol of the component is disclosed (for example, Patent Document 4). In this method, a dehydration step is introduced before carrying out the reaction of the cyclic polyarylene sulfide, and this reduces the contribution of pressure increase due to residual moisture in the system, thereby reducing the pressure of the entire reaction system. It was possible.
しかしながら、特許文献4の発明では、得られるスルフィド化剤混合物が140℃程度の固化温度を有するため、スルフィド化剤混合物を分割して使用、または移送して使用する場合には140℃以上の高温で取り扱う必要があり、より低温で移送できるようになることが望まれていた。また、脱水時の条件により反応器内に固形分が生成・沈降し、これを分割・移送して用いる場合、反応混合物のモルバランス調整がやや困難であった。そこで本発明では、前記した従来技術の課題を解決し、環式ポリアリーレンスルフィドを経済的に効率よく製造する方法を提供することを目的とする。 However, in the invention of Patent Document 4, since the resulting sulfidizing agent mixture has a solidification temperature of about 140 ° C., when the sulfidizing agent mixture is used separately or transferred, it is used at a high temperature of 140 ° C. or higher. It has been desired to be able to transport at a lower temperature. In addition, solid content is generated and settled in the reactor depending on the conditions during dehydration, and when this is divided and transferred, it is somewhat difficult to adjust the molar balance of the reaction mixture. In view of the above, an object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art and to provide a method for economically and efficiently producing cyclic polyarylene sulfide.
本発明は上記課題を解決するため以下の特徴を有する環式ポリアリーレンスルフィドの製造方法を提供する。
[1]少なくともスルフィド化剤、ジハロゲン化芳香族化合物および有機極性溶媒を含む反応混合物を加熱して環式ポリアリーレンスルフィドを製造する方法であって、少なくとも以下の(i)、(ii)の工程を含むことを特徴とする環式ポリアリーレンスルフィドの製造方法。
(i)少なくともスルフィド化剤、有機極性溶媒および水分を含む混合物であって、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.1リットル以上0.4リットル未満の有機極性溶媒を含む混合物を150℃以上250℃以下で加熱し、水分量がスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.8モル以上6.0モル以下のスルフィド化剤混合物を調製する工程
(ii)工程(i)の後で、少なくとも工程(i)で得られたスルフィド化剤混合物、ジハロゲン化芳香族化合物および有機極性溶媒を含む反応混合物を、有機極性溶媒が反応混合物中のイオウ成分1モル当たり1.25リットル以上50リットル以下となる条件で加熱する工程
[2]工程(i)で得られるスルフィド化剤混合物が均一であることを特徴とする[1]に記載の環式ポリアリーレンスルフィドの製造方法。
[3]工程(i)において、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.1リットル以上0.4リットル未満の有機極性溶媒を含む混合物を加熱し、水分量がスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.8モル以上3.0モル以下のスルフィド化剤混合物を調製することを特徴とする[1]または[2]に記載の環式ポリアリーレンスルフィドの製造方法。
[4]工程(i)において、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり3.0モルより多い水分を含む混合物を加熱して脱水し、水分量をスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.8モル以上3.0モル以下になるまで減じたスルフィド化剤混合物を得ることを特徴とする[3]に記載の環式ポリアリーレンスルフィドの製造方法。
[5]工程(i)(ii)を、別々の反応器で実施することを特徴とする[1]から[4]のいずれかに記載の環式ポリアリーレンスルフィドの製造方法。
[6]工程(i)の後に工程(i)を実施した反応器で、有機極性溶媒がイオウ成分1モル当たり0.4リットル以上になるようにスルフィド化剤混合物に有機極性溶媒を加えて希釈することを特徴とする[1]から[5]のいずれかに記載の環式ポリアリーレンスルフィドの製造方法。
[7]工程(ii)において反応混合物を常圧における還流温度を超えて加熱することを特徴とする[1]から[6]のいずれかに記載の環式ポリアリーレンスルフィドの製造方法。
[8]工程(ii)における圧力がゲージ圧で0.8 MPa以下であることを特徴とする[1]から[7]のいずれかに記載の環式ポリアリーレンスルフィドの製造方法。
[9]スルフィド化剤がアルカリ金属硫化物であることを特徴とする[1]から[8]のいずれかに記載の環式ポリアリーレンスルフィドの製造方法。
[10]ジハロゲン化芳香族化合物がジクロロベンゼンであることを特徴とする[1]から[9]のいずれかに記載の環式ポリアリーレンスルフィドの製造方法。
[11]工程(ii)を行う前の反応混合物中に線状ポリアリーレンスルフィドを含むことを特徴とする[1]から[10]のいずれかに記載の環式ポリアリーレンスルフィドの製造方法。
In order to solve the above problems, the present invention provides a method for producing a cyclic polyarylene sulfide having the following characteristics.
[1] A method for producing a cyclic polyarylene sulfide by heating a reaction mixture containing at least a sulfidizing agent, a dihalogenated aromatic compound and an organic polar solvent, comprising at least the following steps (i) and (ii): A process for producing a cyclic polyarylene sulfide, comprising:
(I) at least sulfidizing agent, a mixture comprising an organic polar solvent and water, a mixture comprising an organic polar solvent under 0.4 liters sulfur contained 1 mole per 0.1 liters or more of the sulfidizing agent 0.99 ° C. or higher Heating at 250 ° C. or lower, and preparing a sulfidizing agent mixture having a water content of 0.8 mol or more and 6.0 mol or less per mol of sulfur component of the sulfidizing agent, at least after step (i) The reaction mixture containing the sulfidizing agent mixture obtained in step (i), the dihalogenated aromatic compound and the organic polar solvent is 1.25 liters to 50 liters per mole of the sulfur component in the reaction mixture. [2] The cyclic polysulfide according to [1], wherein the mixture of sulfidizing agents obtained in step (i) is uniform. Manufacturing method of arylene sulfide.
[3] In step (i), a mixture containing an organic polar solvent of 0.1 liter or more and less than 0.4 liter per mole of the sulfur component of the sulfidizing agent is heated, and the water content is 1 mol of the sulfur component of the sulfidizing agent. The method for producing a cyclic polyarylene sulfide according to [1] or [2], wherein a mixture of 0.8 mol to 3.0 mol of a sulfidizing agent mixture is prepared.
[4] In step (i), a mixture containing more than 3.0 moles of water per mole of sulfur component of the sulfidizing agent is heated to dehydrate, and the amount of water is reduced to 0.8 per mole of sulfur component of the sulfidizing agent. The method for producing a cyclic polyarylene sulfide according to [3], wherein a mixture of the sulfidizing agent reduced to a molar amount of 3.0 to 3.0 mol is obtained.
[5] The method for producing a cyclic polyarylene sulfide according to any one of [1] to [4], wherein the steps (i) and (ii) are carried out in separate reactors.
[6] In the reactor in which step (i) is carried out after step (i), the organic polar solvent is added to the sulfidizing agent mixture and diluted so that the organic polar solvent is 0.4 liter or more per mole of sulfur component. The method for producing a cyclic polyarylene sulfide according to any one of [1] to [5], wherein:
[7] The method for producing a cyclic polyarylene sulfide according to any one of [1] to [6], wherein the reaction mixture is heated in step (ii) above the reflux temperature at normal pressure.
[8] The method for producing a cyclic polyarylene sulfide as described in any one of [1] to [7], wherein the pressure in step (ii) is 0.8 MPa or less in terms of gauge pressure.
[9] The method for producing a cyclic polyarylene sulfide as described in any one of [1] to [8], wherein the sulfidizing agent is an alkali metal sulfide.
[10] The method for producing a cyclic polyarylene sulfide as described in any one of [1] to [9], wherein the dihalogenated aromatic compound is dichlorobenzene.
[11] The method for producing a cyclic polyarylene sulfide as described in any one of [1] to [10], wherein linear polyarylene sulfide is contained in the reaction mixture before performing step (ii).
本発明によれば、環式ポリアリーレンスルフィドを、良好な収率で、安定して製造する方法が提供できる。より詳しくは、原料の加熱による均一化の工程を導入する環式ポリアリーレンスルフィド製造において、当該工程で得られる均一なスルフィド化剤混合物の高い移送性を生かすことで、反応混合物における原料のモルバランスを精密に調整でき、高価な耐圧設備を用いることなく、原料を十分に消費させ、良好な収率で環式ポリアリーレンスルフィドを製造する方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the method of manufacturing a cyclic polyarylene sulfide stably with a favorable yield can be provided. More specifically, in the production of cyclic polyarylene sulfide that introduces a homogenization step by heating the raw material, by utilizing the high transportability of the uniform sulfidizing agent mixture obtained in this step, the molar balance of the raw material in the reaction mixture Can be precisely adjusted, and a method for producing a cyclic polyarylene sulfide with a good yield can be provided by sufficiently consuming raw materials without using expensive pressure-resistant equipment.
以下に、本発明実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
(1)スルフィド化剤
本発明で用いられるスルフィド化剤とは、ジハロゲン化芳香族化合物にスルフィド結合を導入できるものであれば良く、例えばアルカリ金属硫化物、アルカリ金属水硫化物、および硫化水素が挙げられる。
(1) Sulfiding agent The sulfiding agent used in the present invention may be any sulfidizing agent as long as it can introduce a sulfide bond into a dihalogenated aromatic compound. For example, alkali metal sulfide, alkali metal hydrosulfide, and hydrogen sulfide may be used. Can be mentioned.
アルカリ金属硫化物の具体例としては、例えば硫化リチウム、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これら2種以上の混合物を挙げることができ、なかでも硫化リチウムおよび/または硫化ナトリウムが好ましく、硫化ナトリウムがより好ましく用いられる。これらのアルカリ金属硫化物は、水和物または水性混合物として、あるいは無水物の形で用いることができる。なお、水性混合物とは水溶液、もしくは水溶液と固体成分の混合物、もしくは水と固体成分の混合物のことをさす。一般的に入手できる安価なアルカリ金属硫化物は水和物または水性混合物であるので、このような形態のアルカリ金属硫化物を用いることが好ましい。 Specific examples of the alkali metal sulfide include lithium sulfide, sodium sulfide, potassium sulfide, rubidium sulfide, cesium sulfide and a mixture of two or more thereof, among which lithium sulfide and / or sodium sulfide are preferable. Sodium sulfide is more preferably used. These alkali metal sulfides can be used as hydrates or aqueous mixtures or in the form of anhydrides. The aqueous mixture refers to an aqueous solution, a mixture of an aqueous solution and a solid component, or a mixture of water and a solid component. Since generally available inexpensive alkali metal sulfides are hydrates or aqueous mixtures, it is preferred to use such forms of alkali metal sulfides.
アルカリ金属水硫化物の具体例としては、例えば水硫化リチウム、水硫化ナトリウム、水硫化カリウム、水硫化リチウム、水硫化ルビジウム、水硫化セシウムおよびこれら2種以上の混合物を挙げることができ、なかでも水硫化リチウムおよび/または水硫化ナトリウムが好ましく、水硫化ナトリウムがより好ましく用いられる。 Specific examples of the alkali metal hydrosulfide include, for example, lithium hydrosulfide, sodium hydrosulfide, potassium hydrosulfide, lithium hydrosulfide, rubidium hydrosulfide, cesium hydrosulfide, and mixtures of two or more thereof. Lithium hydrosulfide and / or sodium hydrosulfide are preferable, and sodium hydrosulfide is more preferably used.
また、アルカリ金属水硫化物とアルカリ金属水酸化物から、反応系においてin situで調製されるアルカリ金属硫化物も用いることができる。また、あらかじめアルカリ金属水硫化物とアルカリ金属水酸化物を接触させて調製したアルカリ金属硫化物を用いることもできる。これらのアルカリ金属水硫化物及びアルカリ金属水酸化物は水和物または水性混合物として、あるいは無水物の形で用いることができ、水和物または水性混合物が入手のし易さ、コストの観点から好ましい。 In addition, an alkali metal sulfide prepared in situ in a reaction system from an alkali metal hydrosulfide and an alkali metal hydroxide can also be used. Alternatively, an alkali metal sulfide prepared by previously contacting an alkali metal hydrosulfide and an alkali metal hydroxide can be used. These alkali metal hydrosulfides and alkali metal hydroxides can be used as hydrates or aqueous mixtures, or in the form of anhydrides. From the viewpoint of availability and cost of hydrates or aqueous mixtures. preferable.
さらに、水酸化リチウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物と硫化水素から反応系においてin situで調製されるアルカリ金属硫化物も用いることができる。また、あらかじめ水酸化リチウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物と硫化水素を接触させて調製したアルカリ金属硫化物を用いることもできる。硫化水素は気体状、液体状、水溶液状のいずれの形態で用いても差し障り無い。 Furthermore, alkali metal sulfides prepared in situ in the reaction system from alkali metal hydroxides such as lithium hydroxide and sodium hydroxide and hydrogen sulfide can also be used. Further, alkali metal sulfides prepared by previously contacting alkali metal hydroxides such as lithium hydroxide and sodium hydroxide with hydrogen sulfide can also be used. Hydrogen sulfide can be used in any form of gas, liquid, and aqueous solution.
本発明において、スルフィド化剤の量は、脱水操作などによりジハロゲン化芳香族化合物との反応開始前にスルフィド化剤の一部損失が生じる場合には、実際の仕込み量から当該損失分を差し引いた残存量を意味するものとする。 In the present invention, the amount of the sulfidizing agent is subtracted from the actual charge when the loss of the sulfidizing agent partially occurs before the start of the reaction with the dihalogenated aromatic compound due to dehydration operation or the like. It shall mean the remaining amount.
なお、スルフィド化剤と共に、アルカリ金属水酸化物および/またはアルカリ土類金属水酸化物を併用することも可能である。アルカリ金属水酸化物の具体例としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウムおよびこれら2種以上の混合物を好ましいものとして挙げることができ、アルカリ土類金属水酸化物の具体例としては、例えば水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウムなどが挙げられ、なかでも水酸化ナトリウムが好ましく用いられる。 An alkali metal hydroxide and / or an alkaline earth metal hydroxide can be used in combination with the sulfidizing agent. Specific examples of the alkali metal hydroxide include sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, rubidium hydroxide, cesium hydroxide, and a mixture of two or more thereof. Specific examples of the metal hydroxide include magnesium hydroxide, calcium hydroxide, strontium hydroxide, barium hydroxide, and the like. Among them, sodium hydroxide is preferably used.
スルフィド化剤として、アルカリ金属水硫化物を用いる場合には、アルカリ金属水酸化物を同時に使用することが特に好ましいが、この使用量はアルカリ金属水硫化物1モルに対し下限0.80モル以上が例示でき、好ましくは0.95モル以上、より好ましくは1.005モル以上である。また、上限は1.50モル以下が例示でき、好ましくは1.25モル、より好ましくは1.20モルの範囲が例示できる。スルフィド化剤として硫化水素を用いる場合にはアルカリ金属水酸化物を同時に使用することが特に好ましく、この場合のアルカリ金属水酸化物の使用量は硫化水素1モルに対し下限は1.60モル以上が例示でき、好ましくは1.90モル以上、より好ましくは2.01モル以上である。また、上限は、3.00モル以下が例示でき、好ましくは2.50モル以下、より好ましくは2.40モル以下である。ここでアルカリ金属水酸化物の使用量を上記範囲とすることにより高収率で環式PASが得られるが、上記範囲より多くても、また、少なくても生成した環式PASが分解しやすく収率は低下する傾向にある。 When an alkali metal hydrosulfide is used as the sulfiding agent, it is particularly preferable to use an alkali metal hydroxide at the same time, but the amount used is lower than 0.80 mol per mol of the alkali metal hydrosulfide. And preferably 0.95 mol or more, more preferably 1.005 mol or more. Moreover, the upper limit can illustrate 1.50 mol or less, Preferably it is 1.25 mol, More preferably, the range of 1.20 mol can be illustrated. When hydrogen sulfide is used as the sulfiding agent, it is particularly preferable to use an alkali metal hydroxide at the same time. In this case, the lower limit is 1.60 mol or more with respect to 1 mol of hydrogen sulfide. Is preferably 1.90 mol or more, more preferably 2.01 mol or more. Moreover, the upper limit can illustrate 3.00 mol or less, Preferably it is 2.50 mol or less, More preferably, it is 2.40 mol or less. Here, the cyclic PAS can be obtained in a high yield by setting the amount of the alkali metal hydroxide used within the above range, but the cyclic PAS produced is easily decomposed even if the amount is more than or less than the above range. The yield tends to decrease.
(2)ジハロゲン化芳香族化合物
本発明の環式PASの製造において使用されるジハロゲン化芳香族化合物としては、p−ジクロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、m−ジクロロベンゼン、p−ジブロモベンゼン、o−ジブロモベンゼン、m−ジブロモベンゼン、1−ブロモ−4−クロロベンゼン、1−ブロモ−3−クロロベンゼンなどのジハロゲン化ベンゼン、及び1−メトキシ−2,5−ジクロロベンゼン、1−メチル−2,5−ジクロロベンゼン、1,4−ジメチル−2,5−ジクロロベンゼン、1,3−ジメチル−2,5−ジクロロベンゼン、3,5−ジクロロ安息香酸などのハロゲン以外の置換基をも含むジハロゲン化芳香族化合物などを挙げることができる。なかでも、p−ジクロロベンゼンに代表されるp−ジハロゲン化ベンゼンを主成分にするジハロゲン化芳香族化合物が好ましい。特に好ましくは、p−ジクロロベンゼンを80〜100モル%含むものであり、さらに好ましくは90〜100モル%含むものである。また、環式PAS共重合体を製造するために異なる2種以上のジハロゲン化芳香族化合物を組み合わせて用いることも可能である。
(2) Dihalogenated aromatic compound As the dihalogenated aromatic compound used in the production of the cyclic PAS of the present invention, p-dichlorobenzene, o-dichlorobenzene, m-dichlorobenzene, p-dibromobenzene, o- Dihalogenated benzene such as dibromobenzene, m-dibromobenzene, 1-bromo-4-chlorobenzene, 1-bromo-3-chlorobenzene, and 1-methoxy-2,5-dichlorobenzene, 1-methyl-2,5-di Dihalogenated aromatic compounds containing substituents other than halogen such as chlorobenzene, 1,4-dimethyl-2,5-dichlorobenzene, 1,3-dimethyl-2,5-dichlorobenzene and 3,5-dichlorobenzoic acid And so on. Especially, the dihalogenated aromatic compound which has p-dihalogenated benzene represented by p-dichlorobenzene as a main component is preferable. Particularly preferably, it contains 80 to 100 mol%, more preferably 90 to 100 mol% of p-dichlorobenzene. It is also possible to use two or more different dihalogenated aromatic compounds in combination in order to produce a cyclic PAS copolymer.
(3)有機極性溶媒
本発明の環式PASの製造においては反応溶媒として有機極性溶媒を用いるが、なかでも有機アミド溶媒を用いるのが好ましい。具体例としては、N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン、N−シクロヘキシル−2−ピロリドンなどのN−アルキルピロリドン類、N−メチル−ε−カプロラクタムなどのカプロラクタム類、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルリン酸トリアミドなどに代表されるアプロチック有機溶媒、及びこれらの混合物などが、反応の安定性が高いために好ましく使用される。これらのなかでもN−メチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンが好ましく用いられる。
(3) Organic Polar Solvent In the production of the cyclic PAS of the present invention, an organic polar solvent is used as a reaction solvent. Among them, an organic amide solvent is preferably used. Specific examples include N-alkylpyrrolidones such as N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone and N-cyclohexyl-2-pyrrolidone, caprolactams such as N-methyl-ε-caprolactam, An aprotic organic solvent typified by 3-dimethyl-2-imidazolidinone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, hexamethylphosphoric triamide, etc., and a mixture thereof, have a stable reaction. It is preferably used because it is expensive. Of these, N-methyl-2-pyrrolidone and 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone are preferably used.
(4)スルフィド化剤混合物
本発明の環式PASの製造におけるスルフィド化剤混合物とは、上記したスルフィド化剤および有機極性溶媒を含む混合物のことである。このスルフィド化剤混合物は、温度や含有水分量によって固体や液体やゼリー状など種々の性状を示すが、本発明の好ましい様態、すなわち、後述する工程(i)の項で示す条件で加熱を行ったものは液体の性状を示すことが多く、その後冷却した場合には固体もしくはゼリー状の性状を示すことが多い。ここで、液体と固体またはゼリー状の相転移温度を固化温度と定義する。固化温度は原料組成や水分量に依存するため一概に規定できないが、80〜150℃の範囲にある場合が多く、本発明の好ましい様態においては80〜130℃の範囲にある。固化温度がこのような好ましい範囲にある場合、スルフィド化剤混合物をより低温で液状化することができ、装置間移送がより容易に行える。
(4) Sulfidation agent mixture The sulfidation agent mixture in the production of the cyclic PAS of the present invention is a mixture containing the above sulfidation agent and an organic polar solvent. This sulfidizing agent mixture exhibits various properties such as solid, liquid, and jelly depending on the temperature and water content, but it is heated under the preferred mode of the present invention, that is, the conditions shown in the step (i) described later. In many cases, it exhibits liquid properties, and when cooled, it often exhibits solid or jelly-like properties. Here, a liquid-solid or jelly-like phase transition temperature is defined as a solidification temperature. The solidification temperature depends on the raw material composition and the amount of water, and thus cannot be defined unconditionally. When the solidification temperature is in such a preferable range, the sulfidizing agent mixture can be liquefied at a lower temperature, and transfer between apparatuses can be performed more easily.
この工程(i)の実施によって得られるスルフィド化剤混合物は、均一になっていることが好ましい。ここで「均一」とは、スルフィド化剤混合物を固化温度以上に加熱して液状にした際に相分離が見られない状態、かつ固形分が沈降していない状態として定義し、それを冷却して固化した時の状態も同様に「均一」であるとする。この「均一」の状態を判定する際の基準となる加熱温度は、用いるスルフィド化剤と有機極性溶媒の種類や量によって変化するため明確には規定できないが、スルフィド化剤混合物の固化温度以上であればよい。例えば、本発明の好ましい様態の一例である、スルフィド化剤として水硫化ナトリウムと水酸化ナトリウムを使用し、有機極性溶媒としてN−メチル−2−ピロリドンを使用した場合には、150℃が例示できる。また、「固形分」とは1ミリメートルより大きなサイズのものと定義し、これが加熱時に沈降していない状態を目視にて確認できた場合を「均一」とする。スルフィド化剤混合物が均一であれば、加熱して液状化したスルフィド化剤混合物を容器間移送した際に高い回収率で回収可能であり、好ましくは95%以上、より好ましくは98%以上、さらに好ましくは99%以上の回収率で回収できる。また、スルフィド化剤混合物中のイオウ成分も同様に、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上の回収率で回収できる。ここで、スルフィド化剤混合物中のイオウ成分の回収率とは、工程(i)で仕込んだイオウ成分の量に対する、回収したスルフィド化剤混合物中に含まれるイオウ成分の量の割合のことである。そして、そのようなスルフィド化剤混合物を分割した時には、同一の組成を維持したまま分割することが可能である。すなわち、「均一」であれば、スルフィド化剤混合物が固体や液体やゼリー状のいずれの状態であっても容易に均等な分割が可能であり、スルフィド化剤混合物を分割して使用する際に、その都度、組成分析を行う手間を省略することができる。 The sulfidizing agent mixture obtained by carrying out this step (i) is preferably uniform. Here, “homogeneous” is defined as a state in which no phase separation is observed when the mixture of the sulfidizing agent is heated to a temperature equal to or higher than the solidification temperature, and the solid content is not settled. Similarly, the state when solidified is assumed to be “uniform”. The heating temperature that is the standard for determining this “homogeneous” state varies depending on the type and amount of the sulfidizing agent and the organic polar solvent used, but cannot be clearly defined, but is higher than the solidification temperature of the sulfidizing agent mixture. I just need it. For example, when sodium hydrosulfide and sodium hydroxide are used as the sulfiding agent and N-methyl-2-pyrrolidone is used as the organic polar solvent, which is an example of a preferred embodiment of the present invention, 150 ° C. can be exemplified. . Further, “solid content” is defined as having a size larger than 1 mm, and “uniform” is defined as a state where it can be visually confirmed that it has not settled during heating. If the sulfidizing agent mixture is uniform, it can be recovered at a high recovery rate when the sulfidizing agent mixture heated and liquefied is transferred between containers, preferably 95% or more, more preferably 98% or more, Preferably, it can be recovered at a recovery rate of 99% or more. Similarly, the sulfur component in the sulfidizing agent mixture can be recovered with a recovery rate of preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and still more preferably 95% or more. Here, the recovery rate of the sulfur component in the sulfidizing agent mixture is the ratio of the amount of the sulfur component contained in the recovered sulfidizing agent mixture to the amount of the sulfur component charged in step (i). . When such a sulfidizing agent mixture is divided, it can be divided while maintaining the same composition. That is, if it is “homogeneous”, even if the sulfidizing agent mixture is in a solid, liquid or jelly state, it can be easily divided evenly. When the sulfidizing agent mixture is divided and used, Each time, it is possible to omit the trouble of performing composition analysis.
均一なスルフィド化剤混合物を得る方法として、例えばスルフィド化剤として硫化ナトリウム、有機極性溶媒としてN−メチル−2−ピロリドンを使用し、硫化ナトリウムのイオウ成分1モル当たり5.9モルの水分と硫化ナトリウムのイオウ成分1モル当たり0.2リットルのN−メチル−2−ピロリドンを含む混合物を調製した場合には、180℃で2時間加熱する方法を例示できる。 As a method for obtaining a uniform sulfiding agent mixture, for example, sodium sulfide is used as a sulfiding agent, N-methyl-2-pyrrolidone is used as an organic polar solvent, and 5.9 moles of water and sulfide are added per mole of sulfur component of sodium sulfide. When a mixture containing 0.2 liter of N-methyl-2-pyrrolidone per mole of sodium sulfur component is prepared, a method of heating at 180 ° C. for 2 hours can be exemplified.
(5)反応混合物
本発明の環式PASの製造における反応混合物とは、少なくとも、工程(i)で得られたスルフィド化剤混合物、ジハロゲン化芳香族化合物および有機極性溶媒を含む混合物のことであり、後述する工程(ii)の項で示す反応条件に処することで環式ポリアリーレンスルフィドを生成する混合物のことを指す。反応混合物には前記必須成分以外に環式PASの生成を著しく阻害しない第三成分や、環式PASの生成を加速する効果を有する第三成分、また後述するように線状PASを加えることも可能である。なお、反応混合物について工程(ii)を行った後は、「反応生成物」と呼称を変えることとする。
(5) Reaction mixture The reaction mixture in the production of the cyclic PAS of the present invention is a mixture containing at least the sulfidizing agent mixture, dihalogenated aromatic compound and organic polar solvent obtained in step (i). It refers to a mixture that forms cyclic polyarylene sulfide by subjecting it to the reaction conditions shown in the section of step (ii) described later. In addition to the above essential components, the reaction mixture may contain a third component that does not significantly inhibit the formation of cyclic PAS, a third component that has the effect of accelerating the formation of cyclic PAS, and linear PAS as described later. Is possible. In addition, after performing a process (ii) about a reaction mixture, suppose that a name is changed with a "reaction product."
(6)環式ポリアリーレンスルフィド
本発明における環式ポリアリーレンスルフィドとは式、−(Ar−S)−の繰り返し単位を主要構成単位とする環式化合物であり、好ましくは当該繰り返し単位を80モル%以上含有する下記一般式(A)のごとき化合物である。
(6) Cyclic polyarylene sulfide The cyclic polyarylene sulfide in the present invention is a cyclic compound having a repeating unit of formula:-(Ar-S)-as a main constituent unit, and preferably 80 mol of the repeating unit. % Or more of the compound represented by the following general formula (A).
