WO2010142585A1 - Verfahren zur herstellung von polyarylenether-blockcopolymeren - Google Patents

Verfahren zur herstellung von polyarylenether-blockcopolymeren Download PDF

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WO2010142585A1
WO2010142585A1 PCT/EP2010/057676 EP2010057676W WO2010142585A1 WO 2010142585 A1 WO2010142585 A1 WO 2010142585A1 EP 2010057676 W EP2010057676 W EP 2010057676W WO 2010142585 A1 WO2010142585 A1 WO 2010142585A1
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block copolymers
reaction
polymer
nmp
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PCT/EP2010/057676
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Martin Weber
Christian Schmidt
Alexander Khvorost
Cecile Gibon
Christian Maletzko
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Basf Se
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Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of polyarylene ether block copolymers comprising, in a first stage, the reaction of at least one aromatic dihydroxy compound comprising 4,4'-dihydroxybiphenyl in molar excess and at least one aromatic dihalogen compound to form a polybiphenylsulfone polymer, and then in a second Step, the reaction of the polybiphenylsulfone polymer with at least one aromatic dihydroxy compound and at least one dihaloaromatic compound.
  • the invention relates to the polyarylene sulfone block copolymers thus obtainable and to the use of the polyarylene sulfone block copolymers for the production of molded parts, fibers, films or foams.
  • Polybiphenylsulfone polymers belong to the group of polyarylene ethers, and thus to the class of high-performance thermoplastics. In addition to the high heat resistance, the polybiphenylsulfone polymers have an outstanding notched impact strength and excellent fire behavior.
  • polybiphenylsulfone polymers The preparation of polybiphenylsulfone polymers is known, for example, from DE 1957091 and EP 000361.
  • WO 2000/018824 discloses a process for the preparation of polybiphenylsulfone polymers with a low proportion of cyclic oligomers.
  • EP 1272547 describes polybiphenylsulfone polymers having a particularly low inherent color, obtained by equimolar condensation of the monomers 4,4'-dihydroxybiphenyl and 4,4'-dichlorodiphenylsulfone in the presence of finely divided potash.
  • block copolymers with different polyarylene ether segments can be prepared by coupling separately prepared blocks.
  • the lack of control of stoichiometry is a disadvantage of this method, especially when blocks with molecular weights of more than 5000 g / mol are to be coupled, since the determination of the respective
  • Block lengths is faulty, which often restricts or prevents the necessary accuracy in setting the block lengths and accessible molecular weights.
  • the polybiphenylsulfone block copolymers obtainable by the prior art also have insufficient impact strength in many cases and often insufficient optical properties. It was therefore an object of the present invention to provide a process for the preparation of block copolymers with blocks of polybiphenyl sulfone and other polyarylene ethers, which is simple to carry out. The process should also allow the preparation of particularly high molecular weight polybiphenylsulfone block copolymers.
  • polybiphenylsulfone block copolymers which have superior mechanical properties, in particular high impact strength.
  • the polybiphenylsulfone block copolymers should have improved optical properties compared to the known block copolymers, in particular a higher transparency and a lower scattering of light.
  • the present object is achieved by a process for the preparation of polyarylene ether block copolymers comprising
  • component (A1) comprises 4,4'-dihydroxybiphenyl and the reaction according to step (a) is carried out with a molar excess of component (A1), and subsequently
  • Polybiphenylsulfone polymer is to be understood as meaning polyethersulfones which comprise 4,4'-dihydroxybiphenyl as the monomer unit.
  • Polybiphenylsulfone itself is also known as polyphenylene sulfone, referred to as PPSU, and is composed of the monomer units 4,4'-dichlorodiphenylsulfone and 4,4'-dihydroxybiphenyl.
  • component (A1) consists of at least one aromatic dihydroxy compound and comprises 4,4'-dihydroxybiphenyl.
  • component (A1) may also comprise the following compounds: Dihydroxybenzenes, especially hydroquinone and resorcinol;
  • Dihydroxynaphthalenes in particular 1,5-dihydroxynaphthalene, 1,6-dihydroxynaphthalene, 1,7-dihydroxynaphthalene, and 2,7-dihydroxynaphthalene;
  • Bisphenyl ethers especially bis (4-hydroxyphenyl) ether and bis (2-hydroxyphenyl) ether;
  • Bis-phenylpropanes especially 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) propane, and 2,2-bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) propane;
  • Bisphenylmethanes especially bis (4-hydroxyphenyl) methane
  • Bisphenylcyclohexanes especially bis (4-hydroxyphenyl) -2,2,4-trimethylcyclohexane
  • Bisphenylsulfones especially bis (4-hydroxyphenyl) sulfone; - Bisphenylsulfide, in particular bis (4-hydroxyphenyl) sulfide;
  • Bisphenyl ketones especially bis (4-hydroxyphenyl) ketone
  • Bis-phenylhexafluoropropanes especially 2,2-bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane
  • Bisphenylfluorenes especially 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene.
  • the component (A1) preferably contains at least 50, in particular at least 60, particularly preferably at least 80% by weight of 4,4'-dihydroxybiphenyl. Most preferably, component (A1) is 4,4'-dihydroxybiphenyl, so that polyphenylene sulfone (PPSU) results as a reaction product according to step (a).
  • PPSU polyphenylene sulfone
  • component (A2) consists of at least one aromatic dihalogen compound.
  • Suitable aromatic dihalogen compounds are known to the person skilled in the art.
  • Suitable compounds (A2) are, in particular, dihalodiphenyl sulfones, such as 4,4'-
  • aromatic compounds of component (A2) are preferably selected from 4,4'-dihalodiphenylsulfones, in particular 4,4'-dichlorodiphenylsulfone or 4,4'-difluorodiphenylsulfone.
  • component (A2) is 4,4'-dichlorodiphenyl sulfone.
  • the molar ratio of component (A1) to (A2) in step (a) is preferably from 1.005 to 1 to 1.2 to 1.
  • the use of an excess of the component (A1) serves to provide reactive functional groups, which are further reacted in step (b) of the process according to the invention.
  • the excess of component (A1) also contributes to reducing the content of polymer-bound chlorine, especially at high conversions.
  • the molar ratio of components (A1) to (A2) is in particular from 1.005 to 1.1.
  • the molar ratio of the components (A1) to (A2) is from 1, 005 to 1, 08, in particular from 1, 01 to 1, 05, very particularly preferably from 1, 015 to 1, 04. This makes it possible to control and control the molecular weight particularly effectively.
  • step (a) it is advantageous for the present invention to select the reaction conditions in step (a) such that the conversion (U) is at least 90%, in particular at least 95%, particularly preferably at least 98%.
  • conversion U is understood to mean the molar fraction of the reactive groups reacted (that is to say hydroxyl and chlorine groups).
  • step (a) is preferably carried out in a solvent comprising NMP (N-methyl-2-pyrrolidone).
  • N-methyl-2-pyrrolidone is most preferred as the solvent.
  • N-methyl-2-pyrrolidone contributes to a high conversion of the components (A1) and (A2), since the reaction of the monomers used according to the invention proceeds in a particularly efficient manner.
