DE2011711A1 - Process for the production of polyphenylene ethers - Google Patents
Process for the production of polyphenylene ethersInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Bildung synthetischer Polymerer aus Phenolvorprodukten (im Englischen "Precursor" genannt), und sie betrifft insbesondere die Bildung von Polyphenylenäthern durch Eigenkondensation von Phenolen in einem Reaktionssystem, welches einen Alkohol und einen komplexen Katalysator enthält, der aus einem nicht-basischen Kupfer-II-Salz und einem primären oder sekundären Amin gebildet ist.The present invention relates to the formation of synthetic Polymer made from phenolic precursors, and it is particularly concerned with formation of polyphenylene ethers by self-condensation of phenols in a reaction system, which is an alcohol and contains a complex catalyst composed of a non-basic copper (II) salt and a primary or secondary amine is formed.
Polyphenylenäther und Verfahren zu ihrer Herstellung sind allgemein bekannt und in zahlreichen Publikationenj beispielsweise den US-Patentschriften 3 306 874, 3 306 875 und 3 384 619 sowie in den gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereichten Patentanmeldungen (1439-8CH-1245 und 1436-8CH-113) beschrieben.Polyphenylene ethers and processes for their preparation are well known and in numerous publications, for example U.S. Patents 3,306,874, 3,306,875, and 3,384,619, and in those concurrently with the present invention Application filed patent applications (1439-8CH-1245 and 1436-8CH-113).
0 098 40/21 Öl0 098 40/21 oil
Das Verfahren gemäß dem vorgenannten US-Patent 3 306 875 umfaßt die Selbstkondensation eines einwertigen Phenolvorproduktes unter Verwendung eines Katalysators, der einen tertiären aminbasischen Kupfer-II-Salzkomplex enthält. Die nach diesem Verfahren polymerisierbar η Phenole weisen die nachfolgende Strukturformel auf:The process of the aforesaid US Pat. No. 3,306,875 involves the self-condensation of a monohydric phenol precursor using a catalyst which contains a tertiary amine-basic copper (II) salt complex. the polymerizable by this process η phenols have the the following structural formula:
Q"'Q "'
worin X ein Substituent ist, der aus der Gruppe aus Wasserstoff, Chlor, Brom und Jod ausgewählt ist, Q ist ein einwertiger Substituent ausgewählt aus der Gruppe aus Wasserstoff, Kohlenwasserstoffresten, Halogenkohlenwasserstoffresten mit wenigstens 2 Kohlenstoffatomen zwischen dem Halogenatom und dem Phenolkern, Oxykohlenwasserstoffresten und Halogenoxykohlenwasserstoffresten mit wenigstens 2 Kohlenstoffatomen zwischen dem Halogenatom und dem Phenolkern; Q1 und Q" haben die gleiche Bedeutung wie Q und bedeuten zusätzlich noch Halogen mit der Maßgabe, daß Q, Q1 und Q" alle frei von einem tertiären oL-Kohlenstoffat,om sind. Die aus den vorgenannten Phenolen gebildeten Polymere entsprechen der folgenden Strukturformel: wherein X is a substituent selected from the group consisting of hydrogen, chlorine, bromine and iodine, Q is a monovalent substituent selected from the group consisting of hydrogen, hydrocarbon radicals, halogenated hydrocarbon radicals with at least 2 carbon atoms between the halogen atom and the phenol nucleus, oxyhydrocarbon radicals and halogenoxyhydrocarbon radicals with at least 2 carbon atoms between the halogen atom and the phenol nucleus; Q 1 and Q ″ have the same meaning as Q and also mean halogen with the proviso that Q, Q 1 and Q ″ are all free of a tertiary oil carbon atom. The polymers formed from the aforementioned phenols correspond to the following structural formula:
Q Q"Q Q "
worin das Äthersaue rstoffatom einer wiederkehrenden Einheit mit dem Phenylenkern der nächsten wiederkehrenden Einheit verbunden ist; Q, Q· und Q" besitzen die vorstehend gegebene wherein the Äthersaue rstoffatom one repeating unit is connected to the phenylene nucleus of the next repeating unit; Q, Q · and Q "are as given above
009840/2101009840/2101
Definition und η ist eine ganze Zahl, die wenigstens gleich 100 ist.Definition and η is an integer that is at least equal 100 is.
