PL229964B1 - Method for producing poly(phenylene oxide) with high molecular weight - Google Patents

Method for producing poly(phenylene oxide) with high molecular weight

Info

Publication number
PL229964B1
PL229964B1 PL411642A PL41164215A PL229964B1 PL 229964 B1 PL229964 B1 PL 229964B1 PL 411642 A PL411642 A PL 411642A PL 41164215 A PL41164215 A PL 41164215A PL 229964 B1 PL229964 B1 PL 229964B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
dmf
toluene
range
methanol
catalytic complex
Prior art date
Application number
PL411642A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL411642A1 (en
Inventor
Zbigniew Wielgosz
Regina JEZIÓRSKA
Regina Jeziórska
Janusz Stasiński
Sebastian Firlik
Angelika Kruzel
Sławomir Pawłowski
Original Assignee
Inst Chemii Przemyslowej Im Prof Ignacego Moscickiego
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Chemii Przemyslowej Im Prof Ignacego Moscickiego filed Critical Inst Chemii Przemyslowej Im Prof Ignacego Moscickiego
Priority to PL411642A priority Critical patent/PL229964B1/en
Publication of PL411642A1 publication Critical patent/PL411642A1/en
Publication of PL229964B1 publication Critical patent/PL229964B1/en

Links

Landscapes

  • Polyethers (AREA)

Abstract

Ujawniono sposób wytwarzania poli(tlenku fenylenu) o założonym, regulowanym, dużym ciężarze cząsteczkowym, przez polimeryzację utleniającą 2,6-dimetylofenolu (DMF), w układzie rozpuszczalnik/nierozpuszczalnik, z zastosowaniem kompleksu katalitycznego aminy drugorzędowej z solą miedzi (II), którą prowadzi się przy ustalonym stosunku objętościowym rozpuszczalnik/nierozpuszczalnik i z ustaloną ilością kompleksu katalitycznego, wyrażoną jako stosunek molowy DMF/Cu(II). Otrzymany produkt jest przeznaczony do wytwarzania folii i membran.A method is disclosed for producing poly(phenylene oxide) with an assumed, regulated, high molecular weight by oxidative polymerization of 2,6-dimethylphenol (DMF), in a solvent/non-solvent system, using a catalytic complex of a secondary amine with a copper (II) salt, which is carried out at a fixed solvent/non-solvent volume ratio and with a fixed amount of the catalytic complex, expressed as the DMF/Cu(II) molar ratio. The obtained product is intended for the production of foils and membranes.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania poli(tlenku fenylenu) o założonym, regulowanym, dużym ciężarze cząsteczkowym, metodą utleniającej polimeryzacji 2,6-dimetylofenolu. Produkt otrzymany sposobem według wynalazku przeznaczony jest do wytwarzania folii i membran.The subject of the invention is a process for the production of a predetermined, controlled, high molecular weight poly (phenylene oxide) by the oxidative polymerization of 2,6-dimethylphenol. The product obtained by the process of the invention is intended for the production of films and membranes.

Poli(tIenek fenylenu) (PPE lub PPO) jest jednym z najważniejszych termoplastycznych polimerów konstrukcyjnych, który ze względu na unikatową kombinację dobrych właściwości mechanicznych, elektrycznych, dużą stabilność termiczną i stabilność wymiarów oraz odporność na działanie kwasu i zasady i inne cechy, znajduje szerokie zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, m.in. w przemyśle elektronicznym, elektrotechnicznym, motoryzacyjnym. Jednym z najważniejszych obszarów zastosowania poli(tlenku fenylenu) jest technologia membranowa, umożliwiająca odzysk zarówno surowców, jak i mediów energetycznych stosowanych w przemyśle, a także ograniczenie ilości substancji chemicznych odprowadzanych do środowiska jako odpady poprodukcyjne, W technikach separacyjnych, membrany wykonane z PPE, charakteryzujące się wysoką selektywnością przy zachowaniu dobrych właściwości użytkowych, pozwalają m.in. na selektywny rozdział gazów, separację lekkich parafin i olefin. Czynnikiem determinującym zastosowanie PPE w procesie wytwarzania membran jest duży ciężar cząsteczkowy polimeru - wyrażany także wartością granicznej liczby lepkościowej (GLL), o możliwie najmniejszej polidyspersji. Folie i membrany o dobrych właściwościach wytwarza się z PPE o GLL wyższej niż 0,8 dL/g, co odpowiada liczbowo średniemu ciężarowi cząsteczkowemu (Mn) powyżej 60000.Poly (phenylene oxide) (PPE or PPO) is one of the most important engineering thermoplastic polymers which, due to its unique combination of good mechanical and electrical properties, high thermal and dimensional stability, as well as resistance to acid and alkali and other features, is widely used in many industries, incl. in the electronics, electrotechnical and automotive industries. One of the most important areas of application of poly (phenylene oxide) is membrane technology, enabling the recovery of both raw materials and energy media used in industry, as well as reducing the amount of chemical substances discharged into the environment as post-production waste, In separation techniques, membranes made of PPE, characterizing high selectivity while maintaining good functional properties, allow, among others, for selective gas separation, light paraffin and olefin separation. The factor determining the use of PPE in the membrane production process is the high molecular weight of the polymer - also expressed by the value of the intrinsic viscosity number (GLL), with the lowest possible polydispersity. Good performance films and membranes are made from PPE with a GLL greater than 0.8 dL / g, which corresponds to a number average molecular weight (Mn) greater than 60,000.

