CN111548492B - 聚苯硫醚及其合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及聚苯硫醚的合成方法，属于高分子材料树脂的合成技术领域。本发明解决的技术问题是提供一种聚苯硫醚的合成方法。该方法包括：1)多水硫化钠、LiCl和NMP混合，进行共沸脱水；2)脱水后物料与氯苯混合，升温到250～270℃反应1.5～3小时；3)降温至220～235℃，加入对二氯苯混合反应2～3小时，然后升温至250～270℃，反应4～5小时，得到反应后物料；4)反应后物料冷却，过滤，固体洗涤，干燥，得到聚苯硫醚。本发明首次采用氯苯与硫化钠反应生成苯硫酚类单官能团物质，再加入对二氯苯进入反应聚合，其方法操作简单，成本低，聚合时间短，得到的聚苯硫醚中的活性端基数量少，提高了聚苯硫醚的稳定性，便于后期加工。
Description
技术领域
本发明涉及聚苯硫醚的合成方法，属于高分子材料树脂的合成技术领域。
背景技术
聚苯硫醚树脂具有优异的耐化学药品性和高温热稳定性，兼具阻燃、绝缘、耐辐射等性能。作为工程塑料适宜采用注塑成形、挤出成形等方式生产各种电子器件及汽车部件等。
目前，聚苯硫醚树脂工业化生产多以含水硫化钠、对二氯苯为原料、不管是硫化钠过量还是对二氯苯过量，所生产的聚苯硫醚树脂端基都主要是含氯基团和含巯基的基团，该类基团在高温加工过程中仍然具有活性，由于端基活性基团的多，高温容易发后继续反应，脱出或与其它物质反应，降解或交联，流动性变差，在聚苯硫醚树脂改性加工过程中严重影响螺杆挤出机加工，特别是高填充加入无机材料，因此，需要具有一定稳定粘度的聚苯硫醚树脂，减少在加工过程中熔融指数变化，使其具有更加稳定的树脂熔融指数。
为了减少聚苯硫醚树脂的活性端基，本领域常用的方法为加入封端剂。比如，专利WO1990000575公开了封端的共聚反应，通过加热二碘芳香族化合物和少量单碘芳香族化合物在硫元素存在下，制备封端的共聚物芳撑硫化物，其中，单碘芳香族化合物用作链封端剂。该共聚聚芳撑硫化物是以对二碘苯为原材料进行制备，由于对二碘苯的价格昂贵，且和硫进行反应，有较多的多硫键生成，虽然有用单碘芳香族化合物用作链封端剂，仍然存在树脂在加工过程中多硫键的断链，引起PPS树脂的耐温性不高，熔融指数在高温变化大的问题。
中国发明专利CN106633062A公开了一种低氯含量的聚苯硫醚及其制备方法、树脂组合物和成形体,所述低氯含量的聚苯硫醚为经4-苯硫基-苯硫醇(PTT)封端而得到。该聚苯硫醚的制备方法以含硫化合物、碱性物质与对二氯苯为原料,以脂肪酸为缩聚助剂、PTT为端基调节剂，进行缩聚反应。该方法的产品收率高、成本低，所得到的聚苯硫醚产品氯含量低，同时也具有优异的流动性以及耐热性，但是，该方法并没有减少活性端基的数量，仅仅是将氯端基改变成了另一种硫端基，其含硫端基和氯端基总量并没有改变，且硫巯端基仍然具有的活性，同时由于PTT难于生产，也给树脂的生产带来了成本高制作难的问题。
发明内容
为了克服以上缺陷，本发明解决的技术问题是提供一种聚苯硫醚的合成方法。
本发明聚苯硫醚的合成方法，包括如下步骤：
1)原料硫化钠的脱水：多水硫化钠、LiCl和NMP混合，进行共沸脱水，得到脱水后物料；
2)预处理：脱水后物料与氯苯混合，升温到250～270℃反应1.5～3小时，得到预处理物料；
3)聚合：预处理物料降温至220～235℃，与对二氯苯混合反应2～3小时，然后升温至250～270℃，反应4～5小时，得到反应后物料；
4)后处理：反应后物料冷却，过滤，固体洗涤，干燥，得到聚苯硫醚。
优选的，步骤1)中，按摩尔比，多水硫化钠:NMP:LiCl＝1:4～5:0.3～0.6。
其中，优选的，步骤1)中，共沸脱水为在保护气氛下升温到195～210℃进行蒸发。
