DE2716444A1 - Verfahren zur herstellung von polyaetherimiden - Google Patents
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Description
Verfahren zur Herstellung von Polyätherimiden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyätherimiden, wobei man eine Reaktion zwischen einem
aromatischen Bis-(ätheranhydrid) und einem organischen
Diamin unter Schmelzpolymerisationsbedingungen (melt
polymerization conditions) bewirkt. Insbesondere betrifft
die Erfindung die Verwendung katalytischer Mengen von Natriumchlorid oder Eisen-(IIl)-sulfat, um die Bildungsgeschwindigkeit (rate of formation) der Polyätherimide
zu steigern.
In der US-PS 3 803 085 (Takekoshi et al) ist eine Arbeitsmethode
zur Herstellung von Polyätherimiden durch Schmelzpolymerisation
einer Mischung von bestimmten aromatischen Bis-(ätheranhydriden) und organischen Diaminen beschrieben,
Beispielsweise werden ein aromatisches Bis-(ätheranhydrid)
709843/0925
ORIGINAL INSPECTED
mit der nachstehenden Formel
Il
(1) (T -\ O-R-ü
Il
und ein organisches Diamin mit der nachstehenden Formel (2) H2NR1NH2
bei Temperaturen bis zu 350 0C schmelzpolymerisiert, wobei
R einen zweiwertigen aromatischen organischen Rest mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen bedeutet, R einen zweiwertigen organischen
Rest aus der Gruppe von R-Resten, Alkylenresten mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylenresten und Polydiorganosiloxanresten
bedeutet, die als Endgruppen Alkylengruppen mit 2 bis 3 Kohlenstoffatomen tragen.
Die R-Reste schließen beispielsweise aromatische Kohlenwasserstoffreste
und halogenierte aromatische Kohlenwasserstoffreste,
z.B. Phenylen-, Tolyl'en-, Chlor-phenylen-, Naphthalin-Reste
und Reste ein, die von der nachstehenden Formel
-K2-(Q)a-R2-
eingeschlossen werden, wobei R einen zweiwertigen aromatischen Rest mit 6 bis 13 Kohlenstoffatomen bedeutet, der aus
der Gruppe der Kohlenwasserstoffreste und halogenierten Kohlenwasserstoffreste ausgewählt ist, und Q einen zweiwertigen
organischen Rest bedeutet, der aus der Gruppe
0 0 R5
12v-' -^-' -3-» "S->
-°- und "Si-.
ο R5
ausgewählt ist, worin a Null oder 1 ist, y eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 bis einschließlich 5 ist und R einen
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-^. 271644«*
einwertigen Kohlenwasserstoffrest z.B. einen Methyl- oder
Phenylrest bedeutet.
Die Reste J; schließen beispielsweise
-O
Alkylenresfce wie z.B. den Hexamethylen-, den
ohexylen-
rest und | (CH2)- | 3 | R | f 3> |
I | i R | |||
-Sl •3 |
I | |||
R | OSl- •3 |
|||
R |
_——_ f\
V J cn
ein, worin ti die oben genannte Bedeutung hat, m Null bis
einschließlich 100 ist und η 2 biü einschließlich 3 ist.
Die oben beschriebene Schtnelzpolynierisationsniethude Lst eine
wertvolle Ai'beitsmethode aur Herstellung einer Anzahl von
Polyätheriuiiden. Dennoch werden weiterhin Arbeitsmethoden
gesucht, die die Geschwindigkeit der Schmelzpolymerisation
der Mischung von aromatischen Bis-(ätheranhydriden) und organischen
Diaminen beschleunigen, wobei die wertvollen Spritzguömerkmale der entstehenden Polyätherimide erhalten
bleiben.
Die Erfindung beruht auf der /est ;stol lung,daß man katalytische
Mengen von entweder Natriunchlorid oder Eisen-(III)-sulfat
in einer Schmelzpclymerisationsmischung des aromatischen
Bis-(ätheranhydrides) mit der Formel (1) und des organischen Diamine mit der Formel (2) verwenden kann, um die Geschwin-
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ORDINAL INSPECTED
digkeit der Bildung von Polyätherimiden aus der entstehenden
Schmelzpolymerisationsmischung wesentlich zu erhöhen, ohne
wünschenswerte Merkmale der entstehenden Polyätherimide im wesentlichen zu verschlechtern.
Die Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung von Polyätherimiden
vor, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Polyätherimide, die im wesentlichen aus chemisch gebundenen
Einheiten mit der nachstehenden Formel bestehen,
N-R1-N
O-R—O-
worin R und K die oben genannten Bedeutungen haben, dadurch
herstellt, daß man eine Reaktion unter Schmelzpolymerisationsbedingungen zwischen einem aromatischen Bis-(ätheranhydrid)
mit der Formel (1) und einem organischen Diamin mit der For
tfiel (2) iii Gegenwart eines Metall- bzw. Hetallsalzkatalysators
bewirkt, der aus der durch Natriumchlorid und Eiaen-(III)-sulfat
bestehenden Gruppe ausgewählt wurde.
Eingeschlossen in die aromatischen Bis-(ätheranhydride) der
Formel (1), die bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden können, sin'l beispielsweise
O-R-0
709843/0925 O«g;nal inspectH)
/ 1 b 4
0—R-O'
worin K die oben angegebenen Bedeutungen hat.
worin K die oben angegebenen Bedeutungen hat.
Dianhydride, die von der !Formel (3) eingeschlossen werden,
sind beispielsweise 2 ,2 '-Bis-^4"-( 2,3-d icarboxyphenoxy )-phenyl7~propand
ianhydrid; 4»4'-Bis-(2,2-dicarboxyphenoxy)-diphenylätherdianhydrid;
1,3-Bis-(2,3-dicarboxyphenoxy)-benzold
ianhydrid j 4,4'-Bis-(2,3-d icarboxyphenoxy)-d iphenylsulf
idd ianhydrid; 1,4-Bis-(2,3-d icarboxyphenoxy)-benzold ianhydrid;
4,4"-Bis-(2,3-dicarboxyphenoxy)-diphenylsulfondianhydrid.
Dianhydride, die von den Formeln (4) und (5) eingeschlossen
werden, sind beispielsweise 2,2-Bis-/4"-(3,4-dicarboxyphenoxy)■
phenylj-propand ianhydrid; (3,4-Dicarboxyphenoxy)-d iphenylätherd
ianhydrid; 4,4'-Bis-(3,4-d icarboxyphenoxy)-d iphenylsulfondianhydrid;
1,3-Bis-(3,4-dicarboxyphenoxy)-benzold
ianhydrid; 1,4-Bis-(3,4-d icarboxyphenoxy)-benzold ianhydrid;
4,42~Bis-(3,4-dicarboxyphenoxy)-diphenylsulfondianhydrid;
4-(2,3-Dicarboxyphenoxy)-4'-(3,4-d icarboxyphenoxy)-2,2-diphenylpropand
ianhydr id.
Die organischen Diamine mit der Formel (2) schließen beispielsweise
ein: m-Phenylendiamin; p-Phenylendiamin, 4i4f-Diaminodiphenylpropan;
4,4-Diaminodiphenylmethan; Benzidin;
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0RK5INAL INSPECTED
4 ,4' -Diaminod iphenylsulf id; 4,4'-])iaminod iphenyls ulf on; 4,4'-Diaminodiphenyläther;
1,5-Diaminonaphthalin; 3,3'-Dimethylbenzidin;
3,3'-Dimethoxybenzidin; 2,4-Bis-( ß~amino-t-butyl)-toluol;
Bis-(p-ß-amino-t-butylphenyl)-äther; Bis-(p-ßmethyl~o-aminopentyl)-benzol;
1,3-Diamino-4-i3opropylbenzol; 1,2-Bis-(3-aminopropoxy)-äthan; m-Xylylendiamin; p-Xylylendiamin;
2,4-Diaminotoluol; 2,6-Diaminotoluol; Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan;
3-Methylheptamethylendiamin; 4,4-Dimethylheptamethylendiamin;
2,11-Dodecandiamin; 2,2-Dimethylpropylendiamin;
Octamethylendiamin; 3-Methoxyhexamethylendiamin;
2,5-Dimethylhexamethylendiamin; 2,5-Dimethylheptamethylendiamin;
3-Methylheptamethylendiamin; 5-Methylnonamethylend iamin; 1,4-Gycloliexand iamin; 1,12-Octadecandiamin;
Bis-(3-aminopropyl)-sulf id; N-Methyl-b is-(3-aminopropyl)-amin;
Hexamethylendiamin; Heptamethylendiamin; Nonamethylendiamin;
Decamethylendiamin; Bis-(3-aminopropyl)-tetramethyldisiloxan;
Bia-(4-aminobutyl)-tetramethyldisiloxan.
Bei der Ausführung der Erfindung mischt man das aromatische Bis-(ätheranhydrid) und das organische Diamin sorgfältig zusammen
mit einem Metallsalz-Katalysator, worunter nachstehend entweder Natriumchlorid oder Eisen-(lll)-sulfat zu verstehen
ist. Außerdem kann man wässerige Lösungen oder Suspensionen
des Katalysators verwenden, um sicherzustellen, daß der Katalysator
gleichmäßig durch die ganze Mischung der Monomeren verteilt wird. Falls gewünscht kann man einen Kettenabbrecher
(chain stopper) wie z.B. Phthalsäureanhydrid verwenden.
Die Mischung kann man auf eine Temperatur von 200 bis 400 0O
in einem geeigneten Kührapparat unter einer Inertgasatmosphäre erwärmen, so daß man die Bildung von Polyätherimid unter
Schmelzpolymerisationsbedingungen bewirkt. Man kann eine
Stickstoffa I, mosphäre verwenden. Geeignete Reaktionsgefäße bei chargenweisem Arbeiten schließen beispielsweise einen
Helicon-Mischer und einen Brabender-Mischer ein, wohingegen man Extruder für kontinuierliches Arbeiten verwenden kann.
Die Erfindung ergab für den Fall, daß man Natriumchlorid in einer Menge von beispielsweise 0,1 bis 0,5 $>
des Gesamtge-
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...-.· ORtGlNAL INSPECTED
...-.· ORtGlNAL INSPECTED
wichtes des verwendeten Monomeren oder Eisen-(III)-sulfat in einer Menge von beispielsweise 0,01 bis 0,05 $ bezogen
auf das Gesamtgewicht an Monomerem verwendet, uuil die
geschwindigkeit von Polyätherimid zwei- bis viermal höher
ist, als wenn man keinen Katalysator verwendet. Diese Geschwindigkeitssteigerung
wird sowohl in kontinuierlichen als auch chargenweisen Schmelzpolyineri3ationen beobachtet.
Die Eigenschaften der Polyätherimide aus der katalysierten
Reaktion sind im wesentlichen gleich jenen von Polyätherimiden,
die durch unkatalysierte Reaktionen hergestellt werden.
Man kann praktisch gleiche molare Mengen von aromatischem Bis-(ätheranhydrid) und organischem Diamin verwenden. Kettenabbrecher, wie z.B. Phthalsäureanhydrid, kann man beispielsweise
in einer Menge von 1 bis 5 Mol-£/o bezogen auf die
gesamte Molmenge des aromatischen Bis-(ätheranhydrids) verwenden,
das in der Schmelzpolymerisationsmischung verwendet wird.
Die Erfindung betrifft also ein Verfahren zur Erhöhung der
Bildungsgeschwindigkeit von Polyätherimiden durch Verwendung von entweder einem Natriumchlorid- Katalysator oder einem
Eisen-(III)-sulfat-Katalysator in einer Mischung eines aromatischen Bis-(ätheranhydrides) und eines organischen
Diamine unter Schmelzpolymerisationsbedingungen.
Nachstehend wird die Erfindung durch Beispiele näher erläutert, wobei wobei alle Teile Gewichfcsteile bedeuten.
Eine Mischung von 81,19 Teilen 2,2-Bis-/3-(2,3-dicarboxyphenoxy)-phenyl7-propandianhydrid
(BPA-Dianhydrid), 17,38
~ gab
Teilen Metaphenylendiamin und 1,43 Te ilen Phthalsäureanhydrid/
man in das Argon-überdeckte (argon-blanketed) Gefäß eines
Helicon -Mischers. Die Mischung überführte man in eine Schmelze bei 260 0C (500 0P). Man erwärmte die Mischung für
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ORIGINAL INSPECTS
einen Zeitraum von bis zu 60 min und entnahm Proben in 5 min-Intervallen,
wobei man nach 10 min begann, und bestimmte die gegebenenfalls eingetretene Veränderung der Grundviskosität
(I.V.)*in Chloroform (CHOl,). Außerdem erhielt man
**GPC-Scans bei den Intervallpunkten von 30 min und 40 min und bestimmte das Verhältnis von Gewichtsmittel des
Molekulargewichtes (weight average molecular weight, Mw) zu Zahlenmittel des Ii .»lekulargewichtes (number average
molecular weight, Mn).
Man wiederholte die oben genannte Methode, mit der Ausnahme, daß man 0,01 Teile Natriumchlorid als Lösung in 1,5 Teilen
Wasser verwendete, das zu der Mischung zugegeben wurde, bevor die Mischung wie oben beschrieben in die Schmelze überführt
wurde. Wieder maß man die Grundviskosität der Mischung
in regelmäßigen Abständen.
Eine weitere Schmelzpolymerisation bewirkte man mit der
gleichen Arbeitsmethode wie oben mit der Ausnahme, daß man in der Mischung vor der Schmelzpolymerisation 0,025 bis
0,5 Teile Natriumchlorid in wässeriger Lösung verwendete.
Die Veränderung der Grundviskositäten "I.V." während eines
Zeitraumes von bis zu 60 min zeigt nachstehend die Tabelle I, wobei man die Gel-°£ im Polymeren bei der Beendigung der
Reaktion durch die nachstehend beschriebene Arbeitsmethode bestimmte.
*Grundviskosität = cjrundmolare Viskositätszahl (intrinsic viscosity)
GPC = Gelpermeationschromatographie
709843/0925 ORfGINAL INSPECTED
-# -
11 1 b
NaGl | 0,31 | Veränderung dei | (M in u | ten) | • I | .V | . in | ei | ner | Zeit | % Gel |
G ew. -°β> | 0,45 | von | 0,40 | 0,44 | |||||||
O | 0,44 | 0,35 | 0,46 | 0,45 | 35 | 40 | 1 | 5 | 0,49 | O | |
0,01 | 0,46 | 0,46 | 0,44 | 0,41 | O, | 4 5 | O | ,47 | 0,45 | ||
0,025 | 0,43 | 0,44 | 0,43 | O, | 43 | O | ,43 | 0,47 | 0,5 | ||
0,05 | 0,42 | 0,46 | 0,46 | 0,46 | o, | 45 | O | ,44 | 0,44 | ||
0,1 | 0,41 | 0,46 | 0,45 | 0,43 | O | ||||||
0,5 | 0,45 | 0,47 | 1,6 | ||||||||
Die Gel-Prozente im Polyätherimid bestimmte man durch Erhitzen von Proben mit 250 mg in einem Utnwälzluftofen 3 h
bei 300 0C. Danach wog man die Proben und gab sie in rückflußkochendes
Chloroform für 16 h. Die Gewichtsprozent Gel bestimmte man danach durch Abwiegen des lnickstandes. Obwohl
man eine Steigerung der Polytaerisatiotisge-
achwindigkeit in Form von Grundviskositätswerten über den
Zeitraum (over time) mit anderen Natriumsalzen, wie z.B. Natriumflviorid und Natriumbromid, bei äquivalenten Gewichtsprozenten
feststellte, schloß der Anstieg der Gewichtsprozente an Gel, wie z.B. 12 °/l bei Natriumfluorid, solche
Salze als mögliche Katalysatoren aus. Obwohl Natriumsulfat
keine überschüssige Gelbildung bewirkte, zeigte es keinerlei wesentliche Geschwindigkeitssteigerung.
Man wiederholte die oben genannte Arbeitsmethode mit der Ausnahme, daß man anstelle von Natriumchlorid eine wässerige
Suspension von Eisen-(lll)-sulfat in einem Gewichtsbereich von 0,01 yo, 0,025 % und 0,05 cß>
bezogen auf das Gewicht der Schmelzpolymerisationszutaten verwendete. Wie in Beispiel 1
beschrieben, maß man die Veränderung der Grundviskosität
und die Gel-/ über einen Zeitraum von 1ü min, 15 min, 20 min,
messen.
25 min uaw.bis 60 min./ Die Ergebnisse der Schmelzpolymerisation zeigt die nachstehende Tabelle IT.
