WO2004060974A1 - ポリアリーレンスルフィドの製造方法 - Google Patents

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WO2004060974A1
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hydrogen sulfide
reaction
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Hiroyuki Sato
Tatsuya Kawasaki
Yasushi Nakazawa
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Kureha Chemical Industry Company, Limited
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    • C08G75/14Polysulfides

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a polyarylene sulfide, and more particularly, to a method for producing a polyarylene sulfide capable of stably producing a polyarylene sulfide having a desired melt viscosity.
  • PAS Polyphenylene sulfide
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PAS has heat resistance, chemical resistance, flame retardancy, mechanical strength, It is an engineering plastic with excellent electrical properties and dimensional stability.
  • PAS can be molded into various molded products, films, sheets, fibers, etc. by general melting methods such as extrusion molding, injection molding, and compression molding. It is widely used in the field.
  • the molar ratio of the alkali metal sulfide to the dihaloaromatic compound based on the assumption that the purity of the raw materials and auxiliary raw materials is high and constant. It is necessary to strictly control polymerization conditions such as coexisting water content, polymerization temperature, and polymerization time. For example, in a polymerization reaction system, if the amount of coexisting water is too small, undesired reactions such as decomposition of generated PAS are likely to occur.On the other hand, if the amount is too large, the polymerization rate becomes extremely slow or undesired side reactions occur. .
  • a dehydration step for adjusting the amount of water in the polymerization reaction system by heating and dehydrating a mixture containing an organic amide solvent and a sulfur source is generally arranged as a step prior to the polymerization step. I have.
  • the dehydration step is usually performed in the presence of an organic amide solvent as a polymerization reaction solvent, and water is discharged out of the system by distillation, and the water content is usually 0.3 to 5 mol per mol of alkali metal sulfide. , Preferably up to about 0.5 to 2.0 moles. If the amount of water becomes too low in the dehydration step, water is added to adjust the amount of water to a desired range prior to the polymerization reaction. After adjusting the amount of coexisting water, the polycondensation reaction is performed by charging the dihaloaromatic compound to the reaction system and heating.
  • the amount of sulfur sources such as alkali metal sulfides fluctuates due to the volatilization of hydrogen sulfide, so that the melt viscosity of each product polymer lot varies.
  • switching of raw materials especially alkali metal sulfides and / or alkali metal hydrosulfides
  • fluctuations in raw material composition due to changes in the grade of PAS
  • changes in heating dehydration rates changes in heating dehydration rates
  • fluctuations in reflux ratios in distillation columns etc.
  • Due to fluctuations in the amount of volatile hydrogen sulfide the quality of the produced polymer varies from lot to lot.
  • the amount of hydrogen sulfide volatilized in the dehydration step fluctuates, so that the melt viscosity between lots of the produced polymer varies.
  • the volatilization of hydrogen sulfide makes it difficult to produce PAS with a high degree of polymerization in a stable manner.
  • the polymerization reaction between an alkali metal sulfide and a dihalo aromatic compound is a polycondensation reaction of two components
  • the molar ratio of these components is generally 1: 1. It is desirable to adjust to around 1 with high accuracy. Therefore, The amount of sulfur source (metal sulfide and / or alkali metal hydrosulfide) charged is adjusted by estimating the amount of hydrogen sulfide that will evaporate in the dehydration process. And it is difficult to control the exact reaction molar ratio of both components. '
  • a method has been proposed in which hydrogen sulfide volatilized in the dehydration step is absorbed in an aqueous solution of metal hydroxide and recycled for reuse in the dehydration step and / or polymerization step of the next batch (for example, 2 _ 16 0 8 33 3).
  • this method has a large energy loss when the recovered aqueous solution of hydrogen sulfide is recycled to the next batch dewatering step because the amount of water to be dewatered increases.
  • the above-mentioned problems associated with the polymerization reaction in a system where a large amount of water coexists occur.
  • a method has been proposed in which hydrogen sulfide generated in the dehydration step is absorbed in an aqueous sodium hydroxide solution, and neutralization titration is performed with 1N hydrochloric acid to determine the amount of hydrogen sulfide that has volatilized (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2--16). 0 8 3 4).
  • the method of collecting and quantifying hydrogen sulfide in an aqueous sodium hydroxide solution requires the introduction of a dedicated device for that purpose, and furthermore, a new quantification operation is required, and production efficiency is reduced. Also, collection When recycling the aqueous sodium hydroxide solution containing hydrogen sulfide to the reaction system, problems occur in the polymerization reaction and PAS quality accompanying the addition of sodium hydroxide and water.
  • a method has been proposed in which hydrogen sulfide volatilized during the dehydration step is absorbed and collected in an organic amide solvent outside the system where the dehydration step is being performed, and the recovered hydrogen sulfide is reused as a sulfur source in the polymerization reaction.
  • This method solves the problems associated with hydrogen sulfide volatilization by recovering and reusing hydrogen sulfide that is volatilized in the dehydration process. PAS with low fluctuation in melt viscosity and stable quality Can be manufactured.
  • the amount of volatilized hydrogen sulphide absorbed by the organic amide solvent fluctuates, and a method for more accurately grasping the amount of hydrogen sulphide has been desired.
  • Melt viscosity is one of the most important qualities of PAS quality. Dihalo It is known that the charge ratio of aromatic compound to alkali metal sulfide (hereinafter abbreviated as “P / S ratio”) strongly affects the melt viscosity of PAS. An aromatic compound and an alkali metal sulfide and / or alkali metal hydrosulfide are added with an alkali metal hydroxide as needed, and then heated and polymerized. No good industrially feasible method of management has yet been proposed. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to provide a method for producing a polyarylene sulfide which can stably produce a polyarylene sulfide having a desired melt viscosity.
  • an object of the present invention is to enable the dehydration step to be carried out smoothly and to allow the amount of hydrogen sulfide lost due to volatilization outside the reaction system or the like to be calculated very accurately by a relatively simple method. Based on the calculated amount, the molar ratio between the charged sulfur source and the charged aromatic compound can be accurately controlled and set, thereby stably producing a polyarylene sulfide having a desired melt viscosity. It is to provide a method that can do this.
  • a PAS production method including a polymerization step of polymerizing a sulfur source and a dihaloaromatic compound in an organic amide solvent, comprising:
  • the dehydration step which is a preceding step, the mixture is heated in a reaction vessel connected to the distillation column, and the vaporized vapor is led to the distillation column to be separated into components by distillation, and the organic substance taken out from the bottom of the distillation column
  • a high-boiling fraction containing an amide solvent as a main component is refluxed into the reaction tank, while a low-boiling fraction containing water and hydrogen sulfide taken out from the top of the distillation column is cooled, and hydrogen sulfide which is not condensed by cooling And a part of the condensed water is refluxed into the distillation column, and the dewatering process is performed by discharging the remaining water.
  • the amount of water refluxed into the distillation column is
  • the amount of hydrogen sulfide (the amount of hydrogen sulfide discharged) calculated by the above method
  • the amount of the sulfur source remaining in the mixture after the dewatering process (the amount of the charged sulfur source) was calculated, and the calculated amount of the sulfur source was calculated.
  • the charged molar ratio of the sulfur source to the dihalo aromatic compound can be adjusted. According to this method, it is possible to accurately calculate the amount of hydrogen sulfide without collecting the discharged hydrogen sulfide and performing quantitative analysis, and to stably produce PAS having extremely small variation in melt viscosity among lots. Can be manufactured.
  • the present invention has been completed based on these findings.
  • an organic amide solvent at least one sulfur source (A) selected from the group consisting of an alkali metal hydrosulfide and an alkali metal sulfate, and an alkali metal hydroxide added as necessary.
  • the aromatic compound (B) is charged into the system containing the remaining mixture, and the sulfur source (A) is dissolved in an organic amide solvent.
  • a dihaloaromatic compound (B) in a process for producing a polyarylene sulfide.
  • A sulfur source selected from the group consisting of organic amide solvents, alkali metal hydrosulfides and alkali metal sulfides
  • the low-boiling fraction containing water and hydrogen sulfide removed from the top of the distillation column is cooled to discharge hydrogen sulfide that is not condensed by cooling, and a part of the condensed water is refluxed into the distillation column, and the remaining Drain the water,
  • the amount of the sulfur source (A) remaining in the mixture after the dehydration step (hereinafter referred to as “the amount of charged sulfur source”) is calculated, and the calculated sulfur source (A) Adjusting the charged molar ratio of the sulfur source (A) to the dihaloaromatic compound (B) based on the amount of
  • a sulfur source (A) and a dihaloaromatic compound (B) are polymerized in an organic amide solvent.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of an apparatus used in the manufacturing method of the present invention.
  • the sulfur source at least one sulfur source selected from the group consisting of alkaline metal hydrosulfide and alkaline metal sulfide is used.
  • alkali metal sulfide examples include lithium sulfide, sodium sulfide, lium sulfide, rubidium sulfide, cesium sulfide, and a mixture of two or more of these.
  • These alkali metal sulfides are usually marketed and used as hydrates.
  • the hydrate for example, sodium sulfide nonahydrate (N a 2 S ⁇ 9 H 2 0), ⁇ I ⁇ Na thorium pentahydrate (N a 2 S ⁇ 5 H 2 0) , and the like.
  • Alkali metal sulfides are It may be used as an aqueous mixture.
  • Al-metal hydrosulfide can be used in combination with Al-metal hydroxide.
  • the alkali metal hydrosulfide include lithium bisulfide, sodium bisulfide, potassium bisulfide, rubidium bisulfide, cesium bisulfide, and a mixture of two or more thereof.
  • the alkali metal hydrosulfide any of an anhydride, a hydrate, and an aqueous solution may be used. Of these, sodium bisulfide and lithium bisulfide are preferred because they are commercially available at low cost. Further, it is preferable to use the alkali metal hydrosulfide as an aqueous mixture such as an aqueous solution (ie, a mixture with fluid water) from the viewpoint of processing operation, measurement, and the like.
  • the alkali metal hydrosulfide used in the present invention may contain a small amount of alkali metal sulfide. In this case, the total molar amount of the alkali metal hydrosulfide and the alkali metal sulfide becomes the sulfur source charged after the dehydration step.
  • alkali metal hydroxide examples include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, cesium hydroxide, and a mixture of two or more of these. Among them, hydroxylamine sodium and lithium lithium hydroxide are preferable in that they can be obtained industrially at low cost.
  • the alkali metal hydroxide is preferably used as an aqueous mixture such as an aqueous solution.
  • the water to be dehydrated in the dehydration step includes hydration water, an aqueous medium of an aqueous solution, and by-products such as a reaction between an alkali metal hydroxide and an alkali metal hydroxide. Water.
  • the dihalo aromatic compound used in the present invention is a dihalogenated aromatic compound having two halogen atoms directly bonded to an aromatic ring.
