聚苯硫醚合成原料的提纯工艺说明书
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聚对苯硫醚、聚间苯硫醚及其共聚物的合成与表征聚对苯硫醚(Polyphenylene Sulfide,简称PPS)和聚间苯硫醚(Polyphenylene Disulfide,简称PPD)是一类重要的有机高分子材料,具有优异的高温稳定性、化学稳定性和机械性能。
这两种聚合物也可以通过共聚方法制备聚苯硫醚共聚物(Polyphenylene Sulfide Copolymer)。
聚对苯硫醚的合成通常使用溶液聚合方法。
首先,将对二甲苯和硫化钠在惰性气氛下加热至反应温度(约为250-280℃)。
反应过程中,由于硫化物的存在,对二甲苯中的碳氢键会被S2-离子攻击,形成连续的苯环和硫链。
反应进行一段时间后,将得到的聚对苯硫醚溶液进行凝固和过滤,得到固体聚合物。
接下来,通过溶剂提取和洗涤,去除残留的低分子量组分和杂质。
最后,对聚对苯硫醚进行热处理,以去除残留的溶剂和提高聚合物的结晶度。
聚间苯硫醚的合成也可以采用溶液聚合方法。
聚间苯硫醚的合成步骤与聚对苯硫醚类似,只是反应温度一般较高(约为300-320℃)。
此外,对间位活化试剂的选择和反应条件对聚间苯硫醚的结构和性能也有很大影响。
聚苯硫醚共聚物可以通过在合成过程中引入不同类型的单体来实现。
常见的共聚单体有对氨基苯硫醚(p-Amino Phenylene Disulfide,简称p-APDS)、间氨基苯硫醚(m-Amino Phenylene Disulfide,简称m-APDS)和二氨基苯硫醚(Diamino Phenylene Disulfide,简称DAPDS)等。
通过将不同的单体按一定比例加入到反应体系中,可以得到具有不同结构和性能的聚苯硫醚共聚物。
对聚对苯硫醚、聚间苯硫醚及其共聚物进行表征时,常用的方法包括核磁共振(NMR)光谱、红外(IR)光谱、热重分析(TGA)、差示扫描量热(DSC)等。
核磁共振光谱可以用于确定聚合物结构中的连接方式和取代基的位置。
红外光谱可以用于确定聚合物中的官能团和化学键的存在。
聚苯硫醚的合成及应用【摘要】聚苯硫醚(PPS) 是迄今为止世界上性价比最高的特种工程塑料,由于在电绝缘材料、导电材料、阻燃材料、摩擦材料、耐热材料和聚合物合金等领域有着广泛的应用而逐渐成为国内外研究热点。
本文主要介绍了国内外聚苯硫醚的几种合成方法。
阐述了聚苯硫醚在现在工业生产当中的主要应用领域,介绍了如今聚苯硫醚在国内外的发展状况。
关键词聚苯硫醚(PPS)合成机械1 前言聚苯硫醚( Polyphenylene Sulfide,缩写为PPS)是一种以苯环在对位上连接硫原子而形成大分子刚性主链的聚合物。
PPS 的结晶度较高, 密度1. 34 g/ cm3 ,熔点285℃, 分解温度大于400℃。
PPS 主键上有极其密集的苯环和硫原子,因而是高刚性,高结晶度的热塑性树脂,有较高的强度和模量及良好的制品尺寸稳定性,蠕变小,有极高的耐疲劳性,良好的阻燃性,耐高温性和对玻璃、陶瓷、钢材、铝、镍等金属突出的粘结性能,长期连续使用温度为200~224 ℃;吸湿性小,在高温高湿条件下不变形并能保持优良的电绝缘性;耐溶剂和化学腐蚀性好,在170 ℃以下几乎不溶于任何溶剂,而且抗辐射能力强。
可用多种加工方法(注射,挤出和模压) 进行成型加工,并且可精密加工成型。
由于PPS与无机填料(氧化镁) 、增强纤维(如玻璃纤维、碳纤维) 的亲和性以及与其他高分子材料(如聚砜、聚四氟乙烯、尼龙)的相容性好,可制成不同的增强材料及高分子合金,因而在电子、电器、汽车、精密仪器、化工及航天航空等领域得到了广泛的应用。
近年来PPS 的新产品和新用途仍源源不断的开发与生产。