Bei dem Verfahren gemäß den vorgenannten US-Patentschriften 3 306 874 und 3 306 875 umfaßt die Bildung der Polyphenylenäther die Eigenkondensation eines Phenols in Anwesenheit eines Katalysatorsystems, welches einen tertiären aminbasische η Kupfer-II-Salzkomplex enthält. Es ist darin offenbart, daß das Kupfersalz, welches zur Bildung des komplexen Katalysators verwendet wird, nicht kritisch ist und entweder ein basisches kupfer-II-Salz oder ein Kupfer-I-Salz sein kann, vorausgesetzt, daß dann, wenn ein Kupfer-I-Salz verwendet wird, es in der Lage ist, in dem Kupfer-II-Zustand zu bestehen. Wenn ein Kupfer-I-Salz verwendet wird, bildet sich der Katalysator vermutlich durch Sauerstoff und Wasser reaktion mit einem als Zwischenprodukt auftretenden tertiären Amin-Kupfer-I-Salz-Komplex und bildet dabei einen tertiären am in basischen Kupfer-II-Salz-Komplex. Es sind bereits verschiedene Verfahren beschrieben worden für die Bildung des komplexen Katalysators aus einem Kupfer-II-Salz. So wurde beispielsweise berichtet, daß ein Reduktionsmittel zusammen mit einem Kupfer-II-Salz verwendet werden kann, um das Kupfer-I-Salz an Ort und Stelle zu bilden, welches seinerseits den tertiären aminbasischen Kupfer-II-Salz-Komplex bildet, wenn es mit dem Am in zusammengemischt wird. Andererseits wurde bereits berichtet, daß der Komplex zwischen einem tertiären Amin und einem basischen Kupfer-II-Salz gebildet wird, indem Kupfer-11-Salze mit einem alkalischen SaJ.z eines Phenols umgesetzt werden, indem ein Kupfer-II-Salz mit einem Ionenaus tauscher harz mit austauschbaren Hydroxygruppen behandelt Wird, indem eine Base zu einem Kupfer-II-Salz zugegeben wird oder indem Kupfer-II-Hydroxyd zu einem Kupfer-II-Salz gegeben wird. Das US-Patent 3 306 874 ähnelt dem vorstehenden mit der Ausnahme, daß primäre und sekundäre Amine anstelle der tertiären Amine verwendet werden.In the process according to the aforementioned US Pat. Nos. 3,306,874 and 3,306,875, the formation of the polyphenylene ethers comprises the self-condensation of a phenol in the presence of a catalyst system which contains a tertiary amine-basic η copper (II) salt complex. It is disclosed therein that the copper salt used to form the complex catalyst is not critical and can be either a basic copper (II) salt or a copper (I) salt, provided that when a copper (I) -Salt is used, it is able to exist in the copper-II state. If a copper (I) salt is used, the catalyst is presumably formed by reacting oxygen and water with an intermediate tertiary amine / copper (I) salt complex, thereby forming a tertiary amine-basic copper (II) salt complex . Various processes have already been described for the formation of the complex catalyst from a copper (II) salt. For example, it has been reported that a reducing agent can be used in conjunction with a copper (II) salt to form the copper (II) salt in place, which in turn forms the tertiary amine basic copper (II) salt complex when it does with which Am is mixed together. On the other hand, it has already been reported that the complex between a tertiary amine and a basic copper (II) salt is formed by reacting copper (II) salts with an alkaline salt of a phenol by reacting a copper (II) salt with an ion Exchanger resin with exchangeable hydroxyl groups Is treated by adding a base to a copper (II) salt or by adding copper (II) hydroxide to a copper (II) salt . U.S. Patent 3,306,874 is similar to the above with the exception that primary and secondary amines in place of tertiary amines.
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Das vorgenannte US-Patent 3 384 619 betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Eigenkondensation von Phenolen unter Bildung von hochmolekularen Polyphenylenäthern, es unterscheidet sich jedoch von den beiden vorstehend beschriebenen Verfahren darin, daß ein Katalysator verwendet wird, der ein tertiäres Amin und ein nicht-basisches Kupfer-II-Salz enthält. Es wird darin beansprucht, daß die Reaktion in einem Lösungsmittelsystem durchgeführt werden muß, welches wenigstens 5 Gew.-% Alkohol aufweist, um so ein hochmolekulares Polymeres zu erhalten. Darüberhinaus ist bei diesem Verfahren die Katalysatorkonzentration in der Reaktionsmischung außerordentlich hoch, und zwar entfallen dabei in typischer Weise 9 Teile Amin auf 1 Teil Phenol, wodurch das Gesamtverfahren teuer und wirtschaftlich uninteressant wird. Schließlich wird in diesem Patent vermerkt, daß Versuche, einen Polyphenylenäther in Toluol herzustellen, bei diesen hohen Katalysatorkonzentrationen und in Abwesenheit des Alkohols nicht erfolgreich waren und kein Polymer gebildet wurde.The aforementioned US Pat. No. 3,384,619 also relates to a process for the self-condensation of phenols with formation of high molecular weight polyphenylene ethers, but it differs from the two processes described above in that a catalyst is used which contains a tertiary amine and a non-basic copper (II) salt. It will claims therein that the reaction takes place in a solvent system must be carried out, which has at least 5 wt .-% alcohol, so as to obtain a high molecular weight polymer. In addition, the catalyst concentration in the reaction mixture is extraordinary in this process high, typically 9 parts of amine to 1 part of phenol, which makes the overall process expensive and becomes economically uninteresting. Finally, in that patent notes that attempts to make a polyphenylene ether in toluene have been made at these high catalyst concentrations and in the absence of the alcohol were unsuccessful and no polymer was formed.
Die vorgenannte gleichzeitig eingereichte Patentanmeldung (1436-8CH-113) ist auf ein verbessertes Verfahren für die Eigenkondensation von hochmolekularen Polyphenylenäthern gerichtet, wobei ein komplexer Katalysator verwendet wird, der aus einem primären oder sekundären Amin und einem wasserfreien nichtbasischen Kupfer-II-Salz gebildet ist. Das Verfahren gemäß dieser Anmeldung ist gekennzeichnet durch die Verwendung der wasserfreien, nichtbasischen Kupfer-11-Salze und stellt eine Verbesserung gegenüber dem US-Patent 3 384 619 dar, in dem die Konzentration der Katalysatorkomponenten in bezug auf die Konzentration des Monomeren relativ klein ist und demgemäß die Gesamtkosten des Verfahrens wesentlich vermindert sind. Darüberhinaus stellt das Verfahren gemäß dieser Anmeldung eine Verbesserung gegenüber den anderen vorbekannten Verfahren dar, und zwar deshalb, weil das Molekulargewicht der in einer gegebenen Reaktionszeit gebildetenThe aforementioned co-filed patent application (1436-8CH-113) is directed to an improved method for the Self-condensation of high molecular weight polyphenylene ethers directed, using a complex catalyst consisting of a primary or secondary amine and an anhydrous non-basic copper (II) salt is formed. The method according to this application is characterized by the use the anhydrous, non-basic copper-11 salts and represents an improvement over US Patent 3,384,619 in which the concentration of the catalyst components in is relatively small with respect to the concentration of the monomer and accordingly significantly reduces the overall cost of the process are. In addition, the method according to this application represents an improvement over the other previously known Process, because the molecular weight of the formed in a given reaction time
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Palyphenylenäther größer ist als bei den auf andere Weise erhältlichen oder anders ausgedrückt, die Reaktionszeit ist für die Erlangung eines Polymeren von vergleichbarem Molekulargewicht kürzer.Palyphenylene ether is larger than that of the other ways available or in other words, the response time for obtaining a polymer of comparable molecular weight shorter.
