DE3030488A1 - Verfahren zur herstellung von verzweigten arylensulfidpolymeren - Google Patents
Verfahren zur herstellung von verzweigten arylensulfidpolymerenInfo
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Description
Aus der US-PS 3 919 177 ist ein Verfahren zur Herstellung 20
von p-Phenylensulfidpolymeren bekannt, bei dem aus p-Dihalogenbenzol,
Alkalisulfid/ einem organischen Amid und zusätzlich einem Alkalicarboxylat ein p-Phenylensulfidpolymeres
mit höherem Molekulargewicht, angezeigt durch eine größere inhärente Viskosität und einen kleineren Schmelzindex,
im Vergleich zu einem Verfahren in dem kein Alkalicarboxylat anwesend ist, herstellt wird.
In der US-PS 4 116 947 ist ein Verfahren zur Herstellung
von verzweigten Arylensulfidpolymeren beschrieben, bei
dem zusätzlich zu p-Dihalogenbenzol eine polyhalogenaromatische
Verbindung mit mehr als zwei Halogensubstituenten pro Molekül verwendet wird, die dem Reaktionsgemisch nach
Beginn der Polymerisation des p-Dihalogenbenzol zugesetzt ^1- wird. Hierbei erhält man Polymere mit niedrigem Schmelzindex,
die für die Verspinnung zu Fasern geeignet sind.
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Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 . Die erfindungsgemäß hergestellten verzweigten
Arylensulfidpolymeren besitzen einen ausreichend niedrigen Schmelzindex,, so daß sie durch Extrudieren, Spinnen oder
sonstige Verformung zu Fasern verarbeitet werden können, und eine überlegene thermische Stabilität gegenüber solchen
verzweigten Arylensulfidpolymeren, die unter anfänglicher Zugabe der polyhalogenaromatischen Verbindung und nicht ,
wie erfindungsgemäß, unter Zugabe der polyhalogenaromatischen Verbindung zu einem bestimmten späten Zeitpunkt, hergestellt
worden sind. Das Verfahren der Erfindung ermöglicht auch eine bessere Kontrolle des Schmelzindexes als
bekannte Verfahren zur Herstellung von linearen Arylen-
15 sulfidpolymeren mit Faserqualität.
Das Verfahren der Erfindung zur Herstellung von verzweigten Arylensulfidpolymeren wird so durchgeführt, daß man
' zunächst ein Gemisch aus (1) mindestens einem p-Dihalogenbenzol,
(2) mindestens einem Alkalisulfid, (3) mindestens einem organischen Amid, (4) Wasser in einer Menge von etwa
1,0 bis etwa 2,4 Mol, pro Mol Alkalisulfid, einschließlich Hydratationswasser, und (5) mindestens einem Alkalicarboxylat
der Polymerisation unter Bildung eines Arylen-
■" sulfidpolymeren unterwirft, und dann dem das Arylensulf
idpolymere enthaltenden Reaktionsgemisch eine polyhalogenaromatische
Verbindung mit mehr als zwei Halogensubstituenten pro Molekül zu einem solchen Zeitpunkt zusetzt, der
bis zu etwa 90 Minuten vor dem Beginn des Polymerisationsabbruchs liegt.
Bei dem Verfahren der Erfindung erfolgt die Zugabe der polyhalogenaromatischen Verbindung zu einem Zeitpunkt,
der eine ausreichend lange Zeit vor Abbruch der Polymeri-
sation liegt, um die Bildung eines verzweigten Polymeren zu gewährleisten.Im allgemeinen ist dies ein Zeitpunkt,
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der bis zu 90, vorzugsweise bis zu 75 Minuten vor Beginn der Abbruchreaktion des Polymerisationsverfahrens liegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der
Erfindung wird dem im Reaktionsgemisch gebildeten Arylensulfidpolymeren Kohlendioxid zugesetzt, um das erhaltene
Polymere gegenüber thermischem Abbau bei erhöhten Temperaturen zu stabilisieren.
Die Zugabe von Kohlendioxid zum Polymerisationsansatz kann hierbei bei oder nahe der Beendigung bzw. Vervollständigung
der Polymerisation erfolgen, ähnlich wie in der US-PS 4 038 262 beschrieben. Vorzugsweise erfolgt die Zugabe
innerhalb eines Zeitpunkts, der bis zu etwa 1 Stunde vor Beginn der Abbruchreaktion des Polymerisationsansatzes
liegt.