PPS是迄今为止世界上性价比最高的特种工程塑料,所以尽管PPS的发展时间不长,但已成为特种工程塑料第一大品种。
由于PPS 的优异性能和广泛用途,目前已成为特种工程塑料的第一大品种,在通用工程塑料的排行中,PPS排在聚碳酸酯、聚酯、聚甲醛、尼龙和聚苯醚之后,其产量居第6 位。
缩合法制备聚苯硫醚
学校名称:华南农业大学
院系名称:材料与能源学院
时间:2017年2月27日
方法简介
缩合法也叫对卤代苯硫酚缩聚法,是 1959 年由美国道化学公司开始研发,并进行了工业化探索。
该法采用对卤代苯硫酚为原料,在熔融状态下自缩聚制得线型PPS 树脂。
合成过程及方程式
即对卤代苯硫酚熔融或溶液缩聚,若在熔融状态下缩聚,通常生产不熔不溶物,若反应温低于熔融温度10~20 ℃,可得线型PPS。
溶液缩聚由于在极性溶剂存在下反应,反应速度较快,且低分子物易除去。
此法不需调节单体比率,易得到线型高分子量的产品,同时易产生环状齐聚物等副产物。
反应式如下:
合成方法的优缺点
优点:对卤代苯硫酚缩聚法不需要调节单体的比例,即可制得线型 PPS 产品,副产物较少。
缺点:单体的制备工较为复杂,造价昂贵,而且部分单体毒性较大,副反应容易生成环状 PPS 阻碍相对分子质量的增长。
聚苯硫醚工艺流程《聚苯硫醚工艺流程:一场奇妙的化学之旅》嘿,朋友们,今天咱们来唠唠这个聚苯硫醚的工艺流程,就像是在探索一个神秘的魔法世界一样。
首先,原料的准备就像是厨师做菜前挑选食材一样精挑细选。
对于聚苯硫醚来说,那原料可得是高品质的,马虎不得。
把相关的化学品一一找来,这就像在组建一个超级英雄战队,每个原料都有自己独特的超能力。
接着就到了聚合反应这个大舞台。
哇塞,这时候各种原料在特定的条件下开始混合、搅拌,像是一场热热闹闹的大型舞蹈比赛。
温度和压力就像是比赛的规则,在合适的温度和压力下做得到位了,反应才能进行得顺利。
就好像跳舞的人要跟着音乐的节奏准确跳动一样,其中的硫化钠和对二氯苯就这么扭啊扭地开始连接成聚合物。
这过程可没那么省心,就像让一群调皮的孩子排队看齐,要是有某个条件不合适,说不定就会乱成一锅粥。
在这个过程中,添加剂的加入又如同给菜肴加调味料。
适量的添加剂能让聚苯硫醚这个最终产品的性能更出彩。
它可能让聚苯硫醚的强度更高,或者稳定性更好。
这就好比做菜的时候加点盐或者其他香料,让菜的味道更加丰富一样。
然后呢,是分离提纯环节。
这就像是从一群混杂的小动物里挑出品种纯正的那几只。
咱们要把聚合反应后混在产品里的那些不需要的杂质给去掉。
这可不是个轻松活,有时候就像大海捞针,得用各种巧妙的化学方法慢慢滤出杂质,一不小心混进个杂质那最后产品的质量可能就会大打折扣,就像一颗老鼠屎坏了一锅粥一样,所以每一步都得小心翼翼。
最后的成型加工,则像是把一堆材料组合成一个精美的工艺品。
把已经做好的聚苯硫醚按照需求制成各种形状和样式,这个时候,它就像是一块即将被雕琢成绝世美玉的原石,经过工匠的手(各种加工设备啦),摇身一变成为在工业领域大有可为的产品。
总的来说,聚苯硫醚的工艺流程就像是一个充满挑战又趣味十足的闯关游戏。
每一关都有关键的要点,错了一步可能就得不到最好的结果。
但当看到最终完美的产品时,又感觉像是历经磨难终于收获宝藏一样兴奋,这也许就是化学工艺的魅力所在吧。
PPS生产工艺设计PPS是聚苯硫醚(Polyphenylene sulfide)的简称,是一种耐高温、耐化学腐蚀的特种工程塑料,广泛应用于汽车、电子、航空航天等领域。
为了实现高质量的PPS制品生产,需要进行全面的生产工艺设计。
本文将介绍PPS生产的关键步骤、工艺参数和注意事项。
1. 原材料准备PPS的原材料是聚苯硫醚树脂颗粒,质量的选择对最终成品的质量和性能有重要影响。
在原材料准备阶段,需要注意以下几点: - 选择优质的聚苯硫醚树脂颗粒,根据产品要求选择合适的牌号和规格。