  • dihaloaromatic compounds include, for example, o-dihalobenzene, m-dinobenzene, benzene; diinoperbenzene, dinoperonaphthalene, methoxydihalobenzene, dihalobiphenyl, dihalo Benzoic acid, dihalodif ninoleatenore, dihalodipheninores norehon, dihalodipheninores noreoxide, And dihalodifluoroketone.
  • halogen atom refers to each atom of fluorine, chlorine, bromine, and iodine, and in the same dihalo aromatic compound, two halogen atoms may be the same or different.
  • dihaloaromatic compounds can be used alone or in combination of two or more.
  • the charge amount of the dihalo aromatic compound is usually 0.90 to 1.90 mol per mol of the sulfur source (alkali metal sulfide and metal or aluminum sulfide) remaining in the system after the dehydration step. 50 moles, preferably 0.95 to: L. 20 moles, more preferably 1.0 to 1.09 monoles.
  • a monohalo compound (not necessarily an aromatic compound) can be used in combination to form a terminal having a specific structure in the produced PAS or to control a polymerization reaction or a molecular weight.
  • Polyhalo compounds (not necessarily aromatic compounds) with three or more halogen atoms bonded to form a branched or crosslinked polymer, active hydrogen-containing halogenated aromatic compounds, halogenated aromatic nitro compounds, etc. Can also be used in combination.
  • the polyhalo compound as the branching / crosslinking agent, trihalobenzene is preferable.
  • an organic amide solvent that is an aprotic polar organic solvent is used as a solvent for the dehydration reaction and the polymerization reaction.
  • the organic amide solvent is preferably one that is stable to alkali at high temperatures.
  • organic amide solvent examples include amide compounds such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide; ⁇ -alkyl-prolatatam compounds such as N-methyl- ⁇ -caprolactam ⁇ -alkylpyrrolidone compounds such as ⁇ -methyl-2-pyrrolidone and ⁇ -cyclohexyl-1-pyrrolidone or ⁇ -cycloalkylpyrrolidone compounds; ⁇ such as 1,3-dialkyl-12-imidazolidinone; , ⁇ -dialkyl imidazolidinone compounds; tetraalkyl urea compounds such as tetramethyl urea; and hexaalkyl phosphate compounds such as hexamethyl phosphate triamide.
  • These organic amide solvents are Each of them may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.
  • an N-alkylpyrrolidone compound an N-cycloalkylpyrrolidone compound, an N-alkylproprolatatam compound, and an N-dialkylimidazolidinone compound are preferable.
  • 2-Pyrrolidone, N-methyl- ⁇ -force prolatatam, and 1,3-dialkyl_2-imidazolidinone are preferably used.
  • the amount of the organic amide solvent used in the polymerization reaction of the present invention is usually in the range of 0.1 to 0 kg / mol of sulfur source.
  • various polymerization auxiliaries can be used as needed in order to accelerate the polymerization reaction and to obtain PAS having a high degree of polymerization in a short time.
  • the polymerization aid include metal salts of organic sulfonic acids, lithium halides, metal salts of organic carboxylic acids, and alkali metal salts of phosphoric acid, which are generally known as polymerization aids for PAS.
  • organic carboxylate metal salts are particularly preferable because they are inexpensive.
  • the amount of the polymerization aid used varies depending on the type of the compound used, but is generally in the range of 0.01 to 10 mol per 1 mol of the charged sulfur source.
  • the dehydration step is preferably carried out by subjecting the alkali metal sulfide and / or alkali metal hydrosulfide to an organic amide solvent in an inert gas atmosphere, optionally in the presence of an alkali metal hydroxide. It is carried out by a method in which water is discharged outside the system by distillation. Alkali metal sulfides usually contain more water than is necessary for the polymerization reaction because they are used as hydrates or aqueous mixtures. When an alkali metal hydrosulfide is used as the sulfur source, an equimolar amount of the alkali metal hydroxide is added and the reaction is performed in situ in an organic amide solvent.
  • the water consisting of water of hydration (water of crystallization), aqueous medium, and by-product water is dehydrated until it falls within the required range.
  • dehydration is carried out until the amount of coexisting water in the polymerization reaction system is usually about 0.3 to 5 mol, preferably about 0.5 to 2 mol, per 1 mol of the sulfur source. If the water content becomes too low in the dehydration step, water may be added before the polymerization step to adjust to a desired water content.
  • the introduction of these raw materials into the reaction tank is generally carried out within a temperature range from room temperature to 300 ° C., preferably from room temperature to 200 ° C.
  • the order of charging the raw materials may be in any order, and furthermore, each raw material may be added during the dehydration operation.
  • An organic amide solvent is used as a solvent used in the dehydration step. This solvent is preferably the same as the organic amide solvent used in the polymerization process, and N-methyl-2-pyrrolidone is particularly preferred.
  • the amount of the organic amide solvent used is usually about 0.1 to about LO kg per mole of the sulfur source charged into the reactor.
  • the mixture after charging the raw materials into the reaction tank is usually kept at a temperature of 300 ° C. or less, preferably in a temperature range of 100 ° C. to 250 ° C., usually for 15 minutes to 2 minutes.
  • the heating is performed for 4 hours, preferably for 30 minutes to 10 hours.
  • the heating method includes a method of maintaining a constant temperature, a method of stepwise or continuous heating, or a method of combining both.
  • the dehydration step is performed by a batch system, a continuous system, or a combination of both systems. In the production method of the present invention, a patch system is preferable.
  • the reaction tank in which the dehydration step is performed may be the same as or different from the polymerization tank (reactor) used in the subsequent polymerization step.
  • the material of the reaction tank is preferably a corrosion-resistant material, and particularly preferably a titanium material.
  • a part of the organic amide solvent is usually discharged out of the reaction tank together with water. At that time, hydrogen sulfide is discharged (vaporized) as a gas.
  • the dehydration step a mixture containing at least one sulfur source selected from the group consisting of an organic amide solvent, an alkali metal hydrosulfide and an alkali metal sulfide, and an alkali metal hydroxide added as necessary is heated.
  • the dehydration step is performed in a reaction tank connected to a distillation column.
  • a mixture containing an organic amide solvent, at least one sulfur source selected from the group consisting of alkali metal hydrosulfides and alkali metal sulfides, and an alkali metal hydroxide added as necessary is heated.
  • the vaporized vapor is led to a distillation column, where it is distilled and separated into components.
  • the high-boiling fraction mainly composed of the organic amide solvent removed from the bottom of the distillation column is refluxed in the reaction tank.
  • the low-boiling fraction containing water and hydrogen sulfide taken from the top of the distillation column is cooled and condensed. Hydrogen sulfide that is not condensed by cooling is discharged as a gas. Scattered). A part of the water condensed by cooling is returned to the distillation column, and the remaining water is discharged. The remaining water may be stored in a storage tank. At that time, the water refluxed in the distillation column is passed through, for example, a flow meter to measure the integrated amount. The remaining water that does not reflux into the distillation column is discharged, but its integrated amount is also measured. If the remaining amount of water is stored in the storage tank, measure the amount of water stored in the storage tank after the dehydration process and use it as the integrated water amount.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of an apparatus used in the manufacturing method of the present invention.
  • the upper part of a reaction tank (for example, a polymerization tank) 1 for performing a dehydration reaction is connected to a distillation tower 3 by a line 2, and a line 4 from the top of the distillation tower 3 is connected to a cooler 5 and a storage tank 6 sequentially.
  • a reaction tank for example, a polymerization tank
  • a line 4 from the top of the distillation tower 3 is connected to a cooler 5 and a storage tank 6 sequentially.
  • the distillation column 3 it is desirable to use a high-performance distillation column capable of efficiently separating water from an organic amide solvent such as N-methyl_2-pyrrolidone.
  • a part of the water stored in the storage tank 6 is refluxed into the distillation column 3. At that time, the amount of the returning water is integrated by the flow meter 9.
  • the separation of the organic amide solvent and the water by the distillation tower 3 can be performed smoothly and efficiently. It is usually desirable that the refluxing water be refluxed to the top or top of the distillation column.
  • a part of the cooled water may be returned to the distillation column 3 without being stored in the storage tank 6, and the rest may be discharged through the line 8. Or, if the capacity of storage tank 6 is small, Part of the water that does not return to the distillation column 3 may be stored in the storage tank 6, and the rest may be discharged from the line 8. In each case, the amount of water flowing back into the distillation column 3 and the amount of water discharged without reflux are measured. After the dehydration step, the water stored in the storage tank 6 can be discharged from the line 8.
  • discharge means discharging to the outside of the apparatus without being refluxed in the reaction tank and the distillation column.
  • the weight ratio of the amount of water refluxed into the distillation column to the amount of water discharged without reflux is usually 90:10 to: L0: 90, preferably 80: 2.
  • the reflux conditions are set so as to fall within the range of 0 to 20:80, more preferably 30:70 to 70:30.
  • the amount of water refluxed into the distillation column is measured by a flow meter, and the amount of water discharged without reflux (usually, the amount of water accumulated in the storage tank) is summed.
  • the amount of water discharged without reflux usually, the amount of water accumulated in the storage tank
  • a relational expression between the total amount of water refluxed into the distillation column and the amount of water discharged without reflux and the amount of hydrogen sulfide discharged (also referred to as “volatilized hydrogen sulfide”) is determined in advance. Based on the relational expression, calculate the amount of hydrogen sulfide discharged from the measured total water amount.
  • Such a relational expression can be created by performing regression analysis using a huge amount of experimental data actually measured on the relationship between the total water amount in the dehydration process and the amount of volatile hydrogen sulfide as a database.
  • a regression analysis on the database, it is possible to create a relational expression for a linear model or a non-linear model (bilogarithmic model ⁇ semilogarithmic model).
  • the relationship between the amount of water and the amount of discharged hydrogen sulfide is, for example, the following relational expression (I)
  • a and b are parameters that vary depending on the device and operating conditions. a and b can be obtained by regression analysis of the experimental data.
  • the amount (y) of hydrogen sulfide discharged from the reaction tank can be calculated. If the amount of hydrogen sulfide discharged in the dehydration step is known, the amount of the sulfur source remaining in the reaction tank can be calculated from the amount and the amount of sulfur initially charged into the reaction tank.
  • the amount of sulfur source remaining in the mixture after the dehydration step (which is the actual “amount of charged sulfur source”) is calculated, and the calculated sulfur source (A ) Is adjusted based on the amount of the sulfur source (A) and the dihalo aromatic compound (B).
  • the molar ratio of the sulfur source (A) and the diha-mouth aromatic compound (B) is usually 0 mol per mol of the sulfur source (metal sulfide and metal sulfide or metal sulfide). 90 to 1.50 mol, preferably 0.95 to 1.20 mol, more preferably 1.00 to 1.09 mol.
  • adjust the charged molar amount of the dihamouth aromatic compound per mole of sulfur source within the range of 1.00 to 1.09. It is desirable to do.
  • the polymerization step is performed by charging a dihalo aromatic compound to the mixture after the completion of the dehydration step, and heating the sulfur source and the dihalo aromatic compound in an organic amide solvent.