ここでArとしては下記一般式(B)〜式(M)などであらわされる単位を例示できるが、なかでも式(B)〜式(K)が好ましく、式(B)及び式(C)がより好ましく、式(B)が特に好ましい。 Here, examples of Ar can include units represented by the following general formulas (B) to (M), among which formulas (B) to (K) are preferable, and formulas (B) and (C) are preferred. More preferred is formula (B).
(ただし、式中のR1,R2は水素、炭素数1から6のアルキル基、炭素数1から6のアルコキシ基、ハロゲン基から選ばれた置換基であり、R1とR2は同一でも異なっていてもよい。) (In the formula, R1 and R2 are substituents selected from hydrogen, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and a halogen group, and R1 and R2 are the same or different. May be good.)
(ただし、式中のR1,R2は水素、炭素数1から6のアルキル基、炭素数1から6のアルコキシ基、ハロゲン基から選ばれた置換基であり、R1とR2は同一でも異なっていてもよい。) (In the formula, R1 and R2 are substituents selected from hydrogen, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and a halogen group, and R1 and R2 are the same or different. May be good.)
(ただし、式中のR1,R2は水素、炭素数1から6のアルキル基、炭素数1から6のアルコキシ基、ハロゲン基から選ばれた置換基であり、R1とR2は同一でも異なっていてもよい。) (In the formula, R1 and R2 are substituents selected from hydrogen, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and a halogen group, and R1 and R2 are the same or different. May be good.)
なお、環式ポリアリーレンスルフィドにおいては前記式(B)〜式(M)などの繰り返し単位をランダムに含んでも良いし、ブロックで含んでも良く、それらの混合物のいずれかであってもよい。これらの代表的なものとして、環式ポリフェニレンスルフィド、環式ポリフェニレンスルフィドスルホン、環式ポリフェニレンスルフィドケトン、これらが含まれる環式ランダム共重合体、環式ブロック共重合体及びそれらの混合物などが挙げられる。特に好ましい環式ポリアリーレンスルフィドとしては、主要構成単位としてp−フェニレンスルフィド単位 In the cyclic polyarylene sulfide, the repeating units such as the above formulas (B) to (M) may be included at random, may be included as a block, or may be any mixture thereof. Typical examples of these include cyclic polyphenylene sulfide, cyclic polyphenylene sulfide sulfone, cyclic polyphenylene sulfide ketone, cyclic random copolymers containing these, cyclic block copolymers, and mixtures thereof. . Particularly preferred cyclic polyarylene sulfides include p-phenylene sulfide units as the main structural unit.
を80モル%以上、特に90モル%以上含有する環式ポリフェニレンスルフィド(以下、環式PPSと略すこともある)が挙げられる。 Is a cyclic polyphenylene sulfide containing 80 mol% or more, particularly 90 mol% or more (hereinafter sometimes abbreviated as cyclic PPS).
環式ポリアリーレンスルフィドの前記(A)式中の繰り返し数mに特に制限は無いが、2〜50が好ましく、3〜40がより好ましく、4〜30がさらに好ましい範囲として例示できる。後述するように環式PASを含有するポリアリーレンスルフィドプレポリマーを高重合度体へ転化する場合には、環式ポリアリーレンスルフィドが溶融解する温度以上に加熱して行うことが好ましいが、mが大きくなると環式ポリアリーレンスルフィドの溶融解温度が高くなる傾向にあるため、ポリアリーレンスルフィドプレポリマーの高重合度体への転化をより低い温度で行うことができるようになるとの観点でmを前記範囲にすることは有利となる。また、環式ポリアリーレンスルフィドは、単一の繰り返し数を有する単独化合物、異なる繰り返し数を有する環式ポリアリーレンスルフィドの混合物のいずれでも良いが、異なる繰り返し数を有する環式ポリアリーレンスルフィドの混合物の方が単一の繰り返し数を有する単独化合物よりも溶融解温度が低い傾向があり、異なる繰り返し数を有する環式ポリアリーレンスルフィドの混合物の使用は前記した高重合度体への転化を行う際の温度をより低くできるため好ましい。 Although there is no restriction | limiting in particular in the repeating number m in the said (A) formula of cyclic polyarylene sulfide, 2-50 are preferable, 3-40 are more preferable, and 4-30 can be illustrated as a still more preferable range. As will be described later, when the polyarylene sulfide prepolymer containing cyclic PAS is converted to a high degree of polymerization, it is preferable to heat at a temperature at which the cyclic polyarylene sulfide is melted or dissolved, Since the melting temperature of the cyclic polyarylene sulfide tends to increase as the value increases, the conversion of the polyarylene sulfide prepolymer to a high degree of polymerization can be performed at a lower temperature. The range is advantageous. The cyclic polyarylene sulfide may be either a single compound having a single repeating number or a mixture of cyclic polyarylene sulfides having different repeating numbers, but may be a mixture of cyclic polyarylene sulfides having different repeating numbers. The melt solution temperature tends to be lower than that of a single compound having a single number of repetitions, and the use of a mixture of cyclic polyarylene sulfides having different numbers of repetitions is used in the conversion to the above-mentioned high degree of polymerization. This is preferable because the temperature can be lowered.
(7)線状ポリアリーレンスルフィド
本発明における線状ポリアリーレンスルフィド(以下、線状PASと略すこともある)とは式、−(Ar−S)−の繰り返し単位を主要構成単位とする直鎖状化合物であり、下記一般式(N)に示す化合物である。
(7) Linear polyarylene sulfide The linear polyarylene sulfide (hereinafter sometimes abbreviated as linear PAS) in the present invention is a straight chain having a repeating unit of the formula:-(Ar-S)-as a main structural unit. And a compound represented by the following general formula (N).
ここでArとしては、上記した環式ポリアリーレンスルフィドの場合と同様、式(B)〜式(M)などであらわされる単位を例示でき、なかでも式(B)〜式(K)が好ましく、式(B)及び式(C)がより好ましく、式(B)が特に好ましい。 Here, as Ar, as in the case of the above-described cyclic polyarylene sulfide, units represented by formula (B) to formula (M) and the like can be exemplified, among which formula (B) to formula (K) are preferable, Formula (B) and formula (C) are more preferable, and formula (B) is particularly preferable.
なお、線状PASは前記式(B)〜式(M)などの繰り返し単位をランダムに含んでも良いし、ブロックで含んでも良く、それらの混合物のいずれかであってもよい。これらの代表的なものとして、線状ポリフェニレンスルフィド(以下、線状PPSと略すこともある)、線状ポリフェニレンスルフィドスルホン、線状ポリフェニレンスルフィドケトン、これらが含まれる環式ランダム共重合体、環式ブロック共重合体及びそれらの混合物などが挙げられる。 In addition, linear PAS may contain repeating units, such as said Formula (B)-Formula (M), at random, may be contained in a block, and may be either of those mixtures. Typical examples of these include linear polyphenylene sulfide (hereinafter sometimes abbreviated as linear PPS), linear polyphenylene sulfide sulfone, linear polyphenylene sulfide ketone, cyclic random copolymers containing these, cyclic Examples thereof include block copolymers and mixtures thereof.
ここで、例えば繰り返し数mの環状化合物は、繰り返し数mの線状化合物が生成し、それがある確率によって環化することで生成すると考えられるため、環化の確率が100%でない限り、一定確率で線状体が生成することになる。よって、本発明の目的物である環式PASを単離・回収するためには、環式PASと線状PASを分離する必要が出てくる。この分離操作に関しては、線状PASの分子量が高いほど環式PASと線状PASを精度良く分離できる傾向に有り、線状ポリアリーレンスルフィドの好ましい分子量は重量平均分子量で2,500以上が例示でき、5,000以上が好ましく、10,000以上がより好ましく例示できる。線状PASの重量平均分子量がこの好ましい範囲内では、線状PASの有機極性溶媒への溶解性が低下する一方で、環式PASは有機極性溶媒に溶解する傾向が強いため、この有機極性溶媒への溶解性の差を利用して環式PASと線状PASの混合物から効率よく環式PASを得ることが可能となる。なお、ここでの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、ポリスチレン換算で算出した値である。 Here, for example, a cyclic compound having a repetition number of m is considered to be generated by generating a linear compound having a repetition number of m and cyclizing with a certain probability. Therefore, the cyclic compound is constant unless the cyclization probability is 100%. A linear body is generated with probability. Therefore, in order to isolate and recover the cyclic PAS that is the object of the present invention, it is necessary to separate the cyclic PAS and the linear PAS. Regarding this separation operation, the higher the molecular weight of linear PAS, the more likely it is that cyclic PAS and linear PAS can be separated with higher precision. The preferred molecular weight of linear polyarylene sulfide is 2,500 or more in terms of weight average molecular weight. 5,000 or more is preferable, and 10,000 or more is more preferable. When the weight average molecular weight of the linear PAS is within this preferred range, the solubility of the linear PAS in the organic polar solvent decreases, while the cyclic PAS has a strong tendency to dissolve in the organic polar solvent. It is possible to efficiently obtain cyclic PAS from a mixture of cyclic PAS and linear PAS by utilizing the difference in solubility in water. Here, the weight average molecular weight is a value calculated in terms of polystyrene by gel permeation chromatography (GPC).
(8)環式ポリアリーレンスルフィドの製造方法
本発明は、少なくともスルフィド化剤、ジハロゲン化芳香族化合物および有機極性溶媒からなる反応混合物を加熱して環式PASを製造する方法であって、少なくとも以下の(i)、(ii)の工程を含むことを特徴とする環式ポリアリーレンスルフィドの製造方法に関する。
(i)スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.1リットル以上0.4リットル未満の有機極性溶媒を含む混合物を加熱し、水分量がスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.8モル以上6.0モル以下のスルフィド化剤混合物を調製する工程
(ii)工程(i)の後で、少なくともスルフィド化剤混合物、ジハロゲン化芳香族化合物存在下であり、有機極性溶媒が反応混合物中のイオウ成分1モル当たり1.25リットル以上50リットル以下となる条件で加熱する工程
以下に、本発明における環式PAS製造方法を詳述する。
(8) Method for Producing Cyclic Polyarylene Sulfide The present invention is a method for producing cyclic PAS by heating a reaction mixture comprising at least a sulfidizing agent, a dihalogenated aromatic compound, and an organic polar solvent, wherein at least The present invention relates to a method for producing a cyclic polyarylene sulfide, which comprises the steps (i) and (ii).
(I) A mixture containing an organic polar solvent of 0.1 liter or more and less than 0.4 liter per mole of sulfur component of the sulfiding agent is heated, and the water content is 0.8 mole or more per mole of sulfur component of the sulfiding agent. Step (ii) of preparing 6.0 moles or less of the sulfidizing agent mixture After step (i), at least in the presence of the sulfidizing agent mixture and dihalogenated aromatic compound, the organic polar solvent is a sulfur in the reaction mixture. The process of heating on the conditions which become 1.25 liters-50 liters per mol of components Below, the cyclic PAS manufacturing method in this invention is explained in full detail.
なお、本発明の環式PASの製造では、バッチ方式、及び連続方式など公知の各種重合方式、反応方式を採用することができる。 In the production of the cyclic PAS of the present invention, various known polymerization methods and reaction methods such as a batch method and a continuous method can be employed.
(8−1)工程(i)
本発明における工程(i)とは、少なくとも、スルフィド化剤および有機極性溶媒を含む混合物を、以下に示す条件で加熱し、スルフィド化剤混合物を調製する工程のことである。
(8-1) Step (i)
Step (i) in the present invention is a step of preparing a sulfidizing agent mixture by heating a mixture containing at least a sulfidizing agent and an organic polar solvent under the following conditions.
本発明の工程(i)では、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.1リットル以上0.4リットル未満の有機極性溶媒を含む。有機極性溶媒の量をスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.4リットル以上とした場合には、工程(i)の実施後に固形分が析出、沈降して不均一な系となる傾向が見られ、これを分割・移送して用いる場合には、続く工程(ii)で反応混合物のモルバランスを調整することが極めて困難となり、反応結果の再現性が低下する。一方、有機極性溶媒の量をスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.1リットル未満とした場合には、脱水工程の反応器として金属製反応器を用いた際に反応器からの金属溶出が多くなる傾向が見られ、得られる環式PAS中に金属不純物が入り込むことで品質の低下を招く。よって工程(i)で使用する有機極性溶媒量は、上限はスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.4リットル未満とする必要があり、0.30リットル未満が好ましく、0.25リットル未満がより好ましく、0.21リットル未満がさらに好ましい。また、下限はスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.1リットル以上とする必要があり、0.12リットル以上が好ましく、0.15リットル以上がより好ましく、0.16リットル以上がさらに好ましい範囲として例示できる。上記の好ましい範囲では、均一なスルフィド化剤混合物を安定して得ることができる。 In the step (i) of the present invention, the organic polar solvent is contained in an amount of 0.1 to 0.4 liter per mole of the sulfur component of the sulfidizing agent. When the amount of the organic polar solvent is 0.4 liter or more per mole of the sulfur component of the sulfidizing agent, the solid content tends to precipitate and settle after the step (i), resulting in a heterogeneous system. However, when this is divided and transferred, it becomes extremely difficult to adjust the molar balance of the reaction mixture in the subsequent step (ii), and the reproducibility of the reaction results is lowered. On the other hand, when the amount of the organic polar solvent is less than 0.1 liter per mole of sulfur component of the sulfidizing agent, metal elution from the reactor occurs when a metal reactor is used as the reactor in the dehydration step. A tendency to increase is seen, and metal impurities get into the obtained cyclic PAS, resulting in deterioration of quality. Therefore, the upper limit of the amount of the organic polar solvent used in the step (i) needs to be less than 0.4 liter per mole of the sulfur component of the sulfidizing agent, preferably less than 0.30 liter, and less than 0.25 liter. More preferred is less than 0.21 liter. Further, the lower limit needs to be 0.1 liter or more per mole of sulfur component of the sulfidizing agent, preferably 0.12 liter or more, more preferably 0.15 liter or more, and further preferably 0.16 liter or more. It can be illustrated as In the above preferred range, a uniform sulfiding agent mixture can be obtained stably.
ここで、得られるスルフィド化剤混合物は均一であることが好ましい。スルフィド化剤混合物が均一であれば、加熱して液状化したスルフィド化剤混合物を容器間移送した際に高い回収率で回収可能であり、好ましくは95%以上、より好ましくは98%以上、さらに好ましくは99%以上の回収率で回収できる。また、スルフィド化剤混合物中のイオウ成分も同様に、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上の回収率で回収できる。ここで、スルフィド化剤混合物中のイオウ成分の回収率とは、工程(i)で仕込んだイオウ成分の量に対する、回収したスルフィド化剤混合物中に含まれるイオウ成分の量の割合のことである。そして、そのようなスルフィド化剤混合物を分割した時には、同一の組成を維持したまま分割することが可能であり、移送を行った時には、原料組成の精密調整が可能である。 Here, the resulting sulfidizing agent mixture is preferably uniform. If the sulfidizing agent mixture is uniform, it can be recovered at a high recovery rate when the sulfidizing agent mixture heated and liquefied is transferred between containers, preferably 95% or more, more preferably 98% or more, Preferably, it can be recovered at a recovery rate of 99% or more. Similarly, the sulfur component in the sulfidizing agent mixture can be recovered with a recovery rate of preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and still more preferably 95% or more. Here, the recovery rate of the sulfur component in the sulfidizing agent mixture is the ratio of the amount of the sulfur component contained in the recovered sulfidizing agent mixture to the amount of the sulfur component charged in step (i). . When such a sulfidizing agent mixture is divided, it can be divided while maintaining the same composition, and when transferred, the raw material composition can be precisely adjusted.
また、本発明において、工程(i)での加熱後の水分量は、スルフィド化剤のイオウ成分1モルあたり0.8モル以上6.0モル以下とする必要がある。工程(i)で加熱を行ったあとの水分量がイオウ成分1モル当たり6.0モルより多い場合では、工程(ii)における系の内圧が増大し、高価な耐圧設備が必要になる、また、金属製反応器の腐食(黒色化)が急速に進行する、といった工業的に不利な点が生じる。一方、工程(i)で加熱を行ったあとの水分量がイオウ成分1モル当たり0.8モル未満の場合では、得られたスルフィド化剤混合物の固化温度が高く、移送性が低下し、液状での取り扱いに高温が必要となる、工程(ii)実施時の原料消費率が上がりにくい傾向があり、環式PASの品質を高めるために未反応原料を取り除く精製操作が必要になる、必要以上の加熱の影響でスルフィド化剤のイオウ成分が硫化水素として飛散してロスする、といった工業化に不利な点が生じる。以上の課題を改善するため、工程(i)で加熱を行ったあとの水分量はイオウ成分1モル当たり0.8モル以上6.0モル以下とする必要があり、好ましい上限としてはイオウ成分1モル当たり4.5モル以下、より好ましくは3.0モル以下が例示でき、好ましい下限としてはイオウ成分1モル当たり0.9モル以上、より好ましくは1.0モル以上が例示できる。上記の好ましい範囲では、工程(ii)における系の内圧をよりいっそう低く抑えることが可能となり、また、スルフィド化剤混合物の固化温度が適切な範囲となるため移送性の高いスルフィド化剤混合物を得ることが可能となる。 In the present invention, the amount of water after heating in step (i) needs to be 0.8 mol or more and 6.0 mol or less per mol of the sulfur component of the sulfidizing agent. When the amount of water after heating in step (i) is more than 6.0 mol per mol of sulfur component, the internal pressure of the system in step (ii) increases, and expensive pressure-resistant equipment is required. , Industrial disadvantages such as rapid progress of corrosion (blackening) of metal reactors occur. On the other hand, when the amount of water after heating in step (i) is less than 0.8 mole per mole of sulfur component, the solidification temperature of the resulting sulfidizing agent mixture is high, the transportability is lowered, and the liquid state High temperature is required for handling in the process, the raw material consumption rate during the implementation of step (ii) tends to be difficult to increase, and a purification operation to remove unreacted raw materials is necessary to improve the quality of cyclic PAS. Due to the heating, the sulfur component of the sulfiding agent is scattered as hydrogen sulfide and lost, which is disadvantageous for industrialization. In order to improve the above problems, the amount of water after heating in step (i) needs to be 0.8 mol or more and 6.0 mol or less per mol of the sulfur component, and the preferable upper limit is the sulfur component 1. 4.5 mol or less per mol, more preferably 3.0 mol or less can be exemplified, and a preferred lower limit is 0.9 mol or more, more preferably 1.0 mol or more per mol of sulfur component. In the above preferred range, the internal pressure of the system in step (ii) can be further reduced, and the solidification temperature of the sulfidizing agent mixture is in an appropriate range, so that a sulfidizing agent mixture having high transportability is obtained. It becomes possible.
工程(i)における加熱前の水分量については特に制限はなく、どのような水分量であってもかまわない。ただし、一般にスルフィド化剤、例えばアルカリ金属硫化物は、イオウ成分1モル当たり3モル以上の水を含む水和物または水性混合物の入手が容易であり、また、このような水を含むスルフィド化剤は安定性に優れ、特に酸素による劣化を受けにくい傾向もある。よって、このようなスルフィド化剤を使用することが好ましく、スルフィド化剤の水分量の好ましい下限としてはイオウ成分1モル当たり0.8モル以上、より好ましくは3.0モル以上が例示でき、好ましい上限としてはイオウ成分1モル当たり20モル以下、より好ましくは6.0モル以下が例示できる。 There is no restriction | limiting in particular about the moisture content before a heating in process (i), What kind of moisture content may be sufficient. However, in general, sulfidizing agents such as alkali metal sulfides are easily available as hydrates or aqueous mixtures containing 3 mol or more of water per mol of sulfur component, and sulfiding agents containing such water are also included. Is excellent in stability and tends not to be deteriorated particularly by oxygen. Therefore, it is preferable to use such a sulfidizing agent, and the preferable lower limit of the moisture content of the sulfidizing agent is preferably 0.8 mol or more, more preferably 3.0 mol or more per mol of the sulfur component, which is preferable. As an upper limit, it is 20 mol or less per mol of sulfur components, More preferably, 6.0 mol or less can be illustrated.
上記のように、工程(i)では加熱前の水分量に制限はなく、加熱後の水分量がスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.8モル以上6.0モル以下であればよいため、工程(i)では脱水を行わない方法と脱水を行う方法のいずれの方法も採用することができるが、より好ましく採用されるのは、脱水を行う方法である。すなわち、工程(i)において、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり6.0モルより多い水分を含む混合物を加熱して脱水し、水分量をスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.8モル以上6.0モル以下になるまで減じる方法である。このような好ましい方法で工程(i)を行うと、一般的に入手が容易な含水率の高いスルフィド化剤を用いた時でも、適切な水分量に調節されたスルフィド化剤混合物を容易に得ることが可能となる。なお、脱水のより好ましい条件としては、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり4.5モルより多い水分を含む混合物を加熱して脱水し0.8モル以上4.5モル以下になるまで減じる方法が挙げられ、さらに好ましい方法としては、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり3.0モルより多い水分を含む混合物を加熱して脱水し0.8モル以上3.0モル以下になるまで減じる方法が挙げられる。上記の好ましい条件では、工程(ii)における系の内圧をよりいっそう低く抑えることが可能である。 As described above, in step (i), the amount of water before heating is not limited, and the amount of water after heating may be 0.8 mol or more and 6.0 mol or less per mol of the sulfur component of the sulfidizing agent. In step (i), any of a method in which dehydration is not performed and a method in which dehydration is performed can be employed, but a method of performing dehydration is more preferably employed. That is, in step (i), a mixture containing more than 6.0 moles of water per mole of sulfur component of the sulfiding agent is heated to dehydrate, and the amount of water is 0.8 mole per mole of sulfur component of the sulfiding agent. This is a method of reducing to 6.0 mol or less. When step (i) is carried out by such a preferred method, a sulfidizing agent mixture adjusted to an appropriate water content can be easily obtained even when a sulfidizing agent having a high water content, which is generally easily available, is used. It becomes possible. As a more preferable condition for dehydration, a method of heating a mixture containing more than 4.5 moles of water per mole of sulfur component of the sulfidizing agent to dehydrate to 0.8 to 4.5 moles. As a more preferable method, a method comprising heating a mixture containing more than 3.0 moles of water per mole of the sulfur component of the sulfidizing agent to dehydrate to 0.8 to 3.0 moles is reduced. Is mentioned. Under the preferable conditions described above, the internal pressure of the system in step (ii) can be further reduced.
工程(i)における加熱条件は、スルフィド化剤と有機極性溶媒の組み合わせ、また、水分との比率などによっても多様に変化するため明確には指定できないが、系内水分量を前記した範囲に調整でき、かつ均一なスルフィド化剤混合物が得られる条件が好ましく採用される。すなわち温度条件として150℃以上、好ましくは160℃以上、より好ましくは170℃以上が例示できる。工程(i)における加熱温度が前記した好ましい温度より低い場合には、有機極性溶媒の量が前記した条件を満たす場合でも、工程(i)終了時に固形分が析出して系が不均一な状態になる場合が見られるが、前記した好ましい温度条件とすることで、均一なスルフィド化剤混合物を効率よく得ることが可能となる。なお、工程(i)における温度は、高温であるほどスルフィド化剤のイオウ成分が硫化水素として飛散する懸念や、原料分解の懸念が出てくるため、上限としては250℃以下、好ましくは230℃以下、より好ましくは200℃以下を例示することができる。 The heating condition in step (i) cannot be clearly specified because it varies depending on the combination of the sulfidizing agent and the organic polar solvent and the ratio of moisture, but the moisture content in the system is adjusted to the above range. The conditions under which a uniform sulfidizing agent mixture can be obtained are preferably employed. That is, examples of the temperature condition include 150 ° C. or higher, preferably 160 ° C. or higher, and more preferably 170 ° C. or higher. When the heating temperature in the step (i) is lower than the above-described preferable temperature, even when the amount of the organic polar solvent satisfies the above-described conditions, the solid content is precipitated at the end of the step (i) and the system is in a non-uniform state. However, it is possible to efficiently obtain a uniform sulfidizing agent mixture by setting the above-described preferable temperature conditions. As the temperature in step (i) is higher, the sulfur component of the sulfiding agent may be scattered as hydrogen sulfide or the raw material may be decomposed. Therefore, the upper limit is 250 ° C. or lower, preferably 230 ° C. Hereinafter, more preferably, 200 ° C. or less can be exemplified.
なお、工程(i)で原料を混合する段階での温度条件は特に制限はないが、下限として0℃以上、好ましくは10℃以上が例示でき、上限として150℃以下、好ましくは100℃以下の範囲が例示できる。このような好ましい範囲で原料を混合することで、スルフィド化剤や有機極性溶媒の変質や原料成分の飛散による組成変化といった問題を抑えることが可能である。 The temperature condition at the stage of mixing the raw materials in step (i) is not particularly limited, but the lower limit is 0 ° C. or higher, preferably 10 ° C. or higher, and the upper limit is 150 ° C. or lower, preferably 100 ° C. or lower. The range can be exemplified. By mixing the raw materials in such a preferable range, it is possible to suppress problems such as alteration of the sulfidizing agent and organic polar solvent and composition change due to scattering of raw material components.
工程(i)における圧力条件についても特に制限はなく、常圧、減圧、加圧のいずれの条件も採用できる。ただし、工程(i)における好ましい操作である脱水を行う場合には、水分を効率よく留去するため常圧または減圧下が好ましい。ここで常圧とは大気の標準状態近傍における圧力のことであり、約25℃近傍の温度、絶対圧で101kPa近傍の大気圧条件のことである。 There is no restriction | limiting in particular also about the pressure conditions in process (i), Any conditions of a normal pressure, pressure reduction, and pressurization are employable. However, when dehydration, which is a preferred operation in the step (i), is performed under normal pressure or reduced pressure in order to efficiently remove water. Here, the normal pressure is a pressure in the vicinity of the standard state of the atmosphere, and is an atmospheric pressure condition in which the temperature is approximately 25 ° C. and the absolute pressure is approximately 101 kPa.
また、系内雰囲気は非酸化性条件であることが望ましく、窒素、ヘリウム、及びアルゴン等の不活性ガス雰囲気であることが好ましく、特に、経済性及び取扱いの容易さの観点からは窒素雰囲気下がより好ましい。 Further, the system atmosphere is preferably non-oxidizing conditions, and is preferably an inert gas atmosphere such as nitrogen, helium, and argon. In particular, from the viewpoint of economy and ease of handling, Is more preferable.