Die vorliegende Erfindung stellt nunmehr eine weitere Verbesserung des in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung (1436-8CH-113) beschriebenen Erfindung, dar, und sie basiert auf der Feststellung, daß die Zugabe einer geringen Menge eines Alkohols, in typischer Weise weniger als 3 Gew.-% der Reaktionsbestandteile, die Verwendung von sowohl hydratisierten nicht-basischen Kupfer-II-Salzeη und wäßrigen Lösungen von nicht-basischen Kupfer-II-Salzen für die Herstellung der komplexen Katalysatoren zur Verwendung bei der Bildung von Polyphenylenäthern ermöglicht. Darüberhinaus erlaubt die Zugabe des Alkohols zu dem Reaktionssystem ebenfalls die Bildung von Polymeren mit höherem Molekulargewicht oder die Bildung gleicher Molekulargewichte in einer kürzeren Reaktionszeit bei Verwendung wasserfreier Kupfer-II-Salze, hydratisierter Kupfer-II-Salze und wäßrigen Lösungen derselben. Die Fähigkeit, hydratisierte Kupfer-II-Salze oder ihre wäßrigen Lösungen zu verwenden, ist bedeutsam, da diese Materialien viel leichter erhältlich sind als die wasserfreien Kupfer-II-Salze und demgemäß weniger teuer sind. Das Verfahren zur Bildung der Polyphenylenäther gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt daher das Durchleiten !eines Sauerstoff enthaltenden Cases durch eine Lösung, die das Phenolmonomere und den komplexen Katalysator enthält, der in Anwesenheit eines Alkohols aus dem primären oder sekundären Amin und dem nichtbasischen Kupfersalz gebildet worden ist.The present invention is now a further improvement on the invention described in co-filed patent application (1436-8CH-113), and it is based on the finding that the addition of a small amount of an alcohol, typically less than 3 wt. -% of the reaction components, the use of both hydrated non-basic copper (II) salts and aqueous solutions of non-basic copper (II) salts for the preparation of the complex catalysts for use in the formation of polyphenylene ethers. In addition, the addition of the alcohol to the reaction system also allows higher molecular weight polymers to be formed or the same molecular weights to be formed in a shorter reaction time using anhydrous cupric salts, hydrated cupric salts and aqueous solutions thereof. The ability to use hydrated copper (II) salts or their aqueous solutions is important as these materials are much more readily available than the anhydrous copper (II) salts and, accordingly, are less expensive. The process for forming the polyphenylene ethers according to the present invention therefore comprises passing ! an oxygen-containing case with a solution containing the phenolic monomer and the complex catalyst formed from the primary or secondary amine and the non-basic copper salt in the presence of an alcohol.
erfindungsgemäße Verfahren ist allgemein bei solchen Pihe no le π anwendbar, wie sie in den vorgenannten US-Patenten ^3Q6 874 und 3 306 875 beschrieben sind. Es ist jedoch besonders brauchbar in Verbindung mit Phenolen, die derThe method according to the invention is generally applicable to such Pihe no le π, as they are in the aforementioned US patents ^ 3Q6 874 and 3 306 875 are described. However, it is particularly useful in conjunction with phenols, which are the
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nachfolgenden Strukturformel entsprechen:correspond to the following structural formula:
OHOH
worin Q und Q* die vorstehend gegebene Definition besitzen. Die beim erfindungsgemäßen Verfahren am meisten bevorzugten Phenole sind solche, in denen Q und Q1 Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen darstellen. Beispiele dieser am meisten bevorzugten Phenole umfassen 2,6-Dimethylphenol, 2,6-Diäthylphenol, 2-Methyl-6-äthylphenol, 2-Methyl-6-allylphenol, 2-Methyl-6-phenylphenol, 2,6-Dibutylphenol, und 2-Methyl-6-propyl-phenol.wherein Q and Q * are as defined above. The most preferred phenols in the process of the invention are those in which Q and Q 1 represent hydrocarbon radicals having 1 to 8 carbon atoms. Examples of these most preferred phenols include 2,6-dimethylphenol, 2,6-diethylphenol, 2-methyl-6-ethylphenol, 2-methyl-6-allylphenol, 2-methyl-6-phenylphenol, 2,6-dibutylphenol, and 2-methyl-6-propyl-phenol.
Der primäre oder sekundäre Aminbestandteil des Katalysatorkomplexes entspricht denjenigen, die in dem vorgenannten US-Patent 3 306 874 offenbart sind. Typische Beispiele umfassen aliphatische Amine einschließlich cycloaliphatischer Amine, worin die cycloaliphatische Gruppe an dem Aminstickstoff gebunden ist, z.B. Mono- und Dipropylamin, Mono- und Dibutylamin, Mono- und Di-sec.-propylamin, Mono- und Dicyclohexylamin, Äthyl-methylamin, Morpholin, Methylcyclohexylamin, Ν,Ν'-Dialkyl-äthylendiamine, die N^-Dialkylpropandimine, die Ν,Ν,Ν'-Trialkylpentandiamine usw.The primary or secondary amine component of the catalyst complex corresponds to that described in the aforementioned US patent 3,306,874 are disclosed. Typical examples include aliphatic amines including cycloaliphatic amines in which the cycloaliphatic group is attached to the amine nitrogen is, e.g. mono- and dipropylamine, mono- and dibutylamine, Mono- and di-sec.-propylamine, mono- and dicyclohexylamine, Ethyl-methylamine, morpholine, methylcyclohexylamine, Ν, Ν'-dialkyl-ethylenediamines, the N ^ -dialkylpropanedimines, the Ν, Ν, Ν'-trialkylpentanediamines etc.
