JPS5842622A - ポリ(アリーレン)スルフィドの重合前の混合物の脱水法 - Google Patents

ポリ(アリーレン)スルフィドの重合前の混合物の脱水法

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JPS5842622A
JPS5842622A JP57147871A JP14787182A JPS5842622A JP S5842622 A JPS5842622 A JP S5842622A JP 57147871 A JP57147871 A JP 57147871A JP 14787182 A JP14787182 A JP 14787182A JP S5842622 A JPS5842622 A JP S5842622A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、重合開始に先立ち、高められた圧力下におい
て反応体の一部を加熱して実質的に脱水することによる
アリーレン スルフィド ダレポリマーの製造法に関す
る。
米国特許第3.354.129号に開示されるとおり、
/IJ(71J−レン スルフィド)、よシ特定的ニは
ポリ(フェニレン スルフィド)は、最初に極性溶剤、
特定的にはN−メチルビロリド/と、それに溶解した水
利アルカリ金属硫化物との混合物を大気圧下において加
熱して水分、特定的には水利に由来するH2Oを除去し
、得られた混合物を次にポリハロ置換化合物、特にp−
ジクロロベンゼンと共に加熱してアリーレン スルフィ
ド ポリマーを形成する方法で製造できる。
米国特許第、5,919,177号に開示されるとおシ
、脱水処理すべき最初の初期重合混合物に、適当な硫黄
源、例えばNa25)有機アミド、通常N−メチルピロ
リドン、塩基、通常Na0)T 、及びアルカリ金属カ
ルボン酸塩、例えば酢酸ナトリウムを含ませることがで
きる。また最初の初期重合混合物に4リマーの性状を改
善するための上記以外の添加剤、例えば米国特許第4,
038,259号、第4.038,263号及び第4,
039,518号にそれぞれ記載されているアルカリ金
属炭酸塩、ノ)ロデン化リチウム、硼酸リチウム等を含
ませることもできる。
米国特許第3,867,356号に記載のごとく、重硫
化ナトリウム、N−メチルアミノブチレート及びN−メ
チルピロリドンから初期重合混合物を製造できる4、ま
た米国特許第4,025,496号に記載の二段階法に
よって、初期重合混合物を製造及び脱水することも本発
明の範囲内である。
米国特許第4,064,114号に記載されるとおシ、
アリーレン スルフィド重合法において大気圧下で初期
重合混合物を脱水する際に、泡立ちと塔からの溢流とが
作業上の共通した問題点である。
しかも、主として硫黄源の加水分解で生じる硫化水素の
形における変動性の硫黄損失が脱水処理に起因して生じ
る。このような変動性の硫黄損失によって初期反応体、
より特定的には硫化す) IJウム、水酸化ナトリウム
、N−メチルビロリド/、及び場合によっては酢酸ナト
リウムの化学量論的なバランスが崩れ、望ましくない低
分子量(高フローレート)を有するアリーレン スルフ
ィドポリマーが生じ、及び(又は)ポリマーの収率が極
端に低下することになる。
脱水の過程における硫黄損失を有効に制御することは、
狭い範囲に限定された70−レート及び性状についての
規格に合致するポリマーを高収率で得るための必須条件
である。理論にこだわるつもりはないが、ポリハロ置換
化合物を添加する前の加熱及び脱水工程中に形成される
重合可能な複合物の組成及びその形成される程度が、爾
後の重合反応に決定的な影響を与えるということが理論
づけられる。
本質的に大気圧条件下で行われる脱水処理に較べて次の
ような改良された点を有する、高められ九本質的に一定
の圧力下において初期重合混合物を脱水する方法が今回
発見された。その改良とは、(a)被加熱混合物の泡立
ちの低減−この効果は、反応器を冷却するよりも容易な
、わずかな一時的の圧力増加によってさらにいちだんと
制御される、(b)蒸留塔からの溢流の低減−これもや
はりわずかな一時的の圧力増加によってさらに制御され
る、(C)いちだんと定常的な低減された硫黄損失−そ
