JPS5850924B2 - 環状ホスホニトリルクロライドオリゴマ−の製造方法 - Google Patents

環状ホスホニトリルクロライドオリゴマ−の製造方法

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JPS5850924B2
JPS5850924B2 JP7929180A JP7929180A JPS5850924B2 JP S5850924 B2 JPS5850924 B2 JP S5850924B2 JP 7929180 A JP7929180 A JP 7929180A JP 7929180 A JP7929180 A JP 7929180A JP S5850924 B2 JPS5850924 B2 JP S5850924B2
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  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は環状ホスホニトリルクロライドオリコマ−の製
造方法Oこ関する。
環状ホスホニトリルクロライドオリコマ−は一般式(P
NC12)nで示される(o−3〜7程度の整数)オリ
コマ−であり、このオリコマ−は無機系高分子化合物で
あるホスファゼンポリマーの原料として注目されている
ホスファゼンポリマーは上記環状ホスホニトリルクロラ
イドオリコマ−特Oこ好ましくはその三量体(ヘキサク
ロロシクロトリホスファゼン)を開環重合させて鎖状の
ポリジクロロホスファゼンとし、その塩素を各種の置換
基により置換することにより製造され、その置換基の種
類により、多種類のポリマー、広範な特性を有するポリ
マーの製造が期待されている。
このようなホスファゼンポリマーの特性としては例えば
難燃性、撥水性、低温時の柔軟性、耐薬品性、電気絶縁
性、生体親和性等が挙げられる。
そして上記特性を有したエラストマー、塗料、発泡体な
どへの応用研究が最近活発に行われている。
このような優れた特性を有するホスファゼンポリマーの
原料である環状ホスホニトリルクロライドオリゴマー(
以下単にPNCと略す)の製造は従来より活発Oこ行わ
れているが、これまでいずれの方法も得られるポリマー
の着色、ゲルの生成、低い重合度成るいは広い分子量分
布などの欠点を有しており、重合特性の優れたPNCを
与える方法は皆無であった。
またPNCを重合してホスファゼンポリマーを得る方法
において従来の特徴的な現象として、得られるポリマー
の性状が一定せず、性状において再現性の良いポリマー
を得ることが極めて困難であるという事実がある。
そこで粗製PNCを精製して重合特性を高める方法も研
究されているが、従来の方法ではその精製工程における
PNCの損失が極めて大きく、且つ精製されたPNCを
用いて重合しても尚得られるポリマーの性状が不十分で
あったり、またポリマーの性状が一定せず優れた再現性
を有するポリマーが得られないという欠点を有している
例えば米国特許第3,669,633号には反応に不活
性な有機溶媒中で塩化アンモニウムとPCl5とを反応
させ、得られた反応混合物の有機溶媒溶液を75〜10
0’Cの温度で水洗して後、水層を分離し、有機溶媒層
からPNCを得る方法が記載されているが、この場合水
層と有機層の分離が悪<PNCの回収率は86多と低く
且つこのPNCより得られるポリマーの性状は不十分で
あり且つ性状の再現性がない。
また米国特許第3,694,171号Gこ記載の精製方
法も上記米国特許に記載の方法と同様、PNCの回収率
も低く且つこのPNCより得られるポリマーの性状も不
十分であり且つ再現性のないものである。
即ちこの方法では反応後に得られる塩素化に不活性な有
機溶媒とPNCとの混合溶液をそのまま、苛性′ノーダ
水溶液等と接触させて3量体及び4量体からなるPNC
を得ているが、その際のPNCの回収率は60多程度で
あり、極めて多量のPNCが損失されている。
更σこ特開昭54−142195号には粗製PNCを室
温で少なくとも2回水洗して精製する方法が記載されて