Es ist offensichtlich, daß, falls gewünscht, auch Mischungen der primären und sekundären Amine verwendet werden können. Niedere geradkettige Dialkylmonoaraine, wie Dibutylamin und Diäthylamin sind bevorzugt. Die Konzentration der Amine kann in der Reaktionsmischung innerhalb weiter Grenzen variieren, sie werden jedoch zweckmäßig in niederen Konzentrationen zugesetzt. Ein bevorzugter Bereich liegt bei etwa 2,0 bis 25,0 Mol pro 100 Mol des Monomeren. It will be apparent that mixtures of the primary and secondary amines can also be used if desired. Lower straight chain dialkyl monoareas such as dibutylamine and diethylamine are preferred. The concentration of the amines in the reaction mixture can vary within wide limits, but they are expediently added in lower concentrations. A preferred range is about 2.0 to 25.0 moles per 100 moles of the monomer.
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Typische Beispiele der für das Verfahren geeigneten Kupfer-Il-Salze umfassen Kupfer-II-Chlorid, Kupfer-II-Bromid, Kupfer-II-Sulfat, Kupfer-H-Azid, Kupfer-ΙΪ-Τβtraminsulfat, Kupfer-11~Ace-tat, Kupfer-II-Butyrat, Kupfer-II-Toluat usw. Bevorzugte Kupfer-11-Salze sind die Kupf e r-H-Ha löge η ide, wobei Kupfer-II-Bromid am meisten bevorzugt ist. Die Konzentration der Kupfersalze wird zweckmäßig gering gehalten, und variiert vorzugsweise von etwa 0,2 bis 2,5 Mol pro 100 Mol des Phenolmonomeren.Typical examples of the copper (II) salts suitable for the process include copper (II) chloride, copper (II) bromide, Copper-II-sulfate, copper-H-azide, copper-ΙΪ-Τβtramine sulfate, Copper-II-acetate, copper-II-butyrate, copper-II-toluate etc. Preferred copper-11 salts are the Kupf e r-H-Ha loge η ide, with cupric bromide being most preferred. The concentration of the copper salts is expediently kept low, and preferably varies from about 0.2 to 2.5 moles per 100 moles of the phenolic monomer.
In der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung (1436) ist bereits festgehalten worden, daß die nicht-basischen Kupfer-Il-Salze, die zur Bildung des komplexen Katalysators verwendet werden, in ihrer wasserfreien Form vorliegen müssen, statt in einer hydratisieren For». In dieser besagten Anmeldung ist dies ein Erfordernis, weil eine geringe Wassermenge, die vor der Bildung des Komplexes aus dem Amin und dem nichtbasischen Salz in dem System vorliegt, sehr schädlich für die Polymerisationsreaktion ist und zur Bildung eines Katalysatorkomplexes mit einer wesentlich verminderten katalytischen Aktivität führt. So wurde beispielsweise festgestellt, daß mit eitlem komplexen Katalysator aus Kupfer-II-Chloriddihydrat und einem Amin ein Polymer gebildet wird, welches eine grundmolare Viskosität (intrinsic viscosity) von weniger als ungefähr 50% von derjenigen eines Polymeren aufweist, welches unter Verwendung eines Katalysators aus einem Amin und einem wasserfreien Kupfer-1I-Chlorid hergestellt worden ist.In the simultaneously filed patent application (1436) is it has already been stated that the non-basic copper (II) salts that are used to form the complex catalyst must be in their anhydrous form, instead of in a hydrate for ». In said application, this is a requirement because a small amount of water, which is present in the system prior to the formation of the complex of the amine and the non-basic salt, very detrimental to is the polymerization reaction and leads to the formation of a catalyst complex with a substantially reduced catalytic activity. For example, it was found that with a vain complex catalyst of copper (II) chloride dihydrate and an amine, a polymer is formed which is a has intrinsic viscosity less than about 50% of that of a polymer which using a catalyst composed of an amine and a anhydrous copper-1I chloride has been produced.
Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung ein Alkohol zu der Reaktionsmischung zugegeben wird, kann das Kupfer-II-SaIz in einer hydratisieren Form oder in einer wäßrigen Lösung vorliegen. Der Grund dafür ist nicht ersichtlich, aber die Resultate sind letztlich ausschlaggebend. Da die hydrati-β ie r te η Kupf er-l-I—Salze und die wäßrigen Lösungen derselben wesentlich leichter erhältlich sind und demzufolge billigerIf, according to the present invention, an alcohol is added to the Reaction mixture is added, the copper (II) salt in a hydrated form or in an aqueous solution are present. The reason for this is not apparent, but the Ultimately, results are crucial. Since the hydrated copper salts and the aqueous solutions of the same are much more readily available and therefore cheaper
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sind, ergeben sich somit ganz entscheidende Vorteile. Darüberhinaus ergibt sich erfindungsgemäß noch der weitere Vorteil, daß die Zugabe des Alkohols in einer gegebenen Reaktionszeit zu einer Bildung von Polymeren mit höherem Molekulargewicht führt, oder anders ausgedrückt, Polymere mit entsprechendem Molekulargewicht werden in einer kürzeren Reaktionszeit erhalten.there are therefore very decisive advantages. In addition, according to the invention, the further one results The advantage that the addition of the alcohol in a given reaction time leads to the formation of polymers with higher Molecular weight leads, or in other words, polymers with a corresponding molecular weight are in a shorter Response time received.