Poli(tlenek fenylenu) wytwarza się metodą utleniającej polimeryzacji 2,6-dimetylofenolu (DMF) w atmosferze tlenu cząsteczkowego, katalizowanej za pomocą układu soli miedzi (I) lub (II), w której anionem jest najczęściej CI-, Br-, z aminą. W reakcji otrzymywania PPE jako aminy stosowane są monoaminy alifatyczne, diaminy alifatyczne, aminy cykliczne oraz aminy aromatyczne. Reakcję prowadzi się w rozpuszczalniku lub mieszaninie rozpuszczalników organicznych, tj. w węglowodorach alifatycznych i aromatycznych, halogenopochodnych węglowodorów alifatycznych i aromatycznych, alkoholach, ketonach i innych. Podczas polimeryzacji DMF poza polimerem PPE powstają także produkty uboczne jak woda oraz 3,3’,5,5’-tetrametylodifenochinon (TMDCh) - barwna substancja krystaliczna, nadająca polimerowi niekorzystne zabarwienie oraz obniżająca wydajność reakcji i pogarszająca właściwości otrzymanego polimeru. Ustalając skład kompleksu katalitycznego oraz środowisko reakcji można wytwarzać PPE w szerokim zakresie ciężarów cząsteczkowych. Czynnikami wpływającymi na ciężar cząsteczkowy rosnących makrocząsteczek po!i(t!enku fenylenu) są: środowisko reakcji, skład kompleksu katalitycznego, stężenie kompleksu katalitycznego wyrażane stosunkiem molowym DMF/Cu, itp.Poly (phenylene oxide) is produced by the oxidative polymerization of 2,6-dimethylphenol (DMF) in an atmosphere of molecular oxygen, catalyzed by a copper (I) or (II) salt system, in which the anion is most often Cl - , Br - , with an amine . In the reaction of PPE production, aliphatic monoamines, aliphatic diamines, cyclic amines and aromatic amines are used as amines. The reaction is carried out in a solvent or a mixture of organic solvents, i.e. aliphatic and aromatic hydrocarbons, halogenated aliphatic and aromatic hydrocarbons, alcohols, ketones and others. During the polymerization of DMF, in addition to the PPE polymer, by-products such as water and 3,3 ', 5,5'-tetramethyldiphenquinone (TMDCh) - a colored crystalline substance, giving the polymer an unfavorable color, lowering the reaction efficiency and deteriorating the properties of the obtained polymer. By establishing the composition of the catalytic complex and the reaction medium, PPE can be produced in a wide range of molecular weights. The factors influencing the molecular weight of the growing macromolecules po 1 and (phenylene oxide) are: reaction environment, composition of the catalytic complex, concentration of the catalytic complex expressed by the molar ratio of DMF / Cu, etc.

Z opisu patentowego nr US 4 028 341 znany jest sposób wytwarzania PPE w mieszaninie toluenmetanol w stosunku wagowym 85/1, o dużym ciężarze cząsteczkowym (GLL = 1,215 dL/g) za pomocą kompleksu katalitycznego, w którym DMF/Cu = 1100, składającego się z jonów miedzi, bromu oraz aminy II- i III-rzędowej, jednak ze względu m. in. na trudności związane z izolacją polimeru, brakiem powtarzalności szarż pod względem ciężaru cząsteczkowego PPE, nie jest to sposób odpowiedni do zastosowania w skali przemysłowej.From US 4,028,341 there is known a method of producing PPE in a mixture of toluen-methanol in a weight ratio of 85/1, with a high molecular weight (GLL = 1.215 dL / g) by means of a catalytic complex in which DMF / Cu = 1100, consisting of from copper ions, bromine and secondary and tertiary amines, but due to, among others, Due to the difficulties related to the insulation of the polymer, the lack of repeatability of the batches in terms of the molecular weight of PPE, this method is not suitable for use on an industrial scale.

W opisie patentowym nr US 6 472 499 B1 ujawniono sposób otrzymywania PPE o GLL > 0,8 dL/g, w którym stosuje się miedziowy kompleks katalityczny, składający się z jonów bromkowych, Il-rzęd. mono- i diamin oraz III-rzęd. monoaminy. Reakcje prowadzono w toluenie, przy stężeniu kompleksu katalitycznego (DMF/Cu) w zakresie 100-200. Wadą przedstawionego sposobu otrzymywania PPE jest konieczność ciągłego monitorowania przyrostu ciężaru cząsteczkowego polimeru oraz niekorzystny sposób postępowania, następujący po wytworzeniu polimeru o określonym ciężarze cząsteczkowym. Po osiągnięciu założonego ciężaru cząsteczkowego PPE, reakcja jest zatrzymywana wodnym roztworem kwasu nitrylotrioctowego, a następnie, po oddzieleniu fazy organicznej od fazy wodnej, do roztworu polimeru w toluenie dodaje się wytrącalnika polimeru, tj. metanolu. Te dodatkowe czynności powodują zmniejszenie wydajności procesu.US Patent No. 6,472,499 B1 discloses a process for the preparation of PPE with a GLL> 0.8 dL / g, which uses a copper catalytic complex consisting of bromide ions, Quaternary. mono- and diamines and tertiary. monoamines. The reactions were carried out in toluene at a concentration of the catalytic complex (DMF / Cu) in the range of 100-200. The disadvantages of the presented method of obtaining PPE are the necessity to constantly monitor the increase in the molecular weight of the polymer and the disadvantageous procedure following the production of a polymer with a specific molecular weight. When the target molecular weight of PPE is reached, the reaction is stopped with an aqueous solution of nitrilotriacetic acid, and then, after separation of the organic phase from the aqueous phase, the polymer precipitant, i.e. methanol, is added to the toluene solution of the polymer. These additional steps reduce the efficiency of the process.