の結果として、規格外のポリマーの得られるパッチ数が
少なくなる、(d)脱水処理の迅速化−七の結果として
、サイクル時間、すなわち、ポリ(アリーレン スルフ
ィP) を1パツチ製造するのに必要な時間が短縮され
る、及び(e)適尚な反応器圧力を選定することによる
所望の乾点温度の選択が容易にできることである。
本発明によ)、ポリ(アリーレン スルフィド)の製造
における初期重合混合物の脱水方法であって、硫黄源及
び有機アミドからなる反応混合物を、約4 psigな
いし約40 psigの範囲内の本質的に一定の圧力及
び約300°Fないし約400°F+の範囲内の第1温
度において、反応体の複合物が形成されるのに充分表時
間接触させ、そして引続き前記の本質的に一定の圧力を
保ちながら、その間の一定時間に亘って温度を第2温度
(ただし、この第2温度は、選択された該圧力下におい
て本質的にすべての水が混合物から除去される温度とす
る)に上げることを特徴とする方法が提供される。4本
発明の別の態様においては、前記の脱水された初期重合
混合物を重合条件下において少なくとも1種のポリハロ
置換化合物と接触させることを特徴とするポリマーの製
造方法が提供される。
本発明の方法においては、初期重合混合物の脱水が行わ
れる、高められた本質的に一定の圧力は、約16ないし
約21 psigの範囲内とするのが望ましい。最終軟
点温度、すなわち、本質的にすべての水が混合物が除去
され終る温度は、一般には約400°Fないし約500
°Fであり、約430°I?ないし約480°Fであれ
ばいちだんと望ましい。最終軟点温度は好適な反応器圧
力の選択によって確立される。
適当な硫黄源は、゛ポリ(アリーレン スルフィド)の
製造に従来用いられた、当技術分野で周知に属する任意
のものから選ぶことができる。特に好適な硫黄源は、単
体で用いうるアルカリ金楓硫化物及びアルカリ金属型硫
化物のほかに、少なくとも1種の塩基の存在下で用いら
れる次の化合物である。それらの硫黄源には、チオスル
フェート、非置換又は置換チオ尿素、チオアミド、チオ
カルバメート、チオカルボネートを始め種々の化合物が
あシ、それらは米国特許第3,919,177号に記載
されている。
硫黄源と共に用いてよい塩基には、水酸化リチウム、水
酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、
水酸化セシウム、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、炭酸ナト
リウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭準セシウム
及びそれらの混合物が包含される。所望によっては、対
応する酸化物と水とを反応させて水酸化物をその場で生
成することもできる。
本発明の方法に用いられる有機アミドは、採用される反
応温度及び圧力下において実質的に液体である仁とを要
する。これらのアミドは環式であってもよいし、又は非
環式であってもよく、1分子当り1ないし約10個の炭
素原子を含むアミドである。いくつかの好適なアミドの
例には、ホルムアミド、アセトアミド、N−メチルホル
ムアミド、N、N−ジメチルホルムアミド、N、N−ジ
メチルアセトアミド、N−エチルプロぎオンアミド、N
、N−ジプロtルデチルアミド、2−ピロリドン、N−
メチル−2−ピロリドン、C−カグロラクタム、N−メ
チル−2−カプロ2クタム、N、N’−エチレン−ジー
2−ピロリド/、ヘキサメチルホスホ−ルアミド、テト
ラメチル尿素等及びそれらの混合物が包含される。
本発明の方法で脱水される反応混合物には、他の添加剤
化合物を含ませるとともできる。ポリマーの性状を改善
する目的の添加剤として用いられる化合物には、アルカ
リ金属のカルボン酸塩、アルカリ金属の炭酸塩、ハロゲ
ン化リチウム及び硼酸リチウムがある。。
本発明の方法に用いることのできるアルカリ金属のカル
ボン酸塩は弐RCO2Mで表わすことができる。式中の
Rは、アルキル、シクロアルキル及びアリールならびに
それらの混合基、例えばアルキルアリール、アルキル 
シクロアルキル、シクロアルキル アルキル、アリール
アルキル、アリール シクロアルキル、アルキル アリ
ール アルキル及びアルキル シクロ アルキル アル