优选的，所述保护气氛为惰性气氛或氮气。
作为优选方案，所述惰性气氛为氦气、氖气、氩气、氪气或氙气。
优选的，步骤2)中，脱水后物料中的硫化钠与氯苯的摩尔比为1:0.05～0.1。
优选的，步骤3)中的对二氯苯与步骤1)中的多水硫化钠的摩尔比为1～1.01:1。
优选的，步骤4)中，反应物料抽真空回收溶剂后，加入去离子水进行浸泡并冷却。
作为优选方案，采用去离子水洗涤。
本发明还提供本发明所述的聚苯硫醚的合成方法合成的聚苯硫醚树脂。
本发明聚苯硫醚树脂，为部分封端的聚苯硫醚，且封端的端基为苯环，可以减少活性端基氯和硫的量，提高聚苯硫醚的稳定性。
本发明方法，控制多水硫化钠原料，即使用Na2S·3H2O先进行脱水，然后和氯苯反应生成一定数量的苯硫酚类单官能团物质，再加入对二氯苯进入反应聚合。由于单官能团活性苯硫酚盐的存在，在聚合和反应过程中起到部分聚合物只有一个活性基团，反应在一个方向上发生，从而得到具有相对高分子量的聚苯硫醚，且部分端基为苯环，以减少活性端基氯或硫的数目，获得一种减少活性端基氯和硫的聚苯硫醚。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明方法，首次采用氯苯与硫化钠反应生成苯硫酚类单官能团物质，再加入对二氯苯进入反应聚合，其方法操作简单，成本低，聚合时间短，得到的聚苯硫醚中的活性端基数量少，提高了聚苯硫醚的稳定性，便于后期加工。
具体实施方式
本发明聚苯硫醚的合成方法，包括如下步骤：
1)原料硫化钠的脱水：多水硫化钠、LiCl和NMP混合，进行共沸脱水，得到脱水后物料；
2)预处理：脱水后物料与氯苯混合，升温到250～270℃反应1.5～3小时，得到预处理物料；
3)聚合：预处理物料降温至220～235℃，与对二氯苯混合反应2～3小时，然后升温至250～270℃，反应4～5小时，得到反应后物料；
4)后处理：反应后物料冷却，过滤，固体洗涤，干燥，得到聚苯硫醚。
在常规的PPS生产方法中，每一个线型PPS分子都具有两个末端基，末端基分别是氯或含硫的基团，由于这两种基团在高温加工过程中尚有较高的活性，引起聚苯硫醚分解或链增长，因此容易被脱出或参与反应，造成熔融指数(熔指)的变化。本发明方法，利用氯苯与大量含硫化合物在高温下进行反应，首先生成含苯硫酚盐的物质，在聚合过程中起到单官能团调节聚合反应的作用，以减少在对二氯苯和硫化钠反应生成的聚苯硫醚树脂中硫巯端基或氯端基的等活性端基的数目，从而达到减少活性端基的目的，得到一种具有一定数量的相对惰性的含苯端基的聚苯硫醚。
步骤1)为硫化钠共沸脱水步骤，可以采用常规方法进行。
优选的，步骤1)中，按摩尔比，多水硫化钠:NMP:LiCl＝1:4～5:0.3～0.6。
优选的，步骤1)中，共沸脱水为在保护气氛下升温到195～210℃进行蒸发。
本发明所述的保护气氛为不参与反应的气氛。优选的，所述保护气氛为惰性气氛或者氮气气氛。惰性气氛即惰性气体保护，优选的，所述惰性气氛为氦气、氖气、氩气、氪气或氙气。
步骤2)为预处理步骤，加入氯苯与硫化钠进行反应，生成含苯硫酚盐的物质。由于氯苯和对二氯苯的反应常数K值差异，如果在同时存在氯苯和对二氯苯情况下，硫化钠首先和对二氯苯进行了反应，氯苯参与反应的难度大，从而无法达到预想的效果。或者在聚合完成后加入氯苯，由于长链PPS的活性变低、氯苯根本就起不到聚合封端的作用。因此，本发明需要在聚合前进行预处理，让氯苯与硫化钠先进行反应。
优选的，步骤2)中，脱水后物料中的硫化钠与氯苯的摩尔比为1:0.05～0.1。
步骤3)为聚合反应步骤，硫化钠与对二氯苯反应生成聚苯硫醚。常用的硫化钠与对二氯苯的配比均适用于本发明。优选的，步骤3)中的对二氯苯与步骤1)中的多水硫化钠的摩尔比为1～1.01:1。
步骤4)为后处理步骤，从含聚苯硫醚的浆料中得到聚苯硫醚树脂。