Die Natur des in dem Reaktionssystem verwendeten Alkohols ist nicht kritisch, obgleich niedere aliphatische Alkohole bevorzugt werden. Beispiele derselben sind Methanol, Äthanol, Propanol, Butanol, Allylalkohol und dergleichen. Methanol ist der am meisten bevorzugte, weil dieser Alkohol oft als Antilösungsmittel zum Ausfällen und zur Zurückgewinnung des Polymeren aus der Reaktionslösung verwendet wird. In entsprechender Weise wird durch die Verwendung des Methanols keine zusätzliche organische Verbindung in das Reaktionssystem eingeführt. Die Menge des Alkohols wird vorzugsweise niedrig gehalten und kann beispielsweise 0,2 Vol.-% des gesamten Reaktionssystems betragen. Vorzugsweise liegt der Alkoholgehalt in einem Bereich von 0,5 bis 3,0 Vol.-% des Reaktionssystems. The nature of the alcohol used in the reaction system is not critical, although lower aliphatic alcohols to be favoured. Examples thereof are methanol, ethanol, propanol, butanol, allyl alcohol and the like. Methanol is the most preferred because it is often used as an anti-solvent for precipitation and recovery of the alcohol Polymers from the reaction solution is used. In a corresponding manner, the use of the methanol does not result in any additional organic compound is introduced into the reaction system. The amount of the alcohol is preferably low held and can for example 0.2 vol .-% of the total Reaction system. Preferably, the alcohol content is in the range of 0.5 to 3.0% by volume of the reaction system.
Die Polymerisationsreaktion wird in einem Lösungsmittel aus der allgemeinen Klasse, wie sie in den vorgenannten US-Patenten 3 306 874 und 3 306 875 beschrieben ist, durchgeführt. Aromatische Lösungsmittel wie Benzol und Toluol liefern die besten Resultate. Darüberhinaus kann die Reaktionsmischung einen Aktivator, wie ein Diarylguanidin, wie es beispielsweise in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung (1439-8CH-1245) beschrieben ist oder ein Diarylformamidin enthalten. In anderer Hinsicht sind das Verfahren zur Bildung des Polymeren sowie die Bedingungen dafür, wie Temperatur, Sauerstoffdurchflußgeschwindigkeit und dergleichen im wesentlichen die gleichen, wie sie in den beiden vorgenannten US-Patenten 3 306 874 und 3 306 875 beschriebenThe polymerization reaction is carried out in a solvent of the general class described in the aforesaid U.S. Patents 3,306,874 and 3,306,875. Aromatic solvents like benzene and toluene give the best results. In addition, the reaction mixture can contain an activator, such as a diarylguanidine, as described, for example, in the patent application filed at the same time (1439-8CH-1245), or a diarylformamidine. In other respects, the method of forming the polymer and the conditions therefor, such as temperature, oxygen flow rate, and the like, are essentially the same as described in both of the aforesaid U.S. Patents 3,306,874 and 3,306,875
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sind, abgleich die Reaktionszeit zur Erzeugung hochmolekularer Polymerer vermindert ist. Die vorgenannten Konzentrationsbereiche werden bevorzugt, obgleich diese Bereiche in einem gewissen Ausmaß, in Abhängigkeit von der Sauerstoffdurchflußgeschwindigkeit, der Reaktionstemperatur und dergleichen, variieren können. Aus wirtschaftlichen Gründen werden niedrigere Konzentrationen an Kupfer-· I I-Salz und Am in bevorzugt. Es ist für die vorliegende Erfindung charakteristisch, daß ein Reaktionssystem unter Verwendung eines Alkohols und eines Katalysatorkomplexes, der aus einem primären oder sekundären Amin und einem nicht-basischen Kupfer-II-Salz gebildet ist, die Herstellung von hochmolekularen Polymeren nit niedrigeren Konzentrationen an Kupfer-II-Salzen und Amin erlaubt als es auf andere Weise zulässig wäre.are, adjust the reaction time to generate high molecular weight Polymer is reduced. The aforementioned concentration ranges are preferred, although these ranges in to a certain extent, depending on the oxygen flow rate, the reaction temperature and the like. For economic reasons lower concentrations of copper · I I salt and Am in preferred. It is characteristic of the present invention that a reaction system using an alcohol and a catalyst complex consisting of a primary or secondary amine and a non-basic copper (II) salt is formed, the production of high molecular weight polymers with lower concentrations of copper (II) salts and amine permitted than would otherwise be permitted.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert, wobei die Beispiele 1 bis 4 Verfahren für die Bildung eines Polyphenylenäthers vergleichen. In Beispiel 1 wird dabei ein Katalysatorkomplex aus einem wasserfreien nicht-basischen Kupfer-II-Halqgenid und Amin, in Beispiel 2 ein wasserfreies Kupfer-II-Halpgenid und ein Amin in Anwesenheit eines Alkohols, in Beispiel 3 eine wäßrige Lösung eines Kupfer-II-Ha logen ids und eines Amins und in Beispiel 4 eine wäßrige Lösung eines Kupfer-II-Halogenids und eines Amins in Gegenwart eines Alkohols verwendet.The invention is further illustrated by the following examples illustrated, Examples 1 to 4 procedures for the Compare the formation of a polyphenylene ether. In example 1 is a catalyst complex of an anhydrous, non-basic copper (II) halide and amine, in Example 2 an anhydrous copper (II) halide and an amine in the presence of an alcohol, in Example 3 an aqueous solution of one Copper (II) halides and an amine and in Example 4 one aqueous solution of a copper (II) halide and an amine used in the presence of an alcohol.