ここで、後述の工程(ii)を複数回行うため、工程(i)で調製したスルフィド化剤混合物を分割して以降の工程(ii)に使用することは、工程(i)に要する時間の短縮および工程で使用するエネルギー節約の観点から、より好ましい方法である。この場合、正確な分割を行うために、スルフィド化剤混合物の均一性と移送性が高いことが好ましい。
本発明における移送性は、工程(i)で得られたスルフィド化剤混合物を固化させずに移送できる温度で判断し、その固化温度がより低い場合に移送性が高いと判断する。高い移送性を有するスルフィド化剤混合物を得るためには、工程(i)で加熱を行ったあとの水分量をイオウ成分1モル当たり0.8モル以上とすることが重要である。これにより工程(i)で得られるスルフィド化剤混合物の固化温度が低下し、より低温でスルフィド化剤混合物の移送や分割操作を行えるため安全上、またエネルギーコスト上好ましい。なお、移送性を判断する温度は、用いる原料の種類や組成などにより変化するため一概には規定できないが、続く工程(ii)で得られたスルフィド化剤混合物にジハロゲン化芳香族化合物と有機極性溶媒を加えることを考えると、ジハロゲン化芳香族化合物や有機極性溶媒が飛散しない温度、すなわち、それらの沸点以下の温度であることが好ましい。例えば、ジハロゲン化芳香族化合物としてジクロロベンゼン、有機極性溶媒としてN−メチル−2−ピロリドンを用いる場合には、170℃以下が好ましく、150℃以下がより好ましく、130℃以下がさらに好ましい。前記した温度は、用いる原料の種類により変化するため例示的なものであるが、本発明の実施例ではジクロロベンゼンとN−メチル−2−ピロリドンを使用していることから、130℃で取り扱い評価を行っている。
Here, since the step (ii) described later is performed a plurality of times, dividing the sulfidizing agent mixture prepared in the step (i) and using it in the subsequent step (ii) is a time required for the step (i). From the viewpoint of shortening and saving energy used in the process, this is a more preferable method. In this case, in order to perform accurate division, it is preferable that the uniformity and transportability of the sulfidizing agent mixture are high.
The transportability in the present invention is judged at a temperature at which the sulfidizing agent mixture obtained in step (i) can be transported without solidification, and when the solidification temperature is lower, it is judged that the transportability is high. In order to obtain a sulfidizing agent mixture having high transportability, it is important that the amount of water after heating in step (i) is 0.8 mol or more per mol of sulfur component. Thereby, the solidification temperature of the sulfidizing agent mixture obtained in step (i) is lowered, and the sulfidizing agent mixture can be transferred and divided at a lower temperature, which is preferable in terms of safety and energy cost. Although the temperature for judging the transportability varies depending on the type and composition of the raw material used, it cannot be defined unconditionally. However, the dihalogenated aromatic compound and the organic polarity are added to the sulfidizing agent mixture obtained in the subsequent step (ii). Considering the addition of a solvent, it is preferably a temperature at which the dihalogenated aromatic compound and the organic polar solvent are not scattered, that is, a temperature not higher than their boiling points. For example, when dichlorobenzene is used as the dihalogenated aromatic compound and N-methyl-2-pyrrolidone is used as the organic polar solvent, it is preferably 170 ° C. or lower, more preferably 150 ° C. or lower, and further preferably 130 ° C. or lower. The temperature described above is exemplary because it varies depending on the type of raw material used, but in the examples of the present invention, since dichlorobenzene and N-methyl-2-pyrrolidone are used, handling evaluation is performed at 130 ° C. It is carried out.
また、工程(i)で得た均一なスルフィド化剤混合物を他の反応器へ移送する場合、有機極性溶媒を工程(i)を行った反応器に加えて均一なスルフィド化剤混合物をあらかじめ希釈しておくのは好ましい方法である。この操作を行うことで、均一なスルフィド化剤混合物の流動性が上がり、移送性も向上する。これにより反応混合物の組成調整の際の計量誤差を低減することができる。この希釈操作を行えば、工程(i)で得られた均一なスルフィド化剤混合物を容器から回収する操作も、高い回収率で行うことが可能となる。この希釈操作で加える有機極性溶媒の量は、希釈率が大きいほど必要な反応器も大きくなり、また、続く工程(ii)で使用する有機極性溶媒量にも制限を受けるため、好ましい上限としては、希釈操作後の有機極性溶媒の量がイオウ成分1モル当たり50リットル以下、より好ましくは20リットル以下、さらに好ましくは15リットル以下が例示できる。一方好ましい下限としては、イオウ成分1モル当たり0.4リットル以上、より好ましくは0.8リットル以上、さらに好ましくは1.25リットル以上の条件が例示できる。なお、本発明における希釈操作は、前記した工程(i)の均一なスルフィド化剤混合物を他の反応器に移送する前だけでなく、工程(i)や工程(ii)を実施する反応器とは異なる反応器に移送した後に行ってもよく、また何段階かに分けて行ってもよい。また、本発明では工程(i)(ii)の間に有機極性溶媒を加えて希薄条件になるよう調整する工程を含むが、前記の希釈操作をその代替としてもかまわない。 In addition, when transferring the uniform sulfidizing agent mixture obtained in step (i) to another reactor, an organic polar solvent is added to the reactor in which step (i) was performed to dilute the uniform sulfidizing agent mixture in advance. This is the preferred method. By performing this operation, the fluidity of the uniform sulfiding agent mixture is increased and the transportability is also improved. Thereby, the measurement error at the time of adjusting the composition of the reaction mixture can be reduced. If this dilution operation is performed, the operation of recovering the uniform sulfidizing agent mixture obtained in step (i) from the container can be performed at a high recovery rate. As the amount of the organic polar solvent added in this dilution operation, the larger the dilution rate, the larger the required reactor, and the amount of the organic polar solvent used in the subsequent step (ii) is also limited. The amount of the organic polar solvent after the dilution operation is 50 liters or less, more preferably 20 liters or less, and even more preferably 15 liters or less per mole of the sulfur component. On the other hand, as a preferable lower limit, conditions of 0.4 liters or more, more preferably 0.8 liters or more, and further preferably 1.25 liters or more per mole of sulfur component can be exemplified. In addition, the dilution operation in the present invention includes not only the step of transferring the uniform sulfidizing agent mixture of step (i) described above to another reactor, but also a reactor for performing step (i) and step (ii). May be carried out after being transferred to different reactors, or may be carried out in several stages. In addition, the present invention includes a step of adjusting the dilute condition by adding an organic polar solvent between the steps (i) and (ii), but the above-described dilution operation may be used as an alternative.
(8−2)工程(ii)
本発明における工程(ii)とは、工程(i)で得たスルフィド化剤混合物を、環式PASの製造に必要なその他の諸成分と混合して反応混合物としてから、以下に示す条件で加熱して環式PASを合成する工程のことである。この工程(ii)を反応工程と呼ぶこともある。
(8-2) Step (ii)
The step (ii) in the present invention is a mixture obtained by mixing the sulfidizing agent mixture obtained in the step (i) with other components necessary for the production of the cyclic PAS and then heating under the conditions shown below. The process of synthesizing cyclic PAS. This step (ii) is sometimes called a reaction step.
工程(ii)では、まず反応混合物の調製を行う。工程(i)で得られたスルフィド化剤混合物は、既にスルフィド化剤と有機極性溶媒を含む物であるため、そこに少なくともジハロゲン化芳香族化合物と、追加の有機極性溶媒を加えることで反応混合物を調製する。 In step (ii), a reaction mixture is first prepared. Since the sulfidizing agent mixture obtained in step (i) already contains a sulfidizing agent and an organic polar solvent, the reaction mixture is obtained by adding at least a dihalogenated aromatic compound and an additional organic polar solvent thereto. To prepare.
工程(ii)におけるジハロゲン化芳香族化合物の使用量は、工程(ii)で第3成分として線状PASを加えない場合には、ジハロゲン化芳香族化合物とスルフィド化剤のイオウ成分とのモルバランスで決めることができ、反応混合物中のイオウ成分1モル当たり0.9モル以上の条件が例示でき、好ましくは0.92モル以上、より好ましくは0.94モル以上である。一方、上限としては、反応混合物中のイオウ成分1モル当たり1.5モル以下の条件が例示でき、好ましくは1.2モル以下、より好ましくは1.15モル以下である。ジハロゲン化芳香族化合物の使用量を上記範囲とすることにより環式PASを高収率で得ることができるが、上記範囲より少ない場合には環式PASの収率が低下する傾向が見られ、また、上記範囲より多い場合には低分子量の線状PASの生成量が増加し、後述の方法で環式PASの回収を行う際、高純度で得ることが難しくなる傾向にある。なお、ここで言うジハロゲン化芳香族化合物の使用量とは、反応系に仕込んだジハロゲン化芳香族化合物の総和を意味するが、仕込んだジハロゲン化芳香族化合物が飛散などによって反応系外に除去される場合には、前記総和から除去されたジハロゲン化芳香族化合物量を差し引いた量を意味することとする。 The amount of dihalogenated aromatic compound used in step (ii) is the molar balance between the dihalogenated aromatic compound and the sulfur component of the sulfidizing agent when linear PAS is not added as the third component in step (ii). And a condition of 0.9 mol or more per mol of sulfur component in the reaction mixture, preferably 0.92 mol or more, more preferably 0.94 mol or more. On the other hand, as an upper limit, the conditions of 1.5 mol or less per 1 mol of sulfur components in a reaction mixture can be illustrated, Preferably it is 1.2 mol or less, More preferably, it is 1.15 mol or less. By making the amount of dihalogenated aromatic compound used in the above range, cyclic PAS can be obtained in high yield, but when the amount is less than the above range, the yield of cyclic PAS tends to decrease, On the other hand, when the amount is larger than the above range, the amount of low molecular weight linear PAS increases, and when cyclic PAS is recovered by the method described later, it tends to be difficult to obtain with high purity. The amount of dihalogenated aromatic compound used here means the sum of the dihalogenated aromatic compounds charged in the reaction system, but the charged dihalogenated aromatic compounds are removed from the reaction system by scattering or the like. In this case, it means an amount obtained by subtracting the amount of the dihalogenated aromatic compound removed from the total.
また、工程(ii)では第3の成分として線状PASを加えても良い。線状PASを加えた場合、使用するスルフィド化剤およびジハロゲン化芳香族化合物の量に対して生成する環式PASの収量が増加する。すなわち同量の環式PASを得るために用いるスルフィド化剤とジハロゲン化芳香族化合物の使用量を節約でき、経済的に有利であるという効果が得られる。この場合、線状PASはジハロゲン化芳香族化合物がスルフィド化剤と反応したものと同等であると見なし、ジハロゲン化芳香族化合物の使用量は加える線状PAS量を考慮した上で決めることができる。よって、線状PASを加えた場合の反応時のモルバランスは、反応混合物中の全アリーレン単位のモル数と全イオウ成分のモル数の比に注目して調整する必要がある。ここで、反応混合物中の全アリーレン単位とは、ジハロゲン化芳香族化合物に含まれるアリーレン単位と加えた線状PASに含まれるアリーレン単位の合計である。線状PASに含まれるアリーレン単位の「モル数」とはPAS分子鎖の数を意味するのではなく、全ての線状PAS成分中の「繰り返し単位の数」の合計を意味している。例えば重合度100の線状ポリフェニレンスルフィド1分子に含まれるアリーレン単位は100モルと見なす。また、反応混合物中の全イオウ成分とは、スルフィド化剤に含まれるイオウ成分と加えた線状PASに含まれるイオウ成分の合計である。ここで線状PASに含まれるイオウ成分の「モル数」とはイオウ原子1個を含むポリマーの「繰り返し単位の数」である。例えば重合度100の線状ポリフェニレンスルフィド1分子は1モルではなく100モルと計算する。なお、本発明の本質を損なわない限り、スルフィド化剤、線状PAS以外にイオウ成分を含有する化合物を反応混合物中に存在させることも可能であるが、このような本発明の反応に対して実質的に作用しないイオウ含有化合物は、イオウ成分として考慮しなくても良い。 In step (ii), linear PAS may be added as the third component. The addition of linear PAS increases the yield of cyclic PAS produced relative to the amount of sulfiding agent and dihalogenated aromatic compound used. That is, the use amount of the sulfidizing agent and the dihalogenated aromatic compound used for obtaining the same amount of cyclic PAS can be saved, and the effect of being economically advantageous can be obtained. In this case, the linear PAS is considered to be equivalent to that obtained by reacting the dihalogenated aromatic compound with the sulfidizing agent, and the amount of the dihalogenated aromatic compound used can be determined in consideration of the amount of linear PAS to be added. . Therefore, the molar balance during the reaction when linear PAS is added needs to be adjusted by paying attention to the ratio of the number of moles of all arylene units to the number of moles of all sulfur components in the reaction mixture. Here, the total arylene unit in the reaction mixture is the total of the arylene unit contained in the linear PAS added to the arylene unit contained in the dihalogenated aromatic compound. The “mole number” of the arylene units contained in the linear PAS does not mean the number of PAS molecular chains, but means the sum of the “number of repeating units” in all the linear PAS components. For example, an arylene unit contained in one molecule of linear polyphenylene sulfide having a polymerization degree of 100 is regarded as 100 mol. The total sulfur component in the reaction mixture is the sum of the sulfur component contained in the sulfidizing agent and the sulfur component contained in the added linear PAS. Here, the “number of moles” of the sulfur component contained in the linear PAS is the “number of repeating units” of the polymer containing one sulfur atom. For example, one molecule of linear polyphenylene sulfide having a degree of polymerization of 100 is calculated as 100 mol, not 1 mol. As long as the essence of the present invention is not impaired, a compound containing a sulfur component in addition to the sulfidizing agent and linear PAS can be present in the reaction mixture. Sulfur-containing compounds that do not substantially act may not be considered as sulfur components.
環式PASを高収率かつ高純度で得るための条件としては、この全アリーレン単位のモル数が、反応混合物中の全イオウ成分1モル当たり0.9モル以上の条件が例示でき、好ましくは0.92モル以上、より好ましくは0.94モル以上である。一方、上限としては、反応混合物中の全イオウ成分1モル当たり1.5モル以下の条件が例示でき、好ましくは1.2モル以下、より好ましくは1.15モル以下である。このような好ましい範囲では、得られる環式PASの収率と純度がより高くなる傾向が見られる。 Examples of the conditions for obtaining cyclic PAS in high yield and high purity include a condition in which the number of moles of all arylene units is 0.9 mole or more per mole of all sulfur components in the reaction mixture, preferably 0.92 mol or more, more preferably 0.94 mol or more. On the other hand, as an upper limit, the conditions of 1.5 mol or less per 1 mol of all the sulfur components in a reaction mixture can be illustrated, Preferably it is 1.2 mol or less, More preferably, it is 1.15 mol or less. In such a preferable range, the yield and purity of the obtained cyclic PAS tend to be higher.
また、線状PASのスルフィド化剤のイオウ成分に対する使用量としては、下限として、スルフィド化剤由来のイオウ成分1モルに対し0モル以上が例示でき、好ましくは0.1モル以上、より好ましくは1モル以上である。一方、上限としては20モル以下が例示でき、好ましくは10モル以下、より好ましくは5モル以下である。このような好ましい範囲では線状PASとスルフィド化剤の反応が進行しやすくなるため、線状PASから環式PASを製造する効率をより高めることができる。 Further, the amount of the linear PAS sulfidizing agent used relative to the sulfur component can be exemplified by 0 mol or more, preferably 0.1 mol or more, more preferably, as a lower limit with respect to 1 mol of the sulfur component derived from the sulfidizing agent. 1 mole or more. On the other hand, as an upper limit, 20 mol or less can be illustrated, Preferably it is 10 mol or less, More preferably, it is 5 mol or less. In such a preferable range, the reaction between the linear PAS and the sulfidizing agent is likely to proceed, so that the efficiency of producing the cyclic PAS from the linear PAS can be further increased.
なお、ここで加える線状PASの製造方法は特に限定はされず、いかなる製法によるものでも使用することが可能であり、PASを用いた成形品や成形屑、廃プラスチックやオフスペック品なども幅広く使用することが可能であるが、環式PASの製造過程で副生した線状PASを用いる方法が最も好ましい。環式化合物の製造では多くの線状PASが副生物として生成するため、これを無駄なく利用できるという点で、本方法は経済的に非常に好ましい方法である。 In addition, the manufacturing method of the linear PAS added here is not particularly limited, and any manufacturing method can be used, and a wide range of molded products and wastes, waste plastics and off-spec products using PAS can be used. Although it can be used, a method using linear PAS by-produced in the production process of cyclic PAS is most preferable. In the production of a cyclic compound, since a large amount of linear PAS is produced as a byproduct, this method is economically very preferable in that it can be used without waste.
工程(ii)を行う前の反応混合物中に含まれる線状PASの分子量には特に制限はないが、例えば重量平均分子量の下限としては、5,000以上が例示でき、7,500以上が好ましく、10,000以上がより好ましい。また、上限としては、1,000,000以下が例示でき、500,000以下が好ましく、100,000以下がより好ましい。一般に重量平均分子量が低いほど有機極性溶媒への溶解性が高くなるため、反応に要する時間が短くできるという利点があるが、前述した範囲であれば本質的な問題なく使用可能である。また、工程(ii)を行う前の反応混合物中に含まれる線状PASの形態にも特に制限はなく、乾燥状態の粉末状、粉粒状、粒状、ペレット状でも良いし、反応溶媒である有機極性溶媒を含む状態で用いることも可能であり、また、本質的に反応を阻害しない第三成分を含む状態で用いることも可能である。この様な第三成分としては例えば無機フィラーやアルカリ金属ハロゲン化物が例示できる。なお、ここでの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、ポリスチレン換算で算出した値である。 The molecular weight of the linear PAS contained in the reaction mixture before step (ii) is not particularly limited. For example, the lower limit of the weight average molecular weight can be 5,000 or more, preferably 7,500 or more. 10,000 or more are more preferable. Moreover, as an upper limit, 1,000,000 or less can be illustrated, 500,000 or less is preferable and 100,000 or less is more preferable. In general, the lower the weight average molecular weight, the higher the solubility in an organic polar solvent, so there is the advantage that the time required for the reaction can be shortened. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also in the form of linear PAS contained in the reaction mixture before performing a process (ii), A dry powder form, a granular form, a granular form, a pellet form may be sufficient, and the organic which is a reaction solvent It is also possible to use it in a state containing a polar solvent, and it is also possible to use it in a state containing a third component that essentially does not inhibit the reaction. Examples of such a third component include inorganic fillers and alkali metal halides. Here, the weight average molecular weight is a value calculated in terms of polystyrene by gel permeation chromatography (GPC).
工程(ii)における有機極性溶媒の使用量は、工程(i)で得たスルフィド化剤の移送前に希釈操作を実施した場合にはその使用量を考慮した上で追加量を決定し、最終的に反応混合物中のイオウ成分1モルに対し1.25リットル以上50リットル以下となるように調整する。ここで、有機極性溶媒の使用量とは、常温常圧下における溶媒の体積を基準とし、反応系内に導入した有機極性溶媒量から、反応系外に除去された有機極性溶媒量を差し引いた量を指す。有機極性溶媒の量がイオウ成分1モルに対し1.25リットル未満である場合には、環式PASの収率が大幅に低下し、また、有機極性溶媒の量がイオウ成分1モルに対し50リットルより多い場合には、単位体積当たりの反応液から得られる環式PAS量が少なくなるが、有機極性溶媒の使用量を前記の範囲とすることで、環式PASを生成率3%以上で得ることができ、本発明の好ましい条件の下では5%以上、より好ましくは6%以上、さらに好ましくは7%以上、よりいっそう好ましくは8%以上、で得ることが可能となる。また、単位体積当たりの反応液から得られる環式PAS量を増やして環式PASの生産性を高めるためには、有機極性溶媒使用量の好ましい下限として、反応混合物中のイオウ成分1モル当たり1.4リットル以上、より好ましくは1.65リットル以上、さらに好ましくは2.0リットル以上の条件を例示でき、好ましい上限としては、反応混合物中のイオウ成分1モル当たり、20リットル以下、より好ましくは15リットル以下の条件を例示することができる。 The amount of the organic polar solvent used in the step (ii) is determined in consideration of the amount used when the dilution operation is performed before the transfer of the sulfidizing agent obtained in the step (i). Thus, the amount is adjusted to 1.25 liters to 50 liters per mole of sulfur component in the reaction mixture. Here, the amount of the organic polar solvent used is an amount obtained by subtracting the amount of the organic polar solvent removed from the reaction system from the amount of the organic polar solvent introduced into the reaction system on the basis of the volume of the solvent at normal temperature and pressure. Point to. When the amount of the organic polar solvent is less than 1.25 liters per mole of the sulfur component, the yield of cyclic PAS is greatly reduced, and the amount of the organic polar solvent is 50 per mole of the sulfur component. When the amount is more than 1 liter, the amount of cyclic PAS obtained from the reaction solution per unit volume decreases. However, by using the amount of the organic polar solvent within the above range, cyclic PAS can be produced at a production rate of 3% or more. Under the preferable conditions of the present invention, it can be obtained at 5% or more, more preferably 6% or more, even more preferably 7% or more, and even more preferably 8% or more. Further, in order to increase the productivity of cyclic PAS by increasing the amount of cyclic PAS obtained from the reaction solution per unit volume, as a preferred lower limit of the amount of organic polar solvent used, 1 mol per mole of sulfur component in the reaction mixture. The conditions may be 4 liters or more, more preferably 1.65 liters or more, and even more preferably 2.0 liters or more, and the preferred upper limit is 20 liters or less per mole of sulfur component in the reaction mixture, more preferably A condition of 15 liters or less can be exemplified.
なお、一般的な環式化合物の製造では、前記の範囲よりもさらに多い溶媒を必要とする場合が多く、本発明の好ましい範囲では効率よく環式化合物を得られないことが多い。後述するように、本発明では有機極性溶媒の還流温度を超えた温度を好ましい反応温度として採用するが、この場合には、一般的な環式化合物製造の場合と比べ、溶媒使用量が少ない条件、すなわち前記した溶媒使用量の下限近傍の範囲でも、効率よく環式PASが得られる傾向にある。この理由は現時点で明らかではないが、大気圧条件では到達し得ない高温で反応させた場合、極めて原料の消費速度が高くなることが環状化合物の生成に好適に作用するものと推測している。 In general, the production of a cyclic compound often requires more solvent than the above range, and the cyclic compound is often not efficiently obtained within the preferred range of the present invention. As will be described later, in the present invention, a temperature exceeding the reflux temperature of the organic polar solvent is adopted as a preferred reaction temperature. In this case, however, the conditions for using a smaller amount of the solvent than in the case of producing a general cyclic compound are used. That is, cyclic PAS tends to be efficiently obtained even in the range near the lower limit of the solvent usage described above. The reason for this is not clear at this time, but it is presumed that when the reaction is performed at a high temperature that cannot be reached under atmospheric pressure conditions, the consumption rate of the raw material is extremely high, which favorably acts on the generation of the cyclic compound. .
工程(ii)における加熱条件は、環式PASが生成する温度および時間であれば特に制限はないが、反応温度は用いた有機極性溶媒の常圧下の還流温度を超えることが好ましい。この温度は有機極性溶媒の種類によって異なり、反応混合物中の成分の種類や量によっても多様に変化するため一意的に決めることはできないが、本発明の好ましい実施形態にあっては、下限は120℃以上が例示でき、好ましくは180℃以上、より好ましくは220℃以上、さらに好ましくは225℃以上、よりいっそう好ましくは240℃以上である。また、上限は350℃以下が例示でき、好ましくは320℃以下、より好ましくは310℃以下、さらに好ましくは300℃以下、よりいっそう好ましくは280℃以下である。反応温度をこのような好ましい範囲とすることで、高い反応速度が得られ、効率よく環式PASが得られる傾向にある。ここで常圧とは大気の標準状態近傍における圧力のことであり、約25℃近傍の温度、絶対圧で101kPa近傍の大気圧条件のことである。なお、還流温度とは反応混合物の液体成分が沸騰と凝縮を繰り返している状態の温度である。 The heating condition in step (ii) is not particularly limited as long as it is a temperature and time for producing cyclic PAS, but the reaction temperature is preferably higher than the reflux temperature under normal pressure of the organic polar solvent used. This temperature varies depending on the type of the organic polar solvent and varies depending on the types and amounts of the components in the reaction mixture, and thus cannot be uniquely determined. However, in the preferred embodiment of the present invention, the lower limit is 120. C. or higher can be exemplified, preferably 180.degree. C. or higher, more preferably 220.degree. C. or higher, still more preferably 225.degree. C. or higher, and still more preferably 240.degree. C. or higher. The upper limit may be 350 ° C. or less, preferably 320 ° C. or less, more preferably 310 ° C. or less, still more preferably 300 ° C. or less, and even more preferably 280 ° C. or less. By setting the reaction temperature to such a preferable range, a high reaction rate can be obtained, and cyclic PAS tends to be efficiently obtained. Here, the normal pressure is a pressure in the vicinity of the standard state of the atmosphere, and is an atmospheric pressure condition in which the temperature is approximately 25 ° C. and the absolute pressure is approximately 101 kPa. The reflux temperature is a temperature at which the liquid component of the reaction mixture repeats boiling and condensation.
本発明では反応混合物を常圧下の還流温度を超えて加熱することが好ましいが、反応混合物をこのような加熱状態に処する方法として、例えば反応混合物を常圧を超える圧力環境下で加熱する方法が挙げられ、この高圧環境を簡易に構築する方法として反応混合物を密閉した反応器内で加熱する方法が例示できる。 In the present invention, the reaction mixture is preferably heated above the reflux temperature under normal pressure. However, as a method for treating the reaction mixture in such a heated state, for example, a method in which the reaction mixture is heated under a pressure environment exceeding normal pressure. As a method for easily constructing this high-pressure environment, a method of heating the reaction mixture in a sealed reactor can be exemplified.
また、加熱時の温度制御方法は、一定温度を維持する方法、段階的に温度を上げていく方法、あるいは連続的に温度を変化させる方法のいずれで行ってもかまわない。 The temperature control method during heating may be any of a method of maintaining a constant temperature, a method of increasing the temperature stepwise, or a method of continuously changing the temperature.
一方、反応時間についても、使用した原料の種類や量あるいは反応温度に依存するので一概に規定できないが、好ましい下限としては、0.1時間以上、さらに好ましくは0.5時間以上が例示できる。反応時間をこの好ましい時間以上とすることにより、未反応の原料成分を十分に減少できるため、生成した環式PASの回収がしやすくなる傾向にある。また、本発明の反応方法は極めて高い反応速度が得られる特徴を有するため、40時間以内でも十分に反応が進行し、好ましくは10時間以内、より好ましくは6時間以内を上限として例示できる。 On the other hand, the reaction time depends on the type and amount of the raw material used or the reaction temperature, and thus cannot be defined unconditionally. However, a preferable lower limit is 0.1 hour or more, more preferably 0.5 hour or more. By setting the reaction time to be equal to or longer than this preferable time, unreacted raw material components can be sufficiently reduced, and thus the produced cyclic PAS tends to be easily recovered. In addition, since the reaction method of the present invention has a characteristic that an extremely high reaction rate can be obtained, the reaction proceeds sufficiently even within 40 hours, preferably 10 hours or less, more preferably 6 hours or less.
工程(ii)における圧力条件は、反応混合物を構成する原料およびその組成、反応温度等により変化するため一意的に規定することはできないが、本発明における好ましい実施様態である反応混合物の常圧下における還流温度を超える温度で反応を行うためには、系の圧力を常圧を超える圧力とすることが好ましい。具体的には、ゲージ圧で下限は0.05MPa以上が好ましく例示でき、より好ましくは0.1MPa以上、さらに好ましくは0.2MPa以上、よりいっそう好ましくは0.3MPa以上である。また、上限は0.8MPa以下が好ましく例示でき、より好ましくは0.7MPa以下、さらに好ましくは0.5MPa以下である。このような好ましい圧力範囲では、環式PASの製造に要する時間が短くなる傾向が見られる。 The pressure condition in step (ii) cannot be uniquely defined because it varies depending on the raw materials constituting the reaction mixture, its composition, reaction temperature, etc., but it is a preferred embodiment of the present invention under normal pressure of the reaction mixture. In order to carry out the reaction at a temperature exceeding the reflux temperature, the pressure of the system is preferably set to a pressure exceeding the normal pressure. Specifically, the lower limit of the gauge pressure is preferably 0.05 MPa or more, more preferably 0.1 MPa or more, still more preferably 0.2 MPa or more, and still more preferably 0.3 MPa or more. The upper limit is preferably 0.8 MPa or less, more preferably 0.7 MPa or less, and still more preferably 0.5 MPa or less. In such a preferable pressure range, the time required for producing the cyclic PAS tends to be shortened.