キルから選ばれる炭素数1ないし約20のヒドロカルピ
ル基であり、そしてMはリチウム、ナトリウム、カリウ
ム、ルビジウム及びセシウムからなる群から選ばれるア
ルカリ金属である。Rが炭素数1ないし約6のアルキル
基であるか、又はフェニル基であるのが望ましく、そ[
7てMはリチウム又はナトリウム、最も好ましくはリチ
ウムである。所望によっては、アルカリ金属カルがン酸
塩を水和物として、又は水溶液もしくは水性分散液とし
て用いてもよい。
本発明の方法に用いることができるアルカリ金属カルが
ン酸塩のいくつかの例をあげると、酢酸リチウム、酢酸
ナトリウム2、酢酸カリウム、ゾロピオン酸リチウム、
プロピオン酸ナトリウム、2−メチルゾロピオン酸 リ
チウム、酪酸 ルビジウム、吉草酸リチウム、青草酸ナ
トリウム、セシウム ヘキサノエート、リチウム ヘキ
サノエート、リチウム 2−メチルオクタノエート、カ
リウム Pデカノルビジラム 4−エチル テト2 デ
カノエート曳ナトリウム オクタノデカノエート、ナト
リウムヘンエイコサノエート、リチウム シクロヘキサ
ンカルボキシレート、セシウム シクロドデカンカルボ
キシレート、ナトリウム 3−メチル シクロペンタン
カルボキシレート、カリウム シクロヘキシルアセテー
ト、安息香酸カリウム、安息香酸 リチウム、安息香酸
 ナトリウム、カリウh  m −) ルエ−)、IJ
チウム フェニルアセテート、ナトリウム 4−フェニ
ルシクロヘキサンカルボキシレート、カリウム p−)
リルアセテート、リチウム 4−エチル シクロヘキシ
ルアセテート等及びそれらの混合物である。
本発明の方法に用いることができるアルカリ金楓炭酸塩
には、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウ為、
炭酸ルビジウム、炭酸セシウム及びそれらの混合物が包
含される。
ハロゲン化リチウムは塩化リチウム、臭化リチウム、沃
化リチウム又はそれらの任意の混合物であってよいが、
塩化リチウム又は臭化リチウムであるのが好ましく、塩
化リチウムが最も好ましい。
本発明の制御された、高められた圧力下の脱水処理で製
造された脱水された初期重合混合物は・、p−ジハロベ
ンゼン及び1分子当り2個を超えるハロゲン置換基を有
するポリハロ芳香族化合物から選ばれたポリハロ芳香族
化合物と反応させることができる。
本発明の方法に用いることのできるp−ジハロベンゼン
は 式中、各Xは塩素、臭素及び沃素からなる群から選ばれ
、各Rは水素及びヒドロカルビルからなる群から選ばれ
、該ヒドロカルビルはアルキル、シクロアルキルもしく
はアリール各基又はそれらを混合したアルカリール、ア
ラルキル等の1分子当シ炭素原子の合計数が6ないし約
24のものであってよいが、p−ジハロベンゼンの少な
くとも50モル%はRがいずれも水素のものでなくては
ならない。
本発明の方法に用いることのできる若干のp−ジハロベ
ンぜンの例には p + 9 り00 ヘ/ (! /
、p−ジクロロベンゼン、p−ショートベンゼン、1−
10ロー41”ロモベンゼン、1−クロ0−4−ヨード
ベンゼン、1−ゾロモー4−ヨードベンゼン、2.5−
ジクロロトルエン、2.5−ジクロロ−p−キシレン、
1−エチル−4−インゾロビル−2,5−ジデロモベン
ゼン、1,2,4゜5−テトラメチル−3,6−ジクロ
ロベンゼン、1−’lルー4−シクロヘキシルー2.5
−ジクロロベンゼン、1−へキシル−3−Fl”シル−
2,5−ジクロロベンゼン、1−オクタデシル−2,5
−ショートベンゼン、1−フェニル−2−クロロ−5−
rロモベンゼン、1−p−)+フルー2.5−ジブロモ
ペンぜン、1−ベンジル−2゜5−ジクロロペンぜン、
1−オクチル−4−<5−メチルシクロペンチル)−2
,5−ジクロロベンゼン等及びそれらの混合物が包含さ
れる。
分枝鎖ポリマーの製造に利用される、本発明の実施に有
用な1分子当92個又はそれ以上のハロ及び沃素からな
る群から選ばれ、nは3〜6の整数であシ、そしてR′
は最高約4個までのメチル置換基を含んでいてもよい原
子価nを有する多価芳香族基であって、その合計炭素原
子数が6ならし約12個の本のである。
本発明の方法に使用することのできる1分子当92個を