W opisie patentowym nr US 2011/0 293 937 A1 ujawniono sposób otrzymywania PPE w toluenie, charakteryzującego się wagowo średnim ciężarem cząsteczkowym (Mw) powyżej 150000. Reakcja jest katalizowana kompleksem miedzi z aminą, gdzie jako aminę stosuje się N,N'-dibutyloetylenodiaminę, dimetylobutyloaminę oraz dibutyloaminę, przy stosunku molowym DMF/Cu do 114. Według opisanego sposobu, proces wytwarzania PPE prowadzi się w trzech zakresach temperatury, tj. 20-30°C, 30-40°C i 45-55°C, odpowiednio, dla etapu inicjacja (etap egzotermiczny), etapu wzrostu polimeru i etapu oczyszczania produktu. Po osiągnięciu określonego przyrostu ciężaru cząsteczkowego PPE, reakcjaUS 2011/0 293 937 A1 discloses a process for the preparation of PPE in toluene having a weight average molecular weight (Mw) above 150,000. The reaction is catalyzed by a copper amine complex where the amine is N, N'-dibutylethylenediamine, dimethylbutylamine and dibutylamine, at a molar ratio of DMF / Cu to 114. According to the described method, the PPE production process is carried out in three temperature ranges, i.e. 20-30 ° C, 30-40 ° C and 45-55 ° C, respectively, for an initiation step (exothermic step), a polymer growth step, and a product purification step. Upon reaching the specified molecular weight gain of the PPE, the reaction

PL 229 964 B1 jest przerywana odcięciem dopływu tlenu do roztworu, a polimer jest wytrącany w dwóch etapach. Wytworzony PPE charakteryzuje się dużą polidyspersją oraz różnicą (do ok. 38%) pomiędzy GLL PPE otrzymanego na koniec reakcji, a GLL gotowego produktu.The solution is interrupted by oxygen cut-off in the solution, and the polymer is precipitated in two steps. The produced PPE is characterized by high polydispersity and the difference (up to approx. 38%) between the GLL of the PPE obtained at the end of the reaction, and the GLL of the finished product.

W amerykańskim opisie patentowym nr US 4 537 948 przedstawiono sposób otrzymywania PPE w reakcji polimeryzacji 2,6-dimetylofenolu w środowisku toluen/metanol, katalizowanej za pomocą układu morfolina/Cu. W porównaniu do sposobu według nr US 4 537 948, zastosowanie w sposobie według zgłaszanego wynalazku (średnio) czterokrotnie większej ilości morfoliny w układzie katalitycznym [stosunek morfolina/Cu] oraz znacznie mniejszej ilości jonów Cu(II) w odniesieniu do DMF [stosunek DMF/Cu(II) (średnio) od dwu- do ponad czterokrotnie wyższy], przy jednocześnie nawet dwukrotnie większym nadmiarze jonów Br do jonów Cu, pozwala otrzymać polimer o dużym ciężarze cząsteczkowym wynoszącym co najmniej 0,8 dL/g, który zgodnie z wynalazkiem nr US 4 537 948 wyniósł od 0,60 do maksymalnie 0,86 dL/g.US 4,537,948 describes a method for the preparation of PPE by the polymerization of 2,6-dimethylphenol in a toluene / methanol medium, catalyzed by the morpholine / Cu system. Compared to the method according to US 4 537 948, the use of (on average) four times more morpholine in the catalytic system [morpholine / Cu ratio] and much less Cu (II) ions with respect to DMF [DMF / DMF ratio] in the process according to the present invention. Cu (II) (on average) from two to more than four times higher], with even twice the excess of Br ions to Cu ions, it is possible to obtain a polymer with a high molecular weight of at least 0.8 dL / g, which according to the invention No. US 4,537,948 ranged from 0.60 to a maximum of 0.86 dL / g.

Stwierdzono nieoczekiwane zależności pomiędzy działaniem określonego kompleksu katalitycznego oraz składem układu toluen/alkohol a uzyskanym ciężarem cząsteczkowym homopolimeru PPE. Na rysunku (fig. 1) przedstawiono zależność GLL otrzymanego polimeru od zawartości metanolu w roztworze z toluenem dla ustalonych ilości kompleksu katalitycznego (DMF/Cu).Unexpected relationships were found between the action of a specific catalytic complex and the composition of the toluene / alcohol system and the molecular weight of the PPE homopolymer obtained. The figure (Fig. 1) shows the dependence of the GLL of the obtained polymer on the methanol content in the solution with toluene for fixed amounts of the catalytic complex (DMF / Cu).

Według wynalazku, otrzymywanie PPE o założonym, regulowanym dużym ciężarze cząsteczkowym (GLL > 0,8 dL/g) w układzie toluen/metano(etanol) polega na ustaleniu dwóch parametrów: odpowiedniego stężenia alkoholu w mieszaninie z toluenem, wyrażanego w % objętościowych, oraz odpowiedniego stężenia kompleksu katalitycznego, wyrażonego w stosunku molowym DMF/Cu, w zależności od oczekiwanego ciężaru cząsteczkowego PPE, wyrażonego przez GLL.According to the invention, the preparation of PPE with an assumed, regulated high molecular weight (GLL> 0.8 dL / g) in the toluene / methanol (ethanol) system consists in determining two parameters: the appropriate alcohol concentration in a mixture with toluene, expressed in% by volume, and the appropriate concentration of the catalytic complex, expressed as a DMF / Cu molar ratio, depending on the expected molecular weight of the PPE, expressed by GLL.

Sposób wytwarzania poli(tlenku fenylenu) o założonym, regulowanym, dużym ciężarze cząsteczkowym - wyrażonym jako graniczna liczba lepkościowa (GLL) - wynoszącym co najmniej 0,8 dL/g, przez polimeryzację utleniającą 2,6-dimetylofenolu (DMF), w układzie toluen/metanol(etanol), z zastosowaniem kompleksu katalitycznego morfoliny z bromkiem miedzi (II), z obecnością wolnego bromowodoru, przy ustalonym stosunku objętościowym toluen/metanol(etanol) w zakresie odpowiednio od 90/10 do 50/50, według wynalazku polega na tym, że polimeryzację prowadzi się przy ustalonej ilości kompleksu katalitycznego, wyrażonej jako stosunek molowy DMF/Cu(II), w zakresie 150-350, przy czym w kompleksie katalitycznym stosunek molowy Cu(II)/HBr/morfolina zawiera się w zakresie od 1/4/60 do 1/6/100.A method of producing poly (phenylene oxide) with an assumed, controlled, high molecular weight - expressed as the intrinsic viscosity number (GLL) - of at least 0.8 dL / g, by oxidative polymerization of 2,6-dimethylphenol (DMF) in the toluene system / methanol (ethanol), using the catalytic complex of morpholine with copper (II) bromide, with the presence of free hydrogen bromide, with a fixed volume ratio of toluene / methanol (ethanol) in the range of 90/10 to 50/50, respectively, according to the invention it consists in this that the polymerization is carried out with a fixed amount of the catalytic complex, expressed as the molar ratio of DMF / Cu (II), in the range 150-350, where the molar ratio of Cu (II) / HBr / morpholine in the catalytic complex ranges from 1 / 4/60 to 1/6/100.