前記した好ましい圧力範囲では、高価な耐圧製造設備を必要としないため、環式PASの製造に要する設備コストを低減できる上、安全性も高い。なお、ここで言うゲージ圧とは、大気圧を基準とした相対圧力のことであり、絶対圧から大気圧を差し引いた圧力値のことである。また、系内雰囲気は非酸化性条件であることが望ましく、窒素、ヘリウム、及びアルゴン等の不活性ガス雰囲気であることが好ましく、特に、経済性及び取扱いの容易さの観点からは窒素雰囲気下がより好ましい。さらに、前記好ましい圧力の上限を超えない範囲で、不活性ガスによる加圧操作を実施してもよい。 In the above preferred pressure range, an expensive pressure-resistant manufacturing facility is not required, so that the equipment cost required for manufacturing the cyclic PAS can be reduced and the safety is also high. The gauge pressure referred to here is a relative pressure based on the atmospheric pressure, and is a pressure value obtained by subtracting the atmospheric pressure from the absolute pressure. Further, the system atmosphere is preferably non-oxidizing conditions, and is preferably an inert gas atmosphere such as nitrogen, helium, and argon. In particular, from the viewpoint of economy and ease of handling, Is more preferable. Furthermore, you may implement pressurization operation by an inert gas in the range which does not exceed the said upper limit of the said preferable pressure.
ここで、工程(ii)を行う容器は特に限定されず、工程(i)を行った反応器と同一の反応器で行っても良いし、別々の反応器で行ってもよいが、工程(i)と工程(ii)の好ましい加熱条件、圧力条件が異なる点を考慮すると、工程(i)と工程(ii)を別々の反応器で行うことが好ましい。このように反応器を分けることで、反応に連続的なプロセスを取り入れることが可能となり、環式PASをより効率よく製造することが可能となる。また、第3の容器を別途設けて、その容器で原料の調製のみ行い、そこから工程(ii)を行う反応器に移してから工程(ii)を行っても良い。なお、反応器はどのようなものを使用してもよいが、反応は撹拌しつつ行うことが望ましいため、撹拌機を具備したものであると好ましい。 Here, the container in which the step (ii) is performed is not particularly limited, and may be performed in the same reactor as the reactor in which the step (i) is performed, or may be performed in a separate reactor. Considering that the preferred heating conditions and pressure conditions of i) and step (ii) are different, it is preferable to perform step (i) and step (ii) in separate reactors. By separating the reactors in this way, it is possible to incorporate a continuous process into the reaction, and it is possible to produce cyclic PAS more efficiently. Alternatively, a third container may be provided separately, and only the preparation of the raw material is performed in the container, and then the process (ii) may be performed after transferring to the reactor in which the process (ii) is performed. In addition, although what kind of reactor may be used, since it is desirable to perform reaction, stirring, it is preferable that it was equipped with the stirrer.
工程(ii)における反応混合物中の水分量は、工程(i)を実施したことによる効果で、特に付加的な操作を行わない限りイオウ成分1モル当たり0.8モル以上6.0モル以下となる。この条件を満たす限り、工程(ii)実施後の原料消費率を高くできるため、水分量の再調整は基本的に必要ない。 The amount of water in the reaction mixture in the step (ii) is an effect obtained by carrying out the step (i), and is 0.8 mol or more and 6.0 mol or less per mol of the sulfur component, unless particularly an additional operation is performed. Become. As long as this condition is satisfied, the raw material consumption rate after the implementation of step (ii) can be increased.
しかし、前記したように、さらに好ましい効果を与える水分量の好ましい上限としてはイオウ成分1モル当たり4.5モル以下、より好ましくは3.0モル以下、また好ましい下限としてはイオウ成分1モル当たり0.9モル以上、より好ましくは1.0モル以上であるため、このような範囲にするために、水分の除去や添加により水分量を再調整することも可能である。なお、本発明における反応混合物中の水分量とは、反応系に仕込んだスルフィド化剤、ジハロゲン化芳香族化合物および有機極性溶媒、さらにはその他成分を仕込む場合にはその成分も含め、各成分に含まれて導入された水分量の総和から、脱水操作など付加的な操作により系から除去された水分量を差し引いた水分量を指し、上記諸成分の混合及び反応過程で生成する水は考慮しない。 However, as described above, the preferable upper limit of the amount of water that gives a more preferable effect is 4.5 mol or less per mol of the sulfur component, more preferably 3.0 mol or less, and the preferable lower limit is 0 per mol of the sulfur component. Since it is 0.9 mol or more, more preferably 1.0 mol or more, the water content can be readjusted by removing or adding water in order to make such a range. The amount of water in the reaction mixture in the present invention refers to the sulfidizing agent, dihalogenated aromatic compound and organic polar solvent charged in the reaction system, and other components including those components when other components are charged. This refers to the amount of water obtained by subtracting the amount of water removed from the system by additional operations such as dehydration from the total amount of water introduced and not included, and does not take into account the water generated during the mixing and reaction of the above components. .
なお、工程(i)における水分量をスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.8モル未満まで低下させた場合には、工程(ii)における有機極性溶媒の使用量がイオウ成分1モル当たり2.5リットルを超える低濃度条件で、とりわけ原料が消費されにくくなる傾向が見られるが、工程(i)における水分量をスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.8モル以上とすることで、そのような低濃度領域でも高い原料消費率を維持することが可能である。 In addition, when the water content in the step (i) is reduced to less than 0.8 mol per mol of the sulfur component of the sulfidizing agent, the amount of the organic polar solvent used in the step (ii) is 2 per mol of the sulfur component. Under low concentration conditions exceeding 5 liters, there is a tendency that raw materials are not easily consumed, but by setting the water content in step (i) to 0.8 mol or more per mol of sulfur component of the sulfidizing agent, It is possible to maintain a high raw material consumption rate even in such a low concentration region.
ここで、本発明における原料消費率とは、スルフィド化剤の転化率のことを指し、このスルフィド化剤の転化率を算出する式は、
転化率(%)=[〔スルフィド化剤仕込み量(モル)−スルフィド化剤残存量(モル)〕/〔スルフィド化剤仕込み量(モル)〕]×100%。
で表される。なお、工程(ii)で加熱を行う前の反応混合物中に線状PASを含む場合には、原料消費率の評価は、全イオウ成分の転化率で行うこととし、その算出式は
転化率(%)=[〔反応混合物中の全イオウ成分(モル)−スルフィド化剤残存量(モル)〕/〔反応混合物中の全イオウ成分(モル)〕]×100%。
で表される。ここでスルフィド化剤残存量は、イオンクロマトグラフィーなどによって測定が可能である。
Here, the raw material consumption rate in the present invention refers to the conversion rate of the sulfiding agent, and the formula for calculating the conversion rate of the sulfiding agent is:
Conversion (%) = [[Sulphidating agent charge (mol) -Sulphidating agent remaining amount (mol)] / [Sulphidating agent charge (mol)]] × 100%.
It is represented by In addition, when linear PAS is included in the reaction mixture before heating in the step (ii), the raw material consumption rate is evaluated based on the conversion rate of all sulfur components, and the calculation formula is the conversion rate ( %) = [[Total sulfur component in the reaction mixture (mol) -residual amount of sulfidizing agent (mol)] / [total sulfur component in the reaction mixture (mol)]] × 100%.
It is represented by Here, the remaining amount of the sulfiding agent can be measured by ion chromatography or the like.
工程(ii)を行うことで生成した環式PASを、後述の(9)に例示する方法で回収した場合に、単離した環式PAS中に未反応の原料が入り込むことを防ぐため、この原料消費率は高いほど好ましいが、好ましい下限としては95%以上が例示でき、より好ましくは97%以上、さらに好ましくは98%以上が例示できる。前述したように、特許文献4に示した従来の技術ではこのような好ましい範囲まで原料消費率を高めることができなかったが、本発明の実施条件を満たすことで前記の好ましい範囲とすることが可能となった。なお、上限に特に制限は無く、仕込んだ原料を全て消費する100%が最も好ましい。 In order to prevent the unreacted raw material from entering the isolated cyclic PAS when the cyclic PAS produced by carrying out the step (ii) is recovered by the method exemplified in (9) described later. The higher the raw material consumption rate, the better. However, the preferable lower limit can be 95% or more, more preferably 97% or more, and still more preferably 98% or more. As described above, in the conventional technique shown in Patent Document 4, the raw material consumption rate could not be increased to such a preferable range, but the above-mentioned preferable range can be obtained by satisfying the implementation condition of the present invention. It has become possible. In addition, there is no restriction | limiting in particular in an upper limit, and 100% which consumes all the raw materials charged is the most preferable.
また、工程(ii)では、反応が進行し、ある程度原料が消費された随意の段階で、スルフィド化剤及びジハロゲン化芳香族化合物を追加してさらに反応を継続することも可能である。この追加量は、追加前の反応混合物中のスルフィド化剤の量を勘案することが重要であり、スルフィド化剤の追加操作後も、有機極性溶媒が反応混合物中のイオウ成分1モルに対して1.25リットル以上を維持することが望まれる。なお、反応混合物中のスルフィド化剤の量は、前記したスルフィド化剤の転化率の結果から算出が可能である。 Further, in the step (ii), it is also possible to continue the reaction by adding a sulfidizing agent and a dihalogenated aromatic compound at an optional stage where the reaction has proceeded and the raw materials have been consumed to some extent. It is important to consider the amount of the sulfidizing agent in the reaction mixture before the addition, and the organic polar solvent is added to 1 mol of the sulfur component in the reaction mixture after the additional operation of the sulfidizing agent. It is desirable to maintain 1.25 liters or more. The amount of the sulfidizing agent in the reaction mixture can be calculated from the result of the conversion rate of the sulfidizing agent.
スルフィド化剤及びジハロゲン化芳香族化合物の追加は、仕込んだ原料が減少した随意の段階で行ってかまわないことは前記した通りであるが、スルフィド化剤の転化率が50%以上の段階が好ましく、70%以上の段階がより好ましく、このような段階で追加する事でより効率よく環式PASを得ることが可能となる。 As described above, the addition of the sulfidizing agent and the dihalogenated aromatic compound may be performed at an optional stage in which the charged raw materials are reduced. However, a stage where the conversion rate of the sulfidizing agent is 50% or more is preferable. 70% or more is more preferable, and cyclic PAS can be obtained more efficiently by adding at such a stage.
このようなスルフィド化剤及びジハロゲン化芳香族化合物の追加を行う回数に制限は無いが、通常、反応開始時の反応系内のスルフィド化剤及び追加したスルフィド化剤の合計が、反応混合物中の有機極性溶媒1リットル当たりスルフィド化剤のイオウ原子基準で10モルまでの量が好ましい範囲として例示できる。ここでスルフィド化剤及びジハロゲン化芳香族化合物の追加は、反応混合物中の生成物量を増大させる効果があり、単位体積当たりの環式PAS収量を増大できるため好ましい方法である。 There is no limit to the number of times such addition of the sulfidizing agent and the dihalogenated aromatic compound is performed, but usually the sum of the sulfidizing agent and the added sulfiding agent in the reaction system at the start of the reaction is the total amount in the reaction mixture. A preferable range is an amount of up to 10 moles per liter of the organic polar solvent based on the sulfur atom of the sulfiding agent. Here, the addition of the sulfidizing agent and the dihalogenated aromatic compound is a preferable method because it has the effect of increasing the amount of the product in the reaction mixture and can increase the yield of cyclic PAS per unit volume.
なお、スルフィド化剤及びジハロゲン化芳香族化合物の追加により反応混合物中の水分量が変化する場合、前記した好ましい水分量となるように付加的な操作を行うことも可能であり、追加前、追加中、追加後に反応混合物から水を随意の量除去する事も望ましい方法である。なお、この水の除去に際し、水以外の成分が反応混合物から除去される場合、必要に応じてスルフィド化剤、ジハロゲン化芳香族化合物及び有機極性溶媒をさらに追加する事も可能であり、除去された成分を再度反応混合物に戻す操作を行ってもかまわない。 In addition, when the amount of water in the reaction mixture changes due to the addition of the sulfidizing agent and the dihalogenated aromatic compound, it is possible to perform an additional operation so that the above-mentioned preferable amount of water is obtained. It is also desirable to remove any amount of water from the reaction mixture after addition. In the removal of water, when components other than water are removed from the reaction mixture, a sulfidizing agent, a dihalogenated aromatic compound, and an organic polar solvent can be further added as necessary. The operation of returning the components to the reaction mixture may be performed again.
環式PAS生成率の算出は、まず環式PAS標品について高速液体クロマトグラフィー分析を行って検量線を作成しておき、その検量線を利用して環式PASのピーク面積からから環式PAS含有量を算出し、反応混合物中のイオウ成分が全て環式PASに転化すると仮定した場合の環式PAS収量に対する実際の環式PAS含有量として環式PASの生成率の算出を行った。また、工程(ii)で加熱を行う前の反応混合物中に線状PASを含む場合には、反応混合物中の全イオウ成分が全て環式PASに転化したと仮定した場合の環式PAS収量に対する実際の環式PAS含有量として環式PASの生成率の算出を行った。 The cyclic PAS production rate is calculated by first preparing a calibration curve by performing high performance liquid chromatography analysis on the cyclic PAS sample, and using the calibration curve, the cyclic PAS is calculated from the peak area of the cyclic PAS. The content was calculated, and the production rate of cyclic PAS was calculated as the actual cyclic PAS content relative to the cyclic PAS yield assuming that all sulfur components in the reaction mixture were converted to cyclic PAS. In addition, when linear PAS is included in the reaction mixture before heating in step (ii), the cyclic PAS yield when it is assumed that all sulfur components in the reaction mixture are all converted to cyclic PAS. The production rate of cyclic PAS was calculated as the actual cyclic PAS content.
(9)環式ポリアリーレンスルフィドの回収方法
本発明の環式PASの製造においては、前記した反応により得られた反応生成物から環式PASを分離回収することも可能である。反応により得られた反応生成物には環式PAS、線状PAS及び有機極性溶媒が含まれており、その他の成分として未反応のスルフィド化剤、ジハロゲン化芳香族化合物、水、副生塩などが含まれる場合もある。
(9) Method for recovering cyclic polyarylene sulfide In the production of cyclic PAS of the present invention, it is also possible to separate and recover cyclic PAS from the reaction product obtained by the reaction described above. The reaction product obtained by the reaction contains cyclic PAS, linear PAS and organic polar solvent, and as other components, unreacted sulfidizing agent, dihalogenated aromatic compound, water, by-product salt, etc. May be included.
この反応生成物から環式PASを回収する方法には特に制限はないが、例えば特許文献4に示される回収方法が例示できる。そのような方法を用いることで環式PASを簡便かる純度よく回収することが可能である。また、本発明の効果により、反応生成物中に含まれる未反応のスルフィド化剤、ジハロゲン化芳香族化合物が従来の技術に比べて低減されているため、より一層高純度な環式PASを得ることが可能である。 Although there is no restriction | limiting in particular in the method of collect | recovering cyclic PAS from this reaction product, For example, the collection method shown by patent document 4 can be illustrated. By using such a method, cyclic PAS can be easily recovered with high purity. In addition, due to the effects of the present invention, the unreacted sulfidizing agent and dihalogenated aromatic compound contained in the reaction product are reduced as compared with the prior art, so that a higher-purity cyclic PAS is obtained. It is possible.
(10)本発明の環式PASの特性
かくして得られた環式PASは、通常、環式PASを50重量%以上、好ましくは70重量%以上、より好ましくは80重量%以上含む純度の高いものであり、一般的に得られる線状のPASとは異なる特性を有する工業的にも利用価値の高いものである。また、本発明の製造方法により得られる環式PASは前記式(A)におけるmが単一ではなく、m=2〜50の異なるmを有する前記式(A)が得られやすいという特徴を有する。ここで好ましいmの範囲は3〜40、より好ましくは4〜30である。mがこの範囲の場合、後述するようにPASを得るための原料として環式PASを用いる場合に重合反応が進行しやすく、高分子量体が得られやすくなる傾向にある。この理由は現時点判然とはしないが、この範囲の環式PASは分子が環式であるがために生じる結合のゆがみが大きく、重合時に高分子量化が起こりやすいためと推測している。
(10) Properties of the cyclic PAS of the present invention The cyclic PAS thus obtained usually has a high purity containing 50% by weight or more, preferably 70% by weight or more, more preferably 80% by weight or more of the cyclic PAS. Therefore, it has high utility value even industrially having characteristics different from generally obtained linear PAS. In addition, the cyclic PAS obtained by the production method of the present invention is characterized in that m in the formula (A) is not single, and the formula (A) having m different from m = 2 to 50 is easily obtained. . Here, the preferable range of m is 3 to 40, more preferably 4 to 30. When m is in this range, as will be described later, when cyclic PAS is used as a raw material for obtaining PAS, the polymerization reaction tends to proceed, and a high molecular weight product tends to be obtained. The reason for this is not clear at present, but it is assumed that cyclic PAS in this range has a large bond distortion due to the cyclic nature of the molecule, and is likely to have a high molecular weight during polymerization.
なお、mが単一の環式PASは単結晶として得られるため、極めて高い融解温度を有するが、本発明では環式PASは異なるmを有する混合物が得られやすく、これにより環式PASの融解温度が低いという特徴があり、このことは例えば環式PASを溶融して用いる際の加熱温度を低くできるという優れた特徴を発現することになる。 In addition, since cyclic PAS having a single m is obtained as a single crystal, it has a very high melting temperature. However, in the present invention, cyclic PAS is easy to obtain a mixture having different m, and thus melting of cyclic PAS There is a feature that the temperature is low, which expresses an excellent feature that, for example, the heating temperature when the cyclic PAS is melted and used can be lowered.
(11)本発明の環式PASを配合した樹脂組成物
本発明で得られた環式PASを各種樹脂に配合して用いることも可能であり、このような環式PASを配合した樹脂組成物は、溶融加工時のすぐれた流動性を発現する傾向が強く、また滞留安定性にも優れる傾向にある。なお、本発明で得られる環式PASを配合した樹脂組成物を製造する方法には特に制限はないが、例えば特許文献4に示される樹脂組成物の製造方法が例示できる。
(11) Resin composition blended with cyclic PAS of the present invention The cyclic PAS obtained according to the present invention can be blended with various resins and used, and a resin composition blended with such a cyclic PAS. Has a strong tendency to exhibit excellent fluidity during melt processing, and tends to have excellent residence stability. In addition, there is no restriction | limiting in particular in the method of manufacturing the resin composition which mix | blended cyclic PAS obtained by this invention, For example, the manufacturing method of the resin composition shown by patent document 4 can be illustrated.
(12)環式PASの高重合度体への転化
本発明によって製造される環式PASは(10)に述べたごとき優れた特性を有するので、ポリマーを得る際のプレポリマーとして好適に用いることが可能である。なおここでプレポリマーとしては本発明の環式PAS製造方法で得られる環式PAS単独でも良いし、所定量の他の成分を含むものでも差し障り無いが、環式PAS以外の成分を含む場合は線状PASや分岐構造を有するPASなど、PAS成分であることが特に好ましい。少なくとも本発明の環式PASを含み、以下に例示する方法により高重合度体へ変換可能なものがポリアリーレンスルフィドプレポリマーであり、以下PASプレポリマーと称する場合もある。
(12) Conversion of cyclic PAS to a high degree of polymerization The cyclic PAS produced according to the present invention has excellent characteristics as described in (10), and therefore should be suitably used as a prepolymer for obtaining a polymer. Is possible. Here, as the prepolymer, the cyclic PAS obtained by the cyclic PAS production method of the present invention may be used alone or may contain a predetermined amount of other components, but if it contains components other than the cyclic PAS, A PAS component such as a linear PAS or a PAS having a branched structure is particularly preferable. A polyarylene sulfide prepolymer that contains at least the cyclic PAS of the present invention and can be converted into a high polymerization degree by the method exemplified below is sometimes referred to as a PAS prepolymer.
環式PASの高重合度体への変換反応は、環式PASから環式PASの分子量よりも高分子量の成分が生成する条件下で行えばよく、例えば本発明の環式PAS製造方法による環式PASを含む、PASプレポリマーを加熱して高重合度体に転化させる方法が好ましい方法として例示できる。この加熱の温度は前記PASプレポリマーが溶融解する温度であることが好ましく、このような温度条件であれば特に制限は無い。加熱温度がPASプレポリマーの溶融解温度未満では分子量の高いPASを得るのに長時間が必要となる傾向がある。なお、PASプレポリマーが溶融解する温度は、PASプレポリマーの組成や分子量、また、加熱時の環境により変化するため、一意的に示すことはできないが、例えばPASプレポリマーを示差走査型熱量計で分析することで溶融解温度を把握することが可能である。なお、加熱温度が高すぎるとPASプレポリマー間、加熱により生成したPAS間、及びPASとポリアリーレンスルフィドプレポリマー間などでの架橋反応や分解反応に代表される好ましくない副反応が生じやすくなる傾向にあり、得られるPASの特性が低下する場合があるため、このような好ましくない副反応が顕著に生じる温度は避けることが望ましい。このような好ましくない副反応の顕在化を抑制しやすい加熱温度としては、下限は180℃以上が例示でき、好ましくは200℃以上、より好ましくは250℃以上であり、上限は400℃以下が例示でき、好ましくは380℃以下、より好ましくは360℃以下である。一方、ある程度の副反応が起こっても差し障り無い場合には、下限は250℃以上が例示でき、好ましくは280℃以上であり、上限は450℃以下が例示でき、好ましくは420℃以下といった条件も選択可能である。このような好ましい範囲では、極短時間で高分子量体への転化を行えるという利点がある。 The conversion reaction of cyclic PAS to a high degree of polymerization may be performed under conditions where a component having a higher molecular weight than the molecular weight of cyclic PAS is generated from cyclic PAS. A method of heating a PAS prepolymer containing the formula PAS to convert it to a high degree of polymerization can be exemplified as a preferred method. The heating temperature is preferably a temperature at which the PAS prepolymer melts, and there is no particular limitation as long as it is such a temperature condition. If the heating temperature is lower than the melt solution temperature of the PAS prepolymer, a long time tends to be required to obtain a PAS having a high molecular weight. Although the temperature at which the PAS prepolymer melts varies depending on the composition and molecular weight of the PAS prepolymer and the environment during heating, it cannot be uniquely indicated. For example, the PAS prepolymer is a differential scanning calorimeter. It is possible to grasp the melting solution temperature by analyzing with. If the heating temperature is too high, undesirable side reactions such as cross-linking reactions and decomposition reactions between PAS prepolymers, between PASs produced by heating, and between PAS and polyarylene sulfide prepolymers tend to occur. Therefore, it is desirable to avoid a temperature at which such an undesirable side reaction is prominent because the properties of the obtained PAS may deteriorate. As the heating temperature at which the manifestation of such undesirable side reactions is easily suppressed, the lower limit can be exemplified by 180 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher, more preferably 250 ° C. or higher, and the upper limit exemplified by 400 ° C. or lower. The temperature is preferably 380 ° C. or lower, more preferably 360 ° C. or lower. On the other hand, if there is no problem even if a certain degree of side reaction occurs, the lower limit can be exemplified by 250 ° C. or higher, preferably 280 ° C. or higher, and the upper limit can be exemplified by 450 ° C. or lower, preferably 420 ° C. or lower. Selectable. In such a preferable range, there is an advantage that the conversion to a high molecular weight can be performed in a very short time.
前記加熱を行う時間は、使用するPASプレポリマーにおける環式PASの含有率やm数、及び分子量などの各種特性、また、加熱の温度等の条件によって異なるため一様には規定できないが、前記した好ましくない副反応がなるべく起こらないように設定することが好ましい。よって加熱時間としては、下限は0.05時間以上が例示でき、好ましくは0.1時間以上である。一方、上限は100時間以下が例示でき、好ましくは20時間以下、より好ましくは10時間以下である。0.05時間未満ではPASプレポリマーのPASへの転化が不十分になりやすく、100時間を超えると好ましくない副反応による得られるPASの特性への悪影響が顕在化する可能性が高まるだけでなく、経済的にも不利益を生じる場合がある。 The time for performing the heating cannot be uniformly defined because it varies depending on various properties such as the content and m number of the cyclic PAS in the PAS prepolymer to be used and the molecular weight, and the conditions such as the temperature of the heating. It is preferable to set so that the undesirable side reaction does not occur as much as possible. Therefore, the lower limit of the heating time can be exemplified by 0.05 hours or more, preferably 0.1 hours or more. On the other hand, the upper limit may be 100 hours or less, preferably 20 hours or less, more preferably 10 hours or less. If it is less than 0.05 hours, the conversion of the PAS prepolymer to PAS tends to be insufficient, and if it exceeds 100 hours, the possibility of adverse effects on the properties of the resulting PAS due to undesirable side reactions increases. There may be economic disadvantages.
また、PASプレポリマーには加熱による高重合度体への転化に際しては、転化を促進する各種触媒成分を使用することも可能である。このような触媒成分としてはイオン性化合物やラジカル発生能を有する化合物が例示できる。イオン性化合物としては例えばチオフェノールのナトリウム塩やリチウム塩等、硫黄のアルカリ金属塩が例示でき、また、ラジカル発生能を有する化合物としては例えば加熱により硫黄ラジカルを発生する化合物を例示でき、より具体的にはジスルフィド結合を含有する化合物が例示できる。なお、各種触媒成分を使用する場合、触媒成分は通常はPASに取り込まれ、得られるPASは触媒成分を含有するものになることが多い。特に触媒成分としてアルカリ金属及び/または他の金属成分を含有するイオン性の化合物を用いた場合、これに含まれる金属成分の大部分は得られるPAS中に残存する傾向が強い。また、各種触媒成分を使用して得られたPASは、PASを加熱した際の重量減少が増大する傾向にある。従って、より純度の高いPASを所望する場合および/または加熱した際の重量減少の少ないPASを所望する場合には、触媒成分の使用をできるだけ少なくすることが好ましく、使用しないことがより好ましい。従って、各種触媒成分を使用してPASプレポリマーを高重合度体へ転化する際には、PASプレポリマーと触媒成分を含む反応系内のアルカリ金属量が100ppm以下、好ましくは50ppm以下、より好ましくは30ppm以下さらに好ましくは10ppm以下であって、なおかつ、反応系内の全イオウ重量に対するジスルフィド重量が1重量%未満、好ましくは0.5重量%未満、より好ましくは0.3重量%未満、さらに好ましくは0.1重量%未満になるように触媒成分の添加量を調整して行うことが好ましい。 In addition, various catalyst components that promote the conversion can be used for the PAS prepolymer upon conversion to a high degree of polymerization by heating. Examples of such catalyst components include ionic compounds and compounds having radical generating ability. Examples of the ionic compound include sulfur alkali metal salts such as sodium salt and lithium salt of thiophenol, and examples of the compound having a radical generating ability include compounds that generate sulfur radicals by heating. Specific examples include compounds containing a disulfide bond. When various catalyst components are used, the catalyst component is usually taken into PAS, and the obtained PAS often contains the catalyst component. In particular, when an ionic compound containing an alkali metal and / or other metal component is used as a catalyst component, most of the metal component contained therein tends to remain in the obtained PAS. In addition, PAS obtained using various catalyst components tends to increase in weight loss when PAS is heated. Therefore, when a higher purity PAS is desired and / or when a PAS with less weight loss when heated is desired, it is preferable to use as little catalyst components as possible and more preferably not to use them. Therefore, when converting the PAS prepolymer to a high degree of polymerization using various catalyst components, the amount of alkali metal in the reaction system containing the PAS prepolymer and the catalyst component is 100 ppm or less, preferably 50 ppm or less, more preferably Is 30 ppm or less, more preferably 10 ppm or less, and the disulfide weight based on the total sulfur weight in the reaction system is less than 1% by weight, preferably less than 0.5% by weight, more preferably less than 0.3% by weight, It is preferable to adjust the addition amount of the catalyst component so that it is preferably less than 0.1% by weight.