超えるハロゲン置換基を有する若干のポリハロ芳香族化
合物の例には、1,2.3−トリクロロペンゼy、1t
2,4−トリクロロベンゼン、1.3−1’クロロ−5
−1”ロモベンゼン、1゜2.4−トリヨードベンゼン
、1,2.15−テトラブロモベンゼン、ヘキサクロロ
ベンゼン、1.3.5−)ジクロロ−2,4,6−ドリ
メチルベンゼン、2.2’、4.4’−テトラクロロビ
フェニル、2.2’、5.5’−テトラヨードビフェニ
ル、2 、2’ 、 6 、6’−テトラブロモー3゜
5’ 、 5 、5’−テトラメチルビフェニル、1,
2゜6.4−テトラクロロナフタレン、1,2.4−ト
リゾロモー6−メチルナフタレン等及びそれらの混合物
が包含される。
重合が実施される反応温度は広い範囲内で変動させうる
が、一般には約655°FIないし約545″F。
好ましくは約375°l?ないし約525°FTの範囲
内である。反応時間は反応温度にも一部依存して大幅に
変動しうるが、一般には約1時間から約60時間までの
範囲内であり、約2な゛いし約10時間の範囲とするの
が望ましい。目下のところ好ましい手法においては、重
合の実施を約355°Fないし約475″kF1好まし
くは約575°Fないし約475°FIの第1温度範囲
で行った後、約475°Fないし約545°F1好まし
くは約4751ないし約525’Hの第2温度範囲で行
う。これらの二つの温度範囲での重合の合計反応時間は
約1時間ないし約60時間、好ましくは約2時間ないし
約10時間である。これらの反応時間のうち約15ない
し約70%は第1温度範囲で費される。第1温度範囲で
の反応時間の少なくとも50%において採用される温度
は、第2温度範囲での最終温度よシも35°P以上低く
保たれる。この場合にも、反応時間は反応温度に一部依
存して変動する。前記の温度範囲のいずれか一方、又は
両方において、温度を連続的に上げることもできるし、
又は比較的狭い範囲に限定された特定の水準に温度を保
つことを主眼としてもよい。
重合反応を行う時の圧力は、p−ジハロベンゼン、1分
子当夛2個を超えるハロゲン置換基を有するポリハロ芳
香族化合物、有機アミド及び存在するいっさいの水を実
質的に液相に保つのに充分でなくてはならない。
以下例をあげて本発明の実施法をさらに詳しく説明する
。本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、実施例
に記載された方法に修正を加えることの可能であること
は当業者にとって明らかであると思う。
例  ■ 本発明によるものでない本例の対照実験においては、硫
化す) IJウム(NaOHとNaH8の各水溶液から
製造したもの)、酢酸ナトリウム、N−メチル−口IJ
 yン及び水からなる混合物を大気圧条件下で脱水した
。次いで脱水された混合物を、p−ジクロロベンゼンと
1.2.4−)ジクロロベンゼンとの混合物と共に加熱
してポリ(アリーレンスルフィド)を製造した。
10.25 /ンドの酢酸ナトリウムと25.0ガロン
のN−メチルfoリドン(NMP)とをパイロット プ
ラント反応器に装入し、次いで反応器を窒素でパージし
た。49.1重量%のNaOH溶液66.7ボンドと、
68.0重量%のNa)(3及び゛1.2重i%のNa
28を含む溶液67.6.!I’?ンドとを混合して形
成した硫化ナトリウム水溶液を反応器に仕込んだf、1
 ’1.5ガロンのNMHでフラッシングした。
294°F/ 1 psigで15分間ヒートノソーク
理(すなわち、蒸発させないで混合物を加熱し、その間
に反応体が化学的な複合物の形成を開始するようにする
処理)を行った後、296″F1の温度及び1 psi
gの圧力で脱水処理を開始した。水が蒸発している最中
の反応器の温度を除々に上げて、最終乾点温度の402
°Fにし九。反応器の圧力は3 psiHに上ったが、
反応器の上部の充填材をつめた塔内において社、水柱0
.2〜2.゛8インチの範囲内で圧力降下が若干不規則
に変動して生じ、溢流及び(又は)泡立ちの生じたこと
を示していた。
初期のヒートソーク期間を含パめた合計脱水処理時間は
147分であった。
引きつソき、i 1 B、6ポンドのp−ジクロロベン
ゼン(DCB)、0.76ポンドの1.2.4−トリク
ロロベンゼン(TCB)、7.5ボンドの水、及び2.