  • a polymerization tank different from the reaction tank used in the dehydration step is used, the mixture after the dehydration step and the dihaloaromatic compound are charged into the polymerization tank.
  • the amount of the organic amide solvent and the amount of coexisting water may be adjusted as necessary.
  • a polymerization aid or other additives may be mixed.
  • the mixture obtained after completion of the dehydration step and the dihachiaromatic compound are usually mixed in a temperature range of 100 to 350 ° C, preferably 120 to 330 ° C.
  • the polymerization reaction is generally carried out at 100-350 ° C, preferably at 120-330 ° C, more preferably at 170-290 ° C.
  • a heating method of the reaction a method of maintaining a constant temperature, a method of stepwise or continuous heating, or a combination of both methods is used.
  • the polymerization reaction time generally ranges from 10 minutes to 72 hours, preferably from 30 minutes to 48 hours.
  • the amount of the organic amide solvent used in this step is usually 0.1 to 10 kg, preferably 0.15 to 1 kg, per 1 mol of the sulfur source charged during the polymerization step. Within this range, the amount may be changed during the polymerization reaction.
  • the amount of coexisting water at the start of the polymerization reaction is usually preferably in the range of 0.3 to 5 mol per mol of the charged sulfur source.
  • the coexisting water content may be outside this range.
  • the coexisting water content can be in the range of 0.1 to 15 moles, preferably 0.5 to 10 moles, per mole of sulfur source such as alkali metal sulfide.
  • the amount of coexisting water may be increased during the polymerization reaction, or may be reduced by distillation.
  • a polymerization method for increasing the amount of coexisting water during the polymerization reaction for example, 0.5 to 2.4 mol, preferably 0.5 to 2.0 mol of water is present per 1 mol of the charged sulfur source.
  • the reaction is carried out at a temperature of 170 to 270 ° C., preferably 180 to 235 ° C., so that the conversion of the dihalo aromatic compound is 50 to 98 mol%, and then, per mole of the charged sulfur source, Water is added so that more than 2.0 moles and not more than 10 moles, preferably 2.5-7.0 moles of water are present, and the temperature is raised to 245-290 ° C to carry out the reaction. There is a way to continue.
  • Particularly preferred polymerization methods include:
  • a reaction mixture containing an organic amide solvent, a sulfur source (A) and a dihamouth aromatic compound (B) is mixed with 0.5 to 2.0 moles of water per mole of the charged sulfur source (A).
  • a polymerization reaction is carried out by heating to 170 to 270 ° C to produce a prepolymer with a conversion of a dihalo aromatic compound of 50 to 98%, and
  • Sulfur source charged (A) Adjust the amount of water in the reaction system so that water is present in excess of 2.0 moles and 10 moles or less per mole, and heated to 245 to 290 ° C. Step 2 for continuing the polymerization reaction
  • step 1 it is desirable to produce a prepolymer having a melt viscosity of 0.5 to 30 Pa ⁇ s measured at a temperature of 310 ° C and a shear rate of 1,216 sec- 1 .
  • step 2 the polymerization reaction is continued so that a polymer having a melt viscosity higher than the melt viscosity of the prepolymer formed in step 1 is generated.
  • Water may be added at the end of the polymerization reaction or at the end of the polymerization reaction to increase the water content in order to reduce the content of by-product salt or impurities in the produced polymer or to recover the polymer in the form of particles.
  • Many other known polymerization methods or modifications thereof can be applied to the polymerization step of the present invention, and it is not particularly limited to a specific polymerization method.
  • the polymerization reaction system may be a batch system, a continuous system, or a combination of both systems. In the case of patch-type polymerization, a system using two or more reaction vessels may be used for the purpose of shortening the polymerization cycle time.
  • post-treatment after the polymerization reaction can be performed by a conventional method.
  • the PAS can be recovered by cooling the product slurry as it is or diluting it with water or the like, followed by filtration, repeated washing with water and filtration, followed by drying.
  • the product slurry may be sieved from the polymer while still at an elevated temperature.
  • the PAS may be washed with the same organic amide solvent as the polymerization solvent—an organic solvent such as ketones (for example, acetone) and alcohols (for example, methanol), or high-temperature water.
  • the resulting PAS can be treated with an acid or a salt such as ammonium chloride.
  • the melt viscosity (measured at a temperature of 310 ° C. and a shear rate of 1,216 sec- 1 ) of the PAS of the present invention is not particularly limited, but is preferably 30 to 800 Pa ⁇ s, more preferably 40 to 500 Pa ⁇ s. s.
  • PAS having a melt viscosity exceeding the melt viscosity of the prepolymer produced in the former step (step 1) is obtained.
  • PAS obtained by the production method of the present invention can be used as it is or by oxidative crosslinking. After that, various inorganic fillers, fibrous fillers, and various synthetic resins can be blended alone or, if desired, into various injection molded products and extruded products such as sheets, films, fibers, and pipes. .
  • the PAS obtained by the method of the present invention can stably carry out these processes because the melt viscosity has little variation between lots, and the resulting molded product has high quality with little variation in various properties. can get.
  • PAS polyphenylene sulfide
  • the melt viscosity was measured using a capillarograph 1 manufactured by Toyo Seiki. At this time, a flat die of lmm ⁇ XlOmmL was used as the cabillary, and the set temperature was 310 ° C. Samples introduced city measurements furnace, after holding for 5 minutes, the melt viscosity was measured at a shear rate of 1, 216 sec one 1.
  • a dehydration reaction was performed as a step before the polymerization step.
  • NMP N-methyl-1-pyrrolidone
  • 302 kg of sodium hydrosulfide with a concentration of 64% by weight (calculated as Na SH) 3.45 kmo1) and 179 kg of sodium hydroxide with a concentration of 75% by weight (3.36 kmo1 in NaOH) were added, and the mixture was heated until the temperature in the reactor reached 192 ° C.
  • a dehydration reaction was performed.
  • pDCB p-dichlorobenzene
  • the reaction mixture was cooled to around room temperature, and the reaction mixture was opened.
  • the resulting granular polymer was sieved through a 150 ⁇ (100 mesh) screen.
  • the granular polymer was washed twice with acetone and further three times with water to obtain a washed polymer.
  • the washed polymer was immersed in an aqueous solution of acetic acid having a concentration of 0.6% by weight to perform an acid treatment. Thereafter, the granular polymer was washed twice with water.
  • a polyphenylene sulfide having a melt viscosity of 14 OPa ⁇ s was obtained. Table 1 shows the results.
  • Example 1 was repeated except that the amount of boiled water was changed within the range of 250 to 350 kg by changing the reflux ratio in the distillation column and changing the heating amount of the reaction tank.
  • the dehydration step was performed using the same apparatus and conditions as described above. After the dehydration step, the amounts of each boiling water were substituted into the relational expression (I) to calculate the amount of volatilized hydrogen sulfide, and the amount of the sulfur source remaining in the reaction tank was calculated based on the value. Based on the calculated sulfur source amount, pDCB was added to the reaction tank so as to have the same monomer charging ratio as in Example 1, and the polymerization reaction and post-treatment were performed.
  • Examples 2 to 10 are experiments for confirming the effectiveness of the method of the present invention when the amount of boiled water is set to about 300 kg.
  • the melt viscosity of PPS obtained as a result of a total of 10 experiments including Example 1 was 124 Pas, the minimum value was 155 Pas, the maximum value was 138 Pas, and the average value was 138 Ps. a.s (standard deviation 9.7). Table 1 shows the results.
  • the dehydration process was performed using the same apparatus and conditions as in Example 1 except that the amount of water for baking was set to 500 kg. From the general formula (I), if the amount of boil-up water is 500 kg, the amount of volatile hydrogen sulfide is calculated as 5.2 kg (0.15 kmo1), and from this value the amount of sulfur source remaining in the reaction tank was calculated to be 3.30 kmo 1. To this reaction tank, 490 kg (3.34 kmol) of pDCB was added so that the same monomer charging ratio as in Example 1 was performed, and a polymerization reaction and post-treatment were performed. As a result, a PPS having a melt viscosity of 139 Pa ⁇ s was obtained.
  • the dewatering process was performed using the same equipment and conditions as in Example 1 except that the amount of water for heating was set to 600 kg. From the general formula (I), when the amount of boil-up water is 600 kg, the amount of volatile hydrogen sulfide is calculated as 6.4 kg (0.19 kmo 1), and from this value the amount of sulfur source remaining in the reaction tank was calculated to be 3.26 kmo 1. To this reaction tank, 485 kg (3.30 kmo 1) of pDCB was added so as to have the same monomer charging ratio as in Example 1, and a polymerization reaction and post-treatment were performed. As a result, a PPS having a melt viscosity of 142 Pa ⁇ s was obtained. Table 1 shows the results.
  • Q the amount of boil-up water is 600 kg
  • the amount of volatile hydrogen sulfide is calculated as 6.4 kg (0.19 kmo 1)
  • the amount of sulfur source remaining in the reaction tank was calculated to be 3.26 kmo 1.
  • 485 kg (3.30 kmo 1) of pDCB was
  • the mixture in the reaction vessel was heated to 220 ° C and reacted for 5 hours. Then, 69 kg of water was added into the reaction vessel, and the temperature was raised to 260 ° C and reacted for 5 hours. After completion of the reaction, the reaction mixture was cooled to around room temperature, and the reaction mixture was sieved through a 150 / Xm (100 mesh) screen to filter out the granular polymer, and washed twice with acetone and further three times with water. A washing polymer was obtained. The washed polymer was immersed in a 0.6% by weight aqueous solution of acetic acid, washed twice with water, and then dried.
  • the collected liquid was analyzed by an odorometric method. As a result, the amount of volatilized hydrogen sulfide was determined to be 0.10 kmol. From this value, the amount of sulfur source remaining in the reactor was calculated to be 3.35 kmol. Based on this sulfur source amount, 498 kg (3.39 kmo 1) of pDCB was added into the reactor, and the molar ratio of pDCB / sulfur source, which was the monomer ratio, was adjusted to 1.012.
  • the mixture in the reaction vessel was heated to 220 ° C and reacted for 1 hour, and then heated to 230 ° C over 30 minutes and further reacted for 1.5 hours. Thereafter, 69 kg of water was added into the reactor, the temperature was raised to 260 ° C, and the reaction was performed for 5 hours. After the completion of the reaction, the reaction mixture was cooled to around room temperature, and the reaction mixture was passed through a 150 ⁇ m (100 mesh) screen to sieve the granular polymer, and washed twice with acetone and three times with water. Then, a washing polymer was obtained. The washed polymer was immersed in a 0.6% by weight aqueous solution of acetic acid, washed twice with water, and then dried. The melt viscosity of the obtained PPS was 142 Pa ⁇ s. Table 2 shows the results.
  • a method for producing a polyarylene sulfide comprising a polymerization step of polymerizing a sulfur source and a dihaloaromatic compound in an organic amide solvent.