PASプレポリマーの加熱による高重合度体への転化は、通常溶媒の非存在下で行うが、溶媒の存在下で行うことも可能である。溶媒としては、PASプレポリマーの加熱による高重合度体への転化の阻害や生成したPASの分解や架橋など好ましくない副反応を実質的に引き起こさないものであれば特に制限はなく、例えばN−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどの含窒素極性溶媒、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホンなどのスルホキシド・スルホン系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、アセトフェノンなどのケトン系溶媒、ジメチルエーテル、ジプロピルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶媒、クロロホルム、塩化メチレン、トリクロロエチレン、2塩化エチレン、ジクロルエタン、テトラクロルエタン、クロルベンゼンなどのハロゲン系溶媒、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、フェノール、クレゾール、ポリエチレングリコールなどのアルコール・フェノール系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒などがあげられる。また、二酸化炭素、窒素、水等の無機化合物を超臨界流体状態として溶媒に用いることも可能である。これらの溶媒は1種類または2種類以上の混合物として使用することができる。 The conversion of the PAS prepolymer to a high degree of polymerization by heating is usually carried out in the absence of a solvent, but can also be carried out in the presence of a solvent. The solvent is not particularly limited as long as it does not substantially cause undesirable side reactions such as inhibition of conversion to a high degree of polymerization by heating of the PAS prepolymer and decomposition or crosslinking of the produced PAS. Nitrogen-containing polar solvents such as methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, sulfoxide / sulfone solvents such as dimethyl sulfoxide, dimethyl sulfone, ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, acetophenone, dimethyl ether, dipropyl ether , Ether solvents such as tetrahydrofuran, halogen solvents such as chloroform, methylene chloride, trichloroethylene, ethylene chloride, dichloroethane, tetrachloroethane, chlorobenzene, methanol, ethanol, propylene Lumpur, butanol, pentanol, ethylene glycol, propylene glycol, phenol, cresol, alcohol phenol based solvents such as polyethylene glycol, benzene, toluene, and aromatic hydrocarbon solvents such as xylene. It is also possible to use an inorganic compound such as carbon dioxide, nitrogen, or water as a solvent in a supercritical fluid state. These solvents can be used as one kind or a mixture of two or more kinds.
前記、PASプレポリマーの加熱による高重合度体への転化は、通常の重合反応装置を用いる方法で行うのはもちろんのこと、成形品を製造する型内で行っても良いし、押出機や溶融混練機を用いて行うなど、加熱機構を具備した装置であれば特に制限無く行うことが可能であり、バッチ方式、連続方式など公知の方法が採用できる。 The conversion of the PAS prepolymer to a high degree of polymerization by heating may be performed in a mold for producing a molded product, as well as by a method using a normal polymerization reaction apparatus, an extruder, Any apparatus equipped with a heating mechanism, such as a melt kneader, can be used without particular limitation, and known methods such as a batch method and a continuous method can be employed.
PASプレポリマーの加熱による高重合度体への転化の際の雰囲気は非酸化性雰囲気で行うことが好ましく、減圧条件下で行うことも好ましい。また、減圧条件下で行う場合、反応系内の雰囲気を一度非酸化性雰囲気としてから減圧条件にすることが好ましい。これによりPASプレポリマー間、加熱により生成したPAS間、及びPASとPASプレポリマー間などで架橋反応や分解反応等の好ましくない副反応の発生を抑制できる傾向にある。なお、非酸化性雰囲気とはPAS成分が接する気相における酸素濃度が5体積%以下、好ましくは2体積%以下、さらに好ましくは酸素を実質的に含有しない雰囲気、即ち窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス雰囲気であることを指し、この中でも特に経済性及び取扱いの容易さの面からは窒素雰囲気が好ましい。また、減圧条件下とは反応を行う系内が大気圧よりも低いことを指し、上限として50kPa以下が好ましく、20kPa以下がより好ましく、10kPa以下がさらに好ましい。下限としては0.1kPa以上が例示でき、0.2kPa以上がより好ましい。減圧条件が好ましい上限を越える場合は、架橋反応など好ましくない副反応が起こりやすくなる傾向にあり、一方好ましい下限未満では、反応温度によってはPASプレポリマーに含まれる分子量の低い環式ポリアリーレンスルフィドが揮散しやすくなる傾向にある。 The atmosphere during the conversion of the PAS prepolymer to a high degree of polymerization by heating is preferably a non-oxidizing atmosphere, and is also preferably performed under reduced pressure. Moreover, when it carries out under pressure reduction conditions, it is preferable to make it the pressure reduction conditions after making the atmosphere in a reaction system once non-oxidizing atmosphere. Thereby, it is in the tendency which can suppress generation | occurrence | production of undesirable side reactions, such as a crosslinking reaction and a decomposition reaction between PAS prepolymers, between PAS produced | generated by heating, and between PAS and a PAS prepolymer. Note that the non-oxidizing atmosphere is an atmosphere in which the oxygen concentration in the gas phase in contact with the PAS component is 5% by volume or less, preferably 2% by volume or less, more preferably an oxygen-free atmosphere, that is, nitrogen, helium, argon, etc. This indicates an inert gas atmosphere, and among these, a nitrogen atmosphere is particularly preferred from the viewpoint of economy and ease of handling. The reduced pressure condition means that the reaction system is lower than the atmospheric pressure, and the upper limit is preferably 50 kPa or less, more preferably 20 kPa or less, and even more preferably 10 kPa or less. An example of the lower limit is 0.1 kPa or more, and 0.2 kPa or more is more preferable. When the decompression condition exceeds the preferable upper limit, an undesirable side reaction such as a crosslinking reaction tends to occur easily. It tends to evaporate easily.
前記したPASプレポリマーの高重合度体への転化は繊維状物質の共存下で行うことも可能である。ここで繊維状物質とは細い糸状の物質のことであって、天然繊維のごとく細長く引き延ばされた構造である任意の物質が好ましい。繊維状物質存在下でPASプレポリマーの高重合度体への転化を行うことで、PASと繊維状物質からなる複合材料構造体を容易に作成する事ができる。このような構造体は、繊維状物質によって補強されるため、PAS単独の場合に比べて、例えば機械物性に優れる傾向にある。 The conversion of the PAS prepolymer to a high degree of polymerization can also be performed in the presence of a fibrous substance. Here, the fibrous substance is a thin thread-like substance, and an arbitrary substance having a structure elongated like a natural fiber is preferable. By converting the PAS prepolymer to a high polymerization degree in the presence of the fibrous substance, a composite material structure composed of PAS and the fibrous substance can be easily prepared. Since such a structure is reinforced by a fibrous substance, it tends to be superior in mechanical properties, for example, compared to the case of PAS alone.
ここで、各種繊維状物質の中でも長繊維からなる強化繊維を用いることが好ましく、これによりPASを高度に強化する事が可能になる。一般に樹脂と繊維状物質からなる複合材料構造体を作成する際には、樹脂が溶融した際の粘度が高いことに起因して、樹脂と繊維状物質のぬれが悪くなる傾向にあり、均一な複合材料ができなかったり、期待通りの機械物性が発現しないことが多い。ここでぬれとは、溶融樹脂のごとき流体物質と、繊維状化合物のごとき固体基質との間に実質的に空気または他のガスが捕捉されないようにこの流体物質と固体基質との物理的状態の良好かつ維持された接触があることを意味する。ここで流体物質の粘度が低い方が繊維状物質とのぬれは良好になる傾向にある。本発明のPASプレポリマーは融解した際の粘度が、一般的な熱可塑性樹脂、例えばPASと比べて著しく低いため、繊維状物質とのぬれが良好になりやすい。PASプレポリマーと繊維状物質が良好なぬれを形成した後、本発明のPASの製造方法によればPASプレポリマーが高重合度体に転化するので、繊維状物質と高重合度体(ポリアリーレンスルフィド)が良好なぬれを形成した複合材料構造体を容易に得ることができる。 Here, among the various fibrous materials, it is preferable to use reinforcing fibers made of long fibers, which makes it possible to highly reinforce PAS. In general, when creating a composite material structure composed of a resin and a fibrous substance, the resin and the fibrous substance tend to become poorer due to the high viscosity when the resin is melted. In many cases, composite materials cannot be produced or expected mechanical properties do not appear. Here, wetting is the physical state of the fluid material and the solid substrate so that substantially no air or other gas is trapped between the fluid material such as a molten resin and the solid substrate such as a fibrous compound. It means that there is good and maintained contact. Here, the lower the viscosity of the fluid substance, the better the wetting with the fibrous substance. Since the viscosity of the PAS prepolymer of the present invention when melted is significantly lower than that of a general thermoplastic resin such as PAS, the wettability with the fibrous material tends to be good. After the PAS prepolymer and the fibrous material form good wetting, the PAS prepolymer is converted into a high degree of polymerization according to the PAS production method of the present invention, so that the fibrous material and the high degree of polymerization (polyarylene) It is possible to easily obtain the composite material structure in which the sulfide is formed with good wetting.
繊維状物質としては長繊維からなる強化繊維が好ましいことは前述したとおりであり、本発明に用いられる強化繊維に特に制限はないが、好適に用いられる強化繊維としては、一般に、高性能強化繊維として用いられる耐熱性及び引張強度の良好な繊維があげられる。例えば、その強化繊維には、ガラス繊維、炭素繊維、黒鉛繊維、アラミド繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維が挙げられる。この内、比強度、比弾性率が良好で、軽量化に大きな寄与が認められる炭素繊維や黒鉛繊維が最も良好なものとして例示できる。炭素繊維や黒鉛繊維は用途に応じて、あらゆる種類の炭素繊維や黒鉛繊維を用いることが可能であるが、引張強度450Kgf/mm2、引張伸度1.6%以上の高強度高伸度炭素繊維が最も適している。長繊維状の強化繊維を用いる場合、その長さは、5cm以上であることが好ましい。この長さの範囲では、強化繊維の強度を複合材料として十分に発現させることが容易となる。また、炭素繊維や黒鉛繊維は、他の強化繊維を混合して用いてもかまわない。また、強化繊維は、その形状や配列を限定されず、例えば、単一方向、ランダム方向、シート状、マット状、織物状、組み紐状であっても使用可能である。また、特に、比強度、比弾性率が高いことを要求される用途には、強化繊維が単一方向に引き揃えられた配列が最も適しているが、取り扱いの容易なクロス(織物)状の配列も本発明には適している。 As described above, it is preferable that the fibrous material is a reinforcing fiber composed of long fibers, and the reinforcing fiber used in the present invention is not particularly limited. However, as the reinforcing fiber suitably used, generally, a high-performance reinforcing fiber is used. And fibers having good heat resistance and tensile strength. For example, the reinforcing fiber includes glass fiber, carbon fiber, graphite fiber, aramid fiber, silicon carbide fiber, alumina fiber, and boron fiber. Among these, carbon fiber and graphite fiber, which have good specific strength and specific elastic modulus and have a great contribution to weight reduction, can be exemplified as the best. Any type of carbon fiber or graphite fiber can be used as the carbon fiber or graphite fiber depending on the application, but high strength and high elongation carbon having a tensile strength of 450 kgf / mm 2 and a tensile elongation of 1.6% or more. Fiber is most suitable. In the case of using long fiber-like reinforcing fibers, the length is preferably 5 cm or more. In the range of this length, it becomes easy to sufficiently develop the strength of the reinforcing fiber as a composite material. Carbon fibers and graphite fibers may be used in combination with other reinforcing fibers. Moreover, the shape and arrangement | sequence of a reinforced fiber are not limited, For example, even if it is a single direction, a random direction, a sheet form, a mat form, a textile form, and a braid form, it can be used. In particular, for applications that require high specific strength and specific elastic modulus, an array in which reinforcing fibers are aligned in a single direction is most suitable. Arrangements are also suitable for the present invention.
また、前記したPASプレポリマーの高重合度体への転化は充填剤の存在下で行うことも可能である。充填剤としては、例えば非繊維状ガラス、非繊維状炭素や、無機充填剤、例えば炭酸カルシウム、酸化チタン、アルミナなどを例示できる。 The conversion of the PAS prepolymer to a high degree of polymerization can also be performed in the presence of a filler. Examples of the filler include non-fibrous glass, non-fibrous carbon, and inorganic fillers such as calcium carbonate, titanium oxide, and alumina.
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。これら例は例示的なものであって限定的なものではない。 The present invention will be specifically described below with reference to examples. These examples are illustrative and not limiting.
<環式ポリフェニレンスルフィドの生成率の測定>
反応生成物中の環式ポリフェニレンスルフィド化合物の生成率の測定は、HPLCを用いて実施した。HPLCの測定条件を以下に示す。
装置:島津株式会社製 LC−10Avpシリーズ
カラム:関東化学社製 Mightysil RP−18 GP150−4.6(5μm)
検出器:フォトダイオードアレイ検出器(波長270nm)
<Measurement of formation rate of cyclic polyphenylene sulfide>
The production rate of the cyclic polyphenylene sulfide compound in the reaction product was measured using HPLC. The measurement conditions for HPLC are shown below.
Apparatus: LC-10Avp series manufactured by Shimadzu Corporation Column: Mightysil RP-18 GP150-4.6 (5 μm) manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.
Detector: Photodiode array detector (wavelength 270 nm)
なお、HPLCで成分分割した各成分の構造決定は、LC―MSによる分析及び、分取LCでの分取物のMALDI−MS,NMR,IR測定により行った。 The structure of each component divided by HPLC was determined by analysis by LC-MS and MALDI-MS, NMR, and IR measurement of the fraction obtained by preparative LC.
環式PAS生成率の算出は、まず環式PAS標品について高速液体クロマトグラフィー分析を行って検量線を作成しておき、その検量線を利用して環式PASのピーク面積からから環式PAS含有量を算出し、反応混合物中のイオウ成分が全て環式PASに転化すると仮定した場合の環式PAS収量に対する実際の環式PAS含有量として環式PASの生成率の算出を行った。また、工程(ii)で加熱を行う前の反応混合物中に線状PASを含む場合には、反応混合物中の全イオウ成分が全て環式PASに転化したと仮定した場合の環式PAS収量に対する実際の環式PAS含有量として環式PASの生成率の算出を行った。 The cyclic PAS production rate is calculated by first preparing a calibration curve by performing high performance liquid chromatography analysis on the cyclic PAS sample, and using the calibration curve, the cyclic PAS is calculated from the peak area of the cyclic PAS. The content was calculated, and the production rate of cyclic PAS was calculated as the actual cyclic PAS content relative to the cyclic PAS yield assuming that all sulfur components in the reaction mixture were converted to cyclic PAS. In addition, when linear PAS is included in the reaction mixture before heating in step (ii), the cyclic PAS yield when it is assumed that all sulfur components in the reaction mixture are all converted to cyclic PAS. The production rate of cyclic PAS was calculated as the actual cyclic PAS content.
<スルフィド化剤の分析>
反応混合物中や反応生成物中のスルフィド化剤の定量(例えば、水硫化ナトリウムの定量)はイオンクロマトグラフィーを用いて以下の条件にて実施した。
装置:島津製作所製 HIC−20Asuper
カラム:島津製作所製 Shim−packIC−SA2(250mm×4.6mmID)
検出器:電気伝導度検出器(サプレッサ)
溶離液:4.0mM炭酸水素ナトリウム/1.0mM炭酸ナトリウム水溶液
流速:1.0ml/分
注入量:50マイクロリットル
カラム温度:30℃
<Analysis of sulfiding agent>
Quantification of the sulfidizing agent in the reaction mixture and reaction product (for example, quantification of sodium hydrosulfide) was carried out using ion chromatography under the following conditions.
Apparatus: HIC-20 Asper made by Shimadzu Corporation
Column: Shimadzu Shim-pack IC-SA2 (250 mm × 4.6 mm ID)
Detector: Electrical conductivity detector (suppressor)
Eluent: 4.0 mM sodium bicarbonate / 1.0 mM aqueous sodium carbonate flow rate: 1.0 ml / min Injection volume: 50 microliters Column temperature: 30 ° C.
試料中に過酸化水素水を添加して試料中に含まれる硫化物イオンの酸化を行った後に上記分析により硫酸イオンとして定量し、過酸化水素水を添加しない無処理の試料を分析した際の硫酸イオン定量値を差し引く方法で、試料中の硫化物イオン量を算出した。ここで算出した硫化物イオン量を未反応のスルフィド化剤量とし、仕込んだスルフィド化剤量との割合から、反応でのスルフィド化剤消費率、すなわち原料消費率を算出した。 After adding hydrogen peroxide solution to the sample and oxidizing the sulfide ions contained in the sample, it was quantified as sulfate ion by the above analysis, and the untreated sample without adding hydrogen peroxide solution was analyzed. The amount of sulfide ion in the sample was calculated by subtracting the sulfate ion quantitative value. The amount of sulfide ion calculated here was used as the amount of unreacted sulfidizing agent, and the sulfidizing agent consumption rate in the reaction, that is, the raw material consumption rate, was calculated from the ratio with the amount of sulfidizing agent charged.
<スルフィド化剤混合物の均一性判断と固化温度測定>
スルフィド化剤混合物の固化温度測定と均一性判断は、まず、ガラス製サンプル瓶に室温のスルフィド化剤混合物を2g採取し、それを撹拌せずオイルバスで融解するまで加熱して沈降物の有無を確認した。続いて、それをオイルバスから取り出して温度センサーを差し、室温環境にて静置・冷却して目視で固化し始める温度を測定した。なお、精度は5℃刻みで実施した。この固化温度の変動幅はスルフィド化剤混合物の組成により変化するため一概には言えないが、例えば、スルフィド化剤混合物中の水分量がイオウ成分1モル当たり3モルから2.5モルに変化した場合には固化温度は5℃上昇する傾向が見られる。
<Uniformity determination and solidification temperature measurement of sulfidizing agent mixture>
To measure the solidification temperature of the sulfidizing agent mixture and determine its homogeneity, first take 2 g of room temperature sulfidizing agent mixture in a glass sample bottle and heat it until it melts in an oil bath without stirring. It was confirmed. Subsequently, it was taken out from the oil bath, a temperature sensor was inserted, and the temperature at which it started to solidify visually after standing and cooling in a room temperature environment was measured. The accuracy was performed in increments of 5 ° C. The fluctuation range of the solidification temperature varies depending on the composition of the sulfidizing agent mixture, but cannot be generally stated. For example, the water content in the sulfidizing agent mixture has changed from 3 mol to 2.5 mol per mol of sulfur component. In some cases, the solidification temperature tends to increase by 5 ° C.
<分子量測定>
線状ポリフェニレンスルフィドの重量平均分子量Mwはサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)の一種であるゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、ポリスチレン換算で算出した。GPCの測定条件を以下に示す。
装置:センシュー科学 SSC−7100
カラム名:センシュー科学 GPC3506
溶離液:1−クロロナフタレン
検出器:示差屈折率検出器
カラム温度:210℃
プレ恒温槽温度:250℃
ポンプ恒温槽温度:50℃
検出器温度:210℃
流量:1.0mL/min
試料注入量:300μL (スラリー状:約0.2重量%)
<Molecular weight measurement>
The weight average molecular weight Mw of the linear polyphenylene sulfide was calculated in terms of polystyrene by gel permeation chromatography (GPC) which is a kind of size exclusion chromatography (SEC). The measurement conditions for GPC are shown below.
Equipment: Senshu Science SSC-7100
Column name: Senshu Science GPC3506
Eluent: 1-chloronaphthalene detector: differential refractive index detector Column temperature: 210 ° C
Pre-constant temperature: 250 ° C
Pump bath temperature: 50 ° C
Detector temperature: 210 ° C
Flow rate: 1.0 mL / min
Sample injection amount: 300 μL (slurry: about 0.2% by weight)
[実施例1]
<工程(i)>
SUS316製の撹拌機付きオートクレーブの上部に蒸留塔を装着し、その先に冷却管および凝縮液を受ける容器を設置した。オートクレーブ内に48重量%の水硫化ナトリウム水溶液46.7g(水硫化ナトリウムとして0.400モル)、48重量%の水酸化ナトリウム水溶液35.0g(水酸化ナトリウムとして0.420モル)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)82.0g(0.0799リットル)を仕込んだ。原料に含まれる水分量は42.5g(2.36モル)であり、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たりの水の量は5.90モルであった。また、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たりの有機極性溶媒量は0.200リットルであった。
[Example 1]
<Process (i)>
A distillation tower was attached to the top of an autoclave with a stirrer made of SUS316, and a cooling pipe and a container for receiving condensate were installed at the top. In an autoclave, 46.7 g of a 48 wt% sodium hydrosulfide aqueous solution (0.400 mol as sodium hydrosulfide), 35.0 g of a 48 wt% sodium hydroxide aqueous solution (0.420 mol as sodium hydroxide), N-methyl -2-pyrrolidone (NMP) 82.0 g (0.0799 liter) was charged. The amount of water contained in the raw material was 42.5 g (2.36 mol), and the amount of water per mol of the sulfur component of the sulfidizing agent was 5.90 mol. The amount of the organic polar solvent per mole of sulfur component of the sulfiding agent was 0.200 liter.
常圧で窒素を通じて撹拌しながら室温から180℃まで加熱し、脱水留出液が16.6g得られた段階で加熱を停止し、130℃まで冷却した。ここで、脱水留出液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、NMP成分を3.1g含んでおり、この情報を元に系内に残留した水分量を算出すると、29.0g(1.610モル)であった。また、イオンクロマトグラフィーの結果より、脱水工程中に硫化水素として飛散したイオウ成分は0.0004モルであることがわかり、これにより、系内に残存しているイオウ成分は0.399モルであることがわかった。よって系内の水分量は、イオウ成分1モル当たり4.03モルであることがわかった。 The mixture was heated from room temperature to 180 ° C. with stirring through nitrogen at normal pressure. When 16.6 g of dehydrated distillate was obtained, the heating was stopped and the mixture was cooled to 130 ° C. Here, when the dehydrated distillate was analyzed by gas chromatography, it contained 3.1 g of NMP component. Based on this information, the amount of water remaining in the system was calculated to be 29.0 g (1.610 mol). )Met. Further, from the results of ion chromatography, it was found that the sulfur component scattered as hydrogen sulfide during the dehydration step was 0.0004 mol, and as a result, the sulfur component remaining in the system was 0.399 mol. I understood it. Therefore, it was found that the amount of water in the system was 4.03 mole per mole of sulfur component.
<工程(ii)>
工程(i)を行ったオートクレーブの原料投入口を開き、そこにp−ジクロロベンゼン(p−DCB)59.8g(0.407モル)及びNMP945g(0.921リットル)を加え、反応系内のイオウ成分1モル当たりのNMP量を2.50リットルに調整した。続いて反応器を窒素置換、密封し、400rpmで撹拌しながら25分かけて室温から200℃まで昇温し、次いで200℃から250℃まで35分かけて昇温した。その後、250℃で2時間保持することで反応混合物を加熱して反応させた。加熱が始まると徐々に内圧も上昇し、反応終了時にはゲージ圧で0.65MPaとなった。反応終了後、オートクレーブを室温近傍まで冷却し、反応生成物を回収した。
<Process (ii)>
Open the raw material inlet of the autoclave in which step (i) was performed, and add 59.8 g (0.407 mol) of p-dichlorobenzene (p-DCB) and 945 g (0.921 liters) of NMP to the reaction system. The amount of NMP per mole of sulfur component was adjusted to 2.50 liters. Subsequently, the reactor was purged with nitrogen, sealed, heated from room temperature to 200 ° C. over 25 minutes with stirring at 400 rpm, and then heated from 200 ° C. to 250 ° C. over 35 minutes. Then, the reaction mixture was heated and reacted by maintaining at 250 ° C. for 2 hours. When heating started, the internal pressure gradually increased, and the gauge pressure was 0.65 MPa at the end of the reaction. After completion of the reaction, the autoclave was cooled to near room temperature, and the reaction product was recovered.
<反応生成物分析評価>
得られた反応生成物の一部を大過剰の水に分散させることで水に不溶な成分を回収し、次いで乾燥することで固形分を得た。赤外分光分析による構造解析の結果、この固形分はフェニレンスルフィド単位からなる化合物であることを確認した。
<Reaction product analysis evaluation>
A part of the obtained reaction product was dispersed in a large excess of water to recover components insoluble in water, and then dried to obtain a solid content. As a result of structural analysis by infrared spectroscopic analysis, it was confirmed that the solid content was a compound composed of phenylene sulfide units.
また、得られた反応生成物を高速液体クロマトグラフィー及びイオンクロマトグラフィーにより分析した結果、スルフィド化剤として用いた水硫化ナトリウムの原料消費率は97.3%、反応混合物中のスルフィド化剤が全て環式ポリフェニレンスルフィドに転化すると仮定した場合の環式ポリフェニレンスルフィドの生成率は15.1%であった。 Moreover, as a result of analyzing the obtained reaction product by high performance liquid chromatography and ion chromatography, the raw material consumption rate of sodium hydrosulfide used as the sulfidizing agent was 97.3%, and all of the sulfidizing agent in the reaction mixture was all The production rate of cyclic polyphenylene sulfide when converted to cyclic polyphenylene sulfide was 15.1%.
また、本実施例1の工程(i)のみ別途実施し、室温まで冷却後に回収したスルフィド化剤混合物について均一性判断と固化温度測定を行ったところ、100℃に固化温度を有すること、100℃以上において固形分の沈降が見られないことを確認した。よって、このスルフィド化剤混合物は均一であり、100℃以上で高い移送性を示すことがわかった。 Further, only the step (i) of Example 1 was carried out separately, and uniformity determination and solidification temperature measurement were performed on the sulfidizing agent mixture recovered after cooling to room temperature. As a result, the solidification temperature was 100 ° C. In the above, it was confirmed that no sedimentation of solid content was observed. Therefore, it was found that this mixture of sulfiding agents was uniform and exhibited high transportability at 100 ° C. or higher.
本発明の環式ポリアリーレンスルフィドの製造方法によれば、環式ポリアリーレンスルフィドを高収率で得ることができ、また、原料消費率が高く原料ロスはほとんど生じなかった。 According to the method for producing the cyclic polyarylene sulfide of the present invention, the cyclic polyarylene sulfide can be obtained in a high yield, and the raw material consumption rate is high, and there is almost no raw material loss.
[比較例1]
ここでは、特許文献3(特開2009−30012号公報)の実施例に準じて環式PASの製造を行った例を示す。すなわち、前記実施例1の工程(i)を省いた以外は実施例1と同等の反応容器、反応濃度、反応温度の条件にて環式PASの製造を行った例を示す。
[Comparative Example 1]
Here, an example is shown in which cyclic PAS is manufactured according to the example of Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-30012). That is, an example is shown in which cyclic PAS is produced under the same reaction vessel, reaction concentration, and reaction temperature conditions as in Example 1 except that step (i) in Example 1 is omitted.