W sposobie według wynalazku korzystnie stosuje się ilość kompleksu katalitycznego, wyrażoną jako stosunek molowy DMF/Cu(II), ustaloną w zakresie 150-280.In the process according to the invention, the amount of the catalytic complex, expressed as the DMF / Cu (II) molar ratio, set in the range 150-280, is preferably used.

Korzystnie, stosuje się kompleks katalityczny wytworzony przez reakcję tlenku miedzi (CuO) z wodnym roztworem bromowodoru, rozpuszczenie soli w metanolu lub etanolu, a następnie poddanie reakcji z morfoliną.Preferably, a catalytic complex formed by reacting copper oxide (CuO) with an aqueous solution of hydrogen bromide, dissolving the salt in methanol or ethanol, and then reacting with morpholine is used.

Korzystnie, w sposobie według wynalazku ustala się stosunek objętościowy toluen/etanol w zakresie od 90/10 do 65/35, korzystniej w zakresie od 85/15 do 70/30.Preferably, in the process according to the invention, the toluene / ethanol volume ratio is set in the range from 90/10 to 65/35, more preferably in the range from 85/15 to 70/30.

Korzystnie, w sposobie według wynalazku ustala się stosunek objętościowy toluen/metanol w zakresie od 90/10 do 60/40, korzystniej w zakresie od 82/18 do 70/30.Preferably, in the process according to the invention, the toluene / methanol volume ratio is set in the range from 90/10 to 60/40, more preferably in the range from 82/18 to 70/30.

Kompleks katalityczny Cu/HBr/morfolina, stosowany w sposobie według wynalazku, nie wykazuje aktywności katalitycznej w znanych i stosowanych sposobach otrzymywania PPE w roztworze toluenu. Wprowadzenie do toluenu alkoholu, a więc prowadzenie procesu otrzymywania PPE w układzie rozpuszczalnik/nierozpuszczalnik polimeru uaktywnia działanie zastosowanego kompleksu katalitycznego. Kompleks ten, zbudowany z bromku miedzi (II) i morfoliny oraz bromowodoru jest bardzo aktywnym katalizatorem procesu utleniającej polimeryzacji DMF w układzie toluen/alkohol. Sposób jego otrzymywania oraz zastosowane ilości molowe składników mają istotny wpływ na jego aktywność. Kompleks otrzymuje się najkorzystniej przez reakcję tlenku miedzi (CuO) ze stężonym wodnym roztworem bromowodoru (najlepiej 48% wag. - produkt handlowy). Produkt reakcji rozpuszcza się w alkoholu, po czym dozuje się morfolinę, utrzymując temperaturę poniżej 35°C. Otrzymany kompleks katalityczny jest całkowicie rozpuszczalny w środowisku reakcji, co ułatwia jego kontakt z reagentami podczas procesu otrzymywania PPE. Aktywność kompleksu katalitycznego zależy od zastosowanych stosunków molowych składników. Stosunek molowy użytych: bromowodoru i miedzi (II) (HBr/Cu) zawiera się w przedziale od 4 do 6. Stosunek molowy użytych miedzi (II) i morfoliny (Cu(II)/morfolina) zawiera się w przedziale od 60 do 100. Stosunki molowe między wszystkimi składnikami kompleksu katalitycznego w przeliczeniu na 1 mol użytego Cu (II) (Cu/HBr/morfolina) zawierają się w przedziale od 1/4/60 do 1/6/100.The Cu / HBr / morpholine catalytic complex used in the process according to the invention does not exhibit catalytic activity in the known and used methods of obtaining PPE in toluene solution. The introduction of alcohol to toluene, i.e. carrying out the process of PPE preparation in the solvent / polymer non-solvent system, activates the action of the catalytic complex used. This complex, composed of copper (II) bromide, morpholine and hydrogen bromide, is a very active catalyst for the oxidative polymerization of DMF in the toluene / alcohol system. The method of its preparation and the molar amounts of ingredients used have a significant impact on its activity. The complex is most preferably obtained by reacting copper oxide (CuO) with a concentrated aqueous hydrogen bromide solution (preferably 48 wt% commercial product). The reaction product is dissolved in alcohol and the morpholine is dosed in, keeping the temperature below 35 ° C. The obtained catalytic complex is completely soluble in the reaction medium, which facilitates its contact with the reactants during the process of PPE preparation. The activity of the catalytic complex depends on the molar ratios of the components used. The molar ratio of the used: hydrogen bromide and copper (II) (HBr / Cu) ranges from 4 to 6. The molar ratio of the used copper (II) and morpholine (Cu (II) / morpholine) ranges from 60 to 100. The molar ratios between all components of the catalytic complex based on 1 mole of Cu (II) used (Cu / HBr / morpholine) range from 1/4/60 to 1/6/100.

PL 229 964 B1PL 229 964 B1

Na rysunku (fig. 2) zilustrowano zależność GLL otrzymanego PPE od ilości zastosowanego kompleksu katalitycznego wyrażonego jako stosunek DMF/Cu, dla stężenia metanolu 20% obj. w mieszaninie z toluenem.The figure (Fig. 2) shows the dependence of the GLL of the PPE obtained on the amount of the catalyst complex used, expressed as the DMF / Cu ratio, for a methanol concentration of 20 vol.%. in a mixture with toluene.