  • the dehydration process of the process can be performed smoothly, and the sulfur source charged and the charged water source are prepared based on the relational expression between the amount of hydrogen sulfide that is lost by volatilization outside the reaction system and the amount of water that is heated during distillation.
  • the molar ratio with the aromatic compound can be accurately set, whereby a polyarylene sulfide having a desired melt viscosity can be stably produced.

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Abstract

脱水工程で、有機アミド溶媒と硫黄源とを含む混合物を加熱し、気化した蒸気を蒸留塔に導き、有機アミド溶媒を主成分とする留分を反応槽内に還流し、水と硫化水素とを含む留分を冷却して、冷却により凝縮しない硫化水素を排出すると共に、凝縮した水の一部を蒸留塔内に還流し、残りの水を排出し、還流した水の量と還流せずに排出した水の量との合計水量と反応槽から排出した硫化水素量との間の関係式を予め求めておき、該関係式に基づいて、合計水量の測定値から、反応槽から排出した硫化水素量を算出し、硫黄源とジハロ芳香族化合物との仕込みモル比を調整する。

Description

ポリアリ一レンスルフィドの製造方法 技術分野
本発明は、 ポリアリーレンスルフイドの製造方法に関し、 さらに詳しくは、 所望の溶融粘度を有するポリアリーレンスルフィドを安定して製造することが できるポリアリーレンスルフィドの製造方法に関する。 背景技術
ポリフエ二レンスルフイド (以下、 「P P S」 と略記する) に代表されるポリ ァリーレンスルフイド (以下、 「P A S」 と略記する) は、 耐熱性、 耐薬品性、 難燃性、 機械的強度、 電気特性、 寸法安定性などに優れたエンジニアリングプ ラスチックである。 P A Sは、 押出成形、 射出成形、 圧縮成形などの一般的溶 融加工法により、 各種成形品、 フィルム、 シート、 繊維等に成形可能であるた め、 電気 ·電子機器、 自動車機器等の広範な分野において汎用されている。
P A Sの代表的な製造方法としては、 N—メチル _ 2—ピロリ ドンなどの有 機ァミド溶媒中で、 硫黄源であるアル力リ金属硫化物とジハ口芳香族化合物と を反応させる方法が知られている。 硫黄源としては、 アルカリ金属水硫化物と アルカリ金属水酸ィ匕物との組み合わせも使用されている。
P A Sの製造方法において、 安定した品質の P A Sを得るには、 原料、 副原 料などの純度が高く、 かつ一定であることを前提として、 アルカリ金属硫化物 とジハロ芳香族化合物とのモル比、 共存水分量、 重合温度、 重合時間などの重 合条件を厳密に制御する必要がある。 例えば、 重合反応系において、 共存水分 量が過小であると生成 P A Sの分解などの好ましくない反応が起こりやすく、 逆に、 過大であると重合速度が著しく遅くなつたり、 好ましくない副反応が起 こる。
原料のアルカリ金属硫化物としては、 通常、 多量の結晶水を含有している水 和物が使用されている。 さらに、 これらの原料は、 水溶液として反応系に添カロ される場合がある。 したがって、 これらの原料を反応槽に投入した時点では、 多量の水分が系内に存在する。 そこで、 一般に、 P A Sの製造に際し、 重合ェ 程の前工程として、 有機アミド溶媒と硫黄源とを含む混合物を加熱脱水して、 重合反応系の水分量を調節するための脱水工程が配置されている。
脱水工程は、 通常、 重合反応溶媒である有機アミド溶媒の存在下で操作され、 蒸留により水を系外へ排出し、 水分量がアルカリ金属硫化物 1モル当たり、 通 常 0 . 3〜5モル、 好ましくは 0 . 5〜2 . 0モル程度になるまで行われる。 脱水工程で水分量が少なくなり過ぎた場合には、 重合反応に先立って、 水を添 加して水分量を所望の範囲に調節する。 共存水分量を調節した後、 反応系にジ ハロ芳香族化合物を仕込んで、 加熱することにより重縮合反応を行う。
上記脱水工程において、 有機アミド溶媒中でアルカリ金属硫化物と水とが反 応して、 硫化水素 (H2 S ) が平衡的に解離して撺散する。 脱水工程において、 加熱により水を留去する際に、 水は、 有機アミド溶媒と同伴して系外に排出さ れるカ あるいは蒸留により有機アミド溶媒と水とが分離され、 水のみが排出 されるが、 同時に、 生成した硫化水素も揮散して系外に排出される。 脱水工程 における硫化水素の揮散は、 P A Sの工業的製法において、 以下のような問題 点を引き起こす。
第一に、 硫化水素の揮散によりアルカリ金属硫化物などの硫黄源の量が変動 するため、 製品ポリマーのロット毎の溶融粘度が変動する。 一般に、 原料 (特 にアルカリ金属硫化物及び/またはアルカリ金属水硫化物) の切替、 P A Sの グレード変更に伴う原料組成の変動、 あるいは加熱脱水速度の変更や蒸留塔に おける還流比の変動などに伴う揮散硫化水素量の変動などにより、 生成ポリマ 一のロット毎の品質に変動が生じる。 さらに、 同一原料を用い、 かつ、 実質的 に同一条件で製造しても、 脱水工程で揮散する硫化水素の量が変動するため、 生成ポリマーのロット間の溶融粘度にバラツキを生じる。
第二に、 硫化水素の揮散によって、 高重合度 P A Sの安定的な製造が困難に なる。 例えば、 アルカリ金属硫化物とジハロ芳香族化合物との重合反応様式は、 2成分の重縮合反応であるため、 高重合度の P A Sを得るには、 一般に、 これ ら両成分のモル比を 1 : 1付近に精度よく調整することが望ましい。 そこで、 脱水工程で揮散する硫化水素の量を予測して仕込み硫黄源 (アル力リ金属硫化 物及び/またはアルカリ金属水硫化物) の量を調整しているが、 硫化水素の揮 散量の変動幅が大きく、 両成分の正確な反応モル比を制御することは困難であ る。 '
実際に揮散した硫化水素の量が予測量より少なかった場合、 ジハロ芳香族化 合物に対するアル力リ金属硫化物のモル比が過剰になり、 急激な分解反応等の 望ましくない副反応が生じやすくなる。 したがって、 高重合度の P A Sを安定 的に製造するには、 揮散する硫化水素量の厳密な制御と測定が不可欠となって いる。 しかし、 脱水工程での硫化水素の揮散量の変動により、 目標溶融粘度の 達成と溶融粘度のバラツキの低減は、 困難であった。
従来、 脱水工程における硫化水素の揮散に伴う問題を解決するために、 幾つ かの提案がなされている。 例えば、 脱水工程で揮散する硫化水素を定量して、 反応系内に存在する硫黄源の量を精度良く求める方法が提案されている (例え ば、 特公昭 6 3 - 3 3 7 7 5号公報)。 この方法によれば、 重合工程におけるァ ルカリ金属硫化物とジハ口芳香族化合物とのモル比を精度良く合わせることは 可能であるが、 脱水工程で揮散する硫化水素の定量のために特別の専用装置の 導入が必要であり、 しかも分析時間のロスが生じる。
脱水工程で揮散した硫化水素をアル力リ金属水酸化物の水溶液に吸収させて、 次バッチの脱水工程及び/または重合工程にリサイクルして再利用する方法が 提案されている (例えば、 特開平 2 _ 1 6 0 8 3 3号公報)。 しかし、 この方法 は、 回収した硫化水素の水溶液を次のバツチの脱水工程にリサイクルする場合、 脱水すべき水分量が增加するため、 エネルギーロスが大きい。 回収した硫化水 素の水溶液を次のバッチの重合工程にリサイクルする場合は、 前述した水が多 く共存する系での重合反応に伴う問題が起こる。
脱水工程で発生した硫化水素を水酸化ナトリゥム水溶液に吸収させ、 1規定 の塩酸で中和滴定を行って、 揮散した硫化水素を定量する方法が提案されてい る (例えば、 特開平 2— 1 6 0 8 3 4号公報)。 しかし、 硫化水素を水酸化ナト リゥム水溶液に捕集して定量する方法は、 そのための専用装置の導入が必要で あり、 しかも定量する作業が新たに発生し、 生産効率が低下する。 また、 回収 した硫化水素を含む水酸化ナトリゥム水溶液を反応系にリサイクルする場合に は、 水酸化ナトリゥムと水の增加に伴う重合反応上及ぴ P A S品質上の問題が 発生する。
脱水工程中に揮散する硫化水素を、 脱水工程が行われている系外で、 有機ァ ミド溶媒に吸収させて回収し、 回収した硫化水素を硫黄源として重合反応に再 利用する方法が提案されている (例えば、 特開平 9一 2 8 6 8 6 1号公報)。 こ の方法によれば、 脱水工程で揮散する硫化水素を回収し、 再利用することによ り、 硫化水素の揮散に伴う諸問題を解決し、 溶融粘度の変動が少なく、 品質の 安定した P A Sを製造することができる。 し力 し、 この方法でも、 揮散した硫 化水素が有機アミド溶媒に吸収される量に変動があり、 より正確に硫化水素の 量を把握する方法が望まれていた。
P A Sの品質の中でも溶融粘度は、 最も重要な品質のひとつである。 ジハロ 芳香族化合物のアルカリ金属硫化物に対する仕込み比率 (以下、 「P / S比」 と 略記する) が P A Sの溶融粘度に強く影響することが知られているが、 有機ァ ミド溶媒中において、 ジハロ芳香族化合物とアルカリ金属硫化物及び /または アルカリ金属水硫化物を、 必要に応じてアルカリ金属水酸化物を添加して、 加 熱して重合させる P A Sの製造方法において、 P / S比を一定に管理するため の工業的に採用可能な優れた方法は、 未だ提案されていない。 発明の開示
本発明の目的は、 所望の溶融粘度を有するポリアリーレンスルフィドを安定 して製造することができるポリアリーレンスルフィ ドの製造方法を提供するこ とにある。