- 在仓储和运输过程中,要防止潮湿、阳光直射和高温环境的影响。
- 为了保持原材料的质量和稳定性,应在生产前对原材料进行监测和测试。
2. 挤出成型挤出成型是PPS制品生产的关键步骤,通过将高温熔融的PPS树脂挤出模具,形成所需的形状和尺寸。
以下是挤出成型的工艺参数和注意事项: - 温度控制:根据PPS树脂的熔点和熔体流动性,合理设置挤出机的温度控制参数。
一般来说,挤出温度在280-330摄氏度之间。
- 模具设计:根据产品的要求,设计合适的模具,确保挤出后的产品尺寸精度和表面质量。
- 挤出速度:根据产品的复杂程度和厚度,合理控制挤出速度,避免产生气泡、孔洞等缺陷。
- 冷却系统:在挤出过程中,通过冷却系统对挤出的PPS进行冷却和固化,可采用水冷却或空气冷却等方式。
3. 后处理工艺挤出成型后的PPS制品需要进行一系列的后处理工艺,以提高产品的质量和性能。
以下是常见的后处理工艺: - 切割:根据产品的尺寸要求,使用机械或手动切割方式对挤出的PPS 制品进行切割。
- 表面处理:根据产品的应用需求,进行表面抛光、喷涂、涂覆等工艺,提高产品的外观和耐磨性。
- 检测和测试:对后处理后的产品进行质量检测和性能测试,确保产品符合规定的标准和要求。
4. 注塑成型注塑成型是另一种常见的PPS制品生产工艺,与挤出成型相比,注塑成型具有更高的生产效率和更高的尺寸精度。
1 合成超高聚合度聚苯硫醚用N-甲基吡咯烷酮和对二氯苯的提纯工艺 申请人:中国石油化工股份有限公司天津分公司, 天津工业大学 发明人: 孙绪江,李振环,程博闻,马志忠,张春林 发明名称:合成超高聚合度聚苯硫醚用N-甲基吡咯烷酮和对二氯苯的提纯工艺
摘要:本发明公开一种纯化NMP(N-甲基吡咯烷酮)和对二氯苯的方法,该法纯化的NMP和对二氯苯适用于合成超高分子量的PPS(聚苯硫醚) 。所述方法中用金属钠、钾等活性金属或高价金属离子盐等脱出NMP溶液中的少量羟基化合物。利用无水氯化钙、无水硫酸镁等脱除NMP中的少量氨基化合物,促进超高分子量PPS的合成。通常二氯苯中含有一氯苯和三氯苯,一氯苯的存在造成聚合物提前封端,不利于PPS聚合度的提高。利用适量浓硫酸、发烟硫酸和氯磺酸为磺化剂,把二氯苯中极少量的一氯苯磺化,通过蒸馏方法提纯二氯苯。
权利要求: 1、合成超高分子量PPS用NMP的提纯方法特征是:在NMP中加入适量活泼金属和无水金属盐,悬浊液共沸后,通过减压蒸馏除去N-甲基吡咯烷酮中含有的羟基化合物以及胺类化合物。 2、权利要求1所述的脱除羟基化合物的试剂是:能与NMP中羟基类化合物反应的金属,包括Li、Na、K、Mg、Al。能与NMP中羟基类化合物反应的金属氢化物,包括CaH2、NaBH4、LiAlH4等。也可以在NMP中加入能与羟基类化合物配位的金属离子,例如AlCl3、FeCl3和CuCl2等。 3、权利要求1所述的用于脱除溶剂NMP中胺类化合物的无水盐类特征是:加入的无水盐类能与NMP中酰胺类化合物配位,无水金属盐类,包括CaCl2、MgCl2、ZnCl2 等。 4、权利要求1所述的悬浊液共沸时间为5-120分钟,减压蒸馏温度范围为60℃-203℃。 5、对二氯苯中通常含有一氯苯,二氯苯和三氯苯,一氯苯的存在是造成PPS聚合度下降的重要原因。合成超高分子量PPS用对二氯苯提纯方法特征是:根据 2
氯代苯的亲核活性不同,把一氯苯除掉。 6、权利要求5所述亲核试剂主要包括磺化剂和消化剂。磺化剂包括浓硫酸、三氧化硫、发烟硫酸和氯磺酸等,硝化剂包括硝酸,二氧化氮等。
技术领域: 本发明涉及纯化N-甲基吡咯烷酮和对二氯苯的方法。本方法纯化后的N-甲基吡咯烷酮和对二氯苯可以满足合成超高分子量PPS要求。