SUS316製の撹拌機付き1リットルオートクレーブに48重量%の水硫化ナトリウム水溶液28.1g(水硫化ナトリウム0.240モル)、48重量%の水酸化ナトリウム水溶液21.0g(水酸化ナトリウム0.252モル)、p−ジクロロベンゼン(p−DCB)36.0g(0.245モル)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)615.1g(6.21モル)を仕込んだ。原料に含まれる水分量は25.5g(1.42モル)であり、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たりの水の量は5.92モルであった。また、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たりの溶媒の量は2.50Lであった。 In a 1 liter autoclave with a stirrer made of SUS316, 28.1 g of a 48 wt% aqueous sodium hydrosulfide solution (0.240 mol of sodium hydrosulfide) and 21.0 g of a 48 wt% aqueous sodium hydroxide solution (0.252 mol of sodium hydroxide) ), 36.0 g (0.245 mol) of p-dichlorobenzene (p-DCB) and 615.1 g (6.21 mol) of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) were charged. The amount of water contained in the raw material was 25.5 g (1.42 mol), and the amount of water per mol of the sulfur component of the sulfidizing agent was 5.92 mol. The amount of solvent per mole of sulfur component of the sulfiding agent was 2.50 L.
反応器を室温にて窒素置換、密封し、400rpmで撹拌しながら25分かけて室温から200℃まで昇温し、次いで200℃から250℃まで35分かけて昇温した。その後、250℃で2時間保持することで反応混合物を加熱して反応させた。加熱が始まると徐々に内圧も上昇し、反応終了時にはゲージ圧で1.12MPaとなった。反応終了後、オートクレーブを室温近傍まで冷却し、反応生成物を回収した。 The reactor was purged with nitrogen at room temperature, sealed, heated from room temperature to 200 ° C. over 25 minutes with stirring at 400 rpm, and then heated from 200 ° C. to 250 ° C. over 35 minutes. Then, the reaction mixture was heated and reacted by maintaining at 250 ° C. for 2 hours. When heating was started, the internal pressure gradually increased, and the gauge pressure reached 1.12 MPa at the end of the reaction. After completion of the reaction, the autoclave was cooled to near room temperature, and the reaction product was recovered.
<反応生成物分析評価>
得られた反応生成物の一部を大過剰の水に分散させることで水に不溶な成分を回収し、次いで乾燥することで固形分を得た。赤外分光分析による構造解析の結果、この固形分はフェニレンスルフィド単位からなる化合物であることを確認した。
<Reaction product analysis evaluation>
A part of the obtained reaction product was dispersed in a large excess of water to recover components insoluble in water, and then dried to obtain a solid content. As a result of structural analysis by infrared spectroscopic analysis, it was confirmed that the solid content was a compound composed of phenylene sulfide units.
また、得られた反応生成物を高速液体クロマトグラフィー及びイオンクロマトグラフィーにより分析した結果、スルフィド化剤として用いた水硫化ナトリウムの原料消費率は96.6%、反応混合物中のスルフィド化剤が全て環式ポリフェニレンスルフィドに転化すると仮定した場合の環式ポリフェニレンスルフィドの生成率は15.5%であった。 Moreover, as a result of analyzing the obtained reaction product by high performance liquid chromatography and ion chromatography, the raw material consumption rate of sodium hydrosulfide used as a sulfidizing agent was 96.6%, and the sulfidizing agent in the reaction mixture was all The formation rate of cyclic polyphenylene sulfide when converted to cyclic polyphenylene sulfide was 15.5%.
このように、工程(i)を行わず、反応混合物中の水分量が多い条件で環式PASの製造を行った場合では、実施例1と比べると環式PASの収率は同等であるが、水分量の増加に伴い加熱時の反応器内の圧力が大幅に上昇することがわかる。さらに本比較例で得られた反応物中には黒色成分が多く、反応物回収後の反応器の接液部も黒色化し金属光沢は認められなかった。 Thus, in the case where cyclic PAS was produced under the conditions where the amount of water in the reaction mixture was large without performing step (i), the yield of cyclic PAS was equivalent to that in Example 1. It can be seen that the pressure in the reactor during heating greatly increases as the amount of water increases. Furthermore, the reaction product obtained in this comparative example contained a large amount of black component, and the liquid contact part of the reactor after the reaction product was recovered was also blackened and no metallic luster was observed.
[実施例2]
ここでは、実施例1よりも工程(i)後の水分量を減らした例を示す。
[Example 2]
Here, an example in which the amount of water after step (i) is reduced as compared with Example 1 is shown.
<工程(i)>
実施例1と同様にして原料を仕込み、常圧で窒素を通じて撹拌しながら室温から180℃まで加熱し、しばらく180℃を維持することで脱水留出液を33.6g得た。その後加熱を停止し、130℃まで冷却した。ここで、脱水留出液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、NMP成分を5.4g含んでおり、この情報を元に系内に残留した水分量を算出すると、14.2g(0.791モル)であった。また、イオンクロマトグラフィーの結果より、脱水工程中に硫化水素として飛散したイオウ成分は0.0013モルであることがわかり、これにより、系内に残存しているイオウ成分は0.399モルであることがわかった。よって系内の水分量は、イオウ成分1モル当たり1.98モルであることがわかった。
<Process (i)>
The raw materials were charged in the same manner as in Example 1, heated from room temperature to 180 ° C. with stirring through nitrogen at normal pressure, and maintained at 180 ° C. for a while to obtain 33.6 g of a dehydrated distillate. Thereafter, the heating was stopped and the mixture was cooled to 130 ° C. Here, when the dehydrated distillate was analyzed by gas chromatography, it contained 5.4 g of NMP component. Based on this information, the amount of water remaining in the system was calculated to be 14.2 g (0.791 mol). )Met. Further, from the result of ion chromatography, it was found that the sulfur component scattered as hydrogen sulfide during the dehydration step was 0.0013 mol, and as a result, the sulfur component remaining in the system was 0.399 mol. I understood it. Therefore, the water content in the system was found to be 1.98 mol per mol of sulfur component.
<工程(ii)>
工程(i)を行ったオートクレーブの原料投入口を開き、そこにp−ジクロロベンゼン(p−DCB)59.8g(0.407モル)及びNMP947g(0.923リットル)を加え、反応系内のイオウ成分1モル当たりのNMP量を2.50リットルに調整した。続いて反応器を窒素置換、密封し、400rpmで撹拌しながら25分かけて室温から200℃まで昇温し、次いで200℃から250℃まで35分かけて昇温した。その後、250℃で2時間保持することで反応混合物を加熱して反応させた。加熱が始まると徐々に内圧も上昇し、反応終了時にはゲージ圧で0.49MPaとなった。反応終了後、オートクレーブを室温近傍まで冷却し、反応生成物を回収した。
<Process (ii)>
Open the raw material inlet of the autoclave where step (i) was performed, and add 59.8 g (0.407 mol) of p-dichlorobenzene (p-DCB) and 947 g (0.923 liters) of NMP to the reaction system. The amount of NMP per mole of sulfur component was adjusted to 2.50 liters. Subsequently, the reactor was purged with nitrogen, sealed, heated from room temperature to 200 ° C. over 25 minutes with stirring at 400 rpm, and then heated from 200 ° C. to 250 ° C. over 35 minutes. Then, the reaction mixture was heated and reacted by maintaining at 250 ° C. for 2 hours. When heating started, the internal pressure gradually increased, and the gauge pressure was 0.49 MPa at the end of the reaction. After completion of the reaction, the autoclave was cooled to near room temperature, and the reaction product was recovered.
<反応生成物分析評価>
得られた反応生成物の一部を大過剰の水に分散させることで水に不溶な成分を回収し、次いで乾燥することで固形分を得た。赤外分光分析による構造解析の結果、この固形分はフェニレンスルフィド単位からなる化合物であることを確認した。
<Reaction product analysis evaluation>
A part of the obtained reaction product was dispersed in a large excess of water to recover components insoluble in water, and then dried to obtain a solid content. As a result of structural analysis by infrared spectroscopic analysis, it was confirmed that the solid content was a compound composed of phenylene sulfide units.
また、得られた反応生成物を高速液体クロマトグラフィー及びイオンクロマトグラフィーにより分析した結果、スルフィド化剤として用いた水硫化ナトリウムの原料消費率は97.5%、反応混合物中のスルフィド化剤が全て環式ポリフェニレンスルフィドに転化すると仮定した場合の環式ポリフェニレンスルフィドの生成率は15.8%であった。
また、本実施例2の工程(i)のみ別途実施し、室温まで冷却後に回収したスルフィド化剤混合物について均一性判断と固化温度測定を行ったところ、120℃に固化温度を有すること、120℃以上において固形分の沈降が見られないことを確認した。よって、このスルフィド化剤混合物は均一であり、120℃以上で高い移送性を示すことがわかった。
Moreover, as a result of analyzing the obtained reaction product by high performance liquid chromatography and ion chromatography, the raw material consumption rate of sodium hydrosulfide used as the sulfidizing agent was 97.5%, and all the sulfidizing agents in the reaction mixture were The formation rate of cyclic polyphenylene sulfide when converted to cyclic polyphenylene sulfide was 15.8%.
Further, only the step (i) of Example 2 was carried out separately, and uniformity determination and solidification temperature measurement were performed on the sulfidizing agent mixture recovered after cooling to room temperature. As a result, the solidification temperature was 120 ° C. In the above, it was confirmed that no sedimentation of solid content was observed. Therefore, it was found that this sulfidizing agent mixture was uniform and exhibited high transportability at 120 ° C. or higher.
このように、実施例1よりも工程(i)後の水分量が、本発明のより好ましい範囲にある場合、環式ポリアリーレンスルフィドを高収率で得ることができ、また、原料消費率が高く原料ロスはほとんど生じなかった。 Thus, when the amount of water after step (i) is in the more preferred range of the present invention than in Example 1, cyclic polyarylene sulfide can be obtained in high yield, and the raw material consumption rate is high. High raw material loss hardly occurred.
[実施例3]
ここでは、工程(i)を行った後、工程(i)を行った反応器に、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.4リットル以上になるように有機極性溶媒を加えてスルフィド化剤混合物を希釈し、さらに工程(i)とは異なる反応器に分割・移液してから工程(ii)を行った例を示す。
[Example 3]
Here, after performing the step (i), an organic polar solvent is added to the reactor in which the step (i) has been performed so that the amount is 0.4 liter or more per mole of the sulfur component of the sulfidizing agent. An example is shown in which step (ii) is performed after the mixture is diluted and further divided and transferred to a reactor different from step (i).
<工程(i)>
実施例2と同様の操作により、水分がスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり1.96モルであるスルフィド化剤混合物を得た。続いて、内温を130℃に維持したままNMPを415g加え、有機極性溶媒がイオウ成分1モル当たり1.20リットルになるようオートクレーブ内で希釈を行った。この操作により、低粘度なスルフィド化剤混合物が得られた。これを室温まで冷却し、ステンレス容器に回収して重量を測ると541gであった。前述の留出液量などから算出される理論収量544gに対する回収率は99.4%であった。
<Process (i)>
In the same manner as in Example 2, a sulfidizing agent mixture having a water content of 1.96 mol per mol of the sulfur component of the sulfiding agent was obtained. Subsequently, 415 g of NMP was added while maintaining the internal temperature at 130 ° C., and dilution was performed in an autoclave so that the organic polar solvent was 1.20 liters per mole of sulfur component. By this operation, a low viscosity sulfidizing agent mixture was obtained. This was cooled to room temperature, collected in a stainless steel container, and weighed 541 g. The recovery rate for the theoretical yield of 544 g calculated from the amount of distillate was 99.4%.
<工程(ii)>
撹拌機の付いたSUS316製のオートクレーブ(前記工程(i)で用いたものとは異なる)を、あらかじめ窒素置換しておき、前記工程(i)で得られたスルフィド化剤混合物を270g(イオウ成分として0.199モル、水酸化ナトリウムとして0.209モル、NMPとして0.239リットル)仕込んだ。そこにp−ジクロロベンゼン(p−DCB)30.8g(0.209モル)及びNMP266g(0.259リットル)を加え、反応系内のイオウ成分1モル当たりのNMP量を2.50リットルに調整した。続いて反応器を窒素置換、密封し、400rpmで撹拌しながら25分かけて室温から200℃まで昇温し、次いで200℃から250℃まで35分かけて昇温した。その後、250℃で2時間保持することで反応混合物を加熱して反応させた。加熱が始まると徐々に内圧も上昇し、反応終了時にはゲージ圧で0.48MPaとなった。反応終了後、オートクレーブを室温近傍まで冷却し、反応生成物を回収した。
<Process (ii)>
A SUS316 autoclave equipped with a stirrer (different from that used in the step (i)) was previously substituted with nitrogen, and 270 g (sulfur component) of the sulfidizing agent mixture obtained in the step (i) was obtained. As 0.199 mol, 0.209 mol as sodium hydroxide, and 0.239 liter as NMP). Thereto, 30.8 g (0.209 mol) of p-dichlorobenzene (p-DCB) and 266 g (0.259 liter) of NMP were added to adjust the amount of NMP per mol of sulfur component in the reaction system to 2.50 liter. did. Subsequently, the reactor was purged with nitrogen, sealed, heated from room temperature to 200 ° C. over 25 minutes with stirring at 400 rpm, and then heated from 200 ° C. to 250 ° C. over 35 minutes. Then, the reaction mixture was heated and reacted by maintaining at 250 ° C. for 2 hours. When heating started, the internal pressure gradually increased, and the gauge pressure reached 0.48 MPa at the end of the reaction. After completion of the reaction, the autoclave was cooled to near room temperature, and the reaction product was recovered.
<反応生成物分析評価>
得られた反応生成物の一部を大過剰の水に分散させることで水に不溶な成分を回収し、次いで乾燥することで固形分を得た。赤外分光分析による構造解析の結果、この固形分はフェニレンスルフィド単位からなる化合物であることを確認した。
<Reaction product analysis evaluation>
A part of the obtained reaction product was dispersed in a large excess of water to recover components insoluble in water, and then dried to obtain a solid content. As a result of structural analysis by infrared spectroscopic analysis, it was confirmed that the solid content was a compound composed of phenylene sulfide units.
また、得られた反応生成物を高速液体クロマトグラフィー及びイオンクロマトグラフィーにより分析した結果、スルフィド化剤として用いた水硫化ナトリウムの原料消費率は98.2%、反応混合物中のスルフィド化剤が全て環式ポリフェニレンスルフィドに転化すると仮定した場合の環式ポリフェニレンスルフィドの生成率は16.1%であった。
また、本実施例3の工程(i)のみ別途実施し、希釈は行わずに室温まで冷却後に回収したスルフィド化剤混合物について均一性判断と固化温度測定を行ったところ、120℃に固化温度を有すること、120℃以上において固形分の沈降が見られないことを確認した。よって、このスルフィド化剤混合物は均一であり、120℃以上で高い移送性を示すことがわかった。
Moreover, as a result of analyzing the obtained reaction product by high performance liquid chromatography and ion chromatography, the raw material consumption rate of sodium hydrosulfide used as the sulfidizing agent was 98.2%, and all the sulfidizing agents in the reaction mixture were all The production rate of cyclic polyphenylene sulfide when converted to cyclic polyphenylene sulfide was 16.1%.
Further, only the step (i) of this Example 3 was carried out separately, and the sulfidizing agent mixture recovered after cooling to room temperature without dilution was subjected to uniformity judgment and solidification temperature measurement. It was confirmed that no sedimentation was observed at 120 ° C. or higher. Therefore, it was found that this sulfidizing agent mixture was uniform and exhibited high transportability at 120 ° C. or higher.
このように、工程(i)を行った後、工程(i)を行った反応器に、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.4リットル以上になるように有機極性溶媒を加えてスルフィド化剤混合物を希釈し、さらに工程(i)とは異なる反応器に移送してから工程(ii)を行った場合には、実施例2と同様に反応時の低い内圧と高い原料消費率を両立することができ、収率よく環式ポリアリーレンスルフィドを得ることができた。 Thus, after performing step (i), an organic polar solvent was added to the reactor in which step (i) was performed so that the amount was 0.4 liter or more per mole of sulfur component of the sulfidizing agent to sulfidize. When the step (ii) is carried out after the agent mixture is diluted and further transferred to a reactor different from step (i), the low internal pressure during reaction and the high raw material consumption rate are compatible as in Example 2. The cyclic polyarylene sulfide could be obtained with good yield.
[参考例1]
ここでは、実施例3で得られた反応生成物を固液分離することで、副生した線状ポリフェニレンスルフィドを有機極性溶媒を含む固形分として回収した例について示す。
[Reference Example 1]
Here, an example is shown in which the reaction product obtained in Example 3 is solid-liquid separated to recover the by-produced linear polyphenylene sulfide as a solid containing an organic polar solvent.
実施例3で得られた反応生成物120gを分取し、300mLのフラスコに仕込んだ。反応生成物をマグネチックスターラーで撹拌し、反応生成物のスラリーに窒素バブリングを行いながら、オイルバスで100℃に加熱した。 120 g of the reaction product obtained in Example 3 was collected and charged into a 300 mL flask. The reaction product was stirred with a magnetic stirrer and heated to 100 ° C. in an oil bath while nitrogen bubbling was performed on the reaction product slurry.
ADVANTEC社製の万能型タンク付フィルターホルダーKST−90−UH(有効濾過面積約45平行センチメートル)に、直径90mm、平均細孔直径1μmのPTFE製メンブレンフィルターをセットし、タンク部分をバンドヒーターにて100℃に調温した。 A PTFE membrane filter with a diameter of 90 mm and an average pore diameter of 1 μm is set in the ADVANTEC filter holder KST-90-UH (effective filtration area approximately 45 parallel centimeters) made by ADVANTEC, and the tank part is used as a band heater. The temperature was adjusted to 100 ° C.
100℃に加熱した反応生成物をタンクに仕込み、タンクを密封後、窒素にて0.4MPaに加圧した。続いてタンク下部のバルブをゆっくり開き、濾過を開始した。濾液の排出がなくなったら作業を終了し、タンクを開封してメンブレンフィルター上に残存した線状ポリフェニレンスルフィド、NMP、塩化ナトリウムからなるケークを62.5g回収した。 The reaction product heated to 100 ° C. was charged into a tank, the tank was sealed, and then pressurized to 0.4 MPa with nitrogen. Subsequently, the valve at the bottom of the tank was slowly opened to start filtration. When the filtrate was discharged, the operation was terminated, the tank was opened, and 62.5 g of a cake made of linear polyphenylene sulfide, NMP, and sodium chloride remaining on the membrane filter was recovered.
上記ケークを4g量り取って40gの水に分散させ、70℃で15分撹拌した後、ガラスフィルターで吸引濾過することでケーク中のNMPおよび塩化ナトリウムを除去した。この洗浄操作を計4回繰り返した。得られた固形分を真空乾燥機70℃で3時間処理して乾燥し、最初に量り取ったケークの重量に対する割合として線状ポリフェニレンスルフィドの含有率を算出すると21.3重量%であった。なお、乾燥法によってケーク中のその他の成分についても分析を行ったところ、NMPが48.7重量%、塩化ナトリウムが30.0重量%であった。なお、得られた線状ポリフェニレンスルフィドの分子量をGPCにより測定したところ、Mw=12,000であった。 4 g of the cake was weighed and dispersed in 40 g of water, stirred at 70 ° C. for 15 minutes, and then filtered with suction through a glass filter to remove NMP and sodium chloride in the cake. This washing operation was repeated a total of 4 times. The obtained solid content was dried by treating at 70 ° C. for 3 hours in a vacuum dryer, and the content of linear polyphenylene sulfide was calculated as a ratio to the weight of the cake weighed first, and found to be 21.3% by weight. When other components in the cake were analyzed by a drying method, NMP was 48.7% by weight and sodium chloride was 30.0% by weight. In addition, when the molecular weight of the obtained linear polyphenylene sulfide was measured by GPC, it was Mw = 12,000.
[実施例4]
ここでは、参考例1で回収した線状ポリフェニレンスルフィドを反応混合物中に含ませることで、線状ポリフェニレンスルフィドを原料として再利用した環式ポリフェニレンスルフィドの合成例について示す。
[Example 4]
Here, a synthesis example of cyclic polyphenylene sulfide in which the linear polyphenylene sulfide recovered in Reference Example 1 is included in the reaction mixture to recycle the linear polyphenylene sulfide as a raw material will be described.
撹拌機の付いたSUS316製のオートクレーブを窒素置換しておき、前記実施例3の工程(i)で得られたスルフィド化剤混合物を33.8g(イオウ成分として0.0249モル、水酸化ナトリウムとして0.0262モル、NMPとして0.0299リットル)仕込んだ。そこにp−ジクロロベンゼン(p−DCB)4.58g(0.0311モル)、前記参考例1で得られたケーク成分50.6g(線状ポリフェニレンスルフィドとして0.0997モル、NMPとして24.6g(0.0240リットル)、塩化ナトリウムとして15.2g)、NMP289g(0.282リットル)を加え、反応混合物中のイオウ成分1モル当たりのNMP量を2.50リットルに調整した。続いて反応器を窒素置換、密封し、400rpmで撹拌しながら25分かけて室温から200℃まで昇温し、次いで200℃から250℃まで35分かけて昇温した。その後、250℃で2時間保持することで反応混合物を加熱して反応させた。加熱が始まると徐々に内圧も上昇し、反応終了時にはゲージ圧で0.34MPaとなった。反応終了後、オートクレーブを室温近傍まで冷却し、反応生成物を回収した。 A SUS316 autoclave equipped with a stirrer was replaced with nitrogen, and 33.8 g of the sulfidizing agent mixture obtained in step (i) of Example 3 (0.0249 mol as a sulfur component, as sodium hydroxide) 0.0262 mol, 0.0299 liters as NMP). Thereto, 4.58 g (0.0311 mol) of p-dichlorobenzene (p-DCB), 50.6 g of the cake component obtained in Reference Example 1 (0.0997 mol as linear polyphenylene sulfide, 24.6 g as NMP) (0.0240 liters), 15.2 g as sodium chloride) and 289 g (0.282 liters) of NMP were added to adjust the amount of NMP per mole of sulfur component in the reaction mixture to 2.50 liters. Subsequently, the reactor was purged with nitrogen, sealed, heated from room temperature to 200 ° C. over 25 minutes with stirring at 400 rpm, and then heated from 200 ° C. to 250 ° C. over 35 minutes. Then, the reaction mixture was heated and reacted by maintaining at 250 ° C. for 2 hours. When heating was started, the internal pressure gradually increased, and at the end of the reaction, the gauge pressure became 0.34 MPa. After completion of the reaction, the autoclave was cooled to near room temperature, and the reaction product was recovered.
<反応生成物分析評価>
得られた反応生成物の一部を大過剰の水に分散させることで水に不溶な成分を回収し、次いで乾燥することで固形分を得た。赤外分光分析による構造解析の結果、この固形分はフェニレンスルフィド単位からなる化合物であることを確認した。
<Reaction product analysis evaluation>
A part of the obtained reaction product was dispersed in a large excess of water to recover components insoluble in water, and then dried to obtain a solid content. As a result of structural analysis by infrared spectroscopic analysis, it was confirmed that the solid content was a compound composed of phenylene sulfide units.
また、得られた反応生成物を、加えた線状PASも原料として利用される点を考慮して、高速液体クロマトグラフィー及びイオンクロマトグラフィーにより分析した結果、反応混合物中の全イオウ成分を基準とした水硫化ナトリウムの原料消費率は98.0%、反応混合物中の全イオウ成分が環式ポリフェニレンスルフィドに転化すると仮定した場合の環式ポリフェニレンスルフィドの生成率は12.2%であった。 In addition, the reaction product obtained was analyzed by high performance liquid chromatography and ion chromatography in consideration of the fact that the added linear PAS was also used as a raw material, and as a result, all sulfur components in the reaction mixture were used as a reference. The raw material consumption rate of sodium hydrosulfide was 98.0%, and the production rate of cyclic polyphenylene sulfide was 12.2% when all sulfur components in the reaction mixture were assumed to be converted to cyclic polyphenylene sulfide.
このように、工程(ii)を行う前の反応混合物中に線状ポリフェニレンスルフィドが含まれる場合には、実施例1、2、3と比較して環式ポリフェニレンスルフィドの収率は低下するものの、実施例3で副生した線状ポリフェニレンスルフィドを原料として有効に利用できることがわかり、水硫化ナトリウムやジクロロベンゼンなどの原料の節約に有効であることがわかった。また、反応時の低い内圧と高い原料消費率を両立することができた。 Thus, when linear polyphenylene sulfide is contained in the reaction mixture before performing step (ii), the yield of cyclic polyphenylene sulfide is reduced as compared with Examples 1, 2, and 3. It was found that the linear polyphenylene sulfide produced as a by-product in Example 3 can be effectively used as a raw material, and that it is effective for saving raw materials such as sodium hydrosulfide and dichlorobenzene. Moreover, the low internal pressure at the time of reaction and the high raw material consumption rate were able to be made compatible.
[比較例2]
ここでは、実施例3との比較で、工程(i)において、水分をスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.8モル未満まで脱水させた例について示す。
[Comparative Example 2]
Here, in comparison with Example 3, an example is shown in which water is dehydrated to less than 0.8 mole per mole of sulfur component of the sulfidizing agent in step (i).
<工程(i)>
実施例1と同様にして原料を仕込み、常圧で窒素を通じて撹拌しながら室温から210℃まで加熱し、脱水留出液が60.7g得られた段階で加熱を停止し、130℃まで冷却した。すると内容物が固化して撹拌が停止してしまったため、内温を150℃まで再加熱して液状を維持させた。ここで、脱水留出液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、NMP成分を22.0g含んでおり、この情報を元に系内に残留した水分量を算出すると、3.8g(0.209モル)であった。また、イオンクロマトグラフィー分析の結果より、脱水工程中に硫化水素として飛散したイオウ成分は0.0036モルであることがわかり、これにより、系内に残存しているイオウ成分は0.396モルであることがわかった。よって系内の水分量は、イオウ成分1モル当たり0.53モルであることがわかった。
<Process (i)>
The raw materials were charged in the same manner as in Example 1 and heated from room temperature to 210 ° C. with stirring through nitrogen at normal pressure. When 60.7 g of dehydrated distillate was obtained, the heating was stopped and cooled to 130 ° C. . Then, since the contents solidified and stirring was stopped, the internal temperature was reheated to 150 ° C. to maintain the liquid state. Here, when the dehydrated distillate was analyzed by gas chromatography, it contained 22.0 g of NMP component. Based on this information, the amount of water remaining in the system was calculated to be 3.8 g (0.209 mol). )Met. Also, the results of ion chromatography analysis show that the sulfur component scattered as hydrogen sulfide during the dehydration process is 0.0036 mol, and as a result, the sulfur component remaining in the system is 0.396 mol. I found out. Therefore, it was found that the water content in the system was 0.53 mol per mol of sulfur component.
続いて、内温を150℃に保ったままオートクレーブ内にNMPを428g加えて、有機極性溶媒がイオウ成分1モル当たり1.20リットルになるよう希釈を行った。この操作により、低粘度なスルフィド化剤混合物が得られた。これを室温まで冷却し、ステンレス容器に回収して重量を測ると527gであった。前述の留出液量などから算出される理論収量531gに対する回収率は99.3%であった。 Subsequently, 428 g of NMP was added to the autoclave while maintaining the internal temperature at 150 ° C., and the organic polar solvent was diluted to 1.20 liter per mole of sulfur component. By this operation, a low viscosity sulfidizing agent mixture was obtained. This was cooled to room temperature, collected in a stainless steel container and weighed to be 527 g. The recovery rate for the theoretical yield of 531 g calculated from the amount of the distillate was 99.3%.