特に、 本発明の目的は、 脱水工程を円滑に行うことができると共に、 反応系 外への揮散等によって損失する硫化水素量を比較的簡単な方法により極めて正 確に算出することができ、 その算出量に基づいて、 仕込み硫黄源と仕込みジハ 口芳香族化合物とのモル比を正確に管理し設定することができ、 それによつて、 所望の溶融粘度を有するポリアリーレンスルフィドを安定して製造することが できる方法を提供することにある。 本発明者らは、 前記目的を達成するために鋭意研究を行った結果、 有機アミ ド溶媒中で硫黄源とジハロ芳香族化合物とを重合反応させる重合工程を含む P A Sの製造方法において、 重合工程の前工程である脱水工程において、 蒸留塔 を連結した反応槽内で、 前記混合物を加熱し、 気化した蒸気を蒸留塔に導いて、 各成分に蒸留分離し、 蒸留塔の底部から取り出される有機アミド溶媒を主成分 とする高沸点留分を反応槽内に還流し、 他方、 蒸留塔の頂部から取り出される 水と硫化水素とを含む低沸点留分を冷却して、 冷却により凝縮しない硫化水素 を排出すると共に、 凝縮した水の一部を蒸留塔内に還流し、 残りの水を排出す る方法により脱水工程を行い、 そして、 蒸留塔内に還流した水の量と還流せず に排出した水の量との合計水量と反応槽から排出した硫化水素量との間の関係 式を予め求めておき、 該関係式に基づいて、 合計水量の測定値から、 反応槽か ら排出した硫化水素量を算出する方法に想到した。
上記方法により算出した硫化水素量 (排出した硫化水素量) に基づいて、 脱 水工程後の混合物中に残存する硫黄源量 (仕込み硫黄源量) を算出し、 算出し た硫黄源の量に基づいて、 硫黄源とジハロ芳香族化合物との仕込みモル比を調 整することができる。 この方法によれば、 排出した硫化水素を捕集して定量分 析を行うことなく、 正確に硫化水素量を算出することができ、 ロット毎の溶融 粘度のバラツキが極めて小さな P A Sを安定して製造することができる。 本発 明は、 これらの知見に基づいて完成するに至ったものである。
本発明によれば、 有機アミド溶媒、 アルカリ金属水硫化物及びアルカリ金属 硫ィ匕物からなる群より選ばれる少なくとも一種の硫黄源 (A)、 並びに必要に応じ て添加したアルカリ金属水酸化物を含む混合物を加熱脱水して、 混合物中の水 分量を調節する脱水工程の後、 残存する混合物を含有する系内にジハ口芳香族 化合物 (B)を仕込み、 有機アミド溶媒中で硫黄源 (A)とジハロ芳香族化合物 (B)と を重合反応させる重合工程を含むポリアリーレンスルフィ ドの製造方法におい て、
( 1 ) 脱水工程において、 蒸留塔を連結した反応槽内で、 有機アミド溶媒、 ァ ルカリ金属水硫化物及びアルカリ金属硫化物からなる群より選ばれる少なくと も一種の硫黄源 (A)、 並びに必要に応じて添加したアルカリ金属水酸化物を含む 混合物を加熱し、 気化した蒸気を蒸留塔に導いて、 各成分に蒸留分離し、 蒸留塔の底部から取り出される有機アミド溶媒を主成分とする高沸点留分を 反応槽内に還流し、
蒸留塔の頂部から取り出される水と硫化水素とを含む低沸点留分を冷却して、 冷却により凝縮しない硫化水素を排出すると共に、 凝縮した水の一部を蒸留塔 内に還流し、 残りの水を排出し、
( 2 ) 蒸留塔内に還流した水の量と還流せずに排出した水の量との合計水量と 排出した硫化水素量との間の関係式を予め求めておき、 該関係式に基づいて、 合計水量の測定値から排出した硫化水素量を算出し、
( 3 ) 算出した硫化水素量に基づいて、 脱水工程後の混合物中に残存する硫黄 源 (A)の量 (以下、 「仕込み硫黄源量」 という) を算出し、 算出した硫黄源 (A)の 量に基づいて、 硫黄源 (A)とジハロ芳香族化合物 (B)との仕込みモル比を調整し、 次いで、
( 4 ) 重合工程において、 有機アミド溶媒中で、 硫黄源 (A)とジハロ芳香族化合 物 (B)とを重合反応させる
ことを特徴とするポリアリーレンスルフィドの製造方法が提供される。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の製造方法で使用する装置の一例を示す説明図である。 発明を実施するための最良の形態
1 . 硫黄源:
本発明では、 硫黄源として、 アル力リ金属水硫化物及ぴアル力リ金属硫化物 からなる群より選ばれる少なくとも一種の硫黄源を使用する。アルカリ金属硫 化物としては、 硫化リチウム、 硫化ナトリウム、 硫化力リウム、 硫化ルビジゥ ム、 硫化セシウム、 及びこれらの 2種以上の混合物などを挙げることができる。 これらのアルカリ金属硫化物は、 通常、 水和物として市販され、 使用される。 水和物としては、 例えば、 硫化ナトリウム 9水塩 (N a 2 S · 9 H 20)、 硫ィ匕ナ トリウム 5水塩 (N a 2 S · 5 H 20) 等が挙げられる。 アルカリ金属硫化物は、 水性混合物として使用してもよい。
硫黄源として、 アル力リ金属水硫化物をアル力リ金属水酸化物と組み合わせ て使用することができる。 アルカリ金属水硫化物としては、 水硫化リチウム、 水硫化ナトリウム、 水硫化カリウム、 水硫化ルビジウム、 水硫化セシウム、 及 びこれらの 2種以上の混合物などを挙げることができる。 アルカリ金属水硫化 物は、 無水物、 水和物、 水溶液のいずれを用いてもよい。 これらの中でも、 ェ 業的に安価に入手できる点で、 水硫化ナトリウム及び水硫化リチウムが好まし レ、。 また、 アルカリ金属水硫化物は、 水溶液などの水性混合物 (すなわち、 流 動性のある水との混合物) として用いることが処理操作や計量などの観点から 好ましい。
アル力リ金属水硫化物の製造工程では、 一般に、 少量のアル力リ金属硫化物 が副生する。 本発明で使用するアルカリ金属水硫化物の中には、 少量のアル力 リ金属硫化物が含有されていてもよい。 この場合、 アルカリ金属水硫化物とァ ルカリ金属硫化物との総モル量が、 脱水工程後の仕込み硫黄源になる。
アルカリ金属水酸化物としては、 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、 及ぴこれらの 2種以上の混 合物が挙げられる。 これらの中でも、 工業的に安価に入手できる点で、 水酸ィ匕 ナトリゥム及ぴ水酸ィ匕リチウムが好ましい。 アルカリ金属水酸化物は、 水溶液 などの水性混合物として用いることが好ましい。
本発明の製造方法において、 脱水工程で脱水されるべき水分とは、 水和水、 水溶液の水媒体、 及びアル力リ金属水硫化物とアル力リ金属水酸化物との反応 などにより副生する水などである。
2 . ジハロ芳香族化合物:
本発明で使用されるジハロ芳香族化合物は、 芳香環に直接結合した 2個のハ 口ゲン原子を有するジハロゲン化芳香族化合物である。
ジハロ芳香族化合物の具体例としては、 例えば、 o—ジハロベンゼン、 m— ジノヽ口べンゼン、 ; —ジノヽ口ベンゼン、 ジノヽロ トノレェン、 ジノヽロナフタレン、 メ トキシージハロベンゼン、 ジハロビフエニル、 ジハロ安息香酸、 ジハロジフ 工ニノレエーテノレ、 ジハロジフエニノレスノレホン、 ジハロジフエニノレスノレホキシド、 ジハロジフヱ二ルケトン等が挙げられる。
ここで、 ハロゲン原子は、 フッ素、 塩素、 臭素、 及びヨウ素の各原子を指し、 同一ジハロ芳香族化合物において、 2つのハロゲン原子は、 同じでも異なって いてもよい。 これらのジハロ芳香族化合物は、 それぞれ単独で、 あるいは 2種 以上を組み合わせて用いることができる。
ジハロ芳香族化合物の仕込み量は、 脱水工程後に系内に残存する硫黄源 (ァ ルカリ金属硫化物及ぴノまたはアル力リ金属水硫化物) 1モルに対し、 通常 0 . 9 0〜 1 . 5 0モル、 好ましくは 0 . 9 5〜: L . 2 0モル、 より好ましくは 1 . 0 0〜1 . 0 9モノレである。
3 . 分子量調節剤、 分岐 ·架橋剤:
生成 P A Sに特定構造の末端を形成させ、 あるいは重合反応や分子量を調節 する等のために、 モノハロ化合物 (必ずしも芳香族化合物でなくてもよい) を 併用することができる。 分岐または架橋重合体を生成させるために、 3個以上 のハロゲン原子が結合したポリハロ化合物 (必ずしも芳香族化合物でなくても よい)、 活性水素含有ハロゲン化芳香族化合物、 ハロゲン化芳香族ニトロ化合物 等を併用することも可能である。 分岐 ·架橋剤としてのポリハロ化合物として は、 トリハロベンゼンが好ましい。
4 . 有機アミ ド溶媒 :
本発明では、 脱水反応及び重合反応の溶媒として、 非プロトン性極性有機溶 媒である有機アミ ド溶媒を用いる。 有機アミ ド溶媒は、 高温でアルカリに対し て安定なものが好ましい。
有機アミ ド溶媒の具体例としては、 N, N—ジメチルホルムアミ ド、 N, N —ジメチルァセトアミ ド等のアミ ド化合物; N—メチルー ε—力プロラクタム 等の Ν—アルキル力プロラタタム化合物; Ν—メチルー 2—ピロリ ドン、 Ν— シクロへキシル一 2—ピロリ ドン等の Ν—アルキルピロリ ドン化合物または Ν ―シク口アルキルピロリ ドン化合物; 1, 3 —ジアルキル一 2 —イミダゾリジ ノン等の Ν, Ν—ジアルキルィミダゾリジノン化合物;テトラメチル尿素等の テトラアルキル尿素化合物;へキサメチルリン酸トリアミ ド等のへキサアルキ ルリン酸トリアミ ド化合物等が挙げられる。 これらの有機アミ ド溶媒は、 それ ぞれ単独で用いてもよいし、 2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの有機アミド溶媒の中でも、 N—アルキルピロリ ドン化合物、 N—シ クロアルキルピロリ ドン化合物、 N—アルキル力プロラタタム化合物、 及ぴ , N—ジアルキルイミダゾリジノン化合物が好ましく、 特に、 N—メチル _ 2— ピロリ ドン、 N—メチル一 ε—力プロラタタム、 及び 1, 3—ジアルキル _ 2 一イミダゾリジノンが好ましく用いられる。
本発明の重合反応に用いられる有機アミド溶媒の使用量は、 硫黄源 1モル当 たり、 通常 0 . 1〜: L 0 k gの範囲である。
5 . 重合助剤:
本発明では、 重合反応を促進させ、 高重合度の P A Sを短時間で得るために、 必要に応じて各種重合助剤を用いることができる。 重合助剤の具体例としては、 一般に P A Sの重合助剤として公知の有機スルホン酸金属塩、 ハロゲン化リチ ゥム、 有機カルボン酸金属塩、 リン酸アルカリ金属塩等が挙げられる。 これら の中でも、 有機カルボン酸金属塩が安価であるため、 特に好ましい。
重合助剤の使用量は、 用いる化合物の種類により異なるが、 仕込み硫黄源 1 モルに対し、 一般に 0 . 0 1〜1 0モルとなる範囲である。