In IQO ml Toluol wurde ein Katalysatorkomplex hergestellt, in dem 0,42 g wasserfreies Ruptfer-II-Bromid,. 10,9 g eines Di-nbutylamina und 4 ml einer 55 Gew.-%igen Lösung von 2,6-Xyleno! in Tolüol zusammengerührt wurden, per so hergestellte Katalysatorkomplex wurde in eine l^Liter-Flasche gegeben, die mit #ineYfTÄlscKla^ sowie GftSein-A catalyst complex was prepared in 100 ml of toluene in which 0.42 g of anhydrous Ruptfer-II bromide. 10.9 g of a di-n-butylamine and 4 ml of a 55% by weight solution of 2,6-xyleno! were stirred together in toluene, the catalyst complex prepared in this way was placed in a 1 ^ liter bottle marked with #ineY f TÄlscKla ^ and GftSein-
leitrbhreiif fujr %iu^fs€of f und daä Monomere versehen war; Im Anschluß in die Herstellung des Katalysators wurden 400 mlConductive tubes for % iu ^ fs € of f and that the monomers were provided; Following in the preparation of the catalyst were 400 ml
Toluol zugegeben und die Mischung wurde mit einer Geschwindigkeit von 1500 Umdrehungen/Minute durch einen einzigen 2 Zoll χ 1/4 Zoll-Turbinenmischer gerührt, während Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit von 1,0 Kubikfuß/Stunde in die Reaktionsmischung eingeleitet wurde. Anschließend wurden 127 g einer 55 gew.-%igen Lösung von 2,6-Xylenol gelöst in Toluol innerhalb von 8 Minuten zugegeben. Die Temperatur wurde während der Reaktionszeit auf 30 C gehalten, indem Wasser aus einem konstanten Temperaturbad durch die Schlange in der Reaktionsmischung geleitet wurde. Nach einer Stunde und 45 Minuten wurde die Temperatur auf 35°C gesteigert und nach 15 Minuten wurden 30 ml einer 50 gew.-%igen wäßrigen Essigsäurelösung zugegeben, um die Reaktion abzustoppen. Die Mischung wurde zentrifugiert und das Polymere durch Zusatz von Methanol aus der oberen Toluolphase ausgefällt. Das Polymere wurde abfiltriert, mit Methanol gewaschen und bei 7O°C unter Vakuum getrocknet. Der Poly(2,6-dimethyl-l,4-phenylen) äther wurde in einer Ausbeute von 9O% der Theorie erhalten und das Polymere hatte eine grundmolare Viskosität von 0,61 Deziliter pro Gramm (dl/g), gemessen in Chloroform bei 30°C.Toluene was added and the mixture was rotated at a speed of 1500 revolutions / minute by a single 2 inch χ 1/4 inch turbine mixer while stirring oxygen at a rate of 1.0 cubic feet / hour in the reaction mixture was initiated. 127 g of a 55% strength by weight solution of 2,6-xylenol were then dissolved in Toluene added within 8 minutes. The temperature was kept at 30 ° C. during the reaction time by Water from a constant temperature bath was passed through the coil in the reaction mixture. After one hour and 45 minutes the temperature was increased to 35 ° C and after 15 minutes 30 ml of a 50 wt .-% aqueous Acetic acid solution added to stop the reaction. The mixture was centrifuged and the polymer added precipitated by methanol from the upper toluene phase. The polymer was filtered off, washed with methanol and stored at 70 ° C dried under vacuum. The poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene) ether was obtained in a yield of 90% of theory and the polymer had an intrinsic viscosity of 0.61 deciliters per gram (dl / g) as measured in chloroform at 30 ° C.
Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, es wurden jedoch 6 ml Methanol zu den Bestandteilen des Katalysators zugegeben. Die Menge des zugegebenen Methanols entsprach 1 Vol.-% der gesamten Reaktionsbestandteile in der Reaktionsmischung. Darauf folgte die Zugabe des 2,6-Xylenols in Toluol. Das Polymere wurde in einer Ausbeute von 97% der Theorie erhalten und besaß eine grundmolare Viskosität von 0,65 dl/g.The procedure described in Example 1 was repeated, but 6 ml of methanol were added to the components of the catalyst. The amount of methanol added corresponded to 1% by volume of the total reaction components in the reaction mixture. This was followed by the addition of the 2,6-xylenol in toluene. The polymer was obtained in a yield of 97% of theory and had an intrinsic viscosity of 0.65 dl / g.
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Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme,* daß 0,84 g einer 50 gew.-%igen wäßrigen Kupfer-II-Bromidlösung anstelle des wasserfreien Kupfer-II-Bromids in Beispiel 1 traten. Das Polymere wurde in einer Menge von 58% der Theorie erhalten und besaß eine grundmolare Viskosität von 0,09 dl/g.The process of Example 1 was repeated with the exception that 0.84 g of a 50% strength by weight aqueous copper (II) bromide solution was used instead of the anhydrous copper (II) bromide occurred in Example 1. The polymer was used in an amount of 58% of theory was obtained and had an intrinsic viscosity of 0.09 dl / g.
Das Verfahren nach Beispiel 3 wurde wiederholt, es wurden jedoch 6 ml Methanol zu den Bestandteilen des Katalysatorsystems gegeben. Das Polymere wurde in einer Ausbeute von 96% der Theorie erhalten und besaß eine grundmolare Viskosität von 0,55 dl/g.The procedure of Example 3 was repeated, there were however 6 ml of methanol to the constituents of the catalyst system given. The polymer was obtained in a yield of 96% of theory and had an intrinsic viscosity of 0.55 dl / g.
Die Ergebnisse der vorstehenden Beispiele sind in der nachfolgenden Tabelle nochmals zusammengestellt:The results of the preceding examples are in the following Table compiled again:
Beispiel Kupfersalz Zusatz Ausbeute grundmolare Nr. (%) Viskosität Example Copper Salt Addition Yield Base Molecular No. (%) Viscosity
(dl/g)(dl / g)
1 CuBr2(anh) ~ 90 0,611 CuBr 2 (anh) ~ 90 0.61
2 , CuBr2(anh) MeOH 97 P»65 2, CuBr 2 (anh) MeOH 97 P » 65
0,090.09
3 CuBr2(aq) - 583 CuBr 2 (aq) - 58
4 CuBr2(äq) MeOH 96 0,554 CuBr 2 (eq) MeOH 96 0.55
Ein Vergleich der Beispiele 1 und 2.zeigt, daß bei der Ver- A comparison of Examples 1 and 2 shows that in the
wendung von wasserfreiem Kupfer-11-B rom id der Zusatz von Methanol sowohl die Ausbeute als auch die grundmolare Viskosität verbessert. In Beispiel 3, wo eine wäßrige Lösung von Kupfer-II-Bromid für die Bildung des Katalysators verwendet wurde, war die Ausbeute niedrig und die grundmolare Viskositätszahl unannehmbar. Die Zugabe von Methanol inapplication of anhydrous copper-11 brom id the addition of Methanol improves both the yield and the intrinsic viscosity. In Example 3 where an aqueous solution of cupric bromide was used to form the catalyst, the yield was low and the intrinsic viscosity unacceptable. The addition of methanol in
0098A0721D1 ^ ; 0098A0721D1 ^ ;
Beispiel 4 führte zu einer wesentlichen Steigerung der Ausbeute und einer grundmolaren Viskositätszahl, die eindeutig in dem annehmbaren Bereich lag.Example 4 led to a substantial increase in the yield and an intrinsic viscosity that was clearly was in the acceptable range.
