TWI675050B - 聚芳硫醚與其製備之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種聚芳硫醚，其與其它高分子材料或填料間有更為改進的相容性，與其製備之方法。聚芳硫醚主鏈末端基團的至少一部分，是羧基(-COOH)或胺基(-NH2)。

Description

聚芳硫醚與其製備之方法
本發明關於一種聚芳硫醚，其與其它高分子材料或填料間有更為改進的相容性，與其其製備之方法。
目前，聚芳硫醚是一種具有代表性的工程塑料，由於其高耐熱性、耐化學性、阻燃性、電絕緣性等諸如此者，用在高溫和腐蝕性的環境下或用於電子產品中的需求不斷增加。
在聚芳硫醚中，聚苯硫醚(簡稱為PPS)是唯一的一種有市售的。到目前為止，用於聚苯硫醚主要的商業生產過程，包括在如N-甲基吡咯烷酮的極性有機溶劑存在下，使用的對二氯苯(pDCB)和硫化鈉進行溶液聚合。此方法即是眾所周知的Macallum製程。
然而，當聚芳硫醚以Macallum製程製備時，使用硫化鈉的溶液聚合過程中可能會形成鹽的副產物，因此，需要使用洗滌或乾燥過程來消除鹽形式的副產物或殘留的有機溶劑，是不利的。此外，因為以這樣Macallum製程製備的聚芳硫醚是粉末狀的，後加工性和處理性可能會下降。
因此，又提出包括由反應物為芳族二碘化合物和元素硫的熔融聚合方法，製備如聚苯硫醚的聚芳硫醚的方法。這樣製備聚芳硫醚的方法中不會形 成鹽的副產物，又不使用有機溶劑，因此，不要求額外的過程來消除它們。再者，由於所製備的最終聚芳硫醚是顆粒的形狀，有方便後加工性和良好處理性的優點。
然而，在通過熔融聚合製備聚芳硫醚這樣的情況下，主鏈的末端由碘和多數是芳基(代表性地，苯)所組成。於是，這種聚芳硫醚的缺點是，由於其主鏈結構中的屬性，而與其它高分子材料或各種增強物或如玻璃纖維等的填料的相容性低。
由於這個原因，由熔融聚合方法製備的聚芳硫醚難以與其它高分子材料或填料複合來確保其適合於各種各樣的用途的最佳性質。即使複合了，也難以顯示最佳化的性質。
本發明的目的之一，是提供一種聚芳硫醚，其具有與其他聚合物材料或填料間經改善的相容性。
本發明的另一個目的，是提供一種包括此聚芳硫醚的成形物。
本發明所提供的聚芳硫醚，其主鏈末端的至少一部分，是羧基(-COOH)或胺基(-NH2)。
本發明也提供一種製備聚芳硫醚的方法，包括以下步驟：聚合包括芳香族二碘化合物以及元素硫的反應物；以及在進行聚合步驟中，添加具有羧酸基或胺基的化合物。
本發明還提供了包括聚芳硫醚樹脂的成形物。
在下文中，將詳細地說明根據本發明具體實施例的聚芳硫醚、其所製備的方法及包括其的成形物。然而，這些都只作為本發明的實施例，本發明的權利範圍並不限於此，本技術領域中一般技藝者可以作出各種明顯修改的實施例，仍在本發明範圍內。
如本文所用，除非另有說明，術語「包括」或「包含」是指含有一個沒有特定限制的構成部件(或結構成分)，而不應該被解釋為排除增加其他構成成分(或結構成分)。
根據本發明的一個實施例，提供一種聚芳硫醚，其主鏈末端基團的至少一部分，是羧基(-COOH)或胺基(-NH2)。
本發明的發明人在完成本發明的過程中，研究與其它高分子材料或填料具有更好的相容性的聚芳硫醚的製備方法，而可與各種材料的複合(compound)，與實現最佳化的性質，而適合於各種用途，在熔融聚合而製備聚芳硫醚的過程中，反應物包括二碘芳香化合物和元素硫。
根據本案發明人的研究了解到，由先前熔融聚合方法而製備的聚芳硫醚，在主鏈的末端基團內，由碘和大部分是芳基(代表性地，苯)所組成的，在主鏈中實質上不具有官能基團。出於這個原因，這種聚芳硫醚的缺點是，與其它高分子材料，或如玻璃纖維等的各種增強物或填料的相容性低。
還了解到，根據一個實施例的聚芳硫醚，因為如羧基(-COOH)，胺基(-NH2)的反應性官能基團，引入聚芳硫醚的主鏈至少一部分的末端基團內，所以聚芳硫醚表現出與其它高分子材料，以及與填料好的相容性。因此，根據一個實施例的聚芳硫醚，可以適當地與各種高分子材料以及與填料複合，而有 可能可以提供一種樹脂組合物與成形物，其表現出適合於各種用途的最佳性質。同時，聚芳硫醚可以表現出只有聚芳硫醚才有的良好的耐熱性、耐化學性和卓越的機械性質。
在根據一個實施例的聚芳硫醚，以傅里葉轉換紅外光譜FT-IR進行分析時，傅里葉轉換紅外光譜中可能會出現一個衍生自主鏈末端羧基約1600至1800公分-1的峰值，或衍生自胺基約3300至3500公分-1處的峰值。1600至1800公分-1的峰值，或約3300至3500公分-1處的峰值的強度可對應於結合到主鏈的末端羧基或胺基基團的含量。