Die Menge an Kohlendioxid unterliegt an sich keiner besonderen Beschränkung. Sie liegt allgemein im Bereich von
1:10 bis 20:1, vorzugsweise 1:1 bis 10:1, Mol pro Mol Alkalihydroxid im Überschuß über diejenige Menge, die zur
Reaktion mit dem Alkalihydrogensulf id e.r forder lieh ist.
in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
der Erfindung wird der Abbruch des Polymerisationsverfahrens durch den Beginn des Abdestillierens flüchtiger
Bestandteile aus dem Polyinerisationsansatz eingeleitet.
Die Polymerisationstemperatur unterliegt an sich keiner
besonderen Beschränkung. Sie liegt im allgemeinen im Bereich von 180 bis 285°C, vorzugsweise 190 bis 275°C. Die
Reaktionszeit kann nach Maßgabe der Reaktionstemperatur beträchtlich variieren; sie liegt im allgemeinen im Be-
OJ reich von 1 bis 60 Stunden, vorzugsweise 2 bis 10 Stunden.
In einer bevorzugten Aus führungs form wird das Verfahren
der Erfindung in zwei Temperaturstufen durchgeführt, und zwar in der ersten Stufe im Temperaturbereich von 180 bis
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245°C, vorzugsweise 190 bis 245 C, und in der zweiten
Stufe im Temperaturbereich von 245 bis 285 C, vorzugsweise 245 bis 275 C, wobei die gesamte Reaktionszeit für die
Polymerisation in diesen zwei Temperaturbereichen 1 bis 60 Stunden, vorzugsweise 2 bis 10 Stunden beträgt, und
etwa 15 bis 70 Prozent dieser Zeitdauer auf den ersten Temperaturbereich entfallen, wobei die Temperatur während
der ersten 50 Prozent der Reaktionszeit in der ersten
lf. Temperaturstufe mindestens 200C unterhalb der Endtemperatur
der zweiten Temperaturstufe liegt. Auch hier sind die Reaktionszeiten teilweise von den Reaktionstemperaturen
abhängig. In einer oder in beiden Temperaturstufen kann die Temperatur entweder kontinuierlich gesteigert oder
, £. überwiegend innerhalb relativ beschränkter Temperaturgrenzen
gehalten werden.
Der Druck sollte ausreichend hoch sein, um die Bestandteile des Polymerisationsansatzes im wesentlichen in
2Q flüssiger Phase zu halten.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der
Erfindung wird Kohlendioxid nahe dem Ende der vorgenannten zweiten Temperaturstufe zugegeben, wobei die Zugabe
der polyhalogenaromatischen Verbindung nicht nur innerhalb eines Einstundenzeitraums, d.h. 30 Minuten vor
bis 30 Minuten nach der Kohlendioxidzugabe, sondern auch vor dem Abdestillieren flüchtiger Bestandteile aus
dem Polymerisationsansatz erfolgt.
Unabhängig davon, ob Kohlendioxid Verwendung findet oder nicht, erfolgt die Zugabe der polyhalogenaromatischen
Verbindung zum Polymerisationsansatz zu einem Zeitpunkt, der ausreichend lange vor Abbruch der Polymerisation liegt,
um die Bildung eines verzweigten Polymeren zu gewährleisten. Im allgemeinen handelt es sich hierbei um einen
Zeitraum, der von etwa 90 Minuten vor dem Eintritt in die
Abbruchreaktion der Polymerisation - was sich bei dem
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bevorzugten integrierten Verfahren durch den Beginn des Abdestillierens
von flüchtigen Bestandteilen zu erkennen gibt bis zum Zeitpunkt des Beginns des Abdestillierens flüchtiger
Bestandteile aus dem Polymerisationsansatz reicht. Vorzugsweise erfolgt die Zugabe zu einem Zeitpunkt, der bis zu
75 Minuten, vorzugsweise 1 Stunde vor Beginn des Abdestillierens flüchtiger Bestandteile liegt. Hierbei ist zu berück-
N( sichtigen, daß bei dem Verfahren der Erfindung der Beginn
\ --