作为优选方案，步骤4)中，反应物料抽真空回收溶剂后，加入去离子水进行浸泡并冷却。将溶剂回收后可以循环使用，降低聚苯硫醚的合成成本。
为了减少杂质离子的引入，优选的，步骤4)中，采用去离子水洗涤。
本发明还提供本发明合成方法合成的聚苯硫醚树脂。
本发明聚苯硫醚树脂，为部分封端的聚苯硫醚，且封端的端基为苯环，可以减少活性端基氯和硫的量，提高聚苯硫醚的稳定性。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
在一个60L纯钛聚合反应釜中加入溶剂NMP 40kg、三水硫化钠11kg(硫化钠含量60％)，氯化锂1.4kg，在氮气的保护下升温到205℃共沸脱水，共脱出7.5kg液体。关闭反应釜，向60L聚合釜内加入0.49kg的氯苯，之后按10℃/h的升温速度升温到270℃反应2小时。之后对反应釜进行降低温度到225℃，再通过计量泵加入12.4kg的对二氯苯，控制温度230℃反应3小时，之后按10℃/h的升温速度从230℃升温到265℃，并于265℃反应4.5小时。反应完成后对反应釜进行泄压抽真空并加去离子水降温冷却并过滤，对滤饼采用稀盐酸酸化后进行洗涤并干燥。得到8.14kg的PPS树脂。
实施例2
在一个60L纯钛聚合反应釜中加入溶剂NMP 40kg、三水硫化钠11kg(硫化钠含量60％)，氯化锂1.4kg，在氮气的保护下升温到205℃共沸脱水，共脱出7.4kg液体。关闭反应釜，向60L聚合釜内加入0.49kg的氯苯，之后按10℃/h的升温速度升温到265℃反应1.5小时。之后对反应釜进行降低温度到220℃，再通过计量泵加入12.5kg的对二氯苯，控制温度220℃反应3小时，之后按10℃/h的升温速度从220℃升温到265℃，并于265℃反应5小时。反应完成后对反应釜进行泄压抽真空并加去离子水降温冷却并过滤，对滤饼采用稀盐酸酸化后再进行洗涤并干燥。得到8.20kg的PPS树脂。
实施例3
在一个60L纯钛聚合反应釜中加入溶剂NMP 40kg、三水硫化钠11kg(硫化钠含量60％)，氯化锂1.4kg，在氮气的保护下升温到205℃共沸脱水，共脱出7.8kg液体。关闭反应釜，向该聚合反应釜内加入0.75kg的氯苯，之后按10℃/h的升温速度升温到270℃反应2小时。之后对反应釜进行降低温度到225℃，再通过计量泵加入12.4kg的对二氯苯，控制温度230℃反应3小时，之后按10℃/h的升温速度从230℃升温到260℃，并于265℃反应4小时。反应完成后对反应釜进行泄压抽真空并加去离子水降温冷却并过滤，对滤饼采用稀盐酸酸化后进行洗涤并干燥。得到8.18kg的PPS树脂。
实施例4
在一个60L纯钛聚合反应釜中加入溶剂NMP 40kg、三水硫化钠11kg(硫化钠含量60％)，氯化锂1.4kg，在氮气的保护下升温到205℃共沸脱水，共脱出7.4kg液体。关闭反应釜，向60L聚合釜内加入0.8kg的氯苯，之后按10℃/h的升温速度升温到270℃反应2.5小时。之后对反应釜进行降低温度到225℃，再通过计量泵加入12.5kg的对二氯苯，控制温度230℃反应3小时，之后按10℃/h的升温速度从230升温到263℃，并于263℃反应4.5小时。反应完成后对反应釜进行泄压抽真空并加去离子水降温冷却并过滤，对滤饼采用稀盐酸酸化后进行洗涤并干燥。得到8.23kg的PPS树脂。
对比例1
在一个60L纯钛聚合反应釜中加入溶剂NMP 40kg、三水硫化钠11kg(硫化钠含量60％)，氯化锂1.4kg，在氮气的保护下升温到205℃共沸脱水，共脱出7.5kg液体。关闭反应釜，通过计量泵加入12.4kg的对二氯苯，控制温度228℃反应3小时，之后按10℃/h的升温速度从228℃升温到265℃，并于265℃反应4.5小时。反应完成后对反应釜进行泄压抽真空并加去离子水降温冷却并过滤，对滤饼采用稀盐酸酸化后进行洗涤并干燥，得到8.12kg的PPS树脂。