根據一個例子，一個實施例的聚芳硫醚的傅里葉轉換紅外光譜FT-IR，當出現在約1400至1600公分-1處的環伸展峰值強度被認為是100%時，約1600至1800公分-1或約3300至3500公分-1處的峰值的相對強度可為約0.001至10%、約0.01%至7%、約0.1%至4%、或約0.5至3.5%。出現在約1400至1600公分-1處的環伸展峰值強度，可以衍生自聚芳硫醚的主鏈中，如伸苯基之類的伸芳基。由於來自於羧基約1600到1800公分-1處的峰值，或是來自胺基約3300至3500公分-1的峰值，對於來自於伸芳基(例如，伸苯基)的相對強度可為約0.001至10%、約0.01%至7%、約0.1%至4%、或約0.5至3.5%，根據一個實施例的聚芳硫醚，可以表現出與其它高分子材料或填料優異的相容性，但仍保持聚芳硫醚獨有的優異特性。
同時，根據一個實施例的聚芳硫醚，熔點約265至290℃、約270至285℃、或約275至283℃。由於此熔化溫度範圍，由熔融聚合得到並引入羧基與胺基基團的一個實施例的聚芳硫醚，可以表現出優異的耐熱性和阻燃性。
聚芳硫醚的數量平均分子量可以為約5,000至50,000、約8,000到40,000、或約10,000至30,000。另外，聚芳硫醚以重量平均分子量對數量平均分子量所定義的聚合分散度指標(polydispersity index)可以為約2.0至4.5、約2.0至4.0、 或約2.0至3.5。因為一個實施例的聚芳硫醚聚有如此的分散指數和分子量，可表現出優良的機械性質、與加工性，並且可被加工成各種可用於各種應用場合的成型製品。
再者，根據一個實施例的前述聚芳硫醚，可具有的熔融黏度為約10至50,000泊(poise)、約100至20,000泊、或約300至10,000泊，在300℃下用旋轉式黏度計測定。根據一個實施例具有如此熔融黏度的聚芳硫醚，可以表現出伴隨絕佳加工性質的較優機械性質。
例如，根據一個實施例的聚芳硫醚，根據ASTM D 638所測量的拉伸強度，可以是，約100至900公斤力/平方公分、約200至800公斤力/平方公分、或約300至700公斤力/平方公分，而根據ASTM D 638所測量的延展率，為約1至10%、約1至8%、或約1至6%。另外，根據一個實施例的聚芳硫醚，根據ASTM D 790所測量的抗彎(flexural)強度，可以具有約100至20,00公斤力/平方公分、約500至20,00公斤力/平方公分、或約1,000至2,000公斤力/平方公分。根據ASTM D 256所測定的衝擊強度約1至100焦耳/公尺(J/m)、約5至50焦耳/公尺或約10至20焦耳/公尺。像這樣，一個實施例的聚芳硫醚，可以會表現出優異的性質，並表現出與其它高分子材料或填料的優異相容性。
一個實施例的聚芳硫醚，可以與多種的熱塑性樹脂，如聚乙烯醇系的樹脂、氯乙烯系的樹脂、聚醯胺系的樹脂、聚烯烴系的樹脂、聚酯系的樹脂等等，或各種熱塑性彈性體，如聚氯乙烯系的彈性體、聚烯烴系的彈性體，聚胺酯系的彈性體、聚酯系的彈性體、聚醯胺系的彈性體、聚丁二烯系的彈性體等等，或各種增強材料/填料，如玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、玻璃珠、玻璃薄片、滑石、碳酸鈣等等。因此，一個實施例的聚芳硫醚可以與其它高分子材料或填料等複合，表現出優異的協同作用(synergistic effect)，並使得適用於各種應用的最佳化性質成為可能。
作為一個例子，體認到一個實施例中將羧基基團引入主鏈末端基團的聚芳硫醚，以約90%(重量)和約10%(重量)的熱塑性彈性體複合時，延展率從約2.2%提高至約25.2%的約10倍，衝擊強度從約17焦耳/公尺至約54焦耳/公尺而升高了3倍左右。此外，還體認到，將一個實施例有胺基基團被引入主鏈末端基團的聚芳硫醚，以約60%(重量)與約40%(重量)的玻璃纖維複合時，在很大程度上拉伸強度從602公斤力/平方公分升高至約1750公斤力/平方公分。因此，由這樣複合所造成性質的改善可以知道，一個實施例中的聚芳硫醚可以和其它各種高分子材料或填料顯示出良好的相容性，因此可以表現出優良的協同效應。
當一個實施例中的聚芳硫醚與其它高分子材料或填料複合時，較佳是以約10至99%(重量)或約50%至90%(重量)的聚芳硫醚，與約1至90%(重量)或約10%至50%(重量)的一個或多種選自由熱塑性樹脂、熱塑性彈性體和填料所組成的成分混合。具有優異性質而適合各樣用途的成形物件(shaped article)，可以將此等的混合物用雙軸擠出等方法成型而製得。