<工程(ii)>
撹拌機の付いたSUS316製のオートクレーブ(前記工程(i)で用いたものとは異なる)を、あらかじめ窒素置換しておき、前記工程(i)で得られたスルフィド化剤混合物を264g(イオウ成分として0.198モル、水酸化ナトリウムとして0.208モル、NMPとして0.238リットル)仕込んだ。そこにp−ジクロロベンゼン(p−DCB)30.6g(0.208モル)及びNMP264g(0.258リットル)を加え、反応系内のイオウ成分1モル当たりのNMP量を2.50リットルに調整した。続いて反応器を窒素置換、密封し、400rpmで撹拌しながら25分かけて室温から200℃まで昇温し、次いで200℃から250℃まで35分かけて昇温した。その後、250℃で2時間保持することで反応混合物を加熱して反応させた。加熱が始まると徐々に内圧も上昇し、反応終了時にはゲージ圧で0.38MPaとなった。反応終了後、オートクレーブを室温近傍まで冷却し、反応生成物を回収した。
<Process (ii)>
A SUS316 autoclave equipped with a stirrer (different from that used in the step (i)) was previously substituted with nitrogen, and 264 g (sulfur component) of the sulfidizing agent mixture obtained in the step (i) was obtained. As 0.198 mol, 0.208 mol as sodium hydroxide, and 0.238 liter as NMP). Add 30.6 g (0.208 mol) of p-dichlorobenzene (p-DCB) and 264 g (0.258 liter) of NMP to adjust the amount of NMP per mol of sulfur component in the reaction system to 2.50 liter. did. Subsequently, the reactor was purged with nitrogen, sealed, heated from room temperature to 200 ° C. over 25 minutes with stirring at 400 rpm, and then heated from 200 ° C. to 250 ° C. over 35 minutes. Then, the reaction mixture was heated and reacted by maintaining at 250 ° C. for 2 hours. When heating was started, the internal pressure gradually increased, and at the end of the reaction, the gauge pressure became 0.38 MPa. After completion of the reaction, the autoclave was cooled to near room temperature, and the reaction product was recovered.
<反応生成物分析評価>
得られた反応生成物の一部を大過剰の水に分散させることで水に不溶な成分を回収し、次いで乾燥することで固形分を得た。赤外分光分析による構造解析の結果、この固形分はフェニレンスルフィド単位からなる化合物であることを確認した。
<Reaction product analysis evaluation>
A part of the obtained reaction product was dispersed in a large excess of water to recover components insoluble in water, and then dried to obtain a solid content. As a result of structural analysis by infrared spectroscopic analysis, it was confirmed that the solid content was a compound composed of phenylene sulfide units.
また、得られた反応生成物を高速液体クロマトグラフィー及びイオンクロマトグラフィーにより分析した結果、スルフィド化剤として用いた水硫化ナトリウムの原料消費率は93.0%、反応混合物中のスルフィド化剤が全て環式ポリフェニレンスルフィドに転化すると仮定した場合の環式ポリフェニレンスルフィドの生成率は15.0%であった。
また、本比較例2の工程(i)のみ別途実施し、希釈は行わずに室温まで冷却後に回収したスルフィド化剤混合物について均一性判断と固化温度測定を行ったところ、140℃に固化温度を有すること、140℃以上において固形分の沈降が見られないことを確認した。よって、このスルフィド化剤混合物は均一であり、140℃以上で高い移送性を示すことがわかった。
Moreover, as a result of analyzing the obtained reaction product by high performance liquid chromatography and ion chromatography, the raw material consumption rate of sodium hydrosulfide used as a sulfidizing agent was 93.0%, and all the sulfidizing agents in the reaction mixture were The production rate of cyclic polyphenylene sulfide when converted to cyclic polyphenylene sulfide was 15.0%.
Further, only the step (i) of this Comparative Example 2 was separately carried out, and when the uniformity determination and the solidification temperature measurement were performed on the sulfidizing agent mixture recovered after cooling to room temperature without dilution, the solidification temperature was 140 ° C. It was confirmed that no sedimentation was observed at 140 ° C. or higher. Therefore, it was found that this sulfidizing agent mixture was uniform and exhibited high transportability at 140 ° C. or higher.
このように、工程(i)において水分をスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.8モル未満まで脱水すると、環式ポリフェニレンスルフィドの収率は実施例1、2、3の結果と大きく変わらないものの、原料消費率は明らかに低下することがわかった。このことは、原料ロスや未反応原料混入による目的物の品質悪化といった問題につながる。また、得られるスルフィド化剤混合物の固化温度が比較的高くなり、液状を保つ必要がある場合により高温が必要となることがわかった。 Thus, when water is dehydrated to less than 0.8 mole per mole of sulfur component of the sulfidizing agent in step (i), the yield of cyclic polyphenylene sulfide is not significantly different from the results of Examples 1, 2, and 3. However, the raw material consumption rate was clearly reduced. This leads to problems such as raw material loss and quality deterioration of the target product due to unreacted raw material contamination. Moreover, it turned out that the solidification temperature of the obtained sulfidizing agent mixture becomes comparatively high, and high temperature is required when it is necessary to maintain a liquid state.
[実施例5]
ここでは、実施例3の場合より工程(i)での有機極性溶媒量を増やした例について示す。
[Example 5]
Here, an example in which the amount of the organic polar solvent in the step (i) is increased as compared with the case of Example 3 is shown.
<工程(i)>
SUS316製の撹拌機付きオートクレーブの上部に蒸留塔を装着し、その先に冷却管および凝縮液を受ける容器を設置した。オートクレーブ内に48重量%の水硫化ナトリウム水溶液46.7g(水硫化ナトリウムとして0.400モル)、48重量%の水酸化ナトリウム水溶液35.0g(水酸化ナトリウムとして0.420モル)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)160g(0.156リットル)を仕込んだ。原料に含まれる水分量は42.5g(2.36モル)であり、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たりの水の量は5.90モルであった。また、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たりの有機極性溶媒量は0.390リットルであった。
<Process (i)>
A distillation tower was attached to the top of an autoclave with a stirrer made of SUS316, and a cooling pipe and a container for receiving condensate were installed at the top. In an autoclave, 46.7 g of a 48 wt% sodium hydrosulfide aqueous solution (0.400 mol as sodium hydrosulfide), 35.0 g of a 48 wt% sodium hydroxide aqueous solution (0.420 mol as sodium hydroxide), N-methyl 2-pyrrolidone (NMP) 160g (0.156 liter) was charged. The amount of water contained in the raw material was 42.5 g (2.36 mol), and the amount of water per mol of the sulfur component of the sulfidizing agent was 5.90 mol. The amount of organic polar solvent per mole of sulfur component of the sulfidizing agent was 0.390 liters.
常圧で窒素を通じて撹拌しながら室温から180℃まで加熱し、しばらく180℃を維持することで脱水留出液を35.6g得た。その後加熱を停止し、130℃まで冷却した。ここで、脱水留出液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、NMP成分を8.1g含んでおり、この情報を元に系内に残留した水分量を算出すると、15.0g(0.833モル)であった。また、イオンクロマトグラフィー分析の結果より、脱水工程中に硫化水素として飛散したイオウ成分は0.0012モルであることがわかり、これにより、系内に残存しているイオウ成分は0.399モルであることがわかった。よって系内の水分量は、イオウ成分1モル当たり2.09モルであることがわかった。 While stirring at normal pressure through nitrogen, the mixture was heated from room temperature to 180 ° C. and maintained at 180 ° C. for a while to obtain 35.6 g of a dehydrated distillate. Thereafter, the heating was stopped and the mixture was cooled to 130 ° C. Here, when the dehydrated distillate was analyzed by gas chromatography, it contained 8.1 g of NMP component. Based on this information, the amount of water remaining in the system was calculated to be 15.0 g (0.833 mol). )Met. Further, the results of ion chromatography analysis show that the sulfur component scattered as hydrogen sulfide during the dehydration process is 0.0012 mol, and as a result, the sulfur component remaining in the system is 0.399 mol. I found out. Therefore, the water content in the system was found to be 2.09 mol per mol of sulfur component.
続いて、内温を130℃に保ったままオートクレーブ内にNMPを339g加えて、有機極性溶媒がイオウ成分1モル当たり1.20リットルになるよう希釈を行った。この操作により、低粘度なスルフィド化剤混合物が得られたが、容器の底に粒子径が3〜5mm程度の赤色固形分が0.1g沈殿していることを確認した。 Subsequently, 339 g of NMP was added to the autoclave while maintaining the internal temperature at 130 ° C., and the organic polar solvent was diluted to 1.20 liter per mole of sulfur component. By this operation, a low-viscosity sulfidizing agent mixture was obtained, but it was confirmed that 0.1 g of red solid having a particle diameter of about 3 to 5 mm was precipitated at the bottom of the container.
内容物を室温まで冷却し、ステンレス容器に回収して重量を測ると540gであった。前述の留出液量などから算出される理論収量545gに対する回収率は99.0%であった。なお、赤色固形分を定性分析したところ、イオン性の硫黄を含む化合物であることがわかり、スルフィド化剤混合物中のイオウ成分の回収率を算出すると、98.7%であった。 The contents were cooled to room temperature, recovered in a stainless steel container and weighed to be 540 g. The recovery rate for the theoretical yield of 545 g calculated from the amount of the distillate was 99.0%. Qualitative analysis of the red solid content revealed that it was a compound containing ionic sulfur, and the recovery rate of the sulfur component in the sulfidizing agent mixture was calculated to be 98.7%.
<工程(ii)>
撹拌機の付いたSUS316製のオートクレーブ(前記工程(i)で用いたものとは異なる)を、あらかじめ窒素置換しておき、前記工程(i)で得られたスルフィド化剤混合物を270g(イオウ成分として0.199モル、水酸化ナトリウムとして0.209モル、NMPとして0.239リットル)仕込んだ。そこにp−ジクロロベンゼン(p−DCB)30.8g(0.209モル)及びNMP266g(0.259リットル)を加え、反応系内のイオウ成分1モル当たりのNMP量を2.50リットルに調整した。続いて反応器を窒素置換、密封し、400rpmで撹拌しながら25分かけて室温から200℃まで昇温し、次いで200℃から250℃まで35分かけて昇温した。その後、250℃で2時間保持することで反応混合物を加熱して反応させた。加熱が始まると徐々に内圧も上昇し、反応終了時にはゲージ圧で0.48MPaとなった。反応終了後、オートクレーブを室温近傍まで冷却し、反応生成物を回収した。
<Process (ii)>
A SUS316 autoclave equipped with a stirrer (different from that used in the step (i)) was previously substituted with nitrogen, and 270 g (sulfur component) of the sulfidizing agent mixture obtained in the step (i) was obtained. As 0.199 mol, 0.209 mol as sodium hydroxide, and 0.239 liter as NMP). Thereto, 30.8 g (0.209 mol) of p-dichlorobenzene (p-DCB) and 266 g (0.259 liter) of NMP were added to adjust the amount of NMP per mol of sulfur component in the reaction system to 2.50 liter. did. Subsequently, the reactor was purged with nitrogen, sealed, heated from room temperature to 200 ° C. over 25 minutes with stirring at 400 rpm, and then heated from 200 ° C. to 250 ° C. over 35 minutes. Then, the reaction mixture was heated and reacted by maintaining at 250 ° C. for 2 hours. When heating started, the internal pressure gradually increased, and the gauge pressure reached 0.48 MPa at the end of the reaction. After completion of the reaction, the autoclave was cooled to near room temperature, and the reaction product was recovered.
<反応生成物分析評価>
得られた反応生成物の一部を大過剰の水に分散させることで水に不溶な成分を回収し、次いで乾燥することで固形分を得た。赤外分光分析による構造解析の結果、この固形分はフェニレンスルフィド単位からなる化合物であることを確認した。
<Reaction product analysis evaluation>
A part of the obtained reaction product was dispersed in a large excess of water to recover components insoluble in water, and then dried to obtain a solid content. As a result of structural analysis by infrared spectroscopic analysis, it was confirmed that the solid content was a compound composed of phenylene sulfide units.
また、得られた反応生成物を高速液体クロマトグラフィー及びイオンクロマトグラフィーにより分析した結果、スルフィド化剤として用いた水硫化ナトリウムの原料消費率は97.5%、反応混合物中のスルフィド化剤が全て環式ポリフェニレンスルフィドに転化すると仮定した場合の環式ポリフェニレンスルフィドの生成率は15.3%であった。 Moreover, as a result of analyzing the obtained reaction product by high performance liquid chromatography and ion chromatography, the raw material consumption rate of sodium hydrosulfide used as the sulfidizing agent was 97.5%, and all the sulfidizing agents in the reaction mixture were The production rate of cyclic polyphenylene sulfide when converted to cyclic polyphenylene sulfide was 15.3%.
また、本実施例5の工程(i)のみ別途実施し、希釈は行わずに室温まで冷却後に回収したスルフィド化剤混合物について均一性判断と固化温度測定を行ったところ、120℃に固化温度を有すること、120℃以上において粒子径が3〜5mm程度の固形分の沈降がわずかに見られることを確認した。よって、このスルフィド化剤混合物は均一ではなかった。 Further, only the step (i) of this Example 5 was carried out separately, and the sulfidizing agent mixture recovered after cooling to room temperature without dilution was subjected to uniformity judgment and solidification temperature measurement. It was confirmed that a slight sedimentation of solids having a particle size of about 3 to 5 mm was observed at 120 ° C. or higher. Therefore, this sulfidizing agent mixture was not uniform.
このように、実施例3の場合より工程(i)での有機極性溶媒量を増やした例では、工程(i)で硫黄を含む微量の赤色固形分が生じたが、その量はわずかであり、本発明の好ましい範囲である限り原料モルバランスへの影響は軽微であり、環式ポリフェニレンスルフィドの収率は実施例1、2、3と同等の結果を得ることができた。また、原料消費率が高く原料ロスはほとんど生じなかった。 Thus, in the example in which the amount of the organic polar solvent in step (i) was increased from that in Example 3, a small amount of red solid containing sulfur was produced in step (i), but the amount was slight. As long as it is within the preferred range of the present invention, the influence on the raw material molar balance was slight, and the yield of cyclic polyphenylene sulfide was the same as in Examples 1, 2, and 3. Moreover, the raw material consumption rate was high, and almost no raw material loss occurred.
[比較例3]
ここでは、実施例3との比較で、工程(i)において、有機極性溶媒量をスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.4リットル以上とした条件で脱水させた例について示す。
[Comparative Example 3]
Here, in comparison with Example 3, an example is shown in which dehydration is performed in the step (i) under the condition that the amount of the organic polar solvent is 0.4 liter or more per mole of the sulfur component of the sulfidizing agent.
<工程(i)>
SUS316製の撹拌機付きオートクレーブの上部に蒸留塔を装着し、その先に冷却管および凝縮液を受ける容器を設置した。オートクレーブ内に48重量%の水硫化ナトリウム水溶液46.7g(水硫化ナトリウムとして0.400モル)、48重量%の水酸化ナトリウム水溶液35.0g(水酸化ナトリウムとして0.420モル)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)410g(0.400リットル)を仕込んだ。原料に含まれる水分量は42.5g(2.36モル)であり、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たりの水の量は5.90モルであった。また、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たりの有機極性溶媒量は1.00リットルであった。
<Process (i)>
A distillation tower was attached to the top of an autoclave with a stirrer made of SUS316, and a cooling pipe and a container for receiving condensate were installed at the top. In an autoclave, 46.7 g of a 48 wt% sodium hydrosulfide aqueous solution (0.400 mol as sodium hydrosulfide), 35.0 g of a 48 wt% sodium hydroxide aqueous solution (0.420 mol as sodium hydroxide), N-methyl 2-pyrrolidone (NMP) 410 g (0.400 liter) was charged. The amount of water contained in the raw material was 42.5 g (2.36 mol), and the amount of water per mol of the sulfur component of the sulfidizing agent was 5.90 mol. The amount of organic polar solvent per mole of sulfur component of the sulfiding agent was 1.00 liter.
常圧で窒素を通じて撹拌しながら室温から180℃まで加熱し、しばらく180℃を維持することで脱水留出液を39.7g得た。その後加熱を停止し、130℃まで冷却した。ここで、脱水留出液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、NMP成分を13.0g含んでおり、この情報を元に系内に残留した水分量を算出すると、15.7g(0.874モル)であった。また、イオンクロマトグラフィー分析の結果より、脱水工程中に硫化水素として飛散したイオウ成分は0.0012モルであることがわかり、これにより、系内に残存しているイオウ成分は0.399モルであることがわかった。よって系内の水分量は、イオウ成分1モル当たり2.19モルであることがわかった。 The mixture was heated from room temperature to 180 ° C. while stirring through nitrogen at normal pressure and maintained at 180 ° C. for a while to obtain 39.7 g of a dehydrated distillate. Thereafter, the heating was stopped and the mixture was cooled to 130 ° C. Here, when the dehydrated distillate was analyzed by gas chromatography, it contained 13.0 g of NMP component. Based on this information, the amount of water remaining in the system was calculated to be 15.7 g (0.874 mol). )Met. Further, the results of ion chromatography analysis show that the sulfur component scattered as hydrogen sulfide during the dehydration process is 0.0012 mol, and as a result, the sulfur component remaining in the system is 0.399 mol. I found out. Therefore, the water content in the system was found to be 2.19 mol per mol of sulfur component.
続いて、内温を130℃に保ったままオートクレーブ内にNMPを94g加えて、有機極性溶媒がイオウ成分1モル当たり1.20リットルになるよう希釈を行った。この操作により、低粘度のスルフィド化剤混合物が得られたが、容器の底に粒子径が3〜10mm程度の赤色固形分が7.1g沈殿していることを確認した。内容物を室温まで冷却し、ステンレス容器に回収して重量を測ると534gであった。前述の留出液量などから算出される理論収量546gに対する回収率は97.8%であった。なお、赤色固形分を定性分析したところ、イオン性の硫黄を含む化合物であることがわかり、スルフィド化剤混合物中のイオウ成分の回収率を算出すると、75.3%であった。 Subsequently, 94 g of NMP was added to the autoclave while maintaining the internal temperature at 130 ° C., and the organic polar solvent was diluted to 1.20 liter per mole of sulfur component. By this operation, a low-viscosity sulfidizing agent mixture was obtained, and it was confirmed that 7.1 g of a red solid having a particle size of about 3 to 10 mm was precipitated on the bottom of the container. The contents were cooled to room temperature, recovered in a stainless steel container and weighed to be 534 g. The recovery rate with respect to the theoretical yield of 546 g calculated from the amount of the distillate was 97.8%. Qualitative analysis of the red solid content revealed that it was a compound containing ionic sulfur, and the sulfur component recovery rate in the sulfidizing agent mixture was calculated to be 75.3%.
<工程(ii)>
撹拌機の付いたSUS316製のオートクレーブ(前記工程(i)で用いたものとは異なる)を、あらかじめ窒素置換しておき、前記工程(i)で得られたスルフィド化剤混合物を、半量の267gを仕込んだ。(比例計算によると、仕込んだイオウ成分の量は0.200モル、水酸化ナトリウムの量は0.210モル、NMPの量は0.240リットル含む。)そこにp−ジクロロベンゼン(p−DCB)30.8g(0.209モル)及びNMP266g(0.259リットル)を加え、反応系内のイオウ成分1モル当たりのNMP量を2.50リットルに調整した。続いて反応器を窒素置換、密封し、400rpmで撹拌しながら25分かけて室温から200℃まで昇温し、次いで200℃から250℃まで35分かけて昇温した。その後、250℃で2時間保持することで反応混合物を加熱して反応させた。加熱が始まると徐々に内圧も上昇し、反応終了時にはゲージ圧で0.48MPaとなった。反応終了後、オートクレーブを室温近傍まで冷却し、反応生成物を回収したところ、反応液は乳濁液であった。これは、工程(i)で赤色固形分が大量に沈殿したためスルフィド化剤混合物が不均一となり、正確な分割が行えず、想定した原料組成で反応できなかったためと考えられる。
<Process (ii)>
A SUS316 autoclave equipped with a stirrer (different from that used in the step (i)) was previously purged with nitrogen, and the sulfidizing agent mixture obtained in the step (i) was 267 g in a half amount. Was charged. (According to the proportional calculation, the amount of the charged sulfur component is 0.200 mol, the amount of sodium hydroxide is 0.210 mol, and the amount of NMP is 0.240 liters.) P-dichlorobenzene (p-DCB) 30.8 g (0.209 mol) and 266 g (0.259 liter) of NMP were added to adjust the amount of NMP per mol of sulfur component in the reaction system to 2.50 liter. Subsequently, the reactor was purged with nitrogen, sealed, heated from room temperature to 200 ° C. over 25 minutes with stirring at 400 rpm, and then heated from 200 ° C. to 250 ° C. over 35 minutes. Then, the reaction mixture was heated and reacted by maintaining at 250 ° C. for 2 hours. When heating started, the internal pressure gradually increased, and the gauge pressure reached 0.48 MPa at the end of the reaction. After completion of the reaction, the autoclave was cooled to near room temperature and the reaction product was recovered. The reaction solution was an emulsion. This is presumably because a large amount of red solid was precipitated in step (i), so that the mixture of the sulfidizing agent became non-uniform and could not be accurately divided and could not be reacted with the assumed raw material composition.
<反応生成物分析評価>
得られた反応生成物の一部を大過剰の水に分散させることで水に不溶な成分を回収し、次いで乾燥することで固形分を得た。赤外分光分析による構造解析の結果、この固形分はフェニレンスルフィド単位からなる化合物であることを確認した。
<Reaction product analysis evaluation>
A part of the obtained reaction product was dispersed in a large excess of water to recover components insoluble in water, and then dried to obtain a solid content. As a result of structural analysis by infrared spectroscopic analysis, it was confirmed that the solid content was a compound composed of phenylene sulfide units.
また、得られた反応生成物を高速液体クロマトグラフィー及びイオンクロマトグラフィーにより分析した結果、スルフィド化剤として用いた水硫化ナトリウムの原料消費率は98.1%、反応混合物中のスルフィド化剤が全て環式ポリフェニレンスルフィドに転化すると仮定した場合の環式ポリフェニレンスルフィドの生成率は10.0%であった。 Moreover, as a result of analyzing the obtained reaction product by high performance liquid chromatography and ion chromatography, the raw material consumption rate of sodium hydrosulfide used as the sulfidizing agent was 98.1%, and the sulfidizing agent in the reaction mixture was all The production rate of cyclic polyphenylene sulfide when converted to cyclic polyphenylene sulfide was 10.0%.
また、本比較例3の工程(i)のみ別途実施し、希釈は行わずに室温まで冷却後に回収したスルフィド化剤混合物について均一性判断と固化温度測定を行ったところ、120℃に固化温度を有すること、120℃以上において多くの固形分が沈降していることを確認した。よって、このスルフィド化剤混合物は不均一であった。 Further, only the step (i) of this Comparative Example 3 was carried out separately, and the sulfidizing agent mixture recovered after cooling to room temperature without dilution was subjected to homogeneity judgment and solidification temperature measurement. It was confirmed that a large amount of solids had settled at 120 ° C. or higher. Therefore, this sulfidizing agent mixture was heterogeneous.
このように、工程(i)において有機極性溶媒をスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.4リットル以上の条件で脱水すると、工程(i)終了時に硫黄を含む大量の赤色固形分が沈殿することがわかった。その影響でスルフィド化剤混合物の正確な分割が難しくなり、このことが工程(ii)でのモルバランスにずれを及ぼしたことで、環式ポリフェニレンスルフィドの収率が実施例1、2、3の場合と比較して大きく低下してしまったと考えられる。 Thus, when the organic polar solvent is dehydrated in the step (i) under the condition of 0.4 liter or more per mole of the sulfur component of the sulfidizing agent, a large amount of red solid containing sulfur is precipitated at the end of the step (i). I understood it. This makes it difficult to accurately split the sulfidizing agent mixture, and this has caused a shift in the molar balance in step (ii), so that the yield of cyclic polyphenylene sulfide is as in Examples 1, 2, and 3. It is thought that it has greatly decreased compared to the case.
[比較例4]
ここでは、実施例3との比較で、工程(i)を行った後の水分量が、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり6.0モルより多い例について示す。
[Comparative Example 4]
Here, in comparison with Example 3, an example in which the amount of water after performing step (i) is more than 6.0 moles per mole of sulfur component of the sulfidizing agent is shown.
<工程(i)>
SUS316製の撹拌機付きオートクレーブの上部に蒸留塔を装着し、その先に冷却管および凝縮液を受ける容器を設置した。オートクレーブ内に48重量%の水硫化ナトリウム水溶液46.7g(水硫化ナトリウムとして0.400モル)、48重量%の水酸化ナトリウム水溶液35.0g(水酸化ナトリウムとして0.420モル)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)82.0g(0.0799リットル)、水40.0gを仕込んだ。原料に含まれる水分量は82.5g(4.58モル)であり、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たりの水の量は11.46モルであった。また、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たりの有機極性溶媒量は0.200リットルであった。
<Process (i)>
A distillation tower was attached to the top of an autoclave with a stirrer made of SUS316, and a cooling pipe and a container for receiving condensate were installed at the top. In an autoclave, 46.7 g of a 48 wt% sodium hydrosulfide aqueous solution (0.400 mol as sodium hydrosulfide), 35.0 g of a 48 wt% sodium hydroxide aqueous solution (0.420 mol as sodium hydroxide), N-methyl 2-Pyrrolidone (NMP) 82.0 g (0.0799 liter) and water 40.0 g were charged. The amount of water contained in the raw material was 82.5 g (4.58 mol), and the amount of water per 1 mol of the sulfur component of the sulfidizing agent was 11.46 mol. The amount of the organic polar solvent per mole of sulfur component of the sulfiding agent was 0.200 liter.
常圧で窒素を通じて撹拌しながら室温から180℃まで加熱し、しばらく180℃を維持することで脱水留出液を38.5g得た。その後加熱を停止し、130℃まで冷却した。ここで、脱水留出液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、NMP成分を2.9g含んでおり、この情報を元に系内に残留した水分量を算出すると、46.9g(2.60モル)であった。また、イオンクロマトグラフィー分析の結果より、脱水工程中に硫化水素として飛散したイオウ成分は0.0008モルであることがわかり、これにより、系内に残存しているイオウ成分は0.399モルであることがわかった。よって系内の水分量は、イオウ成分1モル当たり6.52モルであることがわかった。 The mixture was heated from room temperature to 180 ° C. with stirring through nitrogen at normal pressure, and maintained at 180 ° C. for a while to obtain 38.5 g of dehydrated distillate. Thereafter, heating was stopped and the mixture was cooled to 130 ° C. Here, when the dehydrated distillate was analyzed by gas chromatography, it contained 2.9 g of NMP component. Based on this information, the amount of water remaining in the system was calculated to be 46.9 g (2.60 mol). )Met. Also, the results of ion chromatography analysis show that the sulfur component scattered as hydrogen sulfide during the dehydration process is 0.0008 mol, so that the sulfur component remaining in the system is 0.399 mol. I found out. Therefore, it was found that the water content in the system was 6.52 mol per mol of sulfur component.
続いて、内温を130℃に保ったままオートクレーブ内にNMPを412g加えて、有機極性溶媒がイオウ成分1モル当たり1.20リットルになるよう希釈を行った。この操作により、低粘度なスルフィド化剤混合物が得られた。これをステンレス容器に回収して重量を測ると572gであった。前述の留出液量などから算出される理論収量577gに対する回収率は99.0%であった。 Subsequently, 412 g of NMP was added to the autoclave while maintaining the internal temperature at 130 ° C., and the organic polar solvent was diluted to 1.20 liter per mole of sulfur component. By this operation, a low viscosity sulfidizing agent mixture was obtained. This was recovered in a stainless steel container and weighed 572 g. The recovery rate with respect to the theoretical yield of 577 g calculated from the amount of the distillate was 99.0%.