对比例2
在一个60L纯钛聚合反应釜中加入溶剂NMP 40kg、三水硫化钠11kg(硫化钠含量60％)，氯化锂1.4kg，在氮气的保护下升温到205℃共沸脱水，共脱出7.5kg液体。关闭反应釜，通过计量泵加入12.5kg的对二氯苯，控制温度230℃反应3小时，之后按10℃/h的升温速度从230℃升温到260℃，并于260℃反应5小时。反应完成后对反应釜进行泄压抽真空并加去离子水降温冷却并过滤，对滤饼采用稀盐酸酸化后进行洗涤并干燥。得到8.10kg的PPS树脂。
产品品质评价：
设备及标准：
电子磅秤 仪器型号YL0061(上海)；熔融指数测定仪型号MFI-1221(河北承德)；旋转粘度仪。
测试标准：
GB-T3682-2000《热塑性塑料熔体质量流动速率和熔体体积流动速率的测定》
BS EN 14582-2007《废弃物特性描述—卤素和硫含量—密闭***内氧气燃烧法和测定方法》
其它：α-氯萘、二苯基卡巴腙、2,4-二硝基氯苯、乙醇等
端基的分析：
1、树脂中游离氯的测定：
取一定量的纯PPS粉未加热溶解在α-氯萘中,然后冷却溶液到室温,和乙醇混合,过滤，滤液使用标准硝酸汞溶液滴定确定氯含量.使用的指示剂是二苯基卡巴腙.得到的是游离氯含量。
2、氯端基的测定：
取一定量的PPS粉末，聚合物的总氯含量是由氧瓶燃烧方法确定.总氯含量减去测试1中游离氯含量得到端基氯含量。
3、硫醇基的确定：
取一定量的PPS粉末，在碱性α-氯萘中，PPS的硫醇端基和2,4-二硝基氯苯反应定量地得到氯，之后再通过标准硝酸汞溶液滴定确定氯含量，使用的指示剂是二苯基卡巴腙，得到的是总氯含量。总的氯含量减去测试1中游离氯含量，即是由硫醇转化而来。
评价结果见表1。
表1
从表1可以看出，本发明方法制备得到的聚苯硫醚，活性端基含量较少。
Claims (8)
1.聚苯硫醚的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)原料硫化钠的脱水：多水硫化钠、LiCl和NMP混合，进行共沸脱水，得到脱水后物料；
2)预处理：脱水后物料与氯苯混合，升温到250～270℃反应1.5～3小时，得到预处理物料；脱水后物料中的硫化钠与氯苯的摩尔比为1:0.05～0.1；
3)聚合：预处理物料降温至220～235℃，与对二氯苯混合反应2～3小时，然后升温至250～270℃，反应4～5小时，得到反应后物料；
4)后处理：反应后物料冷却，过滤，固体洗涤，干燥，得到聚苯硫醚。
2.根据权利要求1所述的聚苯硫醚的合成方法，其特征在于：步骤1)中，按摩尔比，多水硫化钠:NMP:LiCl＝1:4～5:0.3～0.6。
3.根据权利要求1所述的聚苯硫醚的合成方法，其特征在于：步骤1)中，共沸脱水为在保护气氛下升温到195～210℃进行蒸发。
4.根据权利要求3所述的聚苯硫醚的合成方法，其特征在于：所述保护气氛为惰性气氛或氮气。
5.根据权利要求4所述的聚苯硫醚的合成方法，其特征在于：所述惰性气氛为氦气、氖气、氩气、氪气或氙气。
6.根据权利要求1所述的聚苯硫醚的合成方法，其特征在于：步骤3)中的对二氯苯与步骤1)中的多水硫化钠的摩尔比为1～1.01:1。
7.根据权利要求1所述的聚苯硫醚的合成方法，其特征在于：步骤4)中，反应物料抽真空回收溶剂后，加入去离子水进行浸泡并冷却。
8.根据权利要求7所述的聚苯硫醚的合成方法，其特征在于：采用去离子水洗涤。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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