いるが、この方法によってもPNCの回収率は63.5
%と低く且つこのPNCから得られるポリマーの性状も
不十分であり且つ性状も一定せず得られるポリマーに再
現性がないという欠点を有している。
本発明の目的は着色がなく、ゲルの生成が実質上なく、
高い重合度、狭い分子量分布等の優れた性状のホスファ
ゼンポリマーを与え得る重合特性の極めて優れたPNC
の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は上記優れた性状のホスファゼンポリ
マーを極めて再現性よく与える重合特性の優れたPNC
の製造方法を提供することOこある。
本発明の他の目的は重合特性を向上させる目的で行う精
製工程(こおいてPNCの損失が殆どなく、はぼ100
%の回収率でPNCを回収し得るPNCの製造方法を提
供することにある。
本発明は ■ 塩素化に不活性な有機溶媒中、2価の金属塩化物の
1種若しくは2種以上の触媒の存在下、五塩化リンと塩
化アンモニウムを反応させ、反応終了後に反応溶媒を留
去して実質的に環状ホスホニトリルクロライドオリゴマ
ーからなる反応生成物を得る第1工程及び (B) 上記反応生成物を脂肪族炭化水素及びエーテ
ル類から選ばれた溶媒の1種以上に溶解した溶液を約4
0−100℃の温度で水と接触させ、その後、水層と有
機層に分離し、有機層より3及び4量体を主成分とする
重合特性に優れた環状ホスホニトリルクロライドオリゴ
マーを回収する第2工程 を結合したことを特徴とする環状ホスホニl−IJルク
ロライドオリゴマーの製造方法(こ係る。
本発明の第1工程に用いられる塩素化(こ不活性な有機
溶媒としてはテトラクロロエタン、テトラクロロエチレ
ン、モノクロルベンゼン、ジクロルベンゼン等が挙げら
れる。
触媒として用いられる2価の金属塩化物としては例えば
BeCl2.MgCl2 。
Ca cz2. S r C12,Ba cz2. Z
n C12,ccicz 2等の周期律表第2族の金属
元素の塩化物、GaCIJ2等の第3族の金属塩化物、
T 1C1l 2 、 S n C12等の第4族の金
属塩化物、VC72,NbC112等の第5族の金属塩
化物、CrC4,Moc72等の第6族の金属塩化物、
Mn C12等の第7族の金属塩化物、FeCl2.C
oCl2.NIC12,RhC12,PdCl2等の第
8族の金属塩化物を挙げることができ、このうち好まし
いものはBeC72、Mgcz2.ZnCl2゜5nC
A CrCA2.MnC72,CoCl2.NIC7
2で2 あり、更(こ特に好ましいものはMg C12、Z n
C132。
5nC12,MnC72,CoCl2’+NiCl2で
ある。
第1工程の反応は上記有機溶媒中で、塩化アンモニウム
と五塩化リンを上記触媒の存在下(こ反応させる。
塩化アンモニウムは五塩化リンに対し過剰用いるのが好
ましく、通常後者1モルに対し前者をl〜1.5モル使
用する。
触媒の使用量も特に限定はないが、通常五塩化リン1モ
ルに対し約1〜10−5モル、好ましくは約10−2〜
10−4モノV用いるのが良い。
また五塩化リンとしては三塩化リンと塩素を反応させて
得られるものを用いても良い。
反応は種々の方法により行い得るが、例えば反応溶媒に
塩化アンモニウムと触媒を仕込み、攪拌しながらこれに
五塩化リンの有機溶媒溶液を滴下するのが好ましい。
反応温度は特に限定されないが、通常約100〜200
°C1好ましくは約120〜145°Cの範囲から選択
するのが良い。
反応は五塩化リンと塩化アンモニウムの反応より生成す
る塩化水素ガスが発生しなくなったときに終了し、その
後過剰の塩化アンモニウムを済過(こより除き、溶媒を
留去して実質的にPNCからなる反応生成物を得る。
本発明の第1工程における目的物であるPNCとは一般
式(PNC12)。
、n二3〜7の整数で表わされる環状ホスホニトリルク
ロライドオリゴマーを意味し、上記第1工程における実
質的にPNCからなる反応生成物とは、はぼ上記(PN
C12)n1n=3〜7の整数で表わされる化合物から
成るものであり、上記以外の例えば線状ホスファゼンオ
リゴマー等の化合物を含んでいても1重量多未満、好ま