0ガロンのNMPを脱水の終った反応混合物に加えた。
最初は690°Fでj11シ、ぎ−ク時に510’F 
に達するような温度条件の下で重合反応を行った。反応
器圧力は最初35 psigであり、4時間45分続い
た重合反応の終結時には194psigであった。
次に約511°Fの温度及び約190〜215ps1g
の圧力の下で二酸化炭素でポリマー溶液を1時間処理し
た。引きつソき、最初の温度/圧力条件を511°I?
/ 215 psig、そして最終条件を451°F/
 14 psigとして90分間フラッシュ蒸発処理を
施してNMPその他の液体を除去した。
塩で満たされたアリーレ/ スルフィド ポリマーを5
16〜545°F+の温度で約20分間フラッシュ ゾ
レンダーに入れてさらに脱溶剤を行い、水で6回洗つ、
てから乾燥した。
例■ 本発明の方法に従うこの実験においては、硫化す) I
Jウム(NaOH及びNaH8の各水溶液から製造した
もの)、酢酸ナトリウム、NMP及び水からなる混合物
を、制御された本質的に一定の高められた圧力条件下で
脱水した。次に脱水ずみの混合物をp−ジクロロベンゼ
ン(DCB)及び1,2゜4−トリクロロベンゼン(T
CB)と−緒に加熱してアリーレン スルフィド ポリ
マーを製造した。
25.0ガロンのNMP及び19.7ボンドの酢酸ナト
リウムをパイロットプラント反応器に装入した後、反応
器を窒素でパージし喪。50.40重量%のNaOH溶
液74.0ポンドと、59.60重量%のNaH8及び
0.60重量%のNa2Bを含む溶液86.3ポンドと
を混合して形成した硫化ナトリウムの水溶液を反応器に
加え、丸の後8.7ガロンのNMPで7ラツシングした
反応混合物に対するヒートソーク処理を355p/ 1
6 psigで15分間行った後、脱水処理を1 (5
psigの本質的に一定の反応器圧力の下で行った。す
なわち、温度を維持するために若干の圧力の変動はある
にせよ、変動を最低に抑えて脱水処理を行った。最初の
温度は367°Fであり、最終の転意温度は458°′
E?であった。初期のヒートソーク処理を含めて合計脱
水処理時間は160、分であり、この処理時間は例■の
対照実験よシも17分又は12%の短縮に相当する。
この後、129.9ポンドのDC’B及び4.2ポンド
の水を脱水ずみの反応混合物に加えた。
441 ’P/ 57 psigの初期温度/圧力条件
及び。
511°F/ 185 psigの最終温度/圧力条件
の下で重合を行づた。合計重合処理時間は6時間65分
であった。次に0.35ポンドのTCB及び2ガロンの
NMPを反応器に加えた。3分経過してから、505〜
512°F+及び175〜218psigで30分間混
合物を二酸化炭素で処理した。
引きつソき、513°F/ 218 psigの初期温
度/圧力及び511°’F/ 165 psigの最終
条件の下で35分間フラッシュ蒸発処理によってNMP
その他の揮発性成分を除去した。 471 〜549°
F+の温度の7ラツシユ プレンダー内で36分間脱溶
剤を行って、塩で満たされたアリーレン スルフィド 
ポリマーを回収し、水で3回洗ってから乾燥した。
例■ 本例においては、制御された本質的に一定の高められた
圧力条件下における、本発明の別の脱水法について記述
する。硫化ナトリウム(NaOH及びNaH8各水溶液
から製造したもの)、酢酸ナトリウム、N−メチルビ゛
ロリドン(N )、I P )及び水からなる混合物を
脱水し、次にp−ジ〉ロロベンゼン(DCB)及び1,
2.4−トリク白ロベンゼン(TCP)と共に加熱して
アリーレン スルフィド ポリ脅−を生成した。
25.0 、fロンのNMP及び26.0ポンドの酢酸
ナトリウムをパイロットプラント反応器に装入してから
、反応器を窒素でパージした。50.90重量%のNa
OH溶液75.0ポンドと、63.54重量%のNaH
8及び1.19重量%のNa2Bを含む溶液80.0ポ
ンドとを混合して作った硫化ナトリウム゛の水溶液を反
応器に加えた後、8.7ガロンのNMPで7ラツシング
を行つ九。
脱水を開始する前に、342ff及び15 psigで
反応混合物のヒートソーク処理を、15分間行った。最
初の温度を645°Fとし、反応器圧力を本質的に一定
の15〜16 psigに保って混合物を脱水した。そ
の間温度を徐々に上げて最終軟点′1度の454°l?