6 . 脱水工程:
脱水工程は、 望ましくは不活性ガス雰囲気下、 アルカリ金属硫化物及び/ま たはアル力リ金属水硫化物を、 必要に応じてアル力リ金属水酸化物の存在下に、 有機アミド溶媒中で加熱し、 蒸留により水を系外へ排出する方法により実施す る。 アルカリ金属硫化物は、 通常、 水和物または水性混合物として使用するた め、 重合反応に必要量以上の水分を含有している。 また、 硫黄源としてアル力 リ金属水硫化物を用いる場合は、 等モル程度のアル力リ金属水酸化物を添加し、 有機アミド溶媒中で in situで反応させる。
脱水工程では、 水和水 (結晶水) や水媒体、 副生水などからなる水分を必要 量の範囲内になるまで脱水する。 脱水工程では、 重合反応系の共存水分量が、 硫黄源 1モルに対して、 通常 0 . 3〜 5モル、 好ましくは 0 . 5〜 2モル程度 になるまで脱水する。 脱水工程で水分量が少なくなり過ぎた場合は、 重合工程 の前に水を添加して所望の水分量に調節してもよい。 これらの原料の反応槽への投入は、 一般的には、 常温から 3 0 0 °C、 好まし くは常温から 2 0 0 °Cの温度範囲内で行われる。 原料の投入順序は、 順不同で よく、 さらには、 脱水操作途中で各原料を追加投入してもかまわない。 脱水ェ 程に使用される溶媒としては、 有機アミド溶媒を用いる。 この溶媒は、 重合ェ 程に使用される有機アミド溶媒と同一であることが好ましく、 N—メチルー 2 一ピロリ ドンが特に好ましい。 有機アミド溶媒の使用量は、 反応槽に投入する 硫黄源 1モル当たり、 通常 0 . 1〜: L O k g程度である。
脱水操作は、 反応槽内へ原料を投入後の混合物を、 通常、 3 0 0 °C以下、 好 ましくは 1 0 0〜 2 5 0 °Cの温度範囲で、 通常、 1 5分間から 2 4時間、 好ま しくは 3 0分間〜 1 0時間、 加熱して行われる。 加熱方法は、 一定温度を保持 する方法、 段階的または連続的な昇温方法、 あるいは両者を組み合わせた方法 がある。 脱水工程は、 バッチ式、 連続式、 または両方式の組み合わせ方式など により行われるが、 本発明の製造方法では、 パッチ式が好ましい。
脱水工程を行う反応槽は、 後続する重合工程に用いられる重合槽 (反応缶) と同じであっても、 あるいは異なるものであってもよい。 また、 反応槽の材質 は、 耐腐食性の材質がよく、 特にチタン材が好ましい。 脱水工程では、 通常、 有機アミド溶媒の一部が水と共に反応槽外に排出される。 その際、 硫化水素は、 ガスとして排出 (揮散) される。
脱水工程では、 有機アミド溶媒、 アルカリ金属水硫化物及びアルカリ金属硫 化物からなる群より選ばれる少なくとも一種の硫黄源、 並びに必要に応じて添 加したアルカリ金属水酸化物を含む混合物を加熱して脱水を行う。 本発明の製 造方法では、 蒸留塔を連結した反応槽内で脱水工程を行う。 該反応槽内で、 有 機アミド溶媒、 アルカリ金属水硫化物及びアルカリ金属硫化物からなる群より 選ばれる少なくとも一種の硫黄源、 並びに必要に応じて添加したアルカリ金属 水酸化物を含む混合物を加熱し、 気化した蒸気を蒸留塔に導いて、 各成分に蒸 留分離する。 蒸留塔の底部から取り出される有機アミド溶媒を主成分とする高 沸点留分は、 反応槽内に還流する。
他方、 蒸留塔の頂部から取り出される水と硫化水素とを含む低沸点留分は、 冷却して凝縮させる。 冷却により凝縮しない硫化水素は、 ガスとして排出 (揮 散) する。 冷却により凝縮した水の一部を蒸留塔内に還流し、 残りの水を排出 する。 残りの水は、 貯槽に溜めておいてもよい。 その際、 蒸留塔内に還流する 水は、 例えば、 流量計に通して、 積算量を測定する。 蒸留塔内に還流しない残 りの水は、 排出するが、 その積算量も測定する。 残りの水の全量を貯槽に溜め ておく場合には、 脱水工程後に貯槽内に溜まった水量を測定し、 積算水量とす る。
図 1を参照しながら、 脱水工程での本発明の方法をより具体的に説明する。 図 1は、 本発明の製造方法で使用する装置の一例を示す説明図である。 脱水反 応を行う反応槽 (例えば、 重合槽) 1の上部と蒸留塔 3をライン 2で接続し、 蒸留塔 3の塔頂からのライン 4で冷却器 5及ぴ貯槽 6に順次接続する。 蒸留塔 3としては、 N—メチル _ 2 _ピロリ ドンなどの有機アミド溶媒と水とを効率 的に分離することができる高性能の蒸留塔を使用することが望ましい。
蒸留塔 3の底部からは、 有機アミド溶媒を主成分とする留分が取り出される 1S この留分は、 ライン 1 0を通して反応槽 1内に還流する。 蒸留塔 3の塔頂 からは、 水と硫化水素とを含む留分が取り出される。 この留分は、 水 (水蒸 気) を主成分とするが、 硫化水素も随伴する。 塔頂からの留分は、 ライン 4を 通って冷却器 5に導かれ、 冷却される。 水蒸気が冷却により凝縮して水になり、 貯槽 6に溜められる。 その際、 冷却により凝集しない硫化水素は、 貯槽に溜ま ることなく、 非凝集性のガス成分としてライン 7から排出される。 硫化水素を 排出することにより、 蒸留塔 3での蒸留を円滑に実施することができる。 排出 された硫化水素は、 有機アミド溶媒に吸収させるなどの任意の方法により回収 することができる。
本発明の方法では、 貯槽 6に溜められた水の一部を蒸留塔 3内に還流させる。 その際、 還流する水の量を流量計 9で積算する。 貯槽 6内の水の一部を蒸留塔 3内に還流することにより、 蒸留塔 3による有機アミド溶媒と水との分離を円 滑かつ効率的に行うことができる。 還流する水は、 通常、 蒸留塔の塔頂もしく は上部に還流することが望ましい。
冷却した水を貯槽 6内に溜めることなく、 その一部を蒸留塔 3内に還流し、 残りをライン 8で排出してもよい。 あるいは、 貯槽 6の容量が小さい場合には、 蒸留塔 3に還流しない水の一部を貯槽 6内に溜め、 残りをライン 8より排出し てもよい。 いずれの場合も、 蒸留塔 3内に還流する水の量と、 還流しないで排 出する水の量を測定する。 脱水工程後、 貯槽 6内に溜めた水は、 ライン 8から 排出することができる。 なお、 本発明において、 「排出」 とは、 反応槽及ぴ蒸留 塔内に還流されることなく、 前記装置の外に排出することを意味する。
脱水工程において、 蒸留塔内に還流した水の量と還流せずに排出した水の量 との重量比は、 通常、 9 0 : 1 0〜: L 0 : 9 0、 好ましくは 8 0 : 2 0〜2 0 : 8 0、 より好ましくは 3 0 : 7 0〜 7 0 : 3 0の範囲内になるように還流条 件を設定する。
蒸留塔内に還流する水の量を R、 還流しないで排出する水の量を E、 その比 率を R/ Eとしたとき、 R/Eが大きいほど、 蒸留塔での加熱負荷が増えてェ ネルギ一の損失となり、 逆に、 R/Eが小さいと、 蒸留塔内での有機アミド溶 媒と水との分離が不良となり、 有機アミド溶媒の一部が水と共に蒸留塔の塔頂 から留出し、 排出されることになり、 有機アミド溶媒の損失等の問題が生じる。 7 . 揮散硫化水素量の算出:
本発明では、 脱水工程において、 蒸留塔内に還流した水の量を流量計で測定 し、 還流せずに排出した水の量 (通常は、 貯槽に溜まった水の量) とを合計す る。 他方、 蒸留塔内に還流した水量と還流せずに排出した水量との合計水量と 排出した硫化水素量 (「揮散硫化水素量」 ともいう) との間の関係式を予め求め ておき、 該関係式に基づいて、 合計水量の測定値から排出した硫化水素量を算 出する。
このような関係式は、 脱水工程での合計水量と揮散硫化水素量との間の関係 について実際に測定した膨大な実験データをデータベースとして用い、 回帰分 析することにより作成することができる。 データベースを回帰分析すると、 線 形モデルや非線形モデル (両対数モデルゃ片対数モデル) の関係式を作成する ことができるが、 蒸留塔内に還流した水量と還流せずに排出した水量との合計 水量と排出した硫化水素量との間の関係は、 例えば、 下記の関係式 (I)
y = a x + b ( I )
(式中、 xは、 脱水工程で蒸留塔内に還流した水の量と還流せずに排出した水 の量との合計水量 (焚き上げ水量) であり、 yは、 反応槽から排出した硫化水 素量であり、 a及ぴ bは、 いずれもパラメータである。)
で表わされる線形モデルによって、 正確に把握することができる。 関係式 (I)に おいて、 a及び bは、 装置及ぴ運転条件によって変動するパラメータである。 a及び bは、 実験データを回帰分析することにより求めることができる。
関係式 (I)に合計水量の測定値 (X) を代入すると、 反応槽から排出した硫化 水素の量 (y) を算出することができる。 脱水工程で排出した硫化水素の量が 分かれば、 その量と最初に反応槽内に投入した硫黄 ¾Τ、の量とから、 反応槽内に 残留する硫黄源の量を算出することができる。
そこで、 本発明では、 算出した硫化水素量に基づいて、 脱水工程後の混合物 中に残存する硫黄源の量 (実際の 「仕込み硫黄源量」 である) を算出し、 算出 した硫黄源 (A)の量に基づいて、 硫黄源 (A)とジハロ芳香族化合物 (B)との仕込み モル比を調整する。 硫黄源 (A)とジハ口芳香族化合物 (B)との仕込みモル比は、 硫黄源 (アル力リ金属硫化物及ぴノまたはアル力リ金属水硫化物) 1モルに対 し、 通常 0. 90〜1. 50モル、 好ましくは 0. 95〜1. 20モル、 より 好ましくは 1. 00〜1. 09モルである。 重合工程でのロット毎の溶融粘度 のパラツキが小さな P A Sを得るには、 硫黄源 1モルに対するジハ口芳香族化 合物の仕込みモル量を 1. 00〜1. 09の範囲内で一定に調整することが望 ましい。
8. 重合工程:
重合工程は、 脱水工程終了後の混合物にジハロ芳香族化合物を仕込み、 有機 ァミド溶媒中で硫黄源とジハロ芳香族化合物を加熱することにより行われる。 脱水工程で用いた反応槽とは異なる重合槽を使用する場合には、 重合槽に脱水 工程後の混合物とジハロ芳香族化合物を投入する。 脱水工程後、 重合工程前に は、 必要に応じて、 有機アミド溶媒量や共存水分量などの調整を行ってもよい。 また、 重合工程前または重合工程中に、 重合助剤その他の添加物を混合しても よい。