しくは0.5重量係未満の量でしか含まないものを意味
する。
本発明の第1工程で得られる反応生成物が上記の意味で
の実質的にPNCからなるものでないとき(こは、引続
く第2工程において目的とする重合適性に優れたPNC
を回収率よく得ることはできず、従って第1工程で実質
的にPNCから成る反応生成物を得ることは必須の要件
である。
そして斯かる反応生成物を得るためには触媒として2価
の金属塩化物を使用することが必須である。
次に上記反応生成物を脂肪族炭化水素及びエーテル類か
ら選ばれた溶媒の1種以上(こ溶解する。
脂肪族炭化水素としては石油エーテル、石油ベンジン、
n−へキサン、n−へブタン、n−オクタン、インオク
タン等の炭素数5〜12の炭化水素が特に有効である。
エーテル類としてはジブチルエーテル、ブチルエチルエ
ーテル等が挙げられる。
溶媒の量は適宜に決定すれば良いが、通常は反応生成物
に重量で等量ないし2倍量程度使用するのが望ましい。
次に上記溶液を約40〜100℃、好ましくは約50〜
95°C特に好ましくは約70〜90℃の温度で水と接
触させる。
一般lこPNCは水に対し不安定とされており、先行技
術の粗製PNCの精製方法においても水の使用を避ける
傾向のものが多く、また水を用いた場合にはPNCの回
収率が悪いが、本願発明は斯かる従来技術に反し、比較
的高温の水と接触させるにも拘らずその際のPNCの回
収率は極めて高いものである。
本発明では次に上記水洗終了後、水層を分離除去し、有
機層から溶媒を留去した後、目的とする3及び重量体を
主成分とするPNCを蒸留、昇華、再結晶等の方法によ
り回収する。
ここで3及び重量体を主成分とするPNCとは通常90
wt%以上、好ましくは95wt%以上の3及び重量
体を含み、その他として5〜7量体を含むものであるが
、斯かる5〜7量体の量は少ない方が好ましい。
以上の方法により前記した優れた性状を有するホスファ
ゼンポリマーを再現性良く与える重合特性の極めて優れ
たPNCを得ることができる。
本発明で得られたPNCの重合は種々の公知の方法Gこ
従って行うことができ、例えばバルク重合、溶液重合等
により重合することができる。
斯かる重合により得られるホスファゼンポリマーは着色
がなく、ゲルの生成が実質上なく、高い重合度、シャー
プな分子量分布等を有しており、且つ斯かる優れた性状
のポリマーを極めて再現性良く得ることができる。
以下本発明の実施例を挙げて説明する。
尚以下において単に俤とあるのは重量φを示すものとす
る。
実施例 1 攪拌装置、冷却管、滴下ロートを備えた31の三ツロフ
ラスコに塩化アンモニウム231g(4,3mol)、
第8族の金属塩化物として塩化コバルトCoCl22.
6 f! (2X 10−2mol)、sym−テトラ
クロロエタン351を仕込み、125〜135°Cの温
度で五塩化リンフ5(B9(3,6mol)のsym−
テトラクロロエタン溶液1650gを16時間で滴下す
る。
滴下終了後2時間反応を行い、反応終了後未反応塩化ア
ンモニウムを沢別除去し、反応溶媒を留去する。
その結果、反応生成物388.(Bi’(五塩化リンに
対し93.0%の収率)が得られた。
ガスクロ測定により3量体65.8優、4量体19.3
優、5量体〜7量体14.9優と環状物100%であっ
た。
その後上記反応生成物にn−ヘプタン(57(Li9)
を入れ、溶解し80°C前後で等量の水で水洗を行い、
水層を分離除去し、n−へブタン層より、粗PNC38
7,0g(五塩化リンに対し92.8%の収率、水洗工
程時の回収率99.74%)が得られた。
ガスクロ分析より、3量体65.9優、4量体19.4
%、5量体〜7量体14,7%であった。
この様にして得られた粗PNCを減圧蒸留し、精製PN
C250,9が得られた(ガスクロ測定により3量体9
6.O%、4量体4.0饅)。
この精製PNCを重合管に仕込み、10−2mmHFの
減圧下で脱気封管し、250℃で重合を行った。
この結果ゲル化する事なく重合し、21.5時間で変換
率25係となり、得られたポリマーは固有粘度1.68
dll&1Mn= 4.15X 10’、Mw二1.