Przedstawiony rysunek na fig. 1 i fig. 2 ilustruje sposób wyznaczania warunków procesu (stężenie alkoholu, ilość kompleksu katalitycznego) w celu otrzymania PPE o założonej wartości ciężaru cząsteczkowego.The drawing in Fig. 1 and Fig. 2 illustrates the method of determining the process conditions (alcohol concentration, amount of catalytic complex) to obtain PPE with a predetermined molecular weight value.

Proces otrzymywania PPE polega na dozowaniu roztworu DMF w mieszaninie toluen/alkohol o ustalonym stężeniu do roztworu kompleksu katalitycznego w mieszaninie toluen/alkohol oraz równocześnie tlenu bełkotką zanurzoną w mieszaninie reakcyjnej. Dozowanie roztworu DMF prowadzi się od 1,5 do 3,0 godzin, zwykle od 2 do 3 godzin. Utrzymuje się dozowanie tlenu z taką szybkością, aby w gazach odlotowych rozcieńczonych azotem stężenie tlenu było niższe niż 7,0% obj. Proces wymaga intensywnego mieszania, korzystnie z wykorzystaniem mieszadła turbinowego. Proces jest egzotermiczny i wymaga chłodzenia tak, aby temperatura w reaktorze nie przekraczała 35°C, a najkorzystniej była utrzymywana w zakresie 25-30°C. Na tym etapie procesu przereagowuje od 70 do 85% ilości stechiometrycznej tlenu wymaganego w procesie. Po zakończeniu wkraplania roztworu DMF otrzymuje się oligomer PPE w GLL w zakresie 0,1-0,2 dL/g. Oligomer jest reaktywny, „żyjący” i ulega polimeryzacji w kolejnym etapie procesu.The process of PPE preparation consists in dosing a DMF solution in a toluene / alcohol mixture at a predetermined concentration to a solution of the catalytic complex in a toluene / alcohol mixture and, at the same time, oxygen with a bubbler immersed in the reaction mixture. The dosing of the DMF solution is carried out from 1.5 to 3.0 hours, usually from 2 to 3 hours. The oxygen dosing is kept at a rate such that the oxygen concentration in the nitrogen-diluted exhaust gas is less than 7.0 vol.%. The process requires intensive agitation, preferably with the use of a turbine agitator. The process is exothermic and requires cooling so that the temperature in the reactor does not exceed 35 ° C, and is most preferably kept in the range of 25-30 ° C. At this stage of the process, 70 to 85% of the stoichiometric amount of oxygen required by the process is reacted. Upon completion of the dropwise addition of the DMF solution, the PPE oligomer in GLL is obtained in the range 0.1-0.2 dL / g. The oligomer is reactive, "living" and polymerizes in the next step in the process.

Do otrzymanego oligomeru wprowadza się tlen. Następuje polimeryzacja reaktywnych oligomerów, a proces zachodzi w stanie stałym, spęcznionym. Tlen wprowadza się z taką szybkością aby w gazach odlotowych rozcieńczonych azotem stężenie tlenu było niższe niż 7% obj. Proces jest mniej egzotermiczny od etapu oligomeryzacji, ale wymaga chłodzenia, aby temperatura nie przekroczyła 35°C, a najkorzystniej była utrzymywana w zakresie 25-30°C. W miarę postępu reakcji stopień przereagowania tlenu zmniejsza się. Proces kończy się, gdy ustaje pochłanianie tlenu przez mieszaninę reakcyjną. Na tym etapie procesu przereagowuje 15-30% ilości stechiometrycznej tlenu wymaganej w procesie.Oxygen is introduced into the obtained oligomer. The reactive oligomers are polymerized and the process is in a solid, swollen state. The oxygen is introduced at a rate such that the oxygen concentration in the nitrogen-diluted exhaust gas is less than 7 vol.%. The process is less exothermic than the oligomerization step, but requires cooling so that the temperature does not exceed 35 ° C and is most preferably kept in the range of 25-30 ° C. As the reaction progresses, the degree of oxygen conversion decreases. The process is complete when oxygen uptake to the reaction mixture ceases. At this stage of the process, 15-30% of the stoichiometric amount of oxygen required for the process is reacted.

Po zakończeniu procesu PPE jest wydzielane z mieszaniny reakcyjnej w formie silnie spęcznionej. Po wprowadzeniu dodatkowego alkoholu w takiej ilości, aby końcowe stężenie alkoholu w roztworze z toluenem wynosiło 40% obj. dla etanolu i 50% obj. dla metanolu PPE wydziela się w formie osadu, który kolejno przemywa się alkoholem i suszy. Nieoczekiwanie okazało się, że prowadząc proces otrzymywania PPE z ilością katalizatora wyrażoną jako DMF/Cu poniżej 300, uzyskuje się polimer z bardzo małą zawartością produktu ubocznego (TMDCh), Zastosowanie zwiększonej ilości morfoliny w stosunku do DMF hamuje proces wytwarzania TMDCh.After the end of the process, PPE is separated from the reaction mixture in a highly swollen form. After introducing additional alcohol in such an amount that the final alcohol concentration in the solution with toluene was 40% vol. for ethanol and 50 vol. for methanol, PPE is isolated in the form of a precipitate, which is washed successively with alcohol and dried. Unexpectedly, it turned out that by carrying out the process of PPE preparation with the amount of the catalyst expressed as DMF / Cu below 300, a polymer with a very low content of by-product (TMDCh) is obtained. The use of an increased amount of morpholine in relation to DMF inhibits the production of TMDCh.

Otrzymuje się PPE o założonym, regulowanym, dużym ciężarze cząsteczkowym (GLL) wynikającym z zastosowanego stężenia alkoholu w mieszaninie z toluenem oraz ilości użytego kompleksu katalitycznego wyrażonego jako stosunek molowy DMF/Cu.PPE is obtained with the assumed, regulated, high molecular weight (GLL) resulting from the alcohol concentration in the mixture with toluene and the amount of the catalyst complex used, expressed as the DMF / Cu molar ratio.

Poniższe przykłady ilustrują sposób realizacji wynalazku.The following examples illustrate the practice of the invention.

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Przygotowanie kompleksu katalitycznego.Preparation of the catalytic complex.

Do kolbki szklanej z mieszadłem zawierającej 0,1141 g tlenku miedzi (II) dodaje się 1,304 g kwasu bromowodorowego (48%). Po rozpuszczeniu, wprowadza się 10 ml metanolu, a następnie 11,08 g morfoliny. Przez cały czas utrzymuje się temperaturę poniżej 35°C. Stosunki składników w tak otrzymanym kompleksie wynoszą Cu(II)/HBr/morfolina = 1/5,4/88,1.1.304 g of hydrobromic acid (48%) are added to a glass flask with a stirrer, containing 0.1141 g of copper (II) oxide. After dissolution, 10 ml of methanol are introduced followed by 11.08 g of morpholine. The temperature is kept below 35 ° C at all times. The ratios of the components in the thus obtained complex are Cu (II) / HBr / morpholine = 1 / 5.4 / 88.1.

Przebieg procesu polimeryzacjiThe course of the polymerization process

Reakcję prowadzi się w reaktorze o pojemności 0,5 dm3, wyposażonym w mieszadło szybkoobrotowe (500 obr./min), płaszcz grzejno-chłodzący, termoparę, króciec wlotowy tlenu zanurzony w cieczy reakcyjnej, chłodnicę, regulator dopływu tlenu oraz miernik gazów odlotowych. Roztwór kompleksu katalitycznego do polimeryzacji przygotowuje się w reaktorze przez zmieszanie 12,0 cm3 metanolu, 90,0 cm3 toluenu oraz kompleksu katalitycznego przygotowanego jak wyżej. W celu otrzymania roztworu DMF należy zmieszać 90,0 cm3 toluenu, 23,0 cm3 metanolu oraz 48,8 g krystalicznego DMF. Stosunek DMF/Cu(II) = 280.The reaction is carried out in a reactor with a capacity of 0.5 dm 3 , equipped with a high-speed stirrer (500 rpm), a heating and cooling jacket, a thermocouple, an oxygen inlet stub immersed in the reaction liquid, a cooler, an oxygen supply regulator and an exhaust gas meter. The catalyst complex solution for polymerization is prepared in the reactor by mixing 12.0 cm 3 of methanol, 90.0 cm 3 of toluene and the catalyst complex prepared as above. To obtain a DMF solution, mix 90.0 cm 3 of toluene, 23.0 cm 3 of methanol and 48.8 g of crystalline DMF. DMF / Cu (II) ratio = 280.

Po ustaleniu w reaktorze temperatury 25°C uruchamia się pompę dozującą roztwór DMF, z taką szybkością, aby zakończyć dozowanie po 2,5 h i równocześnie rozpoczyna się dozowanie tlenu z szybkością 4 dm3/h, obserwując jednocześnie wskazania miernika stężenia tlenu Zawartość tlenu w odgazach nie przekraczała 7% obj. podczas całego procesu otrzymywania poli(tlenku fenylenu). Utrzymywano temperaturę mieszaniny reakcyjnej około 28°C.After setting the temperature of 25 ° C in the reactor, the pump dosing the DMF solution is started at such a speed as to stop dosing after 2.5 h and, at the same time, oxygen is dosed at a rate of 4 dm 3 / h, while observing the readings of the oxygen concentration meter Oxygen content in the gases did not exceed 7% vol. during the entire process of obtaining poly (phenylene oxide). The temperature of the reaction mixture was kept at around 28 ° C.

PL 229 964 Β1PL 229 964 Β1

Po zakończeniu dozowania roztworu monomeru kontynuowano podawanie tlenu. Kontrolowano ilość pochłanianego tlenu. Po zaobserwowaniu zmniejszenia się pochłaniania tlenu, stopniowo zmniejszano jego przepływ i zakończono podawanie tlenu z chwilą całkowitego zaniku pochłaniania, co trwało 2 godziny.After the dispensing of the monomer solution was completed, the oxygen supply was continued. The amount of oxygen absorbed was controlled. After the reduction in oxygen uptake was observed, the flow was gradually reduced and the administration of oxygen was terminated when the uptake ceased completely, which lasted for 2 hours.

W celu dezaktywacji kompleksu katalitycznego i pełnego wytrącenia polimeru do reaktora wkroplono roztwór kwasu octowego w metanolu (8 cm3 stężonego kwasu octowego + 135 cm3 metanolu). Polimer odsączono, przemyto kilkukrotnie metanolem i wysuszono. A solution of acetic acid in methanol (8 cm 3 of concentrated acetic acid + 135 cm 3 of methanol) was added dropwise to the reactor to deactivate the catalytic complex and fully precipitate the polymer. The polymer was filtered off, washed several times with methanol and dried.

Tak otrzymany poli(tlenek fenylenu) charakteryzuje się GLL = 1,06 dL/g, Mn = 69 348, Mw = 269 154, Mw/Mn = 3,8 oraz zawiera 0,008% wag. TMDCh.The thus obtained poly (phenylene oxide) is characterized by GLL = 1.06 dL / g, M n = 69 348, M w = 269 154, Mw / Mn = 3.8 and contains 0.008 wt. TMDCh.

Przykład 2Example 2

Reakcję prowadzi się w reaktorze opisanym w przykładzie 1.The reaction is carried out in the reactor described in Example 1.

Roztwór kompleksu katalitycznego do polimeryzacji przygotowuje się w reaktorze przez zmieszanie 18,25 cm3 etanolu, 84,25 cm3 toluenu oraz kompleksu katalitycznego przygotowanego jak w przykładzie 1, ale zamiast metanolu stosuje się etanol.The catalyst complex solution for polymerization is prepared in the reactor by mixing 18.25 cm 3 of ethanol, 84.25 cm 3 of toluene and the catalyst complex prepared as in Example 1, but using ethanol instead of methanol.

W celu otrzymania roztworu DMF należy zmieszać 84,5 cm3 toluenu, 28 cm3 etanolu oraz 48,8 g krystalicznego DMF.To obtain a DMF solution, mix 84.5 cm 3 of toluene, 28 cm 3 of ethanol and 48.8 g of crystalline DMF.

Dalej postępuje się tak jak w przykładzie 1.The next steps are as in example 1.

Tak otrzymany poli(tlenek fenylenu) charakteryzuje się GLL = 0,80 dL/g, Mn = 66 690, Mw =131 531, Mw/Mn = 2,6 oraz zawiera 0,004% wag. TMDCh.The thus obtained poly (phenylene oxide) is characterized by GLL = 0.80 dL / g, M n = 66 690, Mw = 131 531, Mw / Mn = 2.6 and contains 0.004 wt. TMDCh.

Przykład 3Example 3

Przygotowanie kompleksu katalitycznego.Preparation of the catalytic complex.

Do kolbki szklanej z mieszadłem zawierającej 0,1325 g tlenku miedzi (II) dodaje się 1,5144 g kwasu bromowodorowego (48%). Po rozpuszczeniu wprowadza się 22 cm3 metanolu, a następnie 12,8 g morfoliny. Przez cały czas utrzymuje się temperaturę poniżej 35°C.1.5144 g of hydrobromic acid (48%) are added to a glass flask with a stirrer, containing 0.1325 g of copper (II) oxide. After dissolution, 22 cm 3 of methanol are introduced, followed by 12.8 g of morpholine. The temperature is kept below 35 ° C at all times.

Polimeryzację prowadzi się w reaktorze opisanym w przykładzie 1.The polymerization is carried out in the reactor described in example 1.

Roztwór kompleksu katalitycznego do polimeryzacji przygotowuje się w reaktorze przez zmieszanie 90 cm3 toluenu oraz kompleksu katalitycznego przygotowanego jak wyżej.The solution of the catalyst complex for polymerization is prepared in the reactor by mixing 90 cm 3 of toluene and the catalyst complex prepared as above.

W celu otrzymania roztworu DMF należy zmieszać 90 cm3 toluenu, 23 cm3 metanolu oraz 30,5 g krystalicznego DMF.To obtain a DMF solution, mix 90 cm 3 of toluene, 23 cm 3 of methanol and 30.5 g of crystalline DMF.

Dalej postępuje się jak w przykładzie 1, z tą różnicą, że tlen wprowadza się z szybkością 2 dm3/h.The next procedure is as in Example 1, with the difference that the oxygen is introduced at a rate of 2 dm 3 / h.

Tak otrzymany poli(tlenek fenylenu) charakteryzuje się GLL = 2,11 dL/g, Mn = 396 969, Mw = 634 830, Mw/Mn = 1,6 oraz nie zawiera TMDCh.The thus obtained poly (phenylene oxide) is characterized by GLL = 2.11 dL / g, M n = 396 969, Mw = 634 830, Mw / Mn = 1.6 and does not contain TMDCh.

Przykład 4Example 4

Reakcję prowadzi się w reaktorze opisanym w przykładzie 1.The reaction is carried out in the reactor described in Example 1.

Roztwór kompleksu katalitycznego do polimeryzacji przygotowuje się w reaktorze przez zmieszanie 102,8 cm3 toluenu, 34,3 cm3 etanolu oraz kompleksu katalitycznego przygotowanego jak w przykładzie 3, ale zamiast metanolu stosuje się etanol.The catalyst complex solution for polymerization is prepared in the reactor by mixing 102.8 cm 3 of toluene, 34.3 cm 3 of ethanol and the catalyst complex prepared as in Example 3, but using ethanol instead of methanol.

W celu otrzymania roztworu DMF należy zmieszać 102,8 cm3 toluenu, 34,3 cm3 etanolu oraz 30,5 g krystalicznego DMF.To obtain a DMF solution, mix 102.8 cm 3 of toluene, 34.3 cm 3 of ethanol and 30.5 g of crystalline DMF.

Dalej postępuje się tak jak w przykładzie 2The next steps are as in example 2

Tak otrzymany poli(tlenek fenylenu) charakteryzuje się GLL = 0,80 dL/g, Mn = 113 126, Mw = 359219, Mw/Mn = 3,2 oraz nie zawiera TMDCh.The thus obtained poly (phenylene oxide) is characterized by GLL = 0.80 dL / g, M n = 113 126, M w = 359 219, Mw / Mn = 3.2 and does not contain TMDCh.

Tabela 1 Zestawienie przykładówTable 1 List of examples

Przykład Example Metanol |%objj Methanol | vol.% Eianol |%objł Eianol |% vol Toluen |%obj4 Toluene |% vol4 DMF/Cu jmol/mol! DMF / Cu jmol / mol! GLL IdL/gj GLL IdL / gj Ί Ί TMDCh J% wag. | TMDCh J wt. | ł Ł 20 twenty - - 80 80 280 280 1,06 1.06 69 348 69 348 269 154 269 154 3,8 3.8 O,tH58 O, tH58 2 2 - - 25 25 75 75 280 280 0,80 0.80 66 690 66 690 13 Ϊ 531 13 Ϊ 531 2,6 2.6 0,004 0.004 3 3 20 twenty - - 80 80 150 150 2,1! 2.1! 396 969 396 969 634 830 634 830 J,6 J, 6 brak lack 25 25 75 75 150 150 i, iis i, iis 113 126 113 126 359 219 359 219 3,2 3.2 brak lack

Claims (5)

1. Sposób wytwarzania poli(tlenku fenylenu) o założonym, regulowanym, dużym ciężarze cząsteczkowym - wyrażonym jako graniczna liczba lepkościowa (GLL) - wynoszącym co najmniej 0,8 dL/g, przez polimeryzację utleniającą 2,6-dimetylofenolu (DMF), w układzie toluen/metanol(etanol), z zastosowaniem kompleksu katalitycznego morfoliny z bromkiem miedzi (II), z obecnością wolnego bromowodoru, przy ustalonym stosunku objętościowym toluen/metanol(etanol) w zakresie odpowiednio od 90/10 do 50/50, znamienny tym, że polimeryzację prowadzi się przy ustalonej ilości kompleksu katalitycznego, wyrażonej jako stosunek molowy DMF/Cu(II), w zakresie 150-350, przy czym w kompleksie katalitycznym stosunek molowy Cu(II)/HBr/morfolina zawiera się w zakresie od 1/4/60 do 1/6/100.1. A method for the production of poly (phenylene oxide) with an assumed, controlled, high molecular weight - expressed as the intrinsic viscosity number (GLL) - of at least 0.8 dL / g, by oxidative polymerization of 2,6-dimethylphenol (DMF), in toluene / methanol (ethanol) system, using the catalytic complex of morpholine with copper (II) bromide, with the presence of free hydrogen bromide, with a fixed volume ratio of toluene / methanol (ethanol) ranging from 90/10 to 50/50, respectively, characterized by: that the polymerization is carried out with a fixed amount of the catalytic complex, expressed as the molar ratio of DMF / Cu (II), in the range of 150-350, while in the catalytic complex the molar ratio of Cu (II) / HBr / morpholine is in the range of 1/4 / 60 to 1/6/100. 2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że stosuje się ilość kompleksu katalitycznego, wyrażoną jako stosunek molowy DMF/Cu(II), ustaloną w zakresie 150-280.A method according to claim 1, characterized in that the amount of the catalytic complex is used, expressed as the molar ratio of DMF / Cu (II), set in the range 150-280. 3. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że stosuje się kompleks katalityczny wytworzony przez reakcję tlenku miedzi (CuO) z wodnym roztworem bromowodoru, rozpuszczenie soli w metanolu lub etanolu, a następnie poddanie reakcji z morfoliną.3. The method according to claim 1, characterized in that the catalytic complex is formed by reacting copper oxide (CuO) with an aqueous solution of hydrogen bromide, dissolving the salt in methanol or ethanol, and then reacting with morpholine. 4. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że ustala się stosunek objętościowy toluen/etanol w zakresie od 90/10 do 65/35, korzystniej w zakresie od 85/15 do 70/30.The method according to claim 1, characterized in that the toluene / ethanol volume ratio is set in the range from 90/10 to 65/35, more preferably in the range from 85/15 to 70/30. 5. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że ustala się stosunek objętościowy toluen/metanol w zakresie od 90/10 do 60/40, korzystniej w zakresie od 82/18 do 70/30.5. The method according to claim 1, characterized in that the toluene / methanol volume ratio is set in the range from 90/10 to 60/40, more preferably in the range from 82/18 to 70/30.
PL411642A 2015-03-18 2015-03-18 Method for producing poly(phenylene oxide) with high molecular weight PL229964B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL411642A PL229964B1 (en) 2015-03-18 2015-03-18 Method for producing poly(phenylene oxide) with high molecular weight

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL411642A PL229964B1 (en) 2015-03-18 2015-03-18 Method for producing poly(phenylene oxide) with high molecular weight

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL411642A1 PL411642A1 (en) 2016-09-26
PL229964B1 true PL229964B1 (en) 2018-09-28

Family

ID=56942315

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL411642A PL229964B1 (en) 2015-03-18 2015-03-18 Method for producing poly(phenylene oxide) with high molecular weight

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL229964B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL411642A1 (en) 2016-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU779428B2 (en) Step-by-step alkylation of polymeric amines
US7888397B1 (en) Poly(phenylene)-based anion exchange membrane
CN107579270B (en) Multi-branched polyaryletherketone anion exchange membrane and preparation method thereof
CN104011921B (en) Oxidation, reduction liquid secondary cell and oxidation, reduction liquid secondary cell Electrolyte Membranes
CN103183825B (en) Soft segment-containing maleimide polymer and preparation method thereof
KR101466241B1 (en) Preparation method of terpolymer containing segment i and segment ii
KR100739383B1 (en) Method for producing sulfonated aromatic polymers and use of the process products for producing membranes
CN101426836B (en) Aromatic compound and sulfonated polyarylene polymer
CA2338606A1 (en) Modification of engineering-polymers with basic n groups and ion-exchange groups in the side chain
KR102613107B1 (en) Solid electrolytes and batteries
CN105593267A (en) Polymeric material
KR101731242B1 (en) Method for manufacturing sulfonated aromatic polymer
EP2444446A1 (en) Method for preparing poly (diphenyl ether sulfone) and poly (diphenyl ether diphenyl sulfone) ternary polymer
PL229964B1 (en) Method for producing poly(phenylene oxide) with high molecular weight
JP6855039B2 (en) Method for Producing Sulfonized Polyphenylene Oxide
KR101546370B1 (en) Highly ion-conductive sulfonated multi-blocked polymer and electrochemical system comprising the same
KR20140073602A (en) Tetrasulfonated poly(arylene biphenyl sulfone) copolymers, Manufacturing Method thereof and Proton Exchange Membrane for Fuel Cells comprising thereof
US4112209A (en) Process for making polystyrene
CN114426483B (en) Method for degrading polyethylene terephthalate
CN109096485A (en) The novel crystallizable polyether-ether-ketone keto-resin and preparation method that can dissolve the side group containing phthalein
EP3705500B1 (en) Method for manufacturing 2-cyanoethyl group-containing polymer
WO2021182348A1 (en) Block copolymer production method and block copolymer
WO2006016805A1 (en) Proton conducting copolymers
JPH051149A (en) Heat-resistant sulfonated polysulfone
JPS63304025A (en) Production of polyphenylene ether