  • Solvents that can be used in the context of the present invention as an alternative to or in admixture with N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) are aprotic polar solvents other than NMP. Suitable solvents in this case have a boiling point in the range 80-320 0 C, in particular 100 to 280 0 C, preferably from 150 to 250 ° C. Suitable aprotic polar solvents are, for example, high-boiling ethers, esters, ketones, asymmetrically halogenated hydrocarbons, anisole, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, N-ethyl-2-pyrrolidone and sulfolane. However, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is particularly preferred as a solvent.
  • the reaction of the starting compounds is preferably carried out in the presence of a base (Ba) in order to increase the reactivity with respect to the halogen substituents of the starting compounds (A2). It is preferable, starting from the abovementioned aromatic dihydroxy compounds (A1), to prepare their dipotassium or disodium salts by addition of a base (Ba) and to react with component (A2).
  • the base (Ba) is preferably used in a molar ratio of 1 to 1.3 with respect to the molar amount of the component (A1).
  • the bases are anhydrous.
  • Suitable bases are in particular anhydrous alkali metal carbonate, preferably sodium, potassium, calcium carbonate or mixtures thereof, with potassium carbonate being very particularly preferred, in particular finely divided potassium carbonate.
  • a particularly preferred combination is N-methyl-2-pyrrolidone as solvent and potassium carbonate as base.
  • the reaction of the starting compounds (A1) and (A2) is carried out at a temperature of 80 to 250 ° C., preferably 100 to 220 ° C., the upper limit of the temperature being limited by the boiling point of the solvent.
  • the reaction is preferably carried out in a time interval of 1 to 12 hours, in particular from 3 to 8 hours.
  • step (a) the amount of the polybiphenylsulfone polymer based on the total weight of the mixture of polybiphenylsulfone polymer and solvent from 10 to 70 wt .-%, preferably from 15 to 50 wt. %.
  • Component (B1) consists of at least one aromatic dihydroxy compound. Suitable aromatic dihydroxy compounds are known to the person skilled in the art and correspond to the compounds listed under component (A1).
  • component (B1) preferably does not comprise 4,4'-dihydroxybiphenyl.
  • aromatic dihydroxy compounds are in particular:
  • Dihydroxynaphthalenes in particular 1,5-dihydroxynaphthalene, 1,6-dihydroxynaphthalene, 1,7-dihydroxynaphthalene, and 2,7-dihydroxynaphthalene; - Dihydroxybiphenyls other than 4,4'-biphenol, in particular 2,2'-biphenol; Bisphenyl ethers, especially bis (4-hydroxyphenyl) ether and bis (2-hydroxyphenyl) ether; Bis-phenylpropanes, especially 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) propane, and 2,2-bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) propane;
  • Bisphenylmethanes in particular bis (4-hydroxyphenyl) methane - bisphenylcyclohexanes, in particular bis (4-hydroxyphenyl) -2,2,4-trimethylcyclohexane;
  • Bisphenylsulfones especially bis (4-hydroxyphenyl) sulfone; Bisphenyl sulfides, especially bis (4-hydroxyphenyl) sulfide; Bisphenyl ketones, especially bis (4-hydroxyphenyl) ketone; - Bisphenylhexafluoropropane, especially 2, 2-bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane; and bisphenylfluorenes, especially 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene.
  • Component (B1) is more preferably 4,4'-dihydroxydiphenylsulfone.
  • Component (B2) according to the invention consists of at least one aromatic dihalogen compound.
  • Aromatic dihalogen compounds suitable as component (B2) are known to the person skilled in the art and correspond to the compounds listed under component (A2).
  • Suitable compounds (B2) are, in particular, dihalodiphenylsulfones, such as 4,4'-dichlorodiphenylsulfone, 4,4'-difluorodiphenylsulfone, 4,4'-dibromodiphenylsulfone, bis (2-chlorophenyl) sulfones, 2,2'-dichlorodiphenylsulfone and 2,2'-dichloromethane. difluorodiphenylsulphone.
  • the aromatic dihalogen compounds (B2) are selected from 4,4'-dihalodiphenylsulfones, especially 4,4'-dichlorodiphenylsulfone and 4,4'-difluorodiphenylsulfone.
  • component (B2) is 4,4'-dichlorodiphenyl sulfone.
  • process step (b) is carried out analogously to step (a).
  • step (b) it is preferable to add the components (B1) and (B2) directly to the reaction mixture from step (a).
  • the base (Ba) is added directly to the reaction mixture of step (a).
  • the respective amounts of the components (B1), (B2) and base (Ba) are calculated taking into account the average block length and amount by weight of the polycondensed components in step (a). Assuming that the reaction in step (a) is quantitative (and ignoring any potential forming cycles), the number average molecular weight Mn and the amount of polymer are calculated and used as benchmarks.
  • the skilled person calculates the already existing amount of hydroxy groups by known methods.
  • the person skilled in the art will now be aware of the average block length and number of hydroxyl groups of the polybiphenylsulfone polymer blocks in the practice of the invention and will select the amount of components (B1) and (B2) corresponding to the desired block lengths for the blocks resulting from step (b) ,
  • the average block length of the blocks resulting from step (b) is subject to the polycondensation statistics known to the person skilled in the art.
  • the process according to the invention preferably leads to block copolymers having a defined multiblock structure.
  • the molar ratio of component (B2) to component (B1) is preferably from 1 to 1.2, in particular from 1.005 to 1.1, and more preferably from 1.01 to 1.05.
  • the corresponding relationships are known to the person skilled in the art.
  • the molar amount of the components (B1) and (B2) in relation to the molar amount of the components (A1) and (A2) is selected by the person skilled in the art to be the desired block length of the blocks from step (a) relative to the blocks Step (b) receives.
  • the reaction of the starting compounds is carried out analogously to step (a), preferably in the presence of a base (Ba), in order to increase the reactivity with respect to the halogen substituents of the starting compounds (B2). It is preferable, starting from the abovementioned aromatic dihydroxy compounds (B1), first to prepare their dipotassium or disodium salts by adding a base (Ba) and then to reacting with component (B2).
  • the bases are anhydrous. Suitable bases are in particular anhydrous alkali metal carbonate, preferably sodium, potassium, calcium carbonate or mixtures thereof, with potassium carbonate being very particularly preferred, in particular finely divided potassium carbonate. A particularly preferred combination is N-methyl-2-pyrrolidone as solvent and potassium carbonate as base.
  • the base (Ba) is preferably used in excess in a molar ratio of 1.01 to 1.3 with respect to component (B1).
  • the reaction of the starting compounds (B1) and (B2) and the reaction product from step (a) is usually carried out at a temperature of 80 to 250 ° C., preferably 100 to 220 ° C., the upper limit of the temperature being limited by the boiling point of the solvent becomes.
  • the reaction according to step (b) is preferably carried out in a time interval of 1 to 12 hours, in particular from 3 to 8 hours.
  • step (b) the amount of the resulting polyarylene ether block copolymers based on the total weight of the mixture of polybiphenylsulfone polymer and solvent from 10 to 80 wt .-%, preferably from 15 to 50 wt. - to set%.
  • a reaction with at least one organic halogen compound takes place following step (b) according to step (c).
  • step (c) reactive hydroxy end groups are further reacted, thus preventing further buildup of the polymer chain during processing.
  • the organic halogen compound is preferably an alkyl halide, especially an alkyl chloride, more preferably methyl halide, especially methyl chloride.
  • step (b) It has proven advantageous to carry out a filtration of the polymer solution following step (b) and optionally step (c). As a result, the salt fraction formed during the polycondensation and possibly formed gel bodies are removed.