技术背景: PPS熔点高280~290 ℃,分解温度大400 ℃,分子结构对称,电性能好、不吸水、无极性和易于结晶。PPS具有优异的耐辐射性能、耐腐蚀性能、耐高温性能、电学性能以及均衡的力学性能和阻燃性能等。PPS用途广泛,主要应用于环保、汽车、纺织、军工、电子电器、机械工业以及航空航天等高技术领域,在美国被看作是发展高新技术所必需的关键材料之一。PPS级别分为涂料级、注塑级和纤维级。PPS分子链越大,其力学和机械性能越强,经过物理和化学改性的PPS还可以成为高性能的特种工程塑料。PPS纤维是高性能纤维之一,是气相过滤和液相过滤不可替代的材料。因此PPS被认为是第六大工程塑料和八大宇航材料之一,其需求量在国内以每年20%的速度递增。 表1 国产NMP中组分及其含量(气相色谱-质谱检测) 成分 含量 wt% 成分 含量 wt%
NOC2H5 0.6 CH3CH2CHCH3CHOHCH3 0.08
OO 0.08 CH3CHCHCHOHCH3 0.04 NOCH3 98.6 NOCH3 0.09
C3H7CONHCH
3
0.03 含氧和奇数氮的化合物 0.05
OHHO 0.006 NHMeO 0.02
NOOCH3
0.07 3
表2是国产对二氯苯中杂质种类及其含量(气相色谱-质谱检测) 成分 含量 wt% 成分 含量
Cl
Cl 99.8 ClClCl 0.009
ClCl 0.113 ClClCl 0.007
Cl 0.071
工业上PPS主要是以对二氯苯和无水硫化钠为原料,以无水磷酸钠为助剂,在NMP极性溶剂中通过缩聚反应合成PPS。研究结果表明NMP溶剂纯度越高,越有利于PPS分子链的增加。原因是NMP中含有羟基和氨基化合物,羟基和氨基中的活性氢与S2-具有较强的静电引力作用,不利于Na2S和P-DCB聚合反应。 而对二氯苯中的一氯苯是造成PPS提前封端的重要原因,一氯苯的存在不利于较高分子量的PPS树脂的合成。其次一氯苯封端造成的低分PPS很难从树脂中分离出去,导致PPS树脂性能下降,因此要合成性能良好的PPS树脂必需要对合成原料对二氯苯进行提纯。
发明内容: 本发明目的是提供含杂率低,适用于高分子量PPS合成的N-甲基吡咯烷酮和对二氯苯提纯方法。具体内容为:在N-甲基吡咯烷酮中加入活泼金属以及无水金属盐类,在60-203℃范围内反应5-120分钟,然后蒸馏去除了N-甲基吡咯烷酮中酰胺类和羟基类化合物。在对二氯苯熔融液中加入少量磺化剂或消化剂,在53-173℃之间反应5-120分钟,蒸馏除去对二氯苯中的一氯苯和部分邻二氯苯。本法提纯的NMP和对二氯苯可以合成Mw 为4-6万的高性能PPS树脂。
本发发明详述方案是: (1)本发明提纯NMP工艺可以处理工业级NMP,使其达到合成超高分子PPS 4
树脂的要求。 提纯方法是:在NMP中加入适量脱羟基化合物试剂和脱氨基化合物试剂,悬浊液在一定60-203℃下反应5-120分钟,通过减压蒸馏除去NMP中含有的羟基化合物以及胺类化合物。脱羟基化合物试剂包括三方种,活性金属比如Li、Na、K、Mg、Al等、无水高价金属盐比如AlCl3、FeCl3、CuCl2等,氢化物比如CaH2、NaBH4、LiAlH4等。脱氨基化合物试剂主要是无水金属盐类,包括CaCl2、MgCl2、ZnCl2 等。 (2)本发明可以有效提纯工业级对二氯苯,使其适合于高分子量PPS树脂的合成。对二氯苯中存的一氯苯和邻二氯苯在是造成PPS聚合度下降的重要原因,特别是一氯苯存在造成PPS分子链提前封端和树脂分布指数下降,不利于合成较高性能的PPS树脂。提纯方法是:把对二氯苯熔融,然后往对二氯苯熔融液体中加入0.2-10%对二氯苯摩尔数的磺化试剂或硝化试剂。磺化剂包括浓硫酸、三氧化硫、发烟硫酸和氯磺酸等,硝化剂包括硝酸,二氧化氮等。在53-173℃磺化或硝化10-120分钟后,蒸馏除去一氯苯和部分邻二氯苯,得到适于超高分子PPS树脂合成的高纯度对二氯苯。 蒸馏得到NMP和对二氯苯的纯度通过PPS合成试验来表征。
与已有技术相比,本发明具有如下有意效果: 本发明简单易行,操作简便,得到产品完全满足超高分子量PPS的合成
具体实施方式: 以下结合具体反应实施例来对发明作进一步说明,但本发明所要求保护范围并不局限于实施例所涉及的范围。 (1)在NMP中加入适量脱羟基化合物试剂比如Na或K和脱氨基化合物试剂比如CaCl2或ZnCl2,悬浊液在80-120℃下反应5-20分钟,减压蒸馏得到纯净NMP,并通过聚合反应验证NMP性能,投料为:硫化钠/对二氯苯/N-甲基吡咯烷酮/无水磷酸三钠=1.53mol/1.5mol/0.9L/40g,氮气置换釜内空气,并在高压釜内注入0.8MP的氮气。低温160-220℃反应2小时,高温250-270℃反应3-4小时,250--280℃补料1小时,250-280℃对二氯苯封端 0.5-1小时。反应完毕过滤并洗涤得到白色粉末。白色粉末用高温凝胶色谱测量得到的Mw为4.2-5.2×104 g mol-1,分子分布指数2.4-3.0。 5
(2)在NMP中加入适量脱羟基化合物试剂比如Na或K和脱氨基化合物试剂比如CaCl2或ZnCl2,悬浊液在80-120℃下反应5-20分钟,减压蒸馏得到纯净NMP。把对二氯苯熔融,然后往对二氯苯熔融液体中加入0.2-1%对二氯苯摩尔数的磺化试剂。磺化剂包括浓硫酸或发烟硫酸,在53-100℃磺化10-30分钟后,蒸馏除去一氯苯和部分邻二氯苯,得到适于超高分子PPS树脂合成的高纯度对二氯苯。通过聚合反应验证NMP和对二氯苯性能,投料为:硫化钠/对二氯苯/N-甲基吡咯烷酮/无水磷酸三钠=1.53mol/1.5mol/0.9L/40g,氮气置换釜内空气,并在高压釜内注入0.8MP的氮气。低温160-220℃反应2小时,高温250-270℃反应3-4小时,250--280℃补料1小时,250-280℃对二氯苯封端 0.5-1小时。反应完毕过滤并洗涤得到白色粉末。白色粉末用高温凝胶色谱测量得到的Mw为5.2-6.5×104 g mol-1,分子分布指数2.5-3.2。 (3)在NMP中加入适量无水高价金属盐比如AlCl3或FeCl3,悬浊液在一定80-100℃下反应5-20分钟,减压蒸馏得到纯净NMP。通过聚合反应验证NMP性能,投料为:硫化钠/对二氯苯/N-甲基吡咯烷酮/无水磷酸三钠=1.53mol/1.5mol/0.9L/40g,氮气置换釜内空气,并在高压釜内注入0.8MP的氮气。低温160-220℃反应2小时,高温250-270℃反应3-4小时,250--280℃补料1小时,250-280℃对二氯苯封端 0.5-1小时。反应完毕过滤并洗涤得到白色粉末。白色粉末用高温凝胶色谱测量得到的Mw为3.7-4.1×104 g mol-1,分子分布指数2.2-3.0。白色粉末熔融造粒为乳白色颗粒。 (4)在NMP中加入适量无水高价金属盐比如AlCl3或FeCl3,悬浊液在一定100-140℃下反应5-20分钟,减压蒸馏得到纯净NMP。把对二氯苯熔融,然后往对二氯苯熔融液体中加入0.2-1%对二氯苯摩尔数的磺化试剂。磺化剂包括浓硫酸或发烟硫酸,在53-100℃磺化10-30分钟后,蒸馏除去一氯苯和部分邻二氯苯,得到适于超高分子PPS树脂合成的高纯度对二氯苯。通过聚合反应验证NMP和对二氯苯性能,投料为:硫化钠/对二氯苯/N-甲基吡咯烷酮/无水磷酸三钠=1.53mol/1.5mol/0.9L/40g,氮气置换釜内空气,并在高压釜内注入0.8MP的氮气。低温160-220℃反应2小时,高温250-270℃反应3-4小时,250--280℃补料1小时,250-280℃对二氯苯封端 0.5-1小时。反应完毕过滤并洗涤得到白色粉末。白色粉末用高温凝胶色谱测量得的Mw为4.0-5.3×104 g mol-1,分子分布指数