脱水工程終了後に得られた混合物とジハ口芳香族化合物との混合は、 通常、 100〜350°C、 好ましくは 120〜 330 °Cの温度範囲内で行われる。 重 合槽に各成分を投入する場合、 投入順序は、 特に制限なく、 両成分を部分的に 少量ずつ、 あるいは一時に投入することにより行われる。
重合反応は、 一般的に 100〜350°C、 好ましくは、 120〜330°C、 より好ましくは 170〜 290°Cで行われる。 当該反応の加熱方法は、 一定温 度を保持する方法、 段階的または連続的な昇温方法、 あるいは両方法の組み合 わせが用いられる。 重合反応時間は、 一般に 10分間〜 72時間の範囲であり、 望ましくは 30分間〜 48時間である。 当該工程に使用される有機アミド溶媒 は、 重合工程中に存在する仕込み硫黄源 1モル当たり、 通常、 0. l〜10 k g、 好ましくは 0. 15〜l k gである。 この範囲であれば、 重合反応途中で その量を変化させてもかまわない。
重合反応開始時の共存水分量は、 仕込み硫黄源 1モルに対して、 通常、 0. 3〜 5モルの範囲とすることが好ましい。 ただし、 低分子量ポリマーやオリゴ マーを得たい場合、 あるいは特別の重合方法を採用する場合などには、 共存水 分量をこの範囲外としてもよい。 例えば、 共存水分量を、 アルカリ金属硫化物 等の硫黄源 1モル当たり、 0. 1〜15モル、 好ましくは 0. 5〜10モルの 範囲内にすることができる。 また、 重合反応の途中で共存水分量を増加させた り、 逆に、 蒸留により減少させてもかまわない。
重合反応の途中で共存水分量を増加させる重合方法としては、 例えば、 仕込 み硫黄源 1モル当たり、 0. 5〜2. 4モル、 好ましくは 0. 5〜2· 0モル の水が存在する状態で、 170〜270°C、 好ましくは 180〜235°Cの温 度で反応を行って、 ジハロ芳香族化合物の転化率を 50〜98モル%とし、 次 いで、 仕込み硫黄源 1モル当たり、 2. 0モルを超え 10モル以下、 好ましく は 2. 5〜7. 0モルの水が存在する状態となるように水を添加すると共に、 245〜290°Cの温度に昇温して反応を継続する方法がある。
特に好ましい重合方法としては、 重合工程において、
( 1 ) 有機アミド溶媒と硫黄源 (A)とジハ口芳香族化合物 (B)とを含有する反応 混合物を、 仕込み硫黄源 (A) 1モルに対して 0. 5〜2. 0モルの水の存在下に、 170〜270°Cに加熱して重合反応を行い、 ジハロ芳香族化合物の転化率 5 0〜 98%でプレポリマーを生成させる工程 1、 及び ( 2 ) 仕込み硫黄源 (A) 1モル当たり 2 · 0モル超過、 10モル以下の水が存在 する状態となるように反応系内の水量を調整すると共に、 245〜290°Cに 加熱して、 重合反応を継続する工程 2
を含む少なくとも 2段階の重合工程により重合反応を行う方法が挙げられる。 上記工程 1において、 温度 310°C、 剪断速度 1, 216 s e c— 1で測定し た溶融粘度が 0. 5〜30P a · sのプレボリマーを生成させることが望まし い。 工程 2では、 工程 1で生成したプレボリマーの溶融粘度よりも大きな溶融 粘度のポリマーが生成するように、 重合反応を継続する。
生成ポリマー中の副生食塩や不純物の含有量を低下させたり、 ポリマーを粒 状で回収する目的で、 重合反応後期あるいは終了時に水を添加し、 水分を増加 させてもかまわない。 本発明の重合工程には、 その他公知の重合方法の多く、 あるいはその変形方法を適用することができ、 特に、 特定の重合方法に限定さ れない。 重合反応方式は、 バッチ式、 連続式、 あるいは両方式の組み合わせで もよい。 パッチ式重合では、 重合サイクル時間を短縮する目的のために、 2つ 以上の反応槽を用いる方式を用いてもかまわない。
本発明の製造方法において、 重合反応後の後処理は、 常法によって行うこと ができる。 例えば、 重合反応の終了後、 冷却した生成物スラリーをそのまま、 あるいは水などで希釈してから、 濾別し、 水洗 ·濾過を繰り返して乾燥するこ とにより、 PASを回収することができる。 生成物スラリーは、 高温状態のま までポリマーを篩分してもよい。 上記濾別 ·篩分後、 PASを重合溶媒と同じ 有機アミ ド溶媒ゃケトン類 (例えば、 アセトン)、 アルコール類 (例えば、 メタ ノール) 等の有機溶媒、 高温水などで洗浄してもよい。 生成 PASを、 酸や塩 化アンモニゥムのような塩で処理することもできる。
本発明の PASの溶融粘度 (温度 310°C、 剪断速度 1, 216 s e c一1で 測定) は、 特に限定されないが、 好ましくは 30〜800 P a · s、 より好ま しくは 40〜500P a · sの範囲内である。 2段階で重合反応を行う場合に は、 後段工程 (工程 2) では、 前段工程 (工程 1) で生成したプレボリマーの 溶融粘度を超過する溶融粘度を有する PASが得られる。
本発明の製造方法により得られる PASは、 そのままあるいは酸化架橋させ た後、 単独で、 もしくは所望により各種無機充填剤、 繊維状充填剤、 各種合成 樹脂を配合し、 種々の射出成形品やシート、 フィルム、 繊維、 パイプ等の押出 成形品に成形することができる。 本発明の方法により得られる PASは、 溶融 粘度のロット間パラつきが少ないために、 これらの加工を安定的に行うことが でき、 得られる成形品も諸特性のパラつきの少ない高品質のものが得られる。 PASとしては、 ポリフエ二レンスルフイド (PPS) が特に好ましい。 実施例
以下、 実施例及ぴ比較例を挙げて、 本発明についてより具体的に説明する。 物性の測定法は、 次のとおりである。
( 1 ) 溶融粘度:
乾燥ポリマー 20 gを試料として用い、 東洋精機製キヤピログラフ 1—じに より溶融粘度を測定した。 この際、 キヤビラリ一として、 lmm^ X l Omm Lのフラットダイを使用し、 設定温度は、 310 °Cとした。 試料を測定炉に導 入し、 5分間保持した後、 剪断速度 1, 216 s e c一1で溶融粘度を測定した。
[実施例 1 ]
1. 脱水工程:
図 1に示す設備を用いて、 重合工程の前工程として脱水反応を行った。 反応 槽 1に N—メチル一2—ピロリドン (以下、 「NMP」 と略記) 1, 275 k g を投入し、 150°Cに加熱した後、 濃度 64重量%の水硫化ナトリウム 302 k g (Na S H換算で 3. 45 k m o 1 ) 及び濃度 75重量%の水酸化ナトリ ゥム 179 k g (N a OH換算で 3. 36 kmo 1 ) を加え、 反応槽内の温度 が 192 °Cに達するまで加熱して、 脱水反応を行った。
脱水反応後、 貯槽 6内に 120 k gの水が抜き出されていた。 脱水反応中に 蒸留塔 3に還流された水量は、 流量計 9により 130 k gと積算されており、 貯槽 6内に溜まった 120 k gの水量と合わせて、 蒸留塔 3を通過した合計水 量 (以下、 「焚き上げ水量」 という) は、 25 Ok gと算出された。
多数の脱水反応を繰り返して得られたデ一タベースから、 蒸留による脱水ェ 程時において、 反応系外に揮散して損失する硫化水素量 y (k g) と蒸留時の 焚き上げ水量 x (k g) との間には、 下記関係式 (I)
y = a x + b (I)
で表わされる直線関係 (&及ぴ1)は、 それぞれパラメータである) のあること が判明している。 a及び bは、 装置及ぴ運転条件によって変動するパラメータ であるが、 前記の実験条件においては、 a = 0. 01 1 9、 b =-0. 783 であった。
この関係式 (I)から、 焚き上げ水量が 25 O k gの場合、 揮散した硫化水素量 は 2. 2 k g (0. 06 kmo 1 ) と算出され、 この値を用いて反応槽内に残 存する硫黄源の量を算出したところ、 3. 38 kmo lとなった。
また、 図 1のライン 7に 10%Na〇H水溶液のトラップを設置し、 トラッ プ及ぴ貯槽 6内の硫化水素量をョードメ トリー分析で定量し、 損失 S分量を測 定したところ、 0.06 kmo 1に相当する値が得られ、 本発明の方法により算 出された値に一致した。
2. 重合工程:
この反応槽に p—ジクロロベンゼン (以下、 「pDCB」 と略記) 503 k g (3. 42 kmo 1 ) を加えて、 モノマー比である p D C 硫黄源のモル比 を 1. 012に調整した。 その後、 反応槽内の混合物を 220°Cまで昇温して 5時間反応させた。 その後、 水 69 k gを反応槽内に加え、 反応混合物を 26 0 °Cまで昇温し、 5時間反応させた。
反応終了後、 反応混合物を室温付近まで冷却し、 そして、 反応混合物を目開 き 1 50 μηι (100メッシュ) のスクリーンを通して、 生成した粒状ポリマ 一を篩分した。 粒状ポリマーをアセトンで 2回洗浄し、 さらに 3回水洗を行つ て、 洗浄ポリマーを得た。 この洗浄ポリマーを濃度 0. 6重量%の酢酸水溶液 中に浸漬して酸処理を行った。 この後、 粒状ポリマーを 2回水洗した。 粒状ポ リマーを乾燥したところ、 溶融粘度が 14 O P a · sのポリフエ二レンスルフ ィドが得られた。 結果を表 1に示す。
[実施例 2〜10]
蒸留塔における還流比を変更したり、 反応槽の加熱量を変更したりして、 焚 き上げ水量を 250〜350 k gの範囲内で変動させたこと以外は、 実施例 1 と同じ装置と条件で脱水工程を行った。 脱水工程後、 各焚き上げ水量を関係式 (I)に代入して、 揮散した硫化水素量を算出し、 その値に基づいて反応槽内に残 存する硫黄源の量を算出した。 算出した硫黄源量に基づいて、 反応槽に実施例 1と同じモノマー仕込み比となるように pDCBを加え、 重合反応及び後処理 を行った。 実施例 2〜 10は、 焚き上げ水量を 300 k g前後の量に設定した 場合における本発明の方法の有効性を確認するための実験である。 実施例 1を 含めた合計 10回の実験の結果、 得られた P P Sの溶融粘度は、 最小値が 12 4 P a · sで、 最大値が 155 P a · sであり、 平均値が 138 P a . s (標 準偏差 9· 7) であった。 結果を表 1に示す。
[実施例 1 1]