同時，根據本發明的另一個實施例，提供一種製備聚芳硫醚的方法。另一個實施例的這種方法，包括以下步驟：聚合包括芳香族二碘化合物以及元素硫的反應物；以及在進行聚合的步驟時，添加具有羧酸基或胺基的化合物至其中。
在製備方法的另一個實施例中，當芳香族二碘化合物和元素硫的聚合反應進行到約90%或更高，或約90%以上且小於100%(例如，在聚合反應的後期階段)時，可以添加具有羧酸基或胺基團的化合物，聚合反應的進行程度是測量當下的黏度對目標黏度的比。聚合反應的程度可以是由當下的黏度對目標黏度的比值來決定。如此，可以設定標的聚芳硫醚的分子量和標的聚合產物相應的目標黏度，來測量依據聚合反應進行的程度的當下黏度。在這個時候， 當下黏度可以根據反應器的規模使用熟習本技藝人士所習知之方式來不同地測量。例如，如果聚合反應是在一個相對較小的聚合反應器中進行，在聚合反應進行時從聚合反應器採取樣品，並以黏度計來測量。相反的，如果聚合反應是在一個大的連續聚合反應器中進行的，可以是以安裝在反應器中的黏度計連續地即時測量當下的密度。
像這樣，在一個實施例中主鏈的至少一部分末端引入羧基(-COOH)或胺基(-NH2)的聚芳硫醚，可以透過包括芳香族二碘化合物和硫元素反應物的聚合反應，在反應物的聚合反應後期添加具有羧基或胺基團的化合物來製備。特別是，由於具有羧基或胺基團的化合物是在聚合反應的後期加入，適當量的羧基或胺基團可被引入到主鏈的末端基團，而可以有效地製備一個實施例的聚芳硫醚，其不僅具有與其它聚合物材料或填料良好的相容性，而且具有聚芳硫醚獨特的優良性質。
在另一個實施例的製備方法中，具有羧基或胺基團的任意單體化合物，可作為具有羧基或胺基的化合物來使用。具有羧基或胺基化合物的具體例子，可以是2-碘苯甲酸、3-碘苯甲酸、4-碘苯甲酸、2,2'-二硫苯甲酸、2-碘苯胺、3-碘苯胺、4-碘苯胺、2,2'-二硫苯胺、或4,4'-二硫苯胺。此外，也可使用其他多種具有羧基或胺基的化合物。
再來，具有羧基或胺基團的化合物，可以加入的量為約0.0001至5重量份、約0.001至3重量份、或約0.01至2重量份、基於約100份(重量)的芳族二碘化合物。經由此量添加具有羧基或胺基的化合物，可在主鏈的末端引入適量的羧基或胺基，因此，根據一個實施例的聚芳硫醚，不只可以與其它高分子材料或是填料有良好的相容性，同時又可以有效地製備具有優異聚芳硫醚特性的聚芳硫醚。
同時，另一個實施例的製備方法中，基本上經由聚合包括芳族二碘 化合物和元素硫的反應物來製備的聚芳硫醚，與習知由Macallum方法所製備的聚芳硫醚相比，從而表現出較優的機械性質。
此時，芳香族二碘化合物，可以為一或多種選自由二碘苯(DIB)、二碘萘、二碘聯苯、二碘雙酚、二碘苯酮所組成的群組，但並不限於此。也可以使用具有烷基、碸基等與上述化合物鍵結為取代基者，或也可以使用芳族基團中含有如氧、氮等原子者。芳族的二碘化合物，根據碘原子的鍵結位置，包括各種異構體，其中，可以使用具有碘鍵結在對位上的化合物，如對-二碘苯(pDIB)，2,6-二碘萘，或對，對’-二碘聯苯。
與芳香族的二碘化合物反應的硫的種類沒有特別的限制。一般說來，硫在室溫下以八個原子鍵結之八員環(S8)形式存在。但如果不是這樣的形式，可以使用市售的固態硫或液態硫，而沒有具體的限制。
再來，反應物還可以包括聚合起始劑、穩定劑、或其混合物。聚合起始劑，可以是選自1,3-二碘-4-硝基苯、巰基苯並噻唑、2,2'-二硫苯並噻唑、環己基苯並噻唑、亞磺醯胺、與丁基苯並噻唑亞磺醯胺之一或多者的起始劑，但不限於此。
作為穩定劑，通常用於聚合反應或樹脂的一般穩定劑就可以使用，而沒有特殊的限制。
同時，在聚合反應中，當聚合反應已進展到一定程度時，可以添加聚合抑制劑。此時，去除聚合的高分子中的碘基，以停止聚合反應的聚合抑制劑都可以使用，而沒有特別的限制。具體例子，可以是選自二苯基硫醚、二苯基醚、聯苯、二苯甲酮、二苯並噻唑二硫醚、單碘芳基化合物、苯並噻唑、苯並噻唑亞磺醯胺、秋蘭姆(thiuram)、二硫代胺基甲酸酯、二苯基二硫醚的一或多者。
更具體地，聚合抑制劑可以是選自碘聯苯、碘酚、碘苯胺、碘苯甲 酮、2-巰基苯並噻唑、2,2'-二硫雙苯並噻唑、N-環己基苯並噻唑-2-亞磺醯胺、2-嗎啉硫代苯並噻唑、N,N-二環己基苯並噻唑-2-亞磺醯胺、一硫化四甲基秋蘭姆、二硫化四甲基秋蘭姆、二甲基二硫代胺基甲酸鋅、二乙基雙硫代胺基甲酸鋅、二苯硫醚的一或多者。