  • the recovery of the block copolymer is preferably carried out by precipitation in a suitable precipitant.
  • the precipitant used is in particular a mixture of water and NMP, preferably a mixture of water and NMP in a ratio of 5: 1 to 15: 1.
  • the product thus obtained is usually subsequently washed and dried. Corresponding methods for drying are known to the person skilled in the art.
  • Another object of the present invention are polyarylene sulfone block copolymers, which are obtainable by the process according to the invention.
  • the polybiphenylsulfone block copolymers according to the invention preferably have a polymer-bound chlorine content of less than 800 ppm, in particular less than 750 ppm, particularly preferably less than 700 ppm.
  • the chlorine content of the available polymer corresponds to the content of chlorine end groups and is determined in the context of the present invention by means of atomic spectroscopy.
  • the content of polymer-bound chlorine in the context of the present invention generally refers to the proportion by weight and may alternatively be stated in mg per kg weight of the polymer.
  • Polymer compositions obtainable by the process of the present invention most preferably have a polymer bound chlorine content of less than 700 ppm and a residual solvent content of less than 500 ppm.
  • polyarylene sulfone block copolymers of the invention are particularly suitable for the production of moldings, fibers, films or foams.
  • the viscosity number of polyphenylene sulfones was determined in 1% solution of N-methylpyrrolidone at 25 ° C.
  • the monomers used (4,4'-dichlorodiphenyl sulfone, 4,4'-dihydroxybiphenyl, 4,4 '- dihydroxydiphenyl) had a purity of more than 99.5%.
  • PPSU was by nucleophilic aromatic polycondensation of 551, 62 g (1, 9215 mol) of 4,4 'dichlorodiphenyl sulfone, 372.42 g (2.000 mol) 4,4'-dihydroxybiphenyl, under the action of 284.71 g (2.06 mol) of potassium carbonate in 2000 ml of NMP.
  • This mixture was kept at 180 ° C. for 6 hours. After that, the approach was through Diluted with 1000 ml NMP. After cooling to 80 0 C, the suspension was drained.
  • the product had a VN of 44.5 ml / g and 0.019 wt% Cl and 0.22 wt% OH. Assuming no further end groups, this resulted in a number-average molecular weight (Mn) of 15313 g / mol.
  • PES was prepared by nucleophilic aromatic polycondensation of 574.16 g (2.000 mol) of 4,4 'dichlorodiphenyl sulfone, 477.64 g (1, 9092 mol) 4,4' dihydroxydiphenyl, under the action of 290.24 g (2.100 mol) Potassium carbonate obtained in 1050 ml of NMP. This mixture was kept at 190 ° C for 8 hours. Thereafter, the batch was diluted by adding 1950 ml of NMP. After cooling to 80 ° C., the suspension was drained off. A portion of the material was worked up, ie the solid components were separated by filtration and the polymer was isolated by precipitation in NMP / water 1/9. After thorough washing with water, the product was dried in vacuo at 120 ° C for 12 h.
  • the product had a VZ of 41.5 ml / g and 0.576 wt% Cl and 0.010 wt% OH. Assuming no further end groups, this resulted in an Mn of 1 1913 g / mol
  • PPSU was by nucleophilic aromatic polycondensation of 529.95 g (1, 846 mole) of 4,4 'dichlorodiphenyl sulfone, 372.42 g (2.000 mol) 4,4'-dihydroxybiphenyl, (under the action of 284.71 g 2.06 mol) of potassium carbonate in 2000 ml of NMP. This mixture was kept at 180 ° C. for 6 hours. Thereafter, the batch was diluted by adding 1000 ml of NMP. After cooling to 80 0 C, the suspension was drained.
  • the product had a CV of 25.3 ml / g and 0.009 wt% Cl and 0.67 wt% OH. Assuming no further end groups, this resulted in a Mn of 5042 g / mol
  • PES was prepared by nucleophilic aromatic polycondensation of 574.16 g (2.000 mol) of 4,4 'dichlorodiphenyl sulfone, 455.94 g (1, 8225 mol) 4,4' dihydroxydiphenyl, under the action of 290.24 g (2.100 mol) Potassium carbonate obtained in 1050 ml of NMP. This mixture was kept at 190 0 C for 8 hours. Thereafter, the batch was diluted by adding 1950 ml of NMP. After cooling to 80 ° C., the suspension was drained off. A portion of the material was worked up, ie the solid components were separated by filtration and the polymer was isolated by precipitation in NMP / water 1/9. After thorough washing with water, the product was dried in vacuo at 120 ° C for 12 h.
  • the product had a CV of 25.5 ml / g and 1.19 wt% Cl and 0.010 wt% OH. Assuming no further end groups, this resulted in a Mn of 5857 g / mol
  • the suspension was then stirred for a further 6 h. Then the batch was cooled to 130 ° C and reacted for 1 h with methyl chloride (15 l / h). Then, the batch was diluted with 1500 ml of NMP and after cooling to 80 ° C, the suspension is drained.
  • the suspension was then stirred for a further 6 h. Then, the batch was cooled to 130 0 C and reacted for 1 h with methyl chloride (15 l / h). Then, the batch was diluted with 1500 ml of NMP and, after cooling to 80 0 C, the suspension was drained. The solid components were separated by filtration and the polymer was isolated by precipitation in NMP / water 1/9. After thorough washing with water, the product was dried in vacuo at 120 0 C for 12 h.
  • the viscosity number of the polymers was determined in 1% solution of N-methylpyrrolidone at 25 ° C.
  • the products obtained were at a melt temperature of 385 ° C in a
  • Twin-screw extruder (PTW 18) granulated.
  • the processing to test specimens was carried out at 385 ° C melt temperature and 160 0 C mold temperature.
  • the notched impact strength was determined according to ISO 179 1 eA on ISO rods.
  • the transparency and scattering (Haze) were determined on circular disks of thickness 2 mm according to DIN 53236 (transparency) and ASTM D 1003 (Haze).
  • the inventive method thus enables the production of high molecular weight polyarylene ether copolymers with high impact strength.
  • the products produced by the process according to the invention also have better optical properties.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyarylenether-Blockcopolymeren umfassend in einer ersten Stufe die Umsetzung mindestens einer aromatischen Dihydroxyverbindung umfassend 4,4'-Dihydroxybiphenyl in molarem Überschuss und mindestens einer aromatischen Dihalogenverbindung unter Bildung eines Polybiphenylsulfon-Polymers, und anschließend in einer zweiten Stufe die Umsetzung des Polybiphenylsulfon-Polymers mit mindestens einer aromatischen Dihydroxyverbindung und mindestens einer aromatischen Dihalogenverbindung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung die so erhältlichen Polyarylensulfon-Blockcopolymere und die Verwendung der Polyarylensulfon-Blockcopolymere zur Herstellung von Formteilen, Fasern, Filmen oder Schäumen.

Description

Verfahren zur Herstellung von Polyarylenether-Blockcopolymeren
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyarylenether- Blockcopolymeren umfassend in einer ersten Stufe die Umsetzung mindestens einer aromatischen Dihydroxyverbindung umfassend 4,4'-Dihydroxybiphenyl in molarem Überschuss und mindestens einer aromatischen Dihalogenverbindung unter Bildung eines Polybiphenylsulfon-Polymers, und anschließend in einer zweiten Stufe die Um- setzung des Polybiphenylsulfon-Polymers mit mindestens einer aromatischen Dihydroxyverbindung und mindestens einer aromatischen Dihalogenverbindung.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung die so erhältlichen Polyarylensulfon- Blockcopolymere und die Verwendung der Polyarylensulfon-Blockcopolymere zur Her- Stellung von Formteilen, Fasern, Filmen oder Schäumen.