/ des Abdestrillierens flüchtiger Bestandteile nicht den sofor-
tigen Abbruch der Polymerisation zur Folge hat, was die vorgenannte
Terminologie "Beginn der Abbruchreaktion des Polymerisationsverfahrens" als derjenige Zeitpunkt, von dem der
Zeitraum der Zugabe der polyhalogenaromatischen Verbindung
gemessen wird, erforderlich macht. 15
In einer bevorzugten Ausführungsform wird nach beendeter
Zugabe der .polyhalogenaromatischen Verbindung und gegebenenfalls des Kohlendioxids das organische Amid, ζ.B.N-Methyl-
2-pyrrolidon, und gegebenenfalls anwesendes Wasser ab-
destilliert.Wie vorstehend beschrieben, stellt der Beginn
des Abdestillierens flüchtiger Bestandteile gleichzeitig den Beginn des Polymerisationsabbruchs dar.Der Rückstand
wird mit Wasser gewaschen und getrocknet, wobei man das gewünschte Arylensulfidpolymere erhält. Hierbei erfolgt
in einer besonders bevorzugten Ausführungsform das Abdestillieren
von Amid und gegebenenfalls Wasser nach dem Verfahren der US-PS 3 839 302. So kann man z.B. den Polymerisationsansatz bei einer Anfangstemperatur im Bereich von 220 bis
3300C durch ausreichende Herabsetzung des Drucks, z.B. auf
einen Wert im Bereich von 0 bis 2,1 atü, aufkonzentrieren, wobei etwas Amid und gegebenenfalls anwesendes Wasser abdestilliert
wird. Dann wird gegebenenfalls Dampf in den Rückstand eingeleitet, z.B. bis zu einem Druck von 9,8 bis
„_ 11,2 atü, um eine Verfärbung während der weiteren Verarbeitung
zu unterdrücken. Das Gemisch kann dann auf eine Temperatur im Bereich von 220 bis 3300C unter autogenem Druck
wiedererhitzt werden. Hierauf kann man den Druck auf etwa Atmosphärendruck verringern, um das Wasser und den Großteil
des restlichen Amids 0J<jT.ude^4i Lt SJr(Ln N/eiHaibendes Amid läßt sich in
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einfacher Weise durch Erhitzen des Rückstands, bei N-Methyl-2-pyrrolidon
z.B. auf eine Temperatur im Bereich von 205 bis 25O°C, verdampfen, worauf der Rückstand zur Entfernung
von anorganischen Salzen mit Wasser gewaschen, und dann getrocknet wird. Hierbei erhält man das gewünschte
Arylensulfidpolymere in im wesentlichen reiner Form. Das
Amid kann erneut für die Polymerisation verwendet werden.
Erfindungsgemäß geeeignete p-Dihalogenbenzole besitzen
ζ B . die allgemeine Formel
R R
in der die Substituenten X jeweils ein Chlor-, Brom- oder 2Q Jodatom, und die Substituenten R jeweils ein Wasserstoffatom
oder einen Kohlenwasserstoffrest bedeuten, wobei der Kohlenwasserstoffrest ein Alkyl-,Cycloalkyl- oder
Arylrest, oder ein kombinierter Rest hiervon, z.B. ein Alkaryl- oder Aralkylrest ist, wobei die Gesamtzahl der C-Atome
im Bereich von 6 bis etwa 24 liegt, mit der Maßgabe, daß in mindestens 50 Molprozent des verwendeten p-Dihalogenbenzols
alle Substituenten R Wasserstoffatome sein müssen.
Spezielle Beispiele für geeignete p-Dihalogenbenzole der
vorgenannten Formel sind p-Dichlorbenzol, p-Dibrombenzol,
p-Dijodbenzol , 1-Chlor-4-brombenzol , i-Chlor-4-jodbenzol
, 1-Brom-4-jodbenzol , 2,5-Dichlortoluol, 2,5-Dichlor-p-xylol,
1-Äthyl-5-isopropyl-2,5-dibrombenzol,
1 ,2,4,5-Tetramethyl-3,6-dichlorbenzol, 1-Butyl-4-cyclohexyl-2,5-dibrombenzol,
1-Hexyl-3-dodecyl-2,5-dichlorbenzol,
1-Octadecyl-2,5-dijodbenzol, 1-Phenyl-2-chlor-5-brombenzol,
1-p-Tolyl-2,5-dibrombenzol, 1-Benzyl-2,5-dichlorbenzol
und 1-0ctyl-4-(3-methylcyclopentyl)-2,5-
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dichlorbenzol, oder Gemische hiervon.