同時，考慮最終聚合的聚芳硫醚的分子量，可以決定聚合抑制劑引入的時機。例如，引入的時機，可以是初始反應物中的芳族二碘化合物約70%至100%(重量)反應掉並耗盡時。
可以在任何條件下進行可以引發包括芳香二碘化合物和硫元素的反應物的聚合反應。例如，聚合反應可在升溫和減壓的反應條件下進行，在這種情況下，聚合反應可以在，改變溫度與壓力條件從初始反應條件為約180至250℃與約50至450托耳(Torr)，直至最終反應條件之溫度為約270至350℃與壓力為約0.001至20托耳下，進行約1至30小時。更具體地來說，聚合反應可以以溫度為約280至300℃和壓力為約0.1至0.5托耳的最終反應條件下進行。
同時，根據另一個實施例製備聚芳硫醚的方法還可以包括：在聚合反應之前熔融複合包括有芳族二碘化合物和元素硫的反應物的步驟。熔融複合的條件沒有特別的限制，只要所有的反應物熔融並複合即可，例如，可能在溫度約130℃至200℃，或約160℃至190℃下進行即可。
像這樣，藉由在聚合反應之前進行熔融複合步驟，就可以更容易地進行隨後的聚合反應步驟。
再者，根據另一個實施例製備聚芳硫醚的方法中，聚合反應可以在有硝基苯系催化劑的存在下進行。如果熔融複合程序是在如上所述的聚合反應之前進行，可以在熔融複合程序中添加催化劑。硝基苯系催化劑的種類可以包括1,3-二碘-4-硝基苯、1-碘-4-硝基苯等，但並不限於此。
又根據本發明的另一個實施例，提供一種包括之前實施例的聚芳硫 醚的成形物件。此成形物件可以僅由聚芳硫醚所組成，或更進一步包含其他的高分子材料、及/或增強材料/填料。聚芳硫醚可以顯示出和其它各種高分子材料、及/或增強材料/填料良好的相容性，而有可能可以經由與其混合、例如複合之後、提供具有較佳性質的樹脂組合物或成形物件。此時，可以與聚芳硫醚複合之高分子材料、及/或增強材料/填料則與如前所述者相同。
此成形物件可含有約10至99%(重量)或約50%至90%(重量)的聚芳硫醚，與約1至90%(重量)或約10%至50%(重量)的一個或多種選自由熱塑性樹脂、熱塑性彈性體和填料所組成的成分。具有優異性質而適合各樣用途的成形物件，可以將用雙軸擠出等方法滿足此等範圍的樹脂組合物成型而製得。
另一實施例的所成形物件，可以是各種形式的，例如薄膜、薄片、纖維、等。成形物件可以是射出成形物件、擠出成型物件、或吹塑成型物件。對於擠出成形而言，考慮結晶時，模具溫度可以是約50℃或更高，約60℃或更高，或約80℃或更高，而考慮測試樣品的變形時，約190℃或更低，約170更低，或約160℃或更低。
如果成形物件是薄膜或薄片的形式時，它可以製備成無取向(undrawn)的、單軸取向的或雙軸取向的薄膜或薄片等。作為纖維，可以使用未拉伸(undrawn)紗線、拉伸紗線、特拉伸(ultradrawn)紗線，等，並且可以用作織物、針織物、非織造物(紡黏，熔噴，縫釘)、繩、或網。
此等成形物件可以用作電氣/電子零組件，如計算機零組件、建材、汽車零組件、機械零組件、日用品、接觸部分化學品的塗層、工業化學抗性纖維等。
本發明中必要時，可以進一步增加前述未提及的細節，而在本發明中沒有特別的限制。
發明的有益效果
本發明可以提供一種熔融聚合的、具有改善與其它聚合材料、增強材料/填料等相容性的聚芳硫醚，是因為主鏈的末尾有羧基(-COOH)或胺基(-NH2)。
此聚芳硫醚可以經由與其它聚合材料或填料複合後，表現出在每個應用領域中都最佳化的性質，與聚芳硫醚獨有的優異性質。
因此，此聚芳硫醚可使用包含複合的用途應用在多種場合，從而表現出優異的性質與效應。
實施例的詳細說明
在下文中，提出較佳的例子以理解本發明，但這些實施例僅僅是為了說明本發明，故並不以此限制本發明的範圍。
實施例1：合成在主鏈的末端包括羧基或胺基的聚芳硫醚
在一個配有熱電偶能夠測量在反應器內的溫度，和配有真空線能夠填充氮氣和應用真空的5升反應器中，在完全熔化並混合包括對二碘苯(p-DIB)5130克、450克的硫、和4克作為反應起始劑的1,3-二碘-4-硝基苯的反應物後又加熱至180℃，然後進行聚合反應，同時從最初的反應條件220℃和350托耳開始，一步步的升溫和減壓，至最終的反應溫度為300℃和1托耳或更低的壓力。當聚合反應進展至80%(聚合反應的進展程度，由式“(當前黏度/目標黏度)×100%”測定相對黏度的比”，其中當前黏度的測定是由聚合過程中採集樣品並以黏度計測量黏度)，加入25克的2,2'-二硫雙苯並噻唑作為聚合抑制劑，反應進行了1小時。接著，在聚合反應進展到了90%時，加入51克的4-碘苯甲酸後，反應在氮氣氛圍下進行了10分鐘。逐漸施加0.5托耳或更低的真空度，反應又進行了1小時然 後終止，而合成了主鏈的末端有羧基或胺基的聚芳硫醚樹脂。反應所得的最後樹脂，使用小的線料裁切器(strand cutter)將其製成顆粒的形式。
實施例1的聚芳硫醚樹脂，通過FT-IR的分析，光譜中約1600至1800公分-1處確認羧基峰的存在，在FT-IR光譜中，1600至1800公分-1峰的相對強度證實大約為3.4%左右，而出現在約1400至1600公分-1處環伸張強度的峰則當作是100%。
實施例2：合成在主鏈的末端包括羧基或胺基的聚芳硫醚
在一個配有熱電偶能夠測量在反應器內的溫度，和配有真空線能夠填充氮氣和應用真空的5升反應器中，在完全熔化並混合包括對二碘苯(p-DIB)5130克、450克的硫、和4克作為反應起始劑的1,3-二碘-4-硝基苯的反應物後又加熱至180℃，然後進行聚合反應，同時從最初的反應條件220℃和350托耳開始，一步步的升溫和減壓，至最終的反應溫度為300℃和1托耳或更低的壓力。當聚合反應進展至80%(聚合反應的進展程度，由式“(當前黏度/目標黏度)×100%”測定相對黏度的比”，其中當前黏度的測定是由聚合過程中採集樣品並以黏度計測量黏度)，加入25克的2,2'-二硫雙苯並噻唑作為聚合抑制劑，反應進行了1小時。接著，在聚合反應進展到了90%時，加入51克的4-碘苯胺後，反應在氮氣氛圍下進行了10分鐘。逐漸施加0.5托耳或更低的真空度，反應又進行了1小時然後終止，而合成了主鏈的末端有羧基或胺基的聚芳硫醚樹脂。反應所得的最後樹脂，使用小的線料裁切器將其製成顆粒的形式。
實施例2的聚芳硫醚樹脂，通過FT-IR的分析，光譜中約3300至3500公分-1處確認胺基峰的存在，在FT-IR光譜中，3300至3500公分-1峰的相對強度證實大約為1.4%左右，而出現在約1400至1600公分-1處環伸張強度的峰則當作是100%。
實施例3：合成在主鏈的末端包括羧基或胺基的聚芳硫醚
在一個配有熱電偶能夠測量在反應器內的溫度，和配有真空線能夠填充氮氣和應用真空的5升反應器中，在完全熔化並混合包括對二碘苯(p-DIB)5130克、450克的硫、和4克作為反應起始劑的1,3-二碘-4-硝基苯的反應物後又加熱至180℃，然後進行聚合反應，同時從最初的反應條件220℃和350托耳開始，一步步的升溫和減壓，至最終的反應溫度為300℃和1托耳或更低的壓力。當聚合反應進展至80%(聚合反應的進展程度，由式“(當前黏度/目標黏度)×100%”測定相對黏度的比”，其中當前黏度的測定是由聚合過程中採集樣品並以黏度計測量黏度)，加入25克的2,2'-二硫雙苯並噻唑作為聚合抑制劑，反應進行了1小時。接著，在聚合反應進展到了90%時，加入25克的4-碘苯甲酸後，反應在氮氣氛圍下進行了10分鐘。逐漸施加0.5托耳或更低的真空度，反應又進行了1小時然後終止，而合成了主鏈的末端有羧基或胺基的聚芳硫醚樹脂。反應所得的最後樹脂，使用小的線料裁切器將其製成顆粒的形式。
實施例3的聚芳硫醚樹脂，通過FT-IR的分析，光譜中約1600至1800公分-1處確認羧基峰的存在，在FT-IR光譜中，1600至1800公分-1峰的相對強度證實大約為2.1%左右，而出現在約1400至1600公分-1處環伸張強度的峰則當作是100%。
實施例4：合成在主鏈的末端包括羧基或胺基的聚芳硫醚
在一個配有熱電偶能夠測量在反應器內的溫度，和配有真空線能夠填充氮氣和應用真空的5升反應器中，在完全熔化並混合包括對二碘苯(p-DIB)5130克、450克的硫、和4克作為反應起始劑的1,3-二碘-4-硝基苯的反應物後又加熱至180℃，然後進行聚合反應，同時從最初的反應條件220℃和350托耳開始， 一步步的升溫和減壓，至最終的反應溫度為300℃和1托耳或更低的壓力。當聚合反應進展至80%(聚合反應的進展程度，由式“(當前黏度/目標黏度)×100%”測定相對黏度的比”，其中當前黏度的測定是由聚合過程中採集樣品並以黏度計測量黏度)，加入25克的2,2'-二硫雙苯並噻唑作為聚合抑制劑，反應進行了1小時。接著，在聚合反應進展到了90%時，加入25克的4-碘苯胺後，反應在氮氣氛圍下進行了10分鐘。逐漸施加0.5托耳或更低的真空度，反應又進行了1小時然後終止，而合成了主鏈的末端有羧基或胺基的聚芳硫醚樹脂。反應所得的最後樹脂，使用小的線料裁切器將其製成顆粒的形式。
實施例4的聚芳硫醚樹脂，通過FT-IR的分析，光譜中約3300至3500公分-1處確認胺基峰的存在，在FT-IR光譜中，3300至3500公分-1峰的相對強度證實大約為1.1%左右，而出現在約1400至1600公分-1處環伸張強度的峰則當作是100%。
實施例5：合成在主鏈的末端包括羧基或胺基的聚芳硫醚
在一個配有熱電偶能夠測量在反應器內的溫度，和配有真空線能夠填充氮氣和應用真空的5升反應器中，在完全熔化並混合包括對二碘苯(p-DIB)5130克、450克的硫、和4克作為反應起始劑的1,3-二碘-4-硝基苯的反應物後又加熱至180℃，然後進行聚合反應，同時從最初的反應條件220℃和350托耳開始，一步步的升溫和減壓，至最終的反應溫度為300℃和1托耳或更低的壓力。當聚合反應進展至80%(聚合反應的進展程度，由式“(當前黏度/目標黏度)×100%”測定相對黏度的比”，其中當前黏度的測定是由聚合過程中採集樣品並以黏度計測量黏度)，加入25克的2,2'-二硫雙苯並噻唑作為聚合抑制劑，反應進行了1小時。接著，在聚合反應進展到了90%時，加入51克的2,2'-二硫二苯甲酸後，反應在氮氣氛圍下進行了10分鐘。逐漸施加0.5托耳或更低的真空度，反應又進行了1 小時然後終止，而合成了主鏈的末端有羧基或胺基的聚芳硫醚樹脂。反應所得的最後樹脂，使用小的線料裁切器將其製成顆粒的形式。
實施例5的聚芳硫醚樹脂，通過FT-IR的分析，光譜中約1600至1800公分-1處確認羧基峰的存在，在FT-IR光譜中，1600至1800公分-1峰的相對強度證實大約為3.2%左右，而出現在約1400至1600公分-1處環伸張強度的峰則當作是100%。
實施例6：合成在主鏈的末端包括羧基或胺基的聚芳硫醚
在一個配有熱電偶能夠測量在反應器內的溫度，和配有真空線能夠填充氮氣和應用真空的5升反應器中，在完全熔化並混合包括對二碘苯(p-DIB)5130克、450克的硫、和4克作為反應起始劑的1,3-二碘-4-硝基苯的反應物後又加熱至180℃，然後進行聚合反應，同時從最初的反應條件220℃和350托耳開始，一步步的升溫和減壓，至最終的反應溫度為300℃和1托耳或更低的壓力。當聚合反應進展至80%(聚合反應的進展程度，由式“(當前黏度/目標黏度)×100%”測定相對黏度的比”，其中當前黏度的測定是由聚合過程中採集樣品並以黏度計測量黏度)，加入25克的2,2'-二硫雙苯並噻唑作為聚合抑制劑，反應進行了1小時。接著，在聚合反應進展到了90%時，加入51克的4,4'-二硫二苯胺後，反應在氮氣氛圍下進行了10分鐘。逐漸施加0.5托耳或更低的真空度，反應又進行了1小時然後終止，而合成了主鏈的末端有羧基或胺基的聚芳硫醚樹脂。反應所得的最後樹脂，使用小的線料裁切器將其製成顆粒的形式。
實施例6的聚芳硫醚樹脂，通過FT-IR的分析，光譜中約3300至3500公分-1處確認胺基峰的存在，在FT-IR光譜中，3300至3500公分-1峰的相對強度證實大約為1.3%左右，而出現在約1400至1600公分-1處環伸張強度的峰則當作是100%。
實施例7：合成在主鏈的末端包括羧基或胺基的聚芳硫醚
在一個配有熱電偶能夠測量在反應器內的溫度，和配有真空線能夠填充氮氣和應用真空的5升反應器中，在完全熔化並混合包括對二碘苯(p-DIB)5130克、450克的硫、和4克作為反應起始劑的1,3-二碘-4-硝基苯的反應物後又加熱至180℃，然後進行聚合反應，同時從最初的反應條件220℃和350托耳開始，一步步的升溫和減壓，至最終的反應溫度為300℃和1托耳或更低的壓力。當聚合反應進展至80%(聚合反應的進展程度，由式“(當前黏度/目標黏度)×100%”測定相對黏度的比”，其中當前黏度的測定是由聚合過程中採集樣品並以黏度計測量黏度)，加入25克的2,2'-二硫雙苯並噻唑作為聚合抑制劑，反應進行了1小時。接著，在聚合反應進展到了90%時，加入25克的2,2'-二硫二苯甲酸後，反應在氮氣氛圍下進行了10分鐘。逐漸施加0.5托耳或更低的真空度，反應又進行了1小時然後終止，而合成了主鏈的末端有羧基或胺基的聚芳硫醚樹脂。反應所得的最後樹脂，使用小的線料裁切器將其製成顆粒的形式。
實施例7的聚芳硫醚樹脂，通過FT-IR的分析，光譜中約1600至1800公分-1處確認羧基峰的存在，在FT-IR光譜中，1600至1800公分-1峰的相對強度證實大約為1.9%左右，而出現在約1400至1600公分-1處環伸張強度的峰則當作是100%。
實施例8：合成在主鏈的末端包括羧基或胺基的聚芳硫醚
在一個配有熱電偶能夠測量在反應器內的溫度，和配有真空線能夠填充氮氣和應用真空的5升反應器中，在完全熔化並混合包括對二碘苯(p-DIB)5130克、450克的硫、和4克作為反應起始劑的1,3-二碘-4-硝基苯的反應物後又加熱至180℃，然後進行聚合反應，同時從最初的反應條件220℃和350托耳開始， 一步步的升溫和減壓，至最終的反應溫度為300℃和1托耳或更低的壓力。當聚合反應進展至80%(聚合反應的進展程度，由式“(當前黏度/目標黏度)×100%”測定相對黏度的比”，其中當前黏度的測定是由聚合過程中採集樣品並以黏度計測量黏度)，加入25克的2,2'-二硫雙苯並噻唑作為聚合抑制劑，反應進行了1小時。接著，在聚合反應進展到了90%時，加入25克的4,4'-二硫二苯胺後，反應在氮氣氛圍下進行了10分鐘。逐漸施加0.5托耳或更低的真空度，反應又進行了1小時然後終止，而合成了主鏈的末端有羧基或胺基的聚芳硫醚樹脂。反應所得的最後樹脂，使用小的線料裁切器將其製成顆粒的形式。
實施例8的聚芳硫醚樹脂，通過FT-IR的分析，光譜中約3300至3500公分-1處確認胺基峰的存在，在FT-IR光譜中，3300至3500公分-1峰的相對強度證實大約為1.0%左右，而出現在約1400至1600公分-1處環伸張強度的峰則當作是100%。
比較實施例1：
在一個配有熱電偶能夠測量在反應器內的溫度，和配有真空線能夠填充氮氣和應用真空的5升反應器中，加熱包括對二碘苯5130克(p-DIB)、450克的硫、和4克作為反應起始劑的1,3-二碘-4-硝基苯的反應物至180℃以完全熔化並混合，然後進行聚合的反應，同時從最初的反應條件220℃和350托耳開始，至最終的反應溫度為300℃和1托耳或更低的壓力，一步步的升溫和減壓。當聚合反應進展至80%(在聚合反應的進展程度，由式“(當前黏度/目標黏度)×100%”測定當前黏度對目標黏度的相對比”，其中當前黏度的測定是由聚合過程中採集樣品並以黏度計測量黏度)，加入25克的2,2'-二硫雙苯並噻唑作為聚合抑制劑，反應在氮氣氛圍下進行了10分鐘。逐漸施加0.5托耳或更的真空度，在達到目標黏度後完成反應，而合成主鏈的末端既沒有羧基也沒有胺基的聚芳硫醚樹 脂。在反應完成後，使用小的線料裁切器將樹脂製成顆粒的形式。
比較實施例1的聚芳硫醚樹脂，通過FT-IR的分析，確認在光譜中約1600至1800公分-1處，或約3300至3500公分-1處既沒有羧基也胺基團的結果。
比較實施例2：
DIC Co.,Ltd的商品名為Z200以Macallum製程所製備的聚芳硫醚，與彈性體複合後作為比較實施例2。
實驗例1：對聚芳硫醚基本性質的評估
通過以下的方法對於實施例1至8和比較例1中的聚芳硫醚的性質進行評估：
熔融溫度(Tm)
待測樣品從30℃升溫到320℃又使用掃描速度為10℃/分鐘的示差掃描熱量計(DSC)冷卻回30℃後，溫度又再次從30℃升溫至320℃情況下以掃描速度為20℃/分鐘測量熔化溫度。
數量平均分子量(Mn)和分散性指數(PDI)
在250℃下攪拌25分鐘，將聚芳硫醚溶解在1-氯萘中以便配成0.4重量%的溶液，然後溶液以1毫升/分鐘的流速將聚芳硫醚在高溫凝膠滲透色譜(GPC)系統210℃的管柱中被分開，對應於分開的聚芳硫醚的分子量的強度以RI檢測器測量。在以分子量是已知的標準樣品(聚苯乙烯)製作校準線後，對測量樣品的相對數量平均分子量(Mn)和多分散性指數(PDI)進行了計算。
熔體粘度(泊)
熔體粘度(在下文中，“簡稱為MV”)是在300℃下使用旋轉盤粘度計測定的。在頻率掃描測量方法中，測量的角頻率，從0.6至500弧度/秒，且在1.84弧度/秒的粘度定義為熔融粘度(MV)。
根據上述方法測得的性能列於下表1：
實驗例2：聚芳硫醚機械性能的評估
經由以下的方法，對實施例1至8和比較例1的聚芳硫醚的機械性質進行評估：
拉伸強度和延展率
根據ASTM D 638的方法測定依據實施例1至8和比較例1所製備的聚芳硫醚的試樣的延展率與拉伸強度。
彎曲強度
根據ASTM D 790的方法測定依據實施例1至8和比較例1所製備的聚芳硫醚的試樣的抗彎強度。
衝擊強度(Izod)
根據ASTM D 256的方法測定依據實施例1至8和比較例1所製備的聚芳硫醚的試樣的衝擊強度。
根據上述方法測得的機械性能列於下表2：
按照下列方法經由複合實施例1至8和比較例1的聚芳硫醚與其它成分製備樣品：
複合聚芳硫醚和玻璃纖維(GF)
聚合的樹脂乾燥後，用一個小型雙螺桿擠出機在擠出模頭溫度300℃與螺桿轉速200rpm的條件下進行混煉，同時加入40重量份的玻璃纖維與60重量份的樹脂。
複合聚芳硫醚和彈性體
在擠出模頭溫度300℃與螺桿轉速200rpm的條件下進行混合擠出，同時將10重量份的Lotader(AX-8840級，Arkema公司製)彈性體加入90重量份的樹脂中。
複合試樣的機械性能，以和聚芳硫醚試樣的同樣方式來進行評估，並列於下表3。此外，比較例2試樣的性質中，也就是商業化的複合試樣，在下表3中與實施例和比較例1相比：
根據表2和表3中，可以見識到，延展率從約2.2%增加至約25.2%的約10倍，衝擊強度是由約17焦耳/公尺至實施例1的羧基引入到主鏈末端的聚芳硫醚與熱塑性彈性體複合的約54焦耳/公尺而升高了約3倍。並且，也見識到，拉伸強 度在很大程度上是從約602公斤力/平方公分提高至實施例2的胺基團被引入到主鏈末端的聚芳硫醚與玻璃纖維混合的約1750公斤力/平方公分。因此，可以見識到性質經由複合而提升，實施例的聚芳硫醚可以顯示其它各種聚合物材料或填料良好的相容性，因此可以表現出優良的協同效果。
另一方面，又見識到，比較實施例1的聚芳硫醚與其他高分子材料或填料複合時的相容性差而協同作用沒有那麼大。
再者，比較實施例2的複合試樣是經由複合以Macallum方法所獲得的聚芳硫醚的商業化樣品，已知其與其它聚合物材料和幾個%的彈性體的相容性是良好的。然而，比較實施例2這樣的複合試樣也顯示出，與彈性體混煉後延展率的改善不夠，在與實施例相比較，似乎有著以Macallum方法所得到的聚芳硫醚的問題(由於粉末形式導致處理性和加工性的惡化)。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (18)

  1. 一種聚芳硫醚，其主鏈的至少部分末端基團為一胺基(-NH2)，其餘該末端基團為碘基或未經取代之芳基。
  2. 如請求項1的聚芳硫醚，其中該聚芳硫醚於傅里葉轉換紅外光譜(FT-IR spectrum)中具有3300至3500公分-1波峰。
  3. 如請求項2的聚芳硫醚，其中該傅里葉轉換紅外光譜中，以1400至1600公分-1的環伸展峰值當作是強度100%，3300至3500公分-1波峰的相對高強度為0.001至10%。
  4. 如請求項1的聚芳硫醚，其中熔點介於265至290℃。
  5. 如請求項1的聚芳硫醚，其數目平均分子量介於5,000至50,000之間。
  6. 如請求項1的聚芳硫醚，其中在300℃以旋轉黏度計所測得的熔融黏度(melt viscosity)介於10到50,000泊(poise)。
  7. 如請求項1的聚芳硫醚，其根據ASTM D 638測得的拉伸強度(tensile strength)介於100至900公斤力/平方公分。
  8. 如請求項1的聚芳硫醚，其根據ASTM D 638測得的延展率(elongation)介於1至10%。
  9. 如請求項1的聚芳硫醚，其中根據ASTM D 790測得的抗彎強度(flexural strength)介於100至2,000公斤力/平方公分。
  10. 如請求項1的聚芳硫醚，其中根據ASTM D 256測得的衝擊強度(impact strength)介於1至100焦耳/公尺。
  11. 一種製備如請求項1至10中任一項的聚芳硫醚的方法，包括以下步驟：聚合一反應物，其包括一種芳族二碘化合物以及元素硫；於前述聚合步驟中，添加具有胺基的一化合物；以及其中當前述聚合反應進行到90%或更高時，添加前述具有胺基的化合物，而前述具有胺基的化合物加入的量，基於100重量份的芳族二碘化合物為0.0001至5重量份，其中前述聚合反應的程度是由當下的黏度對目標黏度的比值來決定。
  12. 如請求項11的方法，其中前述具有胺基的化合物，選自以下群組之一或多個化合物：2-碘苯胺、3-碘苯胺、4-碘苯胺、2,2'-二硫苯胺、以及4,4'-二硫苯胺。
  13. 如請求項11的方法，其中前述具有胺基的化合物加入的量為約0.0001至5重量份，基於100份(重量)的芳族二碘化合物。
  14. 如請求項11的方法，其中前述芳香族二碘化合物為一或多種選自二碘苯、二碘萘、二碘聯苯、二碘雙酚、與二碘苯酮。
  15. 如請求項11的方法，其中前述聚合步驟係進行1至30小時，從溫度180至250℃及壓力50至450托耳的初始反應條件，改變至溫度270至350℃及壓力0.001至20托耳的最終反應條件。
  16. 如請求項11的方法，其中在前述聚合步驟之前，另包含熔融複合前述包括芳香族二碘化合物以及元素硫的反應物的步驟。
  17. 一種成形物件，包含如請求項1至10中任一項所述的聚芳硫醚。
  18. 如請求項17的成形物件，其中該成形物件的型態為薄膜狀、片狀或纖維狀。
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