Polybiphenylsulfon-Polymere gehören zur Gruppe der Polyarylenether, und damit zur Klasse der Hochleistungsthermoplaste. Neben der hohen Wärmeformbeständigkeit weisen die Polybiphenylsulfon-Polymere eine überragende Kerbschlagzähigkeit und exzellentes Brandverhalten auf.
Die Herstellung von Polybiphenylsulfon-Polymeren ist beispielsweise aus der DE 1957091 und der EP 000361 bekannt. Die WO 2000/018824 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Polybiphenylsulfon-Polymeren mit einem geringen Anteil cyclischer Oligomere. Die EP 1272547 beschreibt Polybiphenylsulfon-Polymere mit besonders geringer Eigenfarbe, erhalten durch äquimolare Kondensation der Monomere 4,4'- Dihydroxybiphenyl und 4,4'-Dichlordiphenylsulfon in Anwesenheit feinteiliger Pottasche.
Aus der WO 2005/095491 ist bekannt, dass Blockcopolymere mit unterschiedlichen Polyarylenethersegmenten durch Kopplung separat hergestellter Blöcke hergestellt werden können. Neben dem großen Aufwand bei der technischen Umsetzung dieser Synthesestrategie stellt vor allem die mangelnde Kontrolle der Stöchiometrie ein Nachteil dieser Methode dar, vor allem dann, wenn Blöcke mit Molekulargewichten von mehr als 5000 g/mol gekoppelt werden sollen, da die Bestimmung der jeweiligen
Blocklängen fehlerbehaftet ist, was die notwendige Genauigkeit bei der Einstellung der Blocklängen und zugänglichen Molekulargewichte oft einschränkt oder verhindert.
Die nach dem Stand der Technik erhältlichen Polybiphenylsulfon-Blockcopolymere weisen außerdem eine in vielen Fällen unzureichende Kerbschlagzähigkeit sowie oft unzureichende optische Eigenschaften auf. Es war daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Blockcopolymeren mit Blöcken aus Polybiphenylsulfon und anderen Polyaryle- nethern zur Verfügung zu stellen, welches einfach in der Durchführung ist. Das Verfahren sollte zudem die Herstellung besonders hochmolekularer Polybiphenylsulfon- Blockcopolymere ermöglichen.
Es war darüber hinaus eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Polybiphenylsulfon- Blockcopolymere zur Verfügung zu stellen, welche überlegene mechanische Eigenschaften, insbesondere eine hohe Kerbschlagzähigkeit aufweisen. Die Polybiphenylsul- fon-Blockcopolymere sollten außerdem gegenüber den bekannten Blockcopolymeren verbesserte optische Eigenschaften aufweisen, insbesondere eine höhere Transparenz und eine geringere Streuung von Licht.
Die vorliegende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Polyary- lenether-Blockcopolymeren umfassend
(a) die Umsetzung der Komponenten
(A1) bestehend aus mindestens einer aromatischen Dihydroxyverbindung und (A2) bestehend aus mindestens einer aromatischen Dihalogenverbindung
unter Bildung eines Polybiphenylsulfon-Polymers, wobei die Komponente (A1) 4,4'- Dihydroxybiphenyl umfasst und die Umsetzung gemäß Schritt (a) mit einem molaren Überschuss der Komponente (A1) durchgeführt wird, und anschließend
(b) Umsetzung des Polybiphenylsulfon-Polymers mit den Komponenten
(B1) bestehend aus mindestens einer aromatischen Dihydroxyverbindung und (B2) bestehend aus mindestens einer aromatischen Dihalogenverbindung.
Unter Polybiphenylsulfon-Polymer sollen Polyethersulfone verstanden werden, welche 4,4'-Dihydroxybiphenyl als Monomereinheit umfassen. Polybiphenylsulfon selbst ist auch als Polyphenylensulfon bekannt, wird als PPSU bezeichnet, und ist aus den Monomereinheiten 4,4'-Dichlordiphenylsulfon und 4,4'-Dihydroxybiphenyl aufgebaut.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden nä- her erläutert. Einzelne bevorzugte Ausführungsformen können mit anderen kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Schritt (a)
Erfindungsgemäß besteht Komponente (A1 ) aus mindestens einer aromatischen Dihydroxyverbindung und umfasst 4,4'-Dihydroxybiphenyl. Darüber hinaus kann Komponente (A1 ) außerdem folgende Verbindungen umfassen: Dihydroxybenzole, insbesondere Hydrochinon und Resorcin;
Dihydroxynaphthaline, insbesondere 1 ,5-Dihydroxynaphthalin, 1 ,6- Dihydroxy- naphthalin, 1 ,7- Dihydroxynaphthalin, und 2,7- Dihydroxynaphthalin; - Andere Dihydroxybiphenyle als 4,4'-Biphenol, insbesondere 2,2'-Biphenol;
Bisphenylether, insbesondere Bis(4-hydroxyphenyl)ether und Bis(2- hydroxyphenyl)ether;
Bisphenylpropane, insbesondere 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan, 2,2-Bis(3- methyl-4-hydroxyphenyl)propan, und 2,2-Bis(3,5-dimethyl-4- hydroxyphenyl)propan;
Bisphenylmethane, insbesondere Bis(4-hydroxyphenyl)methan
Bisphenylcyclohexane, insbesondere Bis(4-hydroxyphenyl)-2,2,4- trimethylcyclohexan;
Bisphenylsulfone, insbesondere Bis(4-hydroxyphenyl)sulfon; - Bisphenylsulfide, insbesondere Bis(4-hydroxyphenyl)sulfid;
Bisphenylketone, insbesondere Bis(4-hydroxyphenyl)keton;
Bisphenylhexafluoropropane, insbesondere 2,2-Bis(3,5-dimethyl-4- hydroxyphenyl)hexafluoropropan; und
Bisphenylfluorene, insbesondere 9,9-Bis(4-hydroxyphenyl)fluoren.
Vorzugsweise enthält die Komponente (A1 ) mindestens 50, insbesondere mindestens 60, besonders bevorzugt mindestens 80 Gew.-% 4,4'-Dihydroxybiphenyl. Ganz besonders bevorzugt ist die Komponente (A1) 4,4'-Dihydroxybiphenyl, so dass Polypheny- lensulfon (PPSU) als Reaktionsprodukt gemäß Schritt (a) resultiert.
Erfindungsgemäß besteht Komponente (A2) aus mindestens einer aromatischen Diha- logenverbindung.
Geeignete aromatische Dihalogenverbindungen sind dem Fachmann bekannt. Geeig- nete Verbindungen (A2) sind insbesondere Dihalogendiphenylsulfone wie 4,4'-
Dichlordiphenylsulfon, 4,4'-Difluordiphenylsulfon, 4,4'-Dibromdiphenylsulfon, bis(2- chlorophenyl)sulfone, 2,2'-Dichlordiphenylsulfon und 2,2'-Difluordiphenylsulfon.