In 100 ml Toluol wurde ein Karalysatorkomplex hergestellt, indem 0,76 g wasserfreies Kupfer-II-Chlorid, 10,9 g Di-n-Butylamin und 4 ml einer 55 gew.-%igen Lösung von 2,6-Xylenol in Toluol ζusammengerührt wurden. Der so hergestellte Katalysatorkomplex wurde in eine 1-Liter-Flasche gegeben, die mit Kühlschlangen, einem Thermometer sowie Einleitrohren für Sauerstoff und das Monomere versehen war. Im Anschluß an die Herstellung des Katalysators wurden 400 ml Toluol zugegeben und die Mischung wurde mit einem einfachen 2 Zoll χ 1/4 Zoll-Turbinenrührer mit einer Geschwindigkeit von 1500 Umdrehungen/Minute gerührt, wobei Sauerstoff in die Reaktionsmischung mit einer Geschwindigkeit von 1,0 Kubikfuß/Stunde eingeleitet wurde. Anschließend wurden 123 g einer 55%igen Lösung von 2,6-Xylenol gelöst in Toluol innerhalb von 8 Minuten zugegeben, Die Temperatur wurde während der Reaktion auf 30°C gehalten, indem Wasser aus einem konstanten Temperaturbad durch die Schlangen in der Reaktionsmischung geleitet wurde. Nach einer Stunde und 45 Minuten wurde die Temperatur auf 35°C gesteigert und 15 Minuten später wurden 30 ml einer 55 gew.-%igen wäßrigen Essigsäurelösung zugesetzt, um die Reaktion abzubrechen. Die Mischung wurde zentrifugiert und das Polymere wurde aus der oberen Toluolphase durch Zugabe von Methanol ausgefällt. Das Polymere wurde abfiltriert, mit Methanol gewaschen und bei 70°C unter Vakuum getrocknet. Es wurde eine Ausbeute von 65,0 g Poly-(2,6-dimethyl-l,4-phenylen)äther (95% der Theorie) mit einer grundmolaren Viskosität von 0,46 dl/g erhalten. A catalyst complex was prepared in 100 ml of toluene by stirring together 0.76 g of anhydrous copper (II) chloride, 10.9 g of di-n-butylamine and 4 ml of a 55% strength by weight solution of 2,6-xylenol in toluene became. The catalyst complex prepared in this way was placed in a 1 liter bottle which was provided with cooling coils, a thermometer and inlet tubes for oxygen and the monomer. Following the preparation of the catalyst, 400 ml of toluene was added and the mixture was stirred with a simple 2 inch χ 1/4 inch turbine stirrer at a rate of 1500 revolutions per minute, with oxygen in the reaction mixture at a rate of 1.0 Cubic feet / hour was initiated. Then 123 g of a 55% solution of 2,6-xylenol dissolved in toluene were added over the course of 8 minutes. The temperature was kept at 30 ° C. during the reaction by passing water from a constant temperature bath through the coils in the reaction mixture . After one hour and 45 minutes, the temperature was increased to 35 ° C. and 15 minutes later 30 ml of a 55% strength by weight aqueous acetic acid solution were added to stop the reaction. The mixture was centrifuged and the polymer was precipitated from the upper toluene phase by adding methanol. The polymer was filtered off, washed with methanol and dried at 70 ° C. under vacuum. A yield of 65.0 g of poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene) ether (95% of theory) with an intrinsic viscosity of 0.46 dl / g was obtained.
009840/2101009840/2101
Das verfahren nach Beispiel 5 wurde wiederholt, es wurden jedoch 6 ml Methanol (ungefähr 1 Vol.-% der gesamten Reaktionsbestandteile einschließlich Monomeren und Lösungsmittel in der Reaktionsmischung) zu den Bestandteilen des Katalysators zugegeben. Das Polymere wurde in einer Ausbeute von 92% der Theorie erhalten und besaß eine grundmolare Viskosität von 0,61 dl/g. Ein Vergleich dieses Beispiels mit Beispiel 5 zeigte eine wesentliche Steigerung der grundmolaren Viskosität auf Grund der Zugabe des Methanols.The procedure of Example 5 was repeated, there were but 6 ml of methanol (approximately 1% by volume of the total reaction components including monomers and solvents in the reaction mixture) added to the constituents of the catalyst. The polymer was in a yield of 92% of theory was obtained and had an intrinsic viscosity of 0.61 dl / g. A comparison of this example with example 5 showed a substantial increase in the basal molar Viscosity due to the addition of the methanol.
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Beispiel 7 « Example 7 «
Das Verfahren nach Beispiel 6 wurde wiederholt, die Menge des Methanols würde jedoch auf 12 ml gesteigert, d.h. sie betrug das Doppelte der in Beispiel 6 verwendeten Menge. Das Polymere wurde in einer Ausbeute von 93% der Theorie erhalten, besaß eine grundmolare Viskosität von 0,63 dl/g.The procedure of Example 6 was repeated, but the amount of methanol was increased to 12 ml, i.e. it was twice the amount used in Example 6. That Polymers were obtained in a yield of 93% of theory and had an intrinsic viscosity of 0.63 dl / g.