Erfindungsgemäß geeignete polyhalogenaromatische Verbindungen,
die mehr als zwei Halogenatome pro Molekül besitzen, haben z.B. die allgemeine Formel R1X ,in der
X jeweils ein Chlor-, Brom- oder Jodatom ist, η eine ganze Zahl von 3 bis 6 darstellt und R1 ein polyvalenter
aromatischer Rest mit der Wertigkeit η ist, der bis zu n etwa vier Methylsubstituenten besitzen kann, wobei die
Gesamtzahl der C-Atome in R1 im Bereich von 6 bis etwa
16 liegt.
Spezielle Beispiele für solche Verbindungen sind 1,2,3-Trichlorbenzol,
1,2,4-Trichlorbenzol, 1,3-Dichlor-5-brombenzol,
1 ,2 ,4-Trijodbenzol, 1 ,2 ,3,5-Tetrabrombenzol, Hexachlorbenzol, 1,3/5-Trichlor-2,4,6-trimethy!benzol,
2,2',4,4'-Tetrachlorbipheny1, 2 ,2 · , 5 , 5 '-Tetraj odbipheny1,
2,2',6,6'-Tetrabrom-3,3',5,5'-tetramethylbipheny1,
2Q 1,2,3,4-Tetrachlornaphthalin und 1,2,4-Tribrom-6-methylnaphthalin,
oder Gemische hiervon.
Erfindimgsgemäß geeignete Alkalisulfide sind Natrium-,
Kalium-, Rubidium- und Cäsiumsulfid oder Gemische hier-
25 von. Das Alkalisulfid kann in wasserfreier Form, als
Hydrat oder in wässriger Form verv/endet werden. Gegebenenfalls
wird das Alkalisulfid durch Umsetzung von Schwefelwasserstoff
oder Alkalihydrogensulfid mit Alkalihydroxid in wässrigem Milieu hergestellt.Wenn die Menge an freiem Wasser und/oder Hydratationswasser
die vorgegebene Menge übersteigt, muß der WasserÜberschuß, z.B. durch Destillation, vor der
Polymerisation entfernt werden. Das Verfahren der Erfindung umfaßt somit die in situ-Herstellung des Alkalisulfids
in dem Reaktionsgemisch , wobei die Umsetzung des Alkalihydrogensulfids mit überschüssigem Alkalihydroxid
eine bevorzugte Ausführungsform darstellt.
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Erfindungsgemäß geeignete Amide sind vorzugeweise bei
den angewendeten Reaktionstemperaturen und -drücken im wesentlichen flüssig. Es kann sich um cyclische oder acyclische
Amide handeln, die 1 bis etwa 10 C-Atome pro Molekül enthalten. Spezielle Beispiele sind Formamid, Acetamid,
N-Methylformamid, N,N-Dimethylformamid, Ν,Ν-Dimethylacetamid,
N-Äthylpropionamid, Ν,Ν-Dipropylbutyramid, 2-Pyrrolidon,
N-Methyl-2-pyrrolidon,£-Caprolactam, N-Methyl-£ caprolactam,
N,N1-Äthylendi-2-pyrrolidon, Hexamethylphosphoramid
und Tetramethylharnstoff, oder Gemische hiervon. N-Methyl-2-pyrrolidon ist bevorzugt.
Erfindungsgemäß geeignete Alkalihydroxide sind die Hydroxide
von Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium sowie Gemische hiervon.
Erfindungsgemäß geeignete Alkalicarboxylate besitzen z.B.
die allgemeine Formel R CO„M, in der R ein Kohlenwasserstoff
rest, nämlich ein Alkyl-, Cycloalkyl- oder Arylrest, oder ein hieraus kombinierter Rest, z.B. ein Alkaryl-
4 oder Aralkylrest, ist, wobei der Rest R 1 bis etwa 20 C-Atome enthält, und M ein Alkalimetallatom darstellt.
Gegebenenfalls wird das Alkalicarboxylat als Hydrat oder als wässrige Lösung oder Dispersion verwendet. Wenn jedoch
die Gesamtmenge an freiem Wasser und/oder Hydratwasser, einschließlich des mit dem Alkalisulfid eingebrachten
Wassers, die erfindungsgemäß vorgegebene Wasser-
menge übersteigt, muß der Wasserüberschuß vor der Polymerisation,
z.B. durch Destillation, entfernt werden.