Vorzugsweise werden die aromatischen Verbindungen der Komponente (A2) ausge- wählt aus 4,4'-Dihalogendiphenylsulfonen, insbesondere 4,4'-Dichlordiphenylsulfon oder 4,4'-Difluordiphenylsulfon.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist Komponente (A2) 4,4'- Dichlordiphenylsulfon.
Das molare Verhältnis der Komponente (A1 ) zu (A2) in Schritt (a) beträgt vorzugsweise von 1 ,005 zu 1 bis 1 ,2 zu1. Die Verwendung eines Überschusses der Komponente (A1) dient zur Bereitstellung reaktiver funktioneller Gruppen, die in Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter umgesetzt werden. Der Überschuss der Komponente (A1) trägt außerdem dazu bei, insbesondere bei hohen Umsätzen den Gehalt an polymergebundenem Chlor zu reduzieren.
Das molare Verhältnis der Komponenten (A1 ) zu (A2) beträgt insbesondere von 1 ,005 bis 1 ,1. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt das molare Verhältnis der Komponenten (A1) zu (A2) von 1 ,005 bis 1 ,08, insbesondere von 1 ,01 bis 1 ,05, ganz besonders bevorzugt von 1 ,015 bis 1 ,04. Hierdurch lässt sich das Molekularge- wicht besonders effektiv steuern und kontrollieren.
Es ist für die vorliegende Erfindung von Vorteil, die Reaktionsbedingungen in Schritt (a) so zu wählen, dass der Umsatz (U) mindestens 90%, insbesondere mindestens 95%, besonders bevorzugt mindestens 98% beträgt. Unter Umsatz U wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der molare Anteil der umgesetzten reaktiven Gruppen (d. h. Hydroxy- und Chlorgruppen) verstanden.
Die Umsetzung in Schritt (a) erfolgt vorzugsweise in einem Lösungsmittel, welches NMP (N-Methyl-2-pyrrolidon) umfasst.
Es wurde überraschenderweise gefunden, dass ein besonders niedriger Gehalt an polymergebundenem Chlor gefunden wird, wenn als Lösungsmittel ein solches verwendet wird, das N-Methyl-2-pyrrolidon umfasst. N-Methyl-2-pyrrolidon ist als Lösungsmittel ganz besonders bevorzugt. N-Methyl-2-pyrrolidon trägt gleichzeitig zu ei- nem hohen Umsatz der Komponenten (A1 ) und (A2) bei, da die Reaktion der erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden Monomere besonders effizient verläuft.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung alternativ zu oder in Mischung mit N-Methyl-2- pyrrolidon (NMP) verwendbare Lösungsmittel sind andere aprotische polare Lösungs- mittel als NMP. Geeignete Lösungsmittel weisen dabei einen Siedepunkt im Bereich von 80 bis 3200C, insbesondere 100 bis 2800C, bevorzugt von 150 bis 250°C auf. Geeignete aprotische polare Lösungsmittel sind beispielsweise hochsiedende Ether, Ester, Ketone, asymmetrisch halogenierte Kohlenwasserstoffe, Anisol, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, N-Ethyl-2-pyrrolidon und Sulfolan. N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) ist als Lösungsmittel jedoch besonders bevorzugt.
Die Umsetzung der Ausgangsverbindungen erfolgt vorzugsweise in Gegenwart einer Base (Ba), um die Reaktivität gegenüber den Halogensubstituenten der Ausgangsverbindungen (A2) zu erhöhen. Es ist bevorzugt ausgehend von den vorgenannten aro- matischen Dihydroxyverbindungen (A1 ) durch Zugabe einer Base (Ba) ihre Dikalium- oder Dinatriumsalze herzustellen und mit der Komponente (A2) zur Reaktion zu bringen. Die Base (Ba) wird vorzugsweise in einem molaren Verhältnis von 1 bis 1 ,3 in Bezug auf die molare Menge der Komponente (A1) eingesetzt.
Vorzugsweise sind die Basen wasserfrei. Geeignete Basen sind insbesondere wasserfreies Alkalicarbonat, vorzugsweise Natrium-, Kalium-, Calciumcarbonat oder Mischungen davon, wobei Kaliumcarbonat ganz besonders bevorzugt ist, insbesondere feintei- liges Kaliumcarbonat. Eine besonders bevorzugte Kombination ist N-Methyl-2- pyrrolidon als Lösungsmittel und Kaliumcarbonat als Base.
Die Umsetzung der Ausgangsverbindungen (A1 ) und (A2) wird bei einer Temperatur von 80 bis 2500C, bevorzugt 100 bis 2200C durchgeführt, wobei die Obergrenze der Temperatur durch den Siedepunkt des Lösungsmittels begrenzt wird.
Die Umsetzung erfolgt vorzugsweise in einem Zeitintervall von 1 bis 12 h, insbesondere von 3 bis 8 h.
Es hat sich zudem als vorteilhaft herausgestellt, im Rahmen von Schritt (a) die Menge des Polybiphenylsulfon-Polymers bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung aus Polybiphenylsulfon-Polymer und Lösungsmittel von 10 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise von 15 bis 50 Gew.-% einzustellen.
Schritt (b)
Komponente (B1) besteht erfindungsgemäß aus mindestens einer aromatischen Di- hydroxyverbindung. Geeignete aromatische Dihydroxyverbindungen sind dem Fachmann bekannt und entsprechenden den unter Komponente (A1) aufgeführten Verbindungen.
Vorzugsweise umfasst Komponente (B1) jedoch kein 4,4'-Dihydroxybiphenyl.
Als Komponente (B1 ) bevorzugte aromatische Dihydroxyverbindungen sind insbesondere:
- Dihydroxybenzole, insbesondere Hydrochinon und Resorcin;
Dihydroxynaphthaline, insbesondere 1 ,5-Dihydroxynaphthalin, 1 ,6- Dihydroxy- naphthalin, 1 ,7- Dihydroxynaphthalin, und 2,7- Dihydroxynaphthalin; - Andere Dihydroxybiphenyle als 4,4'-Biphenol, insbesondere 2,2'-Biphenol; Bisphenylether, insbesondere Bis(4-hydroxyphenyl)ether und Bis(2- hydroxyphenyl)ether; Bisphenylpropane, insbesondere 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan, 2,2-Bis(3- methyl-4-hydroxyphenyl)propan, und 2,2-Bis(3,5-dimethyl-4- hydroxyphenyl)propan;
Bisphenylmethane, insbesondere Bis(4-hydroxyphenyl)methan - Bisphenylcyclohexane, insbesondere Bis(4-hydroxyphenyl)-2,2,4- trimethylcyclohexan;
Bisphenylsulfone, insbesondere Bis(4-hydroxyphenyl)sulfon; Bisphenylsulfide, insbesondere Bis(4-hydroxyphenyl)sulfid; Bisphenylketone, insbesondere Bis(4-hydroxyphenyl)keton; - Bisphenylhexafluoropropane, insbesondere 2, 2-Bis(3,5-dimethyl-4- hydroxyphenyl)hexafluoropropan; und Bisphenylfluorene, insbesondere 9,9-Bis(4-hydroxyphenyl)fluoren.
Komponente (B1) ist besonders bevorzugt 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon.
Komponente (B2) besteht erfindungsgemäß aus mindestens einer aromatischen Diha- logenverbindung.
Als Komponente (B2) geeignete aromatische Dihalogenverbindungen sind dem Fach- mann bekannt und entsprechenden den unter Komponente (A2) aufgeführten Verbindungen. Geeignete Verbindungen (B2) sind insbesondere Dihalogendiphenylsulfone wie 4,4'-Dichlordiphenylsulfon, 4,4'-Difluordiphenylsulfon, 4,4'-Dibromdiphenylsulfon, bis(2-chlorophenyl)sulfone, 2,2'-Dichlordiphenylsulfon und 2,2'-Difluordiphenylsulfon.
Vorzugsweise werden die aromatischen Dihalogenverbindungen (B2) ausgewählt aus 4,4'-Dihalogendiphenylsulfonen, insbesondere 4,4'-Dichlordiphenylsulfon und 4,4'- Difluordiphenylsulfon.
Ganz besonders bevorzugt ist Komponente (B2) 4,4'-Dichlordiphenylsulfon.
Die Durchführung von Verfahrensschritt (b) erfolgt analog zu Schritt (a).
Im Rahmen von Schritt (b) erfolgt vorzugsweise die Zugabe der Komponenten (B1 ) und (B2) unmittelbar zu der Reaktionsmischung aus Schritt (a). Außerdem wird vor- zugsweise die Base (Ba) unmittelbar zu der Reaktionsmischung aus Schritt (a) zugegeben.
Es ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass es erlaubt, die Blocklängen der Blöcke und insbesondere die Blocklänge der Polybiphenylsulfonpolymer-Blöcke gezielt einzustellen. Dies führt zu einer hohen Einheitlichkeit der resultierenden Block- copolymere ermöglicht die gezielte Steuerung bzw. Einstellung ihrer physikalischen Eigenschaften. Hierzu erfolgt die Berechnung der jeweiligen Mengen der Komponenten (B1), (B2) und Base (Ba) unter Berücksichtigung der mittleren Blocklänge und Gewichtsmenge der in Schritt (a) polykondensierten Komponenten. Unter der Annahme, dass die Umsetzung im Schritt (a) quantitativ erfolgt (und ohne Berücksichtigung sich potentiell bildender Zyklen), werden die Werte für das zahlenmittlere Molekulargewicht Mn und die Menge an Polymer berechnet und als Bezugsgrößen verwendet. Ausgehend von diesen Werten berechnet der Fachmann die bereits vorliegende Menge an Hydroxy-Gruppen nach bekannten Methoden. Der Fachmann kennt nun bei der Ausführung des erfindungs- gemäßen Verfahrens die mittlere Blocklänge und die Anzahl der Hydroxygruppen der Polybiphenylsulfonpolymer-Blöcke und wählt die Menge der Komponenten (B1 ) und (B2) entsprechend der gewünschten Blocklängen für die aus Schritt (b) resultierenden Blöcke. Die mittlere Blocklänge der aus Schritt (b) resultierenden Blöcke unterliegt der dem Fachmann bekannten Statistik der Polykondensation.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt vorzugsweise zu Blockcopolymeren mit definierter Multiblockstruktur.
Das molare Verhältnis der Komponente (B2) zur Komponente (B1) beträgt vorzugswei- se von 1 bis 1 ,2, insbesondere von 1 ,005 bis 1 ,1 und besonders bevorzugt von 1 ,01 bis 1 ,05. Je höher das molare Verhältnis, desto geringer ist die Blocklänge des Blockes, welcher aus Komponente (B1) und (B2) resultiert. Die entsprechenden Zusammenhänge sind dem Fachmann bekannt.
Die molare Menge der Komponenten (B1) und (B2) im Verhältnis zur molaren Menge der Komponenten (A1 ) und (A2) wählt der der Fachmann so, dass er die gewünschte Blocklänge der Blöcke aus Schritt (a) im Verhältnis zu den Blöcken aus Schritt (b) erhält.
Die Umsetzung der Ausgangsverbindungen erfolgt analog Schritt (a) vorzugsweise in Gegenwart einer Base (Ba), um die Reaktivität gegenüber den Halogensubstituenten der Ausgangsverbindungen (B2) zu erhöhen. Es ist bevorzugt ausgehend von den vorgenannten aromatischen Dihydroxyverbindungen (B1) zunächst durch Zugabe einer Base (Ba) ihre Dikalium- oder Dinatriumsalze herzustellen und anschließend mit der Komponente (B2) zur Reaktion zu bringen.
Vorzugsweise sind die Basen wasserfrei. Geeignete Basen sind insbesondere wasserfreies Alkalicarbonat, vorzugsweise Natrium-, Kalium-, Calciumcarbonat oder Mischungen davon, wobei Kaliumcarbonat ganz besonders bevorzugt ist, insbesondere feintei- liges Kaliumcarbonat. Eine besonders bevorzugte Kombination ist N-Methyl-2- pyrrolidon als Lösungsmittel und Kaliumcarbonat als Base. Die Base (Ba) wird vorzugsweise im Überschuss in einem molaren Verhältnis von 1 ,01 bis 1 ,3 in Bezug auf Komponente (B1 ) verwendet.
Die Umsetzung der Ausgangsverbindungen (B1) und (B2) sowie das Reaktionsprodukt aus Schritt (a) erfolgt üblicherweise bei einer Temperatur von 80 bis 2500C, bevorzugt 100 bis 2200C durchgeführt, wobei die Obergrenze der Temperatur durch den Siedepunkt des Lösungsmittels begrenzt wird.
Die Umsetzung gemäß Schritt (b) erfolgt vorzugsweise in einem Zeitintervall von 1 bis 12 h, insbesondere von 3 bis 8 h.
Es hat sich zudem als vorteilhaft herausgestellt, im Rahmen von Schritt (b) die Menge des resultierenden Polyarylenether-Blockcopolymeren bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung aus Polybiphenylsulfon-Polymer und Lösungsmittel von 10 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise von 15 bis 50 Gew.-% einzustellen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die mit den vorgenannten Ausführungsformen vorteilhaft verknüpft werden kann, erfolgt in Anschluss an Schritt (b) gemäß Schritt (c) eine Umsetzung mit mindestens einer organischen Halogenverbindung. Hierdurch werden reaktive Hydroxy-Endgruppen weiter umgesetzt und so ein weiterer Aufbau der Polymerkette während der Verarbeitung verhindert.
Die organische Halogenverbindung ist vorzugsweise ein Alkylhalogenid, insbesondere ein Alkylchlorid, besonders bevorzugt Methylhalogenid, insbesondere Methylchlorid.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, in Anschluss an Schritt (b) und ggf. Schritt (c) eine Filtration der Polymerlösung durchzuführen. Hierdurch wird der bei der Polykon- densation gebildete Salzanteil sowie eventuell gebildete Gelkörper entfernt.
Die Gewinnung des Blockcopolymers erfolgt vorzugsweise durch Fällung in einem geeigneten Fällungsmittel. Als Fällungsmittel wird insbesondere ein Gemisch aus Wasser und NMP verwendet, vorzugsweise ein Gemisch aus Wasser und NMP im Verhältnis von 5 zu 1 bis 15 zu 1. Das so erhaltene Produkt wird üblicherweise anschließend gewaschen und getrocknet. Entsprechende Methoden zur Trocknung sind dem Fach- mann bekannt.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Polyarylensulfon- Blockcopolymere, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich sind.
Die erfindungsgemäßen Polybiphenylsulfon-Blockcopolymere weisen vorzugsweise einen Gehalt an polymergebundenem Chlor von weniger als 800 ppm, insbesondere weniger als 750 ppm, besonders bevorzugt weniger als 700 ppm auf. Die untere Gren- ze des Gehaltes an polymergebundenem Chlor beträgt verfahrensbedingt üblicherweise mindestens 400 ppm, insbesondere mindestens 500 ppm.
Der Chlorgehalt des erhältlichen Polymers entspricht dem Gehalt an Chlorendgruppen und wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung mittels Atomspektroskopie bestimmt. Der Gehalt an polymergebundenem Chlor bezieht sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich auf den Gewichtsanteil und kann alternativ in mg pro kg Einwaage des Polymers angegeben werden.
Polymerzusammensetzungen, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich sind, weisen besonders bevorzugt einen Gehalt an polymergebundenem Chlor von weniger als 700 ppm und gleichzeitig einen Anteil an Restlösungsmittel von weniger als 500 ppm auf.
Die erfindungsgemäßen Polyarylensulfon-Blockcopolymere eignen sich insbesondere zur Herstellung von Formteilen, Fasern, Filmen oder Schäumen.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung näher, ohne sie einzuschränken.
Beispiele
Die Viskositätszahl der Polyphenylensulfone wurde in 1 %-iger Lösung von N-Methyl- pyrrolidon bei 25°C bestimmt.
Die Zugversuche wurden nach ISO 527 durchgeführt, die Kerbschlagzähigkeit wurde nach ISO 179 1 eA bestimmt.
Die verwendeten Monomere (4,4'-Dichlordiphenylsulfon, 4,4'-Dihydroxybiphenyl, 4,4'- Dihydroxydiphenylsulfon) hatten eine Reinheit von mehr als 99,5 %.
Vergleichsbeispiel V1
Herstellung eines Blockcopolymeren umfassend PPSU und Polyethersulfon (PPSU-b- PES) im 2-stufigen Verfahren
a) Synthese PPSU mit OH-Gruppen
PPSU wurde durch nucleophile aromatische Polykondensation von 551 ,62 g (1 ,9215 mol) 4,4'-Dichlordiphenylsulfon, 372,42 g (2,000 mol) 4,4'-Dihydroxybiphenyl, unter Einwirkung von 284,71 g (2,06 mol) Kaliumcarbonat in 2000 ml NMP erhalten.
Diese Mischung wurde 6 Stunden bei 1800C gehalten. Danach wurde der Ansatz durch Zugabe von 1000 ml NMP verdünnt. Nach Abkühlen auf 800C wurde die Suspension abgelassen.
Ein Teil des Materials wurde aufgearbeitet, d.h. die festen Bestandteile wurden durch Filtration abgetrennt und das Polymere durch Fällung in NMP/Wasser 1/9 isoliert. Nach sorgfältigem Waschen mit Wasser wurde das Produkt im Vakuum bei 1200C für 12 h getrocknet.
Das Produkt hatte eine VZ von 44,5 ml/g und 0,019 Gew.-% Cl sowie 0,22 Gew.-% OH. Unter Annahme, dass keine weiteren Endgruppen vorliegen, ergab sich damit ein zahlengewichtetes mittleres Molekulargewicht (Mn) von 15313 g/mol.
b) Synthese PES mit Cl-Endgruppen
PES wurde durch nucleophile aromatische Polykondensation von 574,16 g (2,000 mol) 4,4'-Dichlordiphenylsulfon, 477,64 g (1 ,9092 mol) 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon, unter Einwirkung von 290,24 g (2,100 mol) Kaliumcarbonat in 1050 ml NMP erhalten. Diese Mischung wurde 8 Stunden bei 190°C gehalten. Danach wurde der Ansatz durch Zugabe von 1950 ml NMP verdünnt. Nach Abkühlen auf 800C wurde die Suspension ab- gelassen. Ein Teil des Materials wurde aufgearbeitet, d.h. die festen Bestandteile wurden durch Filtration abgetrennt und das Polymere durch Fällung in NMP/Wasser 1/9 isoliert. Nach sorgfältigem Waschen mit Wasser wurde das Produkt im Vakuum bei 120°C für 12 h getrocknet.
Das Produkt hatte eine VZ von 41 ,5 ml/g und 0,576 Gew.-% Cl sowie 0,010 Gew.-% OH. Unter Annahme, dass keine weiteren Endgruppen vorliegen ergab sich damit ein Mn von 1 1913 g/mol
Synthese des Blockcopolymeren
632,88 g Suspension aus a) (15,57 mmol OH) und 421 ,46 g Suspension aus b) (15,57 mmol Cl) wurden in einem 4-I Kolben vereinigt und für 4 Stunden auf 190°C erhitzt. Während der Reaktionszeit wurde jede Stunde eine Probe gezogen und die VZ ermittelt. Nach 4 Stunden wurde die Suspension auf 1300C abgekühlt und dann wurde für eine Stunde Methylchlorid eingeleitet (15 l/h) abgekühlt und abgelassen.
Anschließend wurden die festen Bestandteile durch Filtration abgetrennt und das Polymere durch Fällung in NMP/Wasser 1/9 isoliert. Nach sorgfältigem Waschen mit Wasser wurde das Produkt im Vakuum bei 120°C für 12 h getrocknet.
Die Eigenschaften dieses Produkts sind in Tabelle 1 aufgeführt. Vergleichsbeispiel V2
Herstellung von PPSU-b-PES im 2-stufigen Verfahren
a) Synthese PPSU mit OH-Gruppen
PPSU wurde durch nucleophile aromatische Polykondensation von 529,95 g (1 ,846 mol) 4,4'-Dichlordiphenylsulfon, 372,42 g (2,000 mol) 4,4'-Dihydroxybiphenyl, unter Einwirkung von 284,71 g (2,06 mol) Kaliumcarbonat in 2000 ml NMP erhalten. Diese Mischung wurde 6 Stunden bei 1800C gehalten. Danach wurde der Ansatz durch Zugabe von 1000 ml NMP verdünnt. Nach Abkühlen auf 800C wurde die Suspension abgelassen.
Ein Teil des Materials wurde aufgearbeitet, d.h. die festen Bestandteile wurden durch Filtration abgetrennt und das Polymere durch Fällung in NMP/Wasser 1/9 isoliert. Nach sorgfältigem Waschen mit Wasser wurde das Produkt im Vakuum bei 1200C für 12 h getrocknet.
Das Produkt hatte eine VZ von 25,3 ml/g und 0,009 Gew.-% Cl sowie 0,67 Gew.-% OH. Unter Annahme, dass keine weiteren Endgruppen vorliegen ergab sich damit ein Mn von 5042 g/mol
b) Synthese PES mit Cl-Endgruppen
PES wurde durch nucleophile aromatische Polykondensation von 574,16 g (2,000 mol) 4,4'-Dichlordiphenylsulfon, 455,94 g (1 ,8225 mol) 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon, unter Einwirkung von 290,24 g (2,100 mol) Kaliumcarbonat in 1050 ml NMP erhalten. Diese Mischung wurde 8 Stunden bei 1900C gehalten. Danach wurde der Ansatz durch Zugabe von 1950 ml NMP verdünnt. Nach Abkühlen auf 800C wurde die Suspension ab- gelassen. Ein Teil des Materials wurde aufgearbeitet, d.h. die festen Bestandteile wurden durch Filtration abgetrennt und das Polymere durch Fällung in NMP/Wasser 1/9 isoliert. Nach sorgfältigem Waschen mit Wasser wurde das Produkt im Vakuum bei 120°C für 12 h getrocknet.
Das Produkt hatte eine VZ von 25,5 ml/g und 1 ,19 Gew.-% Cl sowie 0,010 Gew.-% OH. Unter Annahme, dass keine weiteren Endgruppen vorliegen ergab sich damit ein Mn von 5857 g/mol
Synthese des Blockcopolymeren PPSU-b-PES 5k/5k
625,90 g Suspension aus a) (46,90 mmol OH) und 609,31 g Suspension aus b) (46,90 mmol Cl) wurden in einem 4-I Kolben vereinigt und für 4 Stunden auf 1900C erhitzt. Während der Reaktionszeit wurde jede Stunde eine Probe gezogen und die VZ ermittelt. Nach 4 Stunden wurde die Suspension auf 1300C abgekühlt und dann wurde für eine Stunde Methylchlorid eingeleitet (15 l/h) abgekühlt und abgelassen.
Anschließend wurden die festen Bestandteile durch Filtration abgetrennt und das Polymere durch Fällung in NMP/Wasser 1/9 isoliert. Nach sorgfältigem Waschen mit Wasser wurde das Produkt im Vakuum bei 1200C für 12 h getrocknet.
Die Eigenschaften dieses Produkts sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Beispiel 3: Synthese von Blockcopolymeren im einstufigen Prozess (PPSU-b-PES 10k/10k)
Zuerst wurde ein PPSU durch Umsetzung von 275,81 g (0,9607 mol) 4,4'- Dichlordiphenylsulfon, 186,21 g (1 ,000 mol) 4,4'-Dihydroxybiphenyl, unter Einwirkung von 142,36 g (1 ,03 mol) Kaliumcarbonat in 1000 ml NMP bei 180°C hergestellt, Reaktionsdauer 6 h. Dann wurden weitere 500 ml NMP sowie 287,08 g (1 ,0000 mol) 4,4'- Dichlordiphenylsulfon, 238,82 g (0,9546 mol) 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon und 145,12 g Kaliumcarbonat zugegeben. Bei 1900C wurde die Suspension dann weitere 6 h gerührt. Dann wurde der Ansatz auf 130°C abgekühlt und für 1 h mit Methylchlorid umgesetzt (15 l/h). Dann wurde der Ansatz mit 1500 ml NMP verdünnt und nach Abkühlen auf 80°C wird die Suspension abgelassen.
Die festen Bestandteile wurden durch Filtration abgetrennt und das Polymere durch Fällung in NMP/Wasser 1/9 isoliert. Nach sorgfältigem Waschen mit Wasser wurde das Produkt im Vakuum bei 1200C für 12 h getrocknet.
Die Eigenschaften des Produkts sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Beispiel 4: Synthese von Blockcopolymeren im einstufigen Prozess (PPSU-b-PES 5k/5k)
Zuerst wurde ein PPSU durch Umsetzung von 264,97 g (0,9230 mol) 4,4'- Dichlordiphenylsulfon, 186,21 g (1 ,000 mol) 4,4'-Dihydroxybiphenyl, unter Einwirkung von 142,36 g (1 ,03 mol) Kaliumcarbonat in 1000 ml NMP bei 190°C hergestellt, Reaktionsdauer 6 h. Dann wurden weitere 500 ml NMP sowie 287,08 g (1 ,0000 mol) 4,4'- Dichlordiphenylsulfon, 227,97 g (0,9113 mol) 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon und 145,12 g Kaliumcarbonat zugegeben. Bei 190°C wurde die Suspension dann weitere 6 h gerührt. Dann wurde der Ansatz auf 1300C abgekühlt und für 1 h mit Methylchlorid umgesetzt (15 l/h). Dann wurde der Ansatz mit 1500 ml NMP verdünnt und nach Abkühlen auf 800C wurde die Suspension abgelassen. Die festen Bestandteile wurden durch Filtration abgetrennt und das Polymere durch Fällung in NMP/Wasser 1/9 isoliert. Nach sorgfältigem Waschen mit Wasser wurde das Produkt im Vakuum bei 1200C für 12 h getrocknet.
Die Eigenschaften des Produkts sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Die Viskositätszahl der Polymere wurde in 1 %-iger Lösung von N-Methylpyrrolidon bei 25°C bestimmt.
Die erhaltenen Produkte wurden bei einer Massetemperatur von 385°C in einem
Zweischneckenextruder (PTW 18) granuliert. Die Verarbeitung zu Probekörpern erfolgte bei 385°C Massetemperatur und 1600C Werkzeugtemperatur.
Die Kerbschlagzähigkeit wurde nach ISO 179 1eA an ISO-Stäben bestimmt. Die Transparenz und die Streuung (Haze) wurden an Rundscheiben der Dicke 2 mm nach DIN 53236 (Transparenz) und ASTM D 1003 (Haze) ermittelt.
Tabelle 1 :
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit die Herstellung hochmolekularer Polyarylenether-Copolymere mit hoher Kerbschlagzähigkeit. Außerdem weisen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Produkte auch bessere opti- sehe Eigenschaften auf.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Polyarylenether-Blockcopolymeren umfassend
(a) die Umsetzung der Komponenten (A1 ) bestehend aus mindestens einer aromatischen Dihydroxyverbindung und
(A2) bestehend aus mindestens einer aromatischen Dihalogenverbindung unter Bildung eines Polybiphenylsulfon-Polymers, wobei die Komponente (A1 ) 4,4'-Dihydroxybiphenyl umfasst und die Umsetzung gemäß Schritt (a) mit einem molaren Überschuss der Komponente (A1 ) durchgeführt wird, und anschließend
(b) Umsetzung des Polybiphenylsulfon-Polymers mit den Komponenten
(B1 ) bestehend aus mindestens einer aromatischen Dihydroxyverbindung und (B2) bestehend aus mindestens einer aromatischen Dihalogenverbindung.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das molare Verhältnis der Komponente (A1 ) zu (A2) in Schritt (a) von 1 ,005 zu 1 bis 1 ,2 zu 1 beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Komponente (A1 ) mindestens 50 Gew.-% 4,4'-Dihydroxybiphenyl enthält.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Komponente (A1) 4,4'-Dihydroxybiphenyl ist.
5. Verfahren einem oder mehreren der Ansprüchel bis 4, wobei die Komponente (A2) 4,4'-Dichlordiphenylsulfon ist.
6. Verfahren einem oder mehreren der Ansprüchel bis 5, wobei die Komponente (B2) 4,4'-Dichlordiphenylsulfon ist.
7. Verfahren einem oder mehreren der Ansprüchel bis 6, wobei die Komponente (B1 ) 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon ist.
8. Verfahren einem oder mehreren der Ansprüchel bis 7, wobei die Umsetzung in Schritt (a) und in Schritt (b) in einem Lösungsmittel erfolgt, welches NMP umfasst.
9. Polyarylensulfon-Blockcopolymere erhältlich gemäß einem oder mehreren der Ansprüchel bis 8.
10. Verwendung der Polyarylensulfon-Blockcopolymere gemäß Anspruch 9 zur Herstellung von Formteilen, Fasern, Filmen oder Schäumen.
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