81X106Mw/Mo二4.4とよい重合特性を示し
た。
実施例 2 触媒として第7族の金属塩化物である塩化マンガン2.
529 (2X 10−2mol)を用い、又溶媒とし
てモノクロルベンゼンを用い、実施例1と同様の方法に
よりPNCを得た。
反応生成物は380.1g(五塩化リンに対し91.1
%の収率)が得られ、ガスクロ分析により、3量体71
.2%、4量体18.2饅、5量体〜7量体10.6係
と環状物100係であった。
水洗終了後、粗PNC379,1(五塩化リンに対し、
90.9%の収率、水洗時の回収率99.7%)であっ
た。
この様にして得られた粗PNCを減圧蒸留し、精製PN
C263,0,9(ゲスクロ測定により3量体97.2
%、4量体2.8%)が得られた。
実施例1に記載の方法で重合特性を調べた。
その結果、ゲル化、着色する事なく重合し、23時間で
変換率25優となり、得られたポリマーは、固有粘度1
.75 dl/E11M14.27刈05、Mw= 2
.01 X 106、Mw/M。
=4.7とよい重合特性を示した。
実施例 3 触媒として、第2族の金属塩化物である塩化亜鉛2.4
59 (2X I O−2mol)を用い実施例2と同
様の方法でPNCを得た。
反応生成物は387.1g(五塩化リンに対し92.8
%の収率)が得られ、ガスクロ分析により3量体56.
21%、4量体26.4饅、5〜7量体17.4%と環
状物100%であった。
水洗終了後、粗PNC386,0,!?(五塩化リンO
こ対し92.6%の収率、水洗時の回収率99,7多)
であった。
この様にして得られた粗PNCを蒸留し精製PNC20
0,:l(ガスクロ測定、3量体94.5優、4量体5
.2饅、5量体0.3多)を得た。
実施例1の記載の方法で重合特性を調べた。その結果、
ゲル化、着色する事なく重合し、45時間で変換率25
饅となり、得られたポリマーは固有粘度0.941 d
l19、Mn二3.24X105、Mw二8.96X1
05、Mw/Mn二2.8とよい重合特性を示した。
実施例 4〜8 触媒として第8族の金属塩化物N t C1! 2、第
6族の金属塩化物Cr C4、第5族の金属塩化物vC
12、第4族の金属塩化物S n C72、第2族の金
属塩化物MgC72をそれぞれ2X10−2mol用い
、実施例1の記載方法でPNCを得た。
尚、溶媒としてモノクロルベンゼンを用いた。
その結果を下記の第1表に示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1(A)塩素化に不活性な有機溶媒中、2価の金属塩化
    物の1種若しくは2種以上の触媒の存在下、五塩化リン
    と塩化アンモニウムを反応させ、反応終了後に反応溶媒
    を留去して実質的に環状ホスホニトリルクロライドオリ
    ゴマーからなる反応生成物を得る第1工程及び (B) 上記反応先或物を脂肪族炭化水素及びエーテ
    ル類から選ばれた溶媒の1種以上に溶解した溶液を約4
    0〜100℃の温度で水と接触させ、その後、水層と有
    機層に分離し、有機層より3及び4量体を主成分とする
    重合特性に優れた環状ホスホニトリルクロライドオリゴ
    マーを回収する第2工程 を結合したことを特徴とする環状ホスホニトリルクロラ
    イドオリゴマーの製造方法。
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