<工程(ii)>
撹拌機の付いたSUS316製のオートクレーブ(前記工程(i)で用いたものとは異なる)を、あらかじめ窒素置換しておき、前記工程(i)で得られたスルフィド化剤混合物を286g(イオウ成分として0.200モル、水酸化ナトリウムとして0.210モル、NMPとして0.241リットル)仕込んだ。そこにp−ジクロロベンゼン(p−DCB)30.8g(0.210モル)及びNMP266g(0.259リットル)を加え、反応系内のイオウ成分1モル当たりのNMP量を2.50リットルに調整した。続いて反応器を窒素置換、密封し、400rpmで撹拌しながら25分かけて室温から200℃まで昇温し、次いで200℃から250℃まで35分かけて昇温した。その後、250℃で2時間保持することで反応混合物を加熱して反応させた。加熱が始まると徐々に内圧も上昇し、反応終了時にはゲージ圧で0.87MPaとなった。反応終了後、オートクレーブを室温近傍まで冷却し、反応生成物を回収した。
<Process (ii)>
A SUS316 autoclave equipped with a stirrer (different from that used in the step (i)) was previously purged with nitrogen, and 286 g (sulfur component) of the sulfidizing agent mixture obtained in the step (i) was obtained. As 0.200 mol, 0.210 mol as sodium hydroxide, and 0.241 liter as NMP). Thereto, 30.8 g (0.210 mol) of p-dichlorobenzene (p-DCB) and 266 g (0.259 liter) of NMP were added to adjust the amount of NMP per mol of sulfur component in the reaction system to 2.50 liter. did. Subsequently, the reactor was purged with nitrogen, sealed, heated from room temperature to 200 ° C. over 25 minutes with stirring at 400 rpm, and then heated from 200 ° C. to 250 ° C. over 35 minutes. Then, the reaction mixture was heated and reacted by maintaining at 250 ° C. for 2 hours. When heating started, the internal pressure gradually increased, and the gauge pressure was 0.87 MPa at the end of the reaction. After completion of the reaction, the autoclave was cooled to near room temperature, and the reaction product was recovered.
<反応生成物分析評価>
得られた反応生成物の一部を大過剰の水に分散させることで水に不溶な成分を回収し、次いで乾燥することで固形分を得た。赤外分光分析による構造解析の結果、この固形分はフェニレンスルフィド単位からなる化合物であることを確認した。
<Reaction product analysis evaluation>
A part of the obtained reaction product was dispersed in a large excess of water to recover components insoluble in water, and then dried to obtain a solid content. As a result of structural analysis by infrared spectroscopic analysis, it was confirmed that the solid content was a compound composed of phenylene sulfide units.
また、得られた反応生成物を高速液体クロマトグラフィー及びイオンクロマトグラフィーにより分析した結果、スルフィド化剤として用いた水硫化ナトリウムの原料消費率は97.8%、反応混合物中のスルフィド化剤が全て環式ポリフェニレンスルフィドに転化すると仮定した場合の環式ポリフェニレンスルフィドの生成率は16.0%であった。 Moreover, as a result of analyzing the obtained reaction product by high performance liquid chromatography and ion chromatography, the raw material consumption rate of sodium hydrosulfide used as the sulfidizing agent was 97.8%, and the sulfidizing agent in the reaction mixture was all The production rate of cyclic polyphenylene sulfide when converted to cyclic polyphenylene sulfide was 16.0%.
このように、工程(i)を実施せず、反応混合物中の水分量が多い条件で環式ポリフェニレンスルフィドの製造を行った場合には、環式ポリフェニレンスルフィドの収率は実施例1、2、3と同等だが、反応時の圧力が0.87MPaと実施例に比べてはるかに大きく、高い耐圧性能をもつ反応器が必要になることがわかった。さらに、反応終了後のオートクレーブ(SUS製)内壁に、実施例では確認されない腐食(黒色化)が進行した形跡があり、その黒色物が一部反応液中に混入している様子も確認された。 As described above, when the cyclic polyphenylene sulfide was produced under the condition that the step (i) was not carried out and the water content in the reaction mixture was large, the yield of the cyclic polyphenylene sulfide was as described in Examples 1, 2, However, it was found that a reactor having a high pressure resistance is required because the pressure during the reaction is 0.87 MPa, which is much larger than that of the example. In addition, the inner wall of the autoclave (made of SUS) after completion of the reaction had evidence of corrosion (blackening) that was not confirmed in the examples, and it was also confirmed that the black matter was partially mixed in the reaction solution. .
[実施例6]
ここでは、実施例3の場合より工程(ii)での有機極性溶媒量を増やした例について示す。
[Example 6]
Here, an example in which the amount of the organic polar solvent in the step (ii) is increased as compared with the case of Example 3 is shown.
<工程(i)>
実施例3と同様の操作により、水分がスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり1.96モルであるスルフィド化剤混合物542gを得た。理論収量544gに対する回収率は99.6%であった。
<Process (i)>
By the same operation as in Example 3, 542 g of a sulfidizing agent mixture having a water content of 1.96 mol per mol of the sulfur component of the sulfiding agent was obtained. The recovery based on the theoretical yield of 544 g was 99.6%.
<工程(ii)>
撹拌機の付いたSUS316製のオートクレーブ(前記工程(i)で用いたものとは異なる)を、あらかじめ窒素置換しておき、前記工程(i)で得られたスルフィド化剤混合物を271g(イオウ成分として0.199モル、水酸化ナトリウムとして0.209モル、NMPとして0.239リットル)仕込んだ。そこにp−ジクロロベンゼン(p−DCB)30.8g(0.209モル)及びNMP437g(0.426リットル)を加え、反応系内のイオウ成分1モル当たりのNMP量を3.33リットルに調整した。続いて反応器を窒素置換、密封し、400rpmで撹拌しながら25分かけて室温から200℃まで昇温し、次いで200℃から250℃まで35分かけて昇温した。その後、250℃で2時間保持することで反応混合物を加熱して反応させた。加熱が始まると徐々に内圧も上昇し、反応終了時にはゲージ圧で0.44MPaとなった。反応終了後、オートクレーブを室温近傍まで冷却し、反応生成物を回収した。
<Process (ii)>
A SUS316 autoclave equipped with a stirrer (different from that used in the step (i)) was previously substituted with nitrogen, and 271 g (sulfur component) of the sulfidizing agent mixture obtained in the step (i) was obtained. As 0.199 mol, 0.209 mol as sodium hydroxide, and 0.239 liter as NMP). Thereto, 30.8 g (0.209 mol) of p-dichlorobenzene (p-DCB) and 437 g (0.426 liter) of NMP were added to adjust the amount of NMP per mol of sulfur component in the reaction system to 3.33 liter. did. Subsequently, the reactor was purged with nitrogen, sealed, heated from room temperature to 200 ° C. over 25 minutes with stirring at 400 rpm, and then heated from 200 ° C. to 250 ° C. over 35 minutes. Then, the reaction mixture was heated and reacted by maintaining at 250 ° C. for 2 hours. When heating started, the internal pressure gradually increased, and at the end of the reaction, the gauge pressure became 0.44 MPa. After completion of the reaction, the autoclave was cooled to near room temperature, and the reaction product was recovered.
<反応生成物分析評価>
得られた反応生成物の一部を大過剰の水に分散させることで水に不溶な成分を回収し、次いで乾燥することで固形分を得た。赤外分光分析による構造解析の結果、この固形分はフェニレンスルフィド単位からなる化合物であることを確認した。
<Reaction product analysis evaluation>
A part of the obtained reaction product was dispersed in a large excess of water to recover components insoluble in water, and then dried to obtain a solid content. As a result of structural analysis by infrared spectroscopic analysis, it was confirmed that the solid content was a compound composed of phenylene sulfide units.
また、得られた反応生成物を高速液体クロマトグラフィー及びイオンクロマトグラフィーにより分析した結果、スルフィド化剤として用いた水硫化ナトリウムの原料消費率は96.6%、反応混合物中のスルフィド化剤が全て環式ポリフェニレンスルフィドに転化すると仮定した場合の環式ポリフェニレンスルフィドの生成率は23.3%であった。 Moreover, as a result of analyzing the obtained reaction product by high performance liquid chromatography and ion chromatography, the raw material consumption rate of sodium hydrosulfide used as a sulfidizing agent was 96.6%, and the sulfidizing agent in the reaction mixture was all The production rate of cyclic polyphenylene sulfide when converted to cyclic polyphenylene sulfide was 23.3%.
また、本実施例6の工程(i)のみ別途実施し、希釈は行わずに室温まで冷却後に回収したスルフィド化剤混合物について均一性判断と固化温度測定を行ったところ、120℃に固化温度を有すること、120℃以上において固形分の沈降が見られないことを確認した。よって、このスルフィド化剤混合物は均一であり、120℃以上で高い移送性を示すことがわかった。 Further, only the step (i) of Example 6 was carried out separately, and the sulfidizing agent mixture recovered after cooling to room temperature without dilution was subjected to uniformity judgment and measurement of the solidification temperature. It was confirmed that no sedimentation was observed at 120 ° C. or higher. Therefore, it was found that this sulfidizing agent mixture was uniform and exhibited high transportability at 120 ° C. or higher.
このように、実施例3の場合より工程(ii)での有機極性溶媒量を増やした例では、反応時の低い内圧と高い原料消費率を両立することができ、収率よく環式ポリアリーレンスルフィドを得ることができた。 Thus, in the example where the amount of the organic polar solvent in the step (ii) is increased as compared with the case of Example 3, it is possible to achieve both a low internal pressure during the reaction and a high raw material consumption rate, and the cyclic polyarylene with high yield. Sulfide could be obtained.
[比較例5]
ここでは、実施例6との比較で、工程(i)において、水分をスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.8モル未満まで脱水させた例について示す。
[Comparative Example 5]
Here, in comparison with Example 6, an example is shown in which water is dehydrated to less than 0.8 mole per mole of sulfur component of the sulfidizing agent in step (i).
<工程(i)>
比較例2と同様の操作により、水分がスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.53モルであるスルフィド化剤混合物525gを得た。理論収量531gに対する回収率は98.9%であった。
<Process (i)>
By the same operation as in Comparative Example 2, 525 g of a sulfidizing agent mixture having a water content of 0.53 mol per 1 mol of the sulfur component of the sulfiding agent was obtained. The recovery based on the theoretical yield of 531 g was 98.9%.
<工程(ii)>
撹拌機の付いたSUS316製のオートクレーブ(前記工程(i)で用いたものとは異なる)を、あらかじめ窒素置換しておき、前記工程(i)で得られたスルフィド化剤混合物を263g(イオウ成分として0.198モル、水酸化ナトリウムとして0.208モル、NMPとして0.238リットル)仕込んだ。そこにp−ジクロロベンゼン(p−DCB)30.6g(0.208モル)及びNMP436g(0.425リットル)を加え、反応系内のイオウ成分1モル当たりのNMP量を3.33リットルに調整した。続いて反応器を窒素置換、密封し、400rpmで撹拌しながら25分かけて室温から200℃まで昇温し、次いで200℃から250℃まで35分かけて昇温した。その後、250℃で2時間保持することで反応混合物を加熱して反応させた。加熱が始まると徐々に内圧も上昇し、反応終了時にはゲージ圧で0.34MPaとなった。反応終了後、オートクレーブを室温近傍まで冷却し、反応生成物を回収した。
<Process (ii)>
A SUS316 autoclave equipped with a stirrer (different from that used in the step (i)) was previously purged with nitrogen, and 263 g (sulfur component) of the sulfidizing agent mixture obtained in the step (i) was obtained. As 0.198 mol, 0.208 mol as sodium hydroxide, and 0.238 liter as NMP). Thereto, 30.6 g (0.208 mol) of p-dichlorobenzene (p-DCB) and 436 g (0.425 liter) of NMP were added to adjust the amount of NMP per mol of sulfur component in the reaction system to 3.33 liter. did. Subsequently, the reactor was purged with nitrogen, sealed, heated from room temperature to 200 ° C. over 25 minutes with stirring at 400 rpm, and then heated from 200 ° C. to 250 ° C. over 35 minutes. Then, the reaction mixture was heated and reacted by maintaining at 250 ° C. for 2 hours. When heating was started, the internal pressure gradually increased, and at the end of the reaction, the gauge pressure became 0.34 MPa. After completion of the reaction, the autoclave was cooled to near room temperature, and the reaction product was recovered.
<反応生成物分析評価>
得られた反応生成物の一部を大過剰の水に分散させることで水に不溶な成分を回収し、次いで乾燥することで固形分を得た。赤外分光分析による構造解析の結果、この固形分はフェニレンスルフィド単位からなる化合物であることを確認した。
<Reaction product analysis evaluation>
A part of the obtained reaction product was dispersed in a large excess of water to recover components insoluble in water, and then dried to obtain a solid content. As a result of structural analysis by infrared spectroscopic analysis, it was confirmed that the solid content was a compound composed of phenylene sulfide units.
また、得られた反応生成物を高速液体クロマトグラフィー及びイオンクロマトグラフィーにより分析した結果、スルフィド化剤として用いた水硫化ナトリウムの原料消費率は89.5%、反応混合物中のスルフィド化剤が全て環式ポリフェニレンスルフィドに転化すると仮定した場合の環式ポリフェニレンスルフィドの生成率は22.8%であった。 Moreover, as a result of analyzing the obtained reaction product by high performance liquid chromatography and ion chromatography, the raw material consumption rate of sodium hydrosulfide used as the sulfidizing agent was 89.5%, and all the sulfidizing agents in the reaction mixture were The production rate of cyclic polyphenylene sulfide when converted to cyclic polyphenylene sulfide was 22.8%.
また、本比較例5の工程(i)のみ別途実施し、希釈は行わずに室温まで冷却後に回収したスルフィド化剤混合物について均一性判断と固化温度測定を行ったところ、140℃に固化温度を有すること、140℃以上において固形分の沈降が見られないことを確認した。よって、このスルフィド化剤混合物は均一であり、140℃以上で高い移送性を示すことがわかった。 Further, only the step (i) of this Comparative Example 5 was separately carried out, and when the uniformity of the sulfidizing agent mixture recovered after cooling to room temperature without dilution was measured and the solidification temperature was measured, the solidification temperature was 140 ° C. It was confirmed that no sedimentation was observed at 140 ° C. or higher. Therefore, it was found that this sulfidizing agent mixture was uniform and exhibited high transportability at 140 ° C. or higher.
このように、工程(i)において水分をスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.8モル未満まで脱水させた場合は、環式ポリフェニレンスルフィドの収率は実施例6の結果とほぼ同等であるものの、原料消費率は実施例6の場合より大幅に低下する結果であった。この結果から、実施例6および比較例5で示すような工程(ii)の基質濃度が比較的薄い条件は、工程(i)での水分量を減らすことで原料消費率が極端に低下し、本発明の効果がより際立つ濃度領域であることがわかった。 Thus, when water is dehydrated to less than 0.8 mole per mole of sulfur component of the sulfiding agent in step (i), the yield of cyclic polyphenylene sulfide is almost the same as the result of Example 6. However, the raw material consumption rate was significantly lower than that in Example 6. From this result, under conditions where the substrate concentration in the step (ii) as shown in Example 6 and Comparative Example 5 is relatively low, the raw material consumption rate is extremely reduced by reducing the amount of water in the step (i), It was found that this is a concentration region where the effect of the present invention is more conspicuous.
[実施例7]
ここでは、実施例3の場合より工程(ii)での有機極性溶媒量を減らした例について示す。
[Example 7]
Here, an example in which the amount of the organic polar solvent in the step (ii) is reduced as compared with the case of Example 3 is shown.
<工程(i)>
実施例3と同様の操作により、水分がスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり1.96モルであるスルフィド化剤混合物541gを得た。理論収量544gに対する回収率は99.4%であった。
<Process (i)>
By the same operation as in Example 3, 541 g of a sulfidizing agent mixture having a water content of 1.96 mol per mol of the sulfur component of the sulfiding agent was obtained. The recovery based on the theoretical yield of 544 g was 99.4%.
<工程(ii)>
撹拌機の付いたSUS316製のオートクレーブ(前記工程(i)で用いたものとは異なる)を、あらかじめ窒素置換しておき、前記工程(i)で得られたスルフィド化剤混合物を270g(イオウ成分として0.199モル、水酸化ナトリウムとして0.209モル、NMPとして0.239リットル)仕込んだ。そこにp−ジクロロベンゼン(p−DCB)30.8g(0.209モル)及びNMP97g(0.0945リットル)を加え、反応系内のイオウ成分1モル当たりのNMP量を1.67リットルに調整した。続いて反応器を窒素置換、密封し、400rpmで撹拌しながら25分かけて室温から200℃まで昇温し、次いで200℃から250℃まで35分かけて昇温した。その後、250℃で2時間保持することで反応混合物を加熱して反応させた。加熱が始まると徐々に内圧も上昇し、反応終了時にはゲージ圧で0.58MPaとなった。反応終了後、オートクレーブを室温近傍まで冷却し、反応生成物を回収した。
<Process (ii)>
A SUS316 autoclave equipped with a stirrer (different from that used in the step (i)) was previously substituted with nitrogen, and 270 g (sulfur component) of the sulfidizing agent mixture obtained in the step (i) was obtained. As 0.199 mol, 0.209 mol as sodium hydroxide, and 0.239 liter as NMP). 30.8 g (0.209 mol) of p-dichlorobenzene (p-DCB) and 97 g (0.0945 liter) of NMP were added thereto, and the amount of NMP per mol of sulfur component in the reaction system was adjusted to 1.67 liter. did. Subsequently, the reactor was purged with nitrogen, sealed, heated from room temperature to 200 ° C. over 25 minutes with stirring at 400 rpm, and then heated from 200 ° C. to 250 ° C. over 35 minutes. Then, the reaction mixture was heated and reacted by maintaining at 250 ° C. for 2 hours. When heating started, the internal pressure gradually increased, and the gauge pressure reached 0.58 MPa at the end of the reaction. After completion of the reaction, the autoclave was cooled to near room temperature, and the reaction product was recovered.
<反応生成物分析評価>
得られた反応生成物の一部を大過剰の水に分散させることで水に不溶な成分を回収し、次いで乾燥することで固形分を得た。赤外分光分析による構造解析の結果、この固形分はフェニレンスルフィド単位からなる化合物であることを確認した。
<Reaction product analysis evaluation>
A part of the obtained reaction product was dispersed in a large excess of water to recover components insoluble in water, and then dried to obtain a solid content. As a result of structural analysis by infrared spectroscopic analysis, it was confirmed that the solid content was a compound composed of phenylene sulfide units.
また、得られた反応生成物を高速液体クロマトグラフィー及びイオンクロマトグラフィーにより分析した結果、スルフィド化剤として用いた水硫化ナトリウムの原料消費率は98.0%、反応混合物中のスルフィド化剤が全て環式ポリフェニレンスルフィドに転化すると仮定した場合の環式ポリフェニレンスルフィドの生成率は11.8%であった。 Moreover, as a result of analyzing the obtained reaction product by high performance liquid chromatography and ion chromatography, the raw material consumption rate of sodium hydrosulfide used as the sulfidizing agent was 98.0%, and all the sulfidizing agents in the reaction mixture were all The production rate of cyclic polyphenylene sulfide when converted to cyclic polyphenylene sulfide was 11.8%.
また、本実施例7の工程(i)のみ別途実施し、希釈は行わずに室温まで冷却後に回収したスルフィド化剤混合物について均一性判断と固化温度測定を行ったところ、120℃に固化温度を有すること、120℃以上において固形分の沈降が見られないことを確認した。よって、このスルフィド化剤混合物は均一であり、120℃以上で高い移送性を示すことがわかった。 Further, only the step (i) of Example 7 was carried out separately, and when the sulfidizing agent mixture recovered after cooling to room temperature without dilution was subjected to uniformity judgment and solidification temperature measurement, the solidification temperature was set to 120 ° C. It was confirmed that no sedimentation was observed at 120 ° C. or higher. Therefore, it was found that this sulfidizing agent mixture was uniform and exhibited high transportability at 120 ° C. or higher.
このように、実施例3の場合より工程(ii)での有機極性溶媒量を減らした例では、環式ポリフェニレンスルフィドの収率は若干低下するものの、反応時の低い内圧と高い原料消費率を両立することができた。 Thus, in the example in which the amount of the organic polar solvent in the step (ii) is reduced as compared with the case of Example 3, the yield of the cyclic polyphenylene sulfide is slightly reduced, but the low internal pressure and the high raw material consumption rate during the reaction are reduced. I was able to achieve both.
[実施例8]
ここでは、実施例7の場合よりさらに工程(ii)での有機極性溶媒量を減らした例について示す。
[Example 8]
Here, an example in which the amount of the organic polar solvent in step (ii) is further reduced than in the case of Example 7 will be described.
<工程(i)>
実施例3と同様の操作により、水分がスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり1.96モルであるスルフィド化剤混合物541gを得た。理論収量544gに対する回収率は99.4%であった。
<Process (i)>
By the same operation as in Example 3, 541 g of a sulfidizing agent mixture having a water content of 1.96 mol per mol of the sulfur component of the sulfiding agent was obtained. The recovery based on the theoretical yield of 544 g was 99.4%.
<工程(ii)>
撹拌機の付いたSUS316製のオートクレーブ(前記工程(i)で用いたものとは異なる)を、あらかじめ窒素置換しておき、前記工程(i)で得られたスルフィド化剤混合物を270g(イオウ成分として0.199モル、水酸化ナトリウムとして0.209モル、NMPとして0.239リットル)仕込んだ。そこにp−ジクロロベンゼン(p−DCB)30.8g(0.209モル)及びNMP12g(0.0114リットル)を加え、反応系内のイオウ成分1モル当たりのNMP量を1.25リットルに調整した。続いて反応器を窒素置換、密封し、400rpmで撹拌しながら25分かけて室温から200℃まで昇温し、次いで200℃から250℃まで35分かけて昇温した。その後、250℃で2時間保持することで反応混合物を加熱して反応させた。加熱が始まると徐々に内圧も上昇し、反応終了時にはゲージ圧で0.68MPaとなった。反応終了後、オートクレーブを室温近傍まで冷却し、反応生成物を回収した。
<Process (ii)>
A SUS316 autoclave equipped with a stirrer (different from that used in the step (i)) was previously substituted with nitrogen, and 270 g (sulfur component) of the sulfidizing agent mixture obtained in the step (i) was obtained. As 0.199 mol, 0.209 mol as sodium hydroxide, and 0.239 liter as NMP). Thereto, 30.8 g (0.209 mol) of p-dichlorobenzene (p-DCB) and 12 g (0.0114 liter) of NMP were added, and the amount of NMP per mol of sulfur component in the reaction system was adjusted to 1.25 liter. did. Subsequently, the reactor was purged with nitrogen, sealed, heated from room temperature to 200 ° C. over 25 minutes with stirring at 400 rpm, and then heated from 200 ° C. to 250 ° C. over 35 minutes. Then, the reaction mixture was heated and reacted by maintaining at 250 ° C. for 2 hours. When heating started, the internal pressure gradually increased, and at the end of the reaction, the gauge pressure became 0.68 MPa. After completion of the reaction, the autoclave was cooled to near room temperature, and the reaction product was recovered.
<反応生成物分析評価>
得られた反応生成物の一部を大過剰の水に分散させることで水に不溶な成分を回収し、次いで乾燥することで固形分を得た。赤外分光分析による構造解析の結果、この固形分はフェニレンスルフィド単位からなる化合物であることを確認した。
<Reaction product analysis evaluation>
A part of the obtained reaction product was dispersed in a large excess of water to recover components insoluble in water, and then dried to obtain a solid content. As a result of structural analysis by infrared spectroscopic analysis, it was confirmed that the solid content was a compound composed of phenylene sulfide units.
また、得られた反応生成物を高速液体クロマトグラフィー及びイオンクロマトグラフィーにより分析した結果、スルフィド化剤として用いた水硫化ナトリウムの原料消費率は98.3%、反応混合物中のスルフィド化剤が全て環式ポリフェニレンスルフィドに転化すると仮定した場合の環式ポリフェニレンスルフィドの生成率は10.3%であった。 Moreover, as a result of analyzing the obtained reaction product by high performance liquid chromatography and ion chromatography, the raw material consumption rate of sodium hydrosulfide used as a sulfidizing agent was 98.3%, and all the sulfidizing agents in the reaction mixture were all The production rate of cyclic polyphenylene sulfide when converted to cyclic polyphenylene sulfide was 10.3%.
また、本実施例8の工程(i)のみ別途実施し、希釈は行わずに室温まで冷却後に回収したスルフィド化剤混合物について均一性判断と固化温度測定を行ったところ、120℃に固化温度を有すること、120℃以上において固形分の沈降が見られないことを確認した。よって、このスルフィド化剤混合物は均一であり、120℃以上で高い移送性を示すことがわかった。 Further, only the step (i) of Example 8 was carried out separately, and the sulfidizing agent mixture recovered after cooling to room temperature without dilution was subjected to uniformity judgment and solidification temperature measurement. The solidification temperature was 120 ° C. It was confirmed that no sedimentation was observed at 120 ° C. or higher. Therefore, it was found that this sulfidizing agent mixture was uniform and exhibited high transportability at 120 ° C. or higher.
このように、実施例7の場合よりさらに工程(ii)での有機極性溶媒量を減らした例では、環式ポリフェニレンスルフィドの収率は低下するものの、反応時の低い内圧と高い原料消費率を両立することができた。 Thus, in the example where the amount of the organic polar solvent in the step (ii) is further reduced than in the case of Example 7, although the yield of the cyclic polyphenylene sulfide is lowered, the low internal pressure and the high raw material consumption rate during the reaction are reduced. I was able to achieve both.
Claims (11)
(i)少なくともスルフィド化剤、有機極性溶媒および水分を含む混合物であって、スルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.1リットル以上0.4リットル未満の有機極性溶媒を含む混合物を150℃以上250℃以下で加熱し、水分量がスルフィド化剤のイオウ成分1モル当たり0.8モル以上6.0モル以下のスルフィド化剤混合物を調製する工程
(ii)工程(i)の後で、少なくとも工程(i)で得られたスルフィド化剤混合物、ジハロゲン化芳香族化合物および有機極性溶媒を含む反応混合物を、有機極性溶媒が反応混合物中のイオウ成分1モル当たり1.25リットル以上50リットル以下となる条件で加熱する工程 A method for producing a cyclic polyarylene sulfide by heating a reaction mixture containing at least a sulfidizing agent, a dihalogenated aromatic compound and an organic polar solvent, comprising at least the following steps (i) and (ii): A process for producing a cyclic polyarylene sulfide, characterized in that
(I) at least sulfidizing agent, a mixture comprising an organic polar solvent and water, a mixture comprising an organic polar solvent under 0.4 liters sulfur contained 1 mole per 0.1 liters or more of the sulfidizing agent 0.99 ° C. or higher Heating at 250 ° C. or lower, and preparing a sulfidizing agent mixture having a water content of 0.8 mol or more and 6.0 mol or less per mol of sulfur component of the sulfidizing agent, at least after step (i) The reaction mixture containing the sulfidizing agent mixture obtained in step (i), the dihalogenated aromatic compound and the organic polar solvent is 1.25 liters to 50 liters per mole of the sulfur component in the reaction mixture. Heating under the conditions
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