709843/0925 ORIGINAL INSPECTED
ew. -> ■ | Hi)- | 1 | 0 | V | e | it | a | ( | belle | der | I | 1 | in e i | Il | 1 | 5 | *» -\ | G | 60 | el | |
e | nderun | CT O |
in) | T | • V | ,46 | 0,43 | ||||||||||||||
/Λ | 01 | ) | 0 | ,27 | 1 | 5 | von | tn | 35 40 | nei | |||||||||||
025 | 0 | ,32 | 33 | 20 | 30 | O | |||||||||||||||
05 | 0 | ,39 | (J | 41 | 0,33 | ,37 | o, | 43 | O, | 4 | 0,7 | ||||||||||
.sen-( | 0 | 43 | 0,36 | O | ,46 | O, | O | 3 | |||||||||||||
aulfat | (J | t | 0,45 | O | ,47 | o, | 41 | ||||||||||||||
(ο | O | 43 | |||||||||||||||||||
O | 46 | ||||||||||||||||||||
ο, | |||||||||||||||||||||
ο, | |||||||||||||||||||||
ο, | |||||||||||||||||||||
Eine Mischung von im wesentlichen gleichmolaren Mengen von
2,2-Bi3-/^-(2,3-d icarboxyphenoxy)-phenyl7-propand ianhydrid
und m-Pheny] endiamin und 2,5 mol-'Jo Phthalsäureanhydrid,
bezogen auf die Geuarntmolmengen der Reaktionspartner in
der Mischung, gab man in einen Doppelschneckenextruder vom Typ Vierner Pfleiderer ZDS-K28. Nachdem die Mischung sorgfältig
gemischt worden war, extrudierte man die Mischung kontinuierlich bei 350 0O.' Man erhielt ein Polyätherimid
mit einer Grundviskosität von etwa 0,44 mit 9 Gew.-0Jo Gel.
der Man wiederholte die obige Arbeitsmethode, mit/Ausnahme daß
man 0,1 Gew.-Jo Natriumchlorid in der Mischung verwendete, das man mittels einer wässerigen Lösung des Salzes einarbeitete.
Nach den gleichen Bedingungen wie oben für die Natriumchlorid-freie Mischung erhielt man ein
Polyätherimid mit einer Grundviskosität von 0,55 mit 4,2
Gew.-% Gel.
Die obigen Ergebnisse zeigen, daß man bei der erfindungsgetnäßen
Verwendung eines Metallsalzkatalysators unter den Bedingungen einer kontinuierlichen Polymerisation Polyätherimid
mit einem höheren Molekulargewicht in kürzerer Zeit herstellen kann, als wenn man die Polymerisation in
Abwesenheit eines solchen Katalysators ausführt.
7 0 9 3 A 3 / 0 9 2 5 ORMUAL INSFECTED
27164U
Obwohl die obigen Beispiele sich auf nur wenige der sehr vielen Variablen beschränken, die man in der Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens verwenden kann, ist es klar, daß das erfindungsgemäße Verfahren sich allgemein
auf die Herstellung von Polyätherimiden durch Schmelzpolymerisationstechniken bezieht, die aromatische Bis-(ätheranhydrlde)
mit der Formel (1) und organische Diamine mit der Formel (2) unter Schmelzpolymerisat ionsbedingungen in
Gegenwart eines Metallsalzkatalysators wie oben beschrieben verwenden.
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Claims (6)
- PatentansprücheV. Verfahren zur Herstellung von Polyätherlmiden, dadurch gekennzeichnet, daß man Polyätherimide, die im wesentlichen aua chemisch verbundenen Einheiten mit der nachstehenden Formel bestehen
O \ 1 s*
N-R-N
j** \O M M C C C Il Il O O JmO-)— o-R—οworin R einen zweiwertigen aromatischen organischen Rest mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen bedeutet, R einen zweiwertigen organischen Rest bedeutet, der aus der Gruppe der R-Reste, Alkylenreste mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylenreste und Polydiorganosiloxanreste mit Alkylenresten mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen als Bndgruppe ausgewählt wurde,dadurch herstellt, daß man eine Reaktion unter Schmelzpolymer lsationsbedingungen zwischen einem aromatischen Bis-(ätheranhydrid) mit der nachstehenden Formel709843/0925271644(1O-R-Ound einem organischen Diamin mit der nachstehenden Formelin Gegenwart eines Metallkatalysators bewirkt, der aus der aus Natriumchlorid und Eisen-(III)-sulfat bestehenden Gruppe ausgewählt wurde. - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß man als aromatisches Bis-(ätheranhydrid) das 2,2-Bis-[4-(2, 3-dicarboxyphenoxy)-phenyl]-propandianhydrid verwendet.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß man als organisches Diamin das m-Phenylendiamin verwendet.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Phthalsäureanhydrid als Kettenabbrecher verwendet.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Metallsalz Natriumchlorid verwendet.
- 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Metallsalz Eisen-(III)-sulfat verwendet.7· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion kontinuierlich in einem Extruder ausführt.7098A3/O925
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