にした。初期ヒートソーク期間を含めて合計脱水処理時
間は120分であシ、これは例■の対照実験よシも27
分又は18%短縮され九ことになる。
引きつソき129.9ポンドのDCBを脱水された混合
物に加えた。440 ’F / 50 psigの初期
温度/圧力及び508°F/ 160 psigの最終
温度/圧力条件の下で重合を行った。重合反応には3時
間35分を要した。次に0.63ポンドのTCP及び2
ガロンのNMPを重合混合物に加えた。5分経過してか
ら、502〜501°Fの温度及び175〜216 p
sigの圧力下に°おいて30分間混合物を二酸化炭素
で処理した。
次に5126F+/ 216 psigの初期温度/圧
力条件及び505°F/ 45 psigの最終条件の
下で、約45分間フラッシュ蒸発させてNMPその他の
液体を除去した。528〜569c″E?のフラッシュ
ゾレンダー内で約45分間さらに脱溶剤を行って塩で満
たされたアリーレン スルフィPを回収し水で3回洗っ
た後乾燥した。
代理人 浅 村   皓 外4名

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)  ポリ(アリーレ/ スルフィド)製造用の初
    期重合混合物を脱水する方法において、63)硫黄源及
    び有機アミドからなる反応混合物を、約4 pgigな
    いし約40 psigの範囲内の本質的に一定の圧力及
    び約300°Fないし約400°Fの範囲内の第1温度
    において、反応体の複合物が形成されるのに充分な時間
    接触させ、そして引続き (b)  前記の本質的に一定の圧力を保ちながら、そ
    の間の一定時間に亘って温度を蛸2温度(ただし、該第
    2温度は、前記の本質的に一定の圧力下において本質的
    にすべての水が混合物から除去される温度とする)に上
    げることを特徴とする方法。 (2)#第2温度が約400°F’ないし約500°′
    Fの範囲内である特許請求の範囲(1)の方法。 (3)#圧力が約13 psigないし約21 psi
    gの範囲内である特許請求の範囲(2)の方法。 (4)紋硫丸憚がアルカリ金属硫化物であり、そして該
    有機アミドがN−メチルぜロリドンである特許請求の範
    囲(1)、(2)又は(3)の方法。・(5)塩基、ア
    ルカリ金属カルざン酸塩、アリカリ金属炭酸塩、ハロゲ
    ン化リチウム及び硼酸リチウムから選ばれる付加的化合
    物を反応混合物に含ませる特許請求の範囲(1)、(2
    )、(a)又は(4)の方法。 (6)該硫黄源が硫化ナトリウムであシ、酢酸ナトリウ
    ムも含ませる特許請求の範囲(5)の方法。 (7)特許請求の範囲(1)〜(6)のいずれか1項に
    従って製造された脱水ずみの初期重合混合物を、重合条
    件下において少なくと41種のポリハロ置換化合物と接
    触させることを特徴とするポリマーの製造法。
JP57147871A 1981-09-01 1982-08-27 ポリ(アリーレン)スルフィドの重合前の混合物の脱水法 Granted JPS5842622A (ja)

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