Spezielle Beispiele für erfindungsgemäß geeignete Alkalicarboxylate
sind Natriumacetat, Natriumpropionat, Kalium-2-m:ethylpropionat,
Cäsiumbutyrat, Natriumvalerat, Rubidiumhexanoat,
Natriumheptanoat, Natrium-2-methyloctanoat,
Natriumdodecanoat, Kalium-4-äthyltetradecanoat, Natriumoctadecanoat,
Natriumheneicosanoat, Cäsiumcyclohexancarb-
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oxylat, Natriumcyclododecancarboxylat, Natrium-3-methylcyclopentancarboxylat,
Natriumcyclohexylacetat, Natriumbenzoat, Natrium-m-toluat, Natriumphenylacetat, Natrium-4-
phenylcyclohexancarboxylat, Natrium-p-tolylacetat und
5
Natrium-4-äthylcyclohexylacetat oder.Gemische hiervon.
Das Molverhältnis von p-Dihalogenbenzol zu Alkalisulfid
kann etwas varrieren. Es liegt im allgemeinen im Bereich von 0,9:1 bis 2:1, vorzugsweise 0,95:1 bis 1,2:1. Die Menge
an polyhalogenaromatischer Verbindung (d.h. mit mehr als zwei Halogensubstituenten pro Molekül), kann, teilweise
nach Maßgabe des Halogengehaltes dieser Verbindung und des Wasser- und Alkalicarboxylatgehaltes im Polymerisa-,
ς tionssystem beträchtlich variieren. Im allgemeinen wird
die polyhalogenaromatische Verbindung in einer Menge von bis zu etwa 0,6 Gewichtsteilen, vorzugsweise etwa 0,05
bis 0,4 Gewichtsteile, jeweils pro 100 Gewichtsteile p-Dihalogenbenzol verwendet.
Das Molverhältnis von Alkalicarboxylat zu Alkalisulfid kann sich in erheblichen Bereichen ändern. Es liegt im
allgemeinen im Bereich von 0,05:1 bis 4:1, vorzugsweise 0,1:1 bis 2:1. Das Molverhältnis von Alkalihydroxid im
Überschuß über das für die Umsetzung mit dem Alkalihydrogensulfid zur Bildung von Alkalisulfid berechnete Verhältnis
kann sich in weit en Bereichen ändern. Es liegt im allgemeinen im Bereich von 0,008:1 bis 1:1, vorzugsweise
0,015:1 bis 0,6:1.
Das Molverhältnis von organischem Amid zu Alkalisulfid
kann sich in weitem Rahmen ändern. Es liegt im allgemeinen im Bereich von 2:1 bis 10:1, vorzugsweise 3:1 bis
6:1.
Bei der Durchführung des Verfahrens der Erfindung ist es bevorzugt, eine Dehydratisierungsstufe, d.h. Abdestillieren
von Wasser, mit einem Gemisch durchzuführen,
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das Alkalihydrogensulfid und organisches Amid, vorzugsweise
zusammen mit Alkalihydroxid enthält. Das Alkalicarboxylat kann zwar vor oder nach der Dehydratisierungsstufe
zugegeben werden. Vorzugsweise erfolgt jedoch die Zugabe vor der Dehydratisierung. Verwendet man das Alkalicarboxylat
in hydratisierter Form, so ist es bevorzugt, dieses Salz, das eine Verbindung mit dem organischen Amid
eingeht, in einer ersten Stufe unter Bildung einer ersten ,„ dehydratisieren Masse zu dehydratisieren, worauf Zugabe
des Alkalihydroxids und des Alkalihydrogensulfids in hydratisierter
Form oder als wässriges Gemisch unter Bildung einer zweiten Masse erfolgt, woran sich eine zweite Dehydratisierungsstufe
unter Bildung einer zweiten dehydrate tisierten Masse anschließt. Die zweistufige Dehydratisierung
läßt sich unter geringerer Schaumbildung als eine einstufige Dehydratisierung durchführen.Bei dem Verfahren
der Erfindung erfolgt die Zugabe des p-Dihalogenbenzols
in der Praxis bevorzugt nach der bzw. den Dehydratisierungsstufe(n).
Die erfindungsgemäß hergestellten verzweigten Arylensulfidpolymeren
können aus dem Reaktionsansatz nach üblichen Methoden, z.B. Abfiltrieren des Polymeren und nachfolgendes
Waschen mit Wasser oder durch Verdünnung des Reaktionsgemisches mit Wasser, nachfolgende Filtrationen und Waschen
des Polymeren mit Wasser, abgetrennt werden.
Den erfindungsgemäß hergestellten verzweigten Arylensulfidpolymeren
können Füllstoffe, Pigmente, Streckmittel, andere Polymere und sonstige Hilfsstoffe einverleibt werden.
Ihre Härtung kann durch Vernetzung und/oder Kettenverlängerung, z.B. durch Erhitzen auf Temperaturen bis 480 C
in Gegenwart eines freien Sauerstoff enthaltenden Gases,
unter Bildung gehärteter Polymerer mit hoher thermischer Stabilität und guter chemischer Beständigkeit erfolgen.
Sie lassen sich zu überzügen, Filmen, Formteilen und Fasern verarbeiten. Diese verzweigten Arylensulfid-
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polymeren besitzen einen relativ geringen Schmelzindex im Bereich von etwa 1 bis 700 g/10 min (ASTM D-1238-70,
316 C, 5 kg Gewicht). Ebenso wie die erfindungsgemäß herc
gestellten Polymeren besitzen auch die hieraus nach dem Schmelzspinnverfahren hergestellten Fasern eine gute
thermische Alterungsbeständigkeit .Die erfindungsgemäß hergestellten
Arylensulfidpolymeren können jedoch auch ohne vorherige Härtung zu Fonrikörpern, insbesondere Fasern, verarbeitet werden.
Vergleichsbeispiel
Es wird ein Poly-p-phenylensulfid unter Zugabe von 1,2,4-T-.richlorbenzol
bei Beginn der Polymerisation hergestellt.
Hierzu wird in Versuch 1 ein 360 Liter fassendes Gefäß mit 5,18 kg Natriumacetat, 135,1 Liter N-Methyl-2-P yrrolidon,
33,2 kg einer 50,42 gewichtsprozentigen Lösung von Natriumhydroxid in Wasser und 34,6 kg einer 65,7
gewichtsprozentigen Lösung von Natriumhydrogensulfid in Wasser (auch 0,91 Gewichtsprozent Natriumsulfid enthaltend)
beschickt. Wasser (33,8 kg) wird aus dem Reaktionsgefäß unter einem Druck von 217 kPa und einer Reaktortemperatur
im Bereich von 170 bis 2 39°C abdestilliert.
Hierauf werden Wasser (1,9 kg) und ein Gemisch aus geschmolzenem p-Dichlorbenzol (69,5 kg) und 1,2,4-Trichlorbenzol
(63 g) zugesetzt. Unter Rühren wird 2 Stunden auf 233°C und 710 kPa erhitzt, worauf Druck und Temperatur
für 1 Stunde auf 266°C/135O kPa gesteigert werden. Nach
Zugabe von Kohlendioxid (1,59 kg) wird weitere 40 Minuten bei 2660C gehalten. Das Reaktionsgemisch wird dann aufkonzentriert,
indem man zunächst auf Atmosphärendruck entspannt für eine Dauer von 25 Minuten und dann 12 Minuten
auf 283°C erhitzt. Die konzentrierte Polymerlösung wird hierauf langsam in einen Bandschneckenmischer bei
24O°C eingebracht, um flüchtige Bestandteile auszutreiben. Das erhaltene Polymere wird dreimal mit Wasser gewaschen
und dann in einem Dampftrommeltrockner getrocknet.
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Man erhält 37,2 kg Poly-p-phenylensulfid mit einem
Schmelzindex von 268.
Versuch 2 stellt eine Wiederholung von Versuch 1 dar, wobei jedoch 99,2 g 1,2,4-Trichlorbenzol Verwendung
finden.
Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt.
Herstellung eines verzweigten Poly-p-phenylensulfids
Erfindungsgemäß erfolgt die Zugabe des 1,2,4-Trichlorbenzols
z.B. zur Zeit der Zugabe von Kohlendioxid oder nahe dem Ende der Polymerisation.
In Versuch 3 wird ein 360 Liter fassendes Reaktionsgefäß mit 8,9 kg Natriumacetat, 138,9 Liter N-Methyl-2-p yrrolidon,
33,5 kg einer 50,71 gewichtsprozentigen Lösung von Natriumhydroxid in Wasser und 36,2 kg einer 64,22 gewichtsprozentigen
Lösung von Natriumhydrogensulfid in Wasser (auch 1,0 Gewichtsprozent Natriumsulfid enthaltend)
beschickt. Wasser (29,5 kg) wird aus dem Reaktionsgefäß
unter einem Druck von 217 kPa und einer Reaktionstemperatur von 172 bis 233°C abdestilliert. Nach Zugabe von 1,9
kg Wasser und 70,37 kg geschmolzenem Dichlorbenzol wird das Reaktionsgemisch unter Rühren 2 Stunden auf 232°C/
690 kPa und dann eine weitere Stunde auf 267°C/136O kPa
erhitzt. Es erfolgt dann Zugabe von 1,2,4-Trichlorbenzol
(57.7 g) und Kohlendioxid (der Reaktor ist mit einem Druck von 1560 kPa beaufschlagt), worauf 1 weitere Stunde
bei 266 C gehalten wird. In einer Destillationsstufe wird das Reaktionsgemisch aufkonzentriert, wobei zunächst
auf Atmosphärendruck für eine Dauer von 27 Minuten entspannt und dann 16 Minuten auf 283 C erhitzt wird.
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Der Beginn der Destillation flüchtiger Bestandteile ist gleichzeitig der Beginn der Abbruchreaktion der Polymerisation.
Die konzentrierte Polymerlösung wird langsam r in einen Bandschneckenmischer bei 240 C eingetragen, um
flüchtige Bestandteile auszutreiben. Das erhaltene Polymere wird dreimal mit Wasser gewaschen und dann in einem
Dampftrommeltrockner getrocknet. Man erhält 39 kg PoIyp-phenylensulfid
vom Schmelz index 25 9.
In den Versuchen 4 und 5 werden unter Veränderung der Rezeptur weitere erfindungsgemäße Polymere hergestellt.
Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle I enthalten, ic in der die Versuche 1 und 2 Vergleichsversuche, und
die Versuche 3, 4 und 5 erfindungsgemäße Versuche darstellen.
| Na2Sa) | Tabelle | I | DCBC) | e) | TCBd) | Schmelzindex ' | |
| 1,00 | Molverhältni s | 0,98 | ,0008 | 268 | |||
| Versuch Nr. |
1,OO | NaOAcb* | 0,98 | 0 | ,0012 | 247 | |
| 1 | 1,00 | 0,15 | 0,99 | 0 | ,0008 | 259 | |
| 2 | 1,00 | 0,15 | 1,00 | 0 | ,0009 | 250 | |
| 3 | 1,00 | 0,26 | 1,00 | 0 | ,0011 | 249 | |
| 4 | 0,26 | 0 | |||||
| 5 | 0,26 | ||||||
a) Gesamtes Natriumsulfid aus der Zugabe und aus der Reaktion von NaOH und NaSH.
b) Natriumacetat.
c) p-Dichlorbenzol.
d) 1,2,4-Trichlorbenzol.
e) Relativ zu Na2S=1.
f) Schmelzindex bei 315°C in g/10 min bei 5 kg Belastung.
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Verwendung der Polymeren zur Faserherstellung
Die verzweigten Poly-p-phenylensulfide der Versuche 1 und
2 (Vergleich) und 3 bis 5 (Erfindung) werden aus der Schmelze zu Fasern von etwa 20 Denier versponnen. Faserfestigkeit
und Knotenfestigkeit werden nach Alterung der Fasern bei 230 C in Luft bestimmt (falls nicht anders angegeben).
Ό Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt.
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| CjO cn |
Versuch | co O |
SJ | S3 O |
Oi | Tabelle II | g/Denier. | 1 | Wochen | O | 1 | Wochen | |
| Nr. | Faserfestigkeit3' Alterung in |
, σ/Denier. | 2,7C) | 2 | 1,7 | 2 | |||||||
| 6d> | Polymeres aus | O | 2,7C) 2,4 |
— | Knotenfestigkeit ' Alterung in |
\~> j O \ I f O ) ,1,7 |
— | ||||||
| 7d) 8e) |
Versuch Nr. | 3,0 | 3,, 2 | 2,7 | O | 1,1 | 0,8 | ||||||
| 9e) | 1 | 2,9 3,1 |
3,2 | 2,4 | 2,3 | 1,1 | 0,7 | ||||||
| 10e) | 2 3 |
3,3 | 3,0 | 2,6 3,1 |
0,6 | ||||||||
| 4 | 3,2 | 3,4 | |||||||||||
| o>, ^ O, \ O |
5 | 2,8 | |||||||||||
| O QO |
a) Faserfestigkeit beim Bruch, | ||||||||||||
| ro | b) Knotenft | ||||||||||||
| 2stiakeit beim Bruch, |
CJI
c) gealtert bei 200 C. Prüfung nach 48 Stunden wegen FaserSchädigung abgebrochen.
d) Vergleich
e) Erfindung
Claims (1)
- PATENT- UND RECHTSANWÄLTEE C-'TA'SALT FATtNTAr-JWALTE* 3030488JOCHEN PAGENBERG d« jjb ,ι,,«»,.,™ WOLFGANG A. DOST or . D.Pt -er·UDO W. ALTENBURG d.pl-fhvs*GALILEIPLATZ 1. 8000 MÜNCHEN 80TELEFCWJ (0 89) 98 66 64 TELEX (05) 22 791 pad d CABLE. PADBURO MÜNCHENDATUMPatentansprücheI.Verfahren zur Herstellung von verzweigten Arylensulfidpolymeren, wobei ein Gemisch aus(1) mindestens einem p-Dihalogenbenzol,(2) mindestens einem Alkalisulfid,5 (3) mindestens einem organischen Amid,(4) Wasser, einschließlich Hydratationswasser, in einer Menge von 1,0 bis 2,4 Mol pro Mol Alkalisulfid,(5) mindestens einem Alkalicarboxylat, und(6) mindestens einer polyhalogenaromatischen Verbindung mit mehr als zwei Halogensubtituenten pro Molekülder Polymerisation unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die polyhalogenaromatische Verbindung (6) zu einem Zeitpunkt zusetzt, der bis zu 90 Minuten vor dem Beginn des Abbruchs der Polymerisation liegt.13001 3/ 1 082' 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß das Alkalisulfid (2) im Reaktionsgemisch in situ durch Umsetzung von Alkalihydroxid mit Alkalihydrogensulfid hergestellt worden ist.
53. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalihydroxid in einem Molverhältnis von Alkalihydroxid im Überschuß über das für die Umsetzung mit dem Alkalihydrogensulfid zur Bildung'^ von Alkalisulfid erforderliche Verhältnis von 0,008:1 bis 1:1 verwendet worden ist.4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Molverhältnis 15 von (1) zu (2) im Bereich von 0,9:1 bis 2:1, ein Molverhältnis von (3) zu (2) im Bereich von 2:1 bis 10:1, ein Molverhältnis von (5) zu (2) im Bereich von 0,05:1 bis 4:1 und eine Menge von (6) von bis zu 0,6 Gewichtsteilen, pro 100 Gewichtsteile p-Dihalogenbenzol,verwendet.5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis4, dadurch gekennzeichnet, daß man beim oder nahe demEnde der Polymerisation Kohlendioxid in einer Mengevon 1:10 bis 20:1 Mol pro Mol Alkalihydroxid im Überschuß über die für die Umsetzung mit dem Alkalihydrogensulf id erforderliche Menge zusetzt.6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 305, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polymerisationbei Temperaturen von 180 bis 285°C durchführt.7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polymerisation in zwei unterschiedlichen Temperaturstufen durchführt, wobei die erste Stufe in einem ersten Temperaturbereich von 180 bis 245°C und die zweite Stufe130013/1082in einem zweiten Temperaturbereich von 245 bis 285 C durchgeführt wird, mit der Maßgabe, daß etwa 15 bis 70 Prozent der Gesamtreaktionszeit auf die erste Temperaturstufe entfallen und die Temperatur während mindestens 50 Prozent der Reaktionszeit in der ersten Temperaturstufe mindestens 20 C unterhalt
zweiten Temperaturstufe liegt.stufe mindestens 20 C unterhalb der Endtemperatur der8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man für (1) p-Dichlorbenzol, für (2) Natriumsulfid, hergestellt in situ durch Umsetzung von überschüssigem Natriumhydroxid mit Natriumhydrogensulfid, für (3) N-Methyl-2-p yrrolidon, für(5) Natriumacetat und für (6) 1,2,4-Trichlorbenzol verwendet .9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das in dem Reaktionsgemisch gebildete Arylensulfidpolymere mit Kohlendioxid in einer für die Stabilisierung des Polymeren ausreichenden Menge in Berührung bringt, wobei die C0„-Zugabe zu einem Zeitpunkt erfolgt, der im Bereich bis zu etwa 1 Stunde vor dem Abbruch der Polymerisation25 liegt.10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man(a) aus dem das gebildete Arylensulfidpolymere enthaltenden Reaktionsgemisch flüchtige Bestandteile abdestilliert,(b) das Arylensulfidpolymere aus dem Reaktionsgemisch isoliert,(c) das Polymere wäscht undOJ (d) das Polymere zu Fasern verspinnt.11. Arylensulfidpolymer-Fasern, hergestellt nach dem Verfahren von Anspruch 10.1300 13/1082
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