焚き上げ水量を 500 k gとした以外は、 実施例 1と同じ装置と条件で脱水 工程を行った。 一般式 (I)から、 焚き上げ水量が 500 k gの場合、 揮散硫化水 素量は 5. 2 k g (0. 15 kmo 1) と算出され、 この値から反応槽内に残 存する硫黄源の量は 3. 30 kmo 1と算出された。 この反応槽に、 実施例 1 と同じモノマー仕込み比となるように、 490 k g (3. 34 kmo l) の p DCBを加え、 重合反応及ぴ後処理を行った。 その結果、 溶融粘度が 139 P a · sの P PSが得られた。
[実施例 12]
焚き上げ水量を 600 k gとした以外は、 実施例 1と同じ装置と条件で脱水 工程を行った。 一般式 (I)から、 焚き上げ水量が 600 k gの場合、 揮散硫化水 素量は 6. 4 k g (0. 19 kmo 1) と算出され、 この値から反応槽内に残 存する硫黄源の量は 3. 26 kmo 1と算出された。 この反応槽に実施例 1と 同じモノマー仕込み比となるように、 485 k g (3. 30 kmo 1 ) の pD CBを加え、 重合反応及び後処理を行った。 その結果、 溶融粘度が 142 P a · sの P PSが得られた。 結果を表 1に示す。 Q
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[比較例 i i o]
脱水工程における焚き上げ水量から損失硫黄分 (以下、 「損失 s分」 と略記) を算出した実施例に対して、 比較例 1 1 0では、 焚き上げ水量を調査せず、 実施例 1で算出し損失 S分量に基づいて、 p DC B仕込み量を決定し、 重合反 応を行った。 すなわち、 実施例 1〜10と同じ設備を用いて、 脱水反応、 重合 反応及び後処理を行つた。
反応槽に NMP 1, 275 k gを投入し、 150°Cに加熱後、 濃度 64重量% 水硫ィ匕ナトリウム 302 k g (Na SH換算で 3. 45 k m o 1 )、 濃度 75重 量0 /0水酸化ナトリウム 179 k g (3. 36 kmo 1 ) を仕込み、 反応槽内の 温度が 192°Cに達するまで加熱して脱水反応を行った。 脱水工程で揮散した 硫化水素量は、 実施例 1で算出したのと同じ 2. 2 k g (0. 06 kmo 1) であると仮定して、 この値を用いて反応缶内に残存する硫黄源の量を 3. 38 kmo 1と算出した。 算出した硫黄源量に基づいて、 反応槽内に PDCB 50 3 k g (3. 42 kmo 1 ) を仕込み、 モノマー比である p D C B/硫黄源の モル比を 1. 012に調整した。
反応槽内の混合物を 220°Cまで昇温して 5時間反応させ、 次いで、 水 69 k gを反応槽内に加えて、 260°Cまで昇温し、 5時間反応させた。 反応終了 後、 反応混合物を室温付近まで冷却し、 そして、 反応混合物を目開き 150 /X m (100メッシュ) のスクリーンを通して粒状ポリマーを篩分し、 アセトン 洗を 2回、 さらに水洗を 3回行い、 洗浄ポリマーを得た。 洗浄ポリマーを濃度 0. 6重量%酢酸水溶液に浸漬して、 さらに 2回水洗した後、 乾燥した。
合計 10回の実験 (比較例 1〜10) により、 得られた各ポリマーの溶融粘 度は、 最小値が 75 P a · sで、 最大値が 151 P a · sであり、 平均値が 1 05 P a · s (標準偏差 22. 6) であり、 溶融粘度のばらつきが極めて大き くなつた。 結果を表 2に示す。
[比較例 11 ]
本発明である脱水工程における焚き上げ水量から損失 S分の算出を行わず、 図 1のライン 7に 10%Na OH水溶液のトラップを設置し、 トラップ及び貯 槽 6中の硫化水素量をョードメトリー分析で定量し、 損失 S分量を決定した。 反応槽に NMP 1, 275 k gを投入し、 150°Cに加熱後、 濃度 64重量% 水硫化ナトリウム 302 k g (Na SH換算で 3. 45 kmo 1) 及び濃度 7 5重量%水酸化ナトリウム 179 k g (3. 36 kmo 1 ) を加え、 反応槽内 の温度が 192°Cに達するまで加熱して脱水反応を行った。 脱水反応後、 捕集 液のョードメトリー分析を行ったところ、 揮散した硫化水素量は、 0. 10 k mo 1と定量された。 この値から反応槽内に残存する硫黄源の量は 3. 35 k mo 1と算出された。 この硫黄源量に基づいて、 反応槽内に pDCB 498 k g (3. 39 kmo 1 ) を加えて、 モノマー比である p D C B/硫黄源のモル 比を 1. 012に調製した。
反応槽内の混合物を 220°Cまで昇温して 1時間反応させ、 その後、 230 °Cまで 30分間かけて昇温し、 さらに 1. 5時間反応させた。 その後、 水 69 k gを反応槽内に加えて、 260°Cまで昇温し、 5時間反応させた。 反応終了 後、 反応混合物を室温付近まで冷却し、 そして、 反応混合物を目開き 150 μ m (100メッシュ) のスクリーンに通して粒状ポリマーを篩分し、 アセトン 洗を 2回、 さらに水洗を 3回行い、 洗浄ポリマーを得た。 この洗浄ポリマーを 濃度 0. 6重量%酢酸水溶液に浸漬して、 さらに 2回水洗した後、 乾燥した。 得られた P P Sの溶融粘度は、 142 P a · sであった。 結果を表 2に示す。
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産業上の利用可能性
本発明によれば、 有機アミド溶媒中で硫黄源とジハロ芳香族化合物とを重合 反応させる重合工程を含むポリアリーレンスルフイ ドの製造方法において、 前 工程の脱水工程を円滑に行うことができると共に、 反応系外に揮散して損失す る硫化水素量と蒸留時の焚き上げ水量との間の関係式に基づいて、 仕込み硫黄 源と仕込みジハ口芳香族化合物とのモル比を正確に設定することができ、 それ によって、 所望の溶融粘度を有するポリアリーレンスルフィドを安定して製造 することができる。

Claims

請求の範囲
1 . 有機ァミド溶媒、 アル力リ金属水硫化物及びアル力リ金属硫化物から なる群より選ばれる少なくとも一種の硫黄源 (A)、 並びに必要に応じて添加した アル力リ金属水酸ィヒ物を含む混合物を加熱脱水して、 混合物中の水分量を調節 する脱水工程の後、 残存する混合物を含有する系内にジハロ芳香族ィ匕合物 (B)を 仕込み、 有機ァミド溶媒中で硫黄源 (A)とジハロ芳香族化合物 (B)とを重合反応 させる重合工程を含むポリアリ一レンスルフィドの製造方法において、
( 1 ) 脱水工程において、 蒸留塔を連結した反応槽内で、 有機アミド溶媒、 ァ ルカリ金属水硫化物及びアルカリ金属硫化物からなる群より選ばれる少なく とも一種の硫黄源 (A)、 並びに必要に応じて添加したアル力リ金属水酸化物を含 む混合物を加熱し、 気化した蒸気を蒸留塔に導いて、 各成分に蒸留分離し、 蒸留塔の底部から取り出される有機アミド溶媒を主成分とする留分を反応槽 内に還流し、
蒸留塔の頂部から取り出される水と硫化水素とを含む留分を冷却して、 冷却 により凝縮しない硫化水素を排出すると共に、 凝縮した水の一部を蒸留塔内に 還流し、 残りの水を排出し、
( 2 ) 蒸留塔内に還流した水の量と還流せずに排出した水の量との合計水量と 反応槽から排出した硫化水素量との間の関係式を予め求めておき、 該関係式に 基づいて、 合計水量の測定値から、 反応槽から排出した硫化水素量を算出し、
( 3 ) 算出した硫化水素量に基づいて、 脱水工程後の混合物中に残存する硫黄 源 (A)の量 (以下、 「仕込み硫黄源量」 という) を算出し、 算出した硫黄源 ( の 量に基づいて、 硫黄源 (A)とジハロ芳香族化合物 (B)との仕込みモル比を調整し、 次いで、
( 4 ) 重合工程において、 有機アミド溶媒中で、 硫黄源 (A)とジハロ芳香族化合 物 (B)とを重合反応させる
ことを特徴とするポリアリーレンスルフィ ドの製造方法。
2 . 前記関係式が、 下記の関係式 (I ) y = a x + b (I)
(式中、 xは、 脱水工程で蒸留塔内に還流した水の量と還流せずに排出した水 の量との合計水量であり、 yは、 反応槽から排出した硫化水素量であり、 a及 ぴ bは、 いずれもパラメータである。)
で表わされる線形の関係式である請求項 1記載の製造方法。
3. 脱水工程において、 前記混合物を 100〜250°Cの温度に加熱する 請求項 1記載の製造方法。 4. 脱水工程において、 蒸留塔内に還流した水量と還流せずに排出した水 量との重量比が 90 : 10〜10 : 90の範囲内になるように還流条件を設定 する請求項 1記載の製造方法。
5. 脱水工程において、 仕込み硫黄源 (A) 1モルに対する共存水分量が 0. 3〜 5モルの範囲内となるように加熱脱水を行う請求項 1記載の製造方法。
6. 脱水工程において、 反応槽の上部と蒸留塔とを接続し、 蒸留塔の塔頂 からの留分を冷却器及び貯槽に順次送り、 蒸留塔の底部からの留分を反応槽内 に還流し、 貯槽に溜まった水の一部を蒸留塔内に還流させ、 その際、 還流する 水の量を流量計で積算するように構成した装置を用いて加熱脱水を行う請求項 1記載の製造方法。
7. 脱水工程後、 仕込み硫黄源 (A) 1モルに対するジハロ芳香族化合物 (B) の仕込み量を 1. 00〜1. 09モルの範囲内に調整する請求項 1記載の製造 方法。
8. 重合工程において、
( I ) 有機ァミド溶媒と硫黄源 (A)とジハロ芳香族化合物 (B)とを含有する反応 混合物を、 仕込み硫黄源 (A) 1モルに対して 0. 5〜2. 0モルの水の存在下に、 170〜270°Cに加熱して重合反応を行い、 ジハロ芳香族化合物の転化率 5 0〜98%でプレポリマーを生成させる工程 1、 及ぴ
(II) 仕込み硫黄源 (A) 1モル当たり 2. 0モル超過、 10モル以下の水が存在 する状態となるように反応系内の水量を調整すると共に、 245〜290°Cに 加熱して、 重合反応を継続する工程 2
を含む少なくとも 2段階の重合工程により重合反応を行う請求項 1記載の製造 方法。
9. 工程 1において、 温度 310°C、 剪断速度 1, 216 s e c—1で測定し た溶融粘度が 0. 5〜30 P a · sのプレボリマーを生成させる請求項 8記載 の製造方法。
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