Das Verfahren nach Beispiel 6 wurde wiederholt, anstelle des Di-n-Butylamins wurde jedoch 12,1 g Tripropylamin verwendet. Am Ende der zweistündigen Reaktionszeit wurde kein Polymeres aus der Reaktionsmischung isoliert.The procedure of Example 6 was repeated instead of the di-n-butylamine, however, 12.1 g tripropylamine was used. At the end of the two hour reaction time there was no Polymer isolated from the reaction mixture.
Das Verfahren nach Beispiel 6 wurde wiederholt, anstelle von Methanol wurde jedoch Isopropylalkohol verwendet. Das Polymere wurde in einer Ausbeute von 97% der Theorie erhalten und besaß eine grundmolare Viskositätszahl von 0,53 dl/g.The procedure of Example 6 was repeated instead however, of methanol, isopropyl alcohol was used. That Polymers were obtained in a yield of 97% of theory and had an intrinsic viscosity of 0.53 dl / g.
0 09 8 A Q A3 TO 10 09 8 A Q A3 TO 1
Das Verfahren nach Beispiel 6 wurde wiederholt, die Konzentration des Kupfer-II-Chlorids wurde jedoch um 50% herabgesetzt. Das Polymere wurde in einer Ausbeute von 95% der Theorie erhalten, besaß eine grundmolare Viskosität von 0,46 dl/g.The procedure of Example 6 was repeated, but the concentration of cupric chloride was reduced by 50%. The polymer was obtained in a yield of 95% of theory and had an intrinsic viscosity of 0.46 dl / g.
Ein röhrenartiges Reaktionsgefäß, welches mit einem Vibro-Idischer, Thermometer und einem Sauerstoffeinleitrohr versehen war, wurde mit 120 ml Toluol, 0,73 g n-Butylamin und 0,223 g (0,01 Mol) wasserfreies Kupfer-II-Bromid beschickt. Die Mischung wurde gerührt und 10,0 g des in 20 ml Toluol gelösten 2,6-Xylenols wurden zugesetzt. Sauerstoff wurde ungefähr 120 Minuten lang durch die gerührte Mischung geleitet, während welcher Zeit die Reaktionstemperatur auf 25 C gehalten wurde. Die Polymerisationsreaktion wurde mit Essigsäure zum Abbruch gebracht, die Säureschicht entfernt und das Polymere mit Methanol ausgefällt. Das Polymere, das mit Methanol aufgeschlämmt und dann im Vakuum getrocknet worden war, wog 9,1 g (93% der Theorie) und hatte eine grundmolare Viskosität von 0,44 dl/g.A tube-like reaction vessel, which is equipped with a Vibro-Idischer, Provided with a thermometer and an oxygen inlet tube was charged with 120 ml of toluene, 0.73 g of n-butylamine and 0.223 g (0.01 mol) of anhydrous cupric bromide. The mixture was stirred and 10.0 g of 2,6-xylenol dissolved in 20 ml of toluene was added. Oxygen was about Passed through the stirred mixture for 120 minutes, during which time the reaction temperature increased to 25 ° C was held. The polymerization reaction was carried out with acetic acid brought to a halt, the acid layer removed and the polymer precipitated with methanol. The polymer that comes with Methanol had been slurried and then dried in vacuo, weighed 9.1 g (93% of theory) and had an intrinsic molar Viscosity of 0.44 dl / g.
Das Verfahren gemäß Beispiel 11 wurde wiederholt unter Zugabe von 1 Vol.-% Methanol (bezogen auf das Gesamtvolumen des Reaktionssystems). Das Polymere wurde in einer Menge von 91% der Theorie erhalten und hatte eine grundmolare Viskositätszahl von 0,50 dl/g.The process according to Example 11 was repeated with the addition of 1% by volume of methanol (based on the total volume of the reaction system). The polymer was obtained in an amount of 91% of theory and had an intrinsic molecular viscosity of 0.50 dl / g.
Das Verfahren nach Beispiel 12 wurde wiederholt, wobei das Methanol durch 3% Isopropylalkohol ersetzt wurde. Die Ausbeute an Polymeren» betrug 92,8% der Theorie und das Polymere besaß eine grundmolare viskosität von 0,60 dl/g.The procedure of Example 12 was repeated, replacing the methanol with 3% isopropyl alcohol. The polymer yield was 92.8% of theory and the polymer had an intrinsic molecular viscosity of 0.60 dl / g.
0098A0/21010098A0 / 2101
Claims (25)
aus wasserfreien Kupfer-11-Salzen, hydratisierten Kupfer-II-Salzen und wäßrigen Lösungen von Kupfer-II-Salzeη ausgewählt ist.4. The method according to claim 3, characterized in that the copper (II) salt from the group
is selected from anhydrous copper-II salts, hydrated copper-II salts and aqueous solutions of copper-II salts.
nicht mehr als 5 Vol.-% der Reaktionsmischung einschließlich des monovalenten Phenols des Katalysatorkomplexes
und des Lösungsmittels vorliegt.5. The method according to claim 3, characterized in that the alcohol in an amount of
no more than 5% by volume of the reaction mixture including the monovalent phenol of the catalyst complex
and the solvent is present.
bis 3,0 Vol.-% der gesamten Reaktionsmischung vorliegt.6. The method according to claim 5, characterized in that the alcohol is in the range of 0.5
up to 3.0% by volume of the total reaction mixture is present.
einer Menge von 0,5 bis 3,0 Vol.-% der gesamten Reaktionsmischung vorliegt. 18. The method according to claim 17, characterized in that the alcohol is methanol and in
is present in an amount of from 0.5 to 3.0 percent by volume of the total reaction mixture.
Gruppe aus wasserfreien Kupfer-II-Halogeniden, hydratisierten Kupfer-II-Halogeniden und wäßrigen Lösungen von
Kupfer-II-Halogeniden ausgewählt ist.24. The method according to claim 19, characterized in that the copper-I! -Halide from the
Group of anhydrous copper (II) halides, hydrated copper (II) halides and aqueous solutions of
Copper (II) halides is selected.
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Legal Events
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |