JP6480001B2 - ポリアリーレンスルフィドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ポリアリーレンスルフィドの製造方法に関する。

ポリフェニレンスルフィド（以下、「ＰＰＳ」とも称する）に代表されるポリアリーレンスルフィド（以下、「ＰＡＳ」とも称する）は、耐熱性、耐薬品性、難燃性、機械的強度、電気特性、寸法安定性等に優れたエンジニアリングプラスチックである。ＰＡＳは、押出成形、射出成形、圧縮成形等の一般的溶融加工法により、各種成形品、フィルム、シート、繊維等に成形可能であるため、電気・電子機器、自動車機器等の広範な分野において汎用されている。

ＰＡＳの製造方法としては、例えば、特許文献１及び２に記載の方法を挙げることができる。

特開２０１４−４７２１８号公報 国際公開第２００６／０４６７４８号

特許文献１に記載のＰＡＳの製造方法では、濃縮工程が含まれるため製造プロセスが煩雑となり、製造工程の点でまだ改善の余地が残っている。また、特許文献２に記載のＰＡＳの製造方法では、相分離剤を使用しており、特別な高圧用の反応容器が必要であるため、省資源化を図りにくく、また、コストが高くなりやすい。

本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、煩雑な工程を含むこと及び特別な装置（設備）を用いること、を避けることで、生産性向上及び省資源化を図りつつ、安価にＰＡＳを製造することができるＰＡＳの製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意研究を進めた結果、ＰＡＳの製造方法において、重合反応系に含有させるアルカリ金属水酸化物の含有量を工程中に調整し、重合反応を均一液相状態で継続することにより、上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。即ち、本発明に係るＰＡＳの製造方法は以下のように記載することができる。

本発明に係るＰＡＳの製造方法は、有機アミド溶媒中で硫黄源とジハロ芳香族化合物とを重合させるＰＡＳの製造方法において、
有機アミド溶媒、硫黄源、ジハロ芳香族化合物、及び硫黄源に対し等モル未満のアルカリ金属水酸化物を含有する混合物を調製する仕込み工程と、
混合物を加熱して重合反応を開始させ、ジハロ芳香族化合物の転化率が５０％以上のプレポリマーを生成させる前段重合工程と、
硫黄源１モル当たりアルカリ金属水酸化物が１．００〜１．１０モルになるようにアルカリ金属水酸化物を添加して、重合反応を均一液相状態で継続する後段重合工程と、
を含むことを特徴としている。

これにより、上記製造方法は、煩雑な工程を含むこと、及び、特別な装置（設備）を用いることを避けることで、生産性向上及び省資源化を図りつつ、安価にＰＡＳを製造することができる効果を奏する。

本発明に係るＰＡＳの製造方法では、仕込み工程において、硫黄源１モル当たり０．５〜０．９９モルのアルカリ金属水酸化物を含有する混合物を調製することが好ましい。

本発明に係るＰＡＳの製造方法では、前段重合工程において、ジハロ芳香族化合物の転化率が５０〜９８％のプレポリマーを生成させることが好ましい。

本発明に係るＰＡＳの製造方法では、後段重合工程において、有機アミド溶媒１ｋｇ当たり水分量が０．０１〜３．７モルの範囲であることが好ましい。

本発明に係るＰＡＳの製造方法は、ＰＡＳを篩分する篩分工程を含まないことが好ましい。

本発明のＰＡＳの製造方法は、アルカリ金属水酸化物を添加して、重合反応を均一液相状態で継続する後段重合工程を含む。これにより、本発明では、後段重合工程における重合反応を、後段重合工程において相分離剤を添加する場合よりも、低圧条件で進めることができる。即ち、例えば、濃縮工程等の特別な工程であったり、耐高圧反応容器等の特殊な装置を用いたりする必要がないので、生産性向上及び省資源化を図りつつ、ＰＡＳの製造のための装置（設備）に要するコストを削減することができる。これにより、生産性向上及び省資源化を実現し、かつ、高分子量のポリアリーレンスルフィドを安価に製造することができる効果を奏する。

［Ｉ．ＰＡＳの製造方法］
本発明に係るＰＡＳの製造方法の一実施形態について以下に説明する。本実施形態におけるＰＡＳの製造方法は、主な工程として、仕込み工程と、前段重合工程と、後段重合工程と、を含む。また、所望により、脱水工程や後処理工程を含むことができる。以下、各工程について詳細に説明する。

（脱水工程）
脱水工程は、仕込み工程の前に、有機アミド溶媒、硫黄源、及びアルカリ金属水酸化物を含む混合物を含有する、重合反応時の反応系内から水を含む留出物を反応系外に排出する工程である。

硫黄源とジハロ芳香族化合物との重合反応は、重合反応系に存在する水分量によって促進又は阻害される等の影響を受ける。したがって、上記水分量が重合反応を阻害しない水分量である限りにおいて脱水工程は必須ではないが、重合の前に脱水処理を行うことにより、重合反応系内の水分量を減らすことが好ましい。

脱水工程では、不活性ガス雰囲気下での加熱により脱水を行うことが好ましい。脱水工程は、反応槽内で行われ、水を含む留出物は、反応槽外へ排出される。脱水工程で脱水されるべき水分とは、脱水工程で仕込んだ各原料が含有する水和水、水性混合物の水媒体、各原料間の反応により副生する水等である。

脱水工程における加熱温度は、３００℃以下であれば特に限定されるものではないが、好ましくは１００〜２５０℃である。加熱時間は、１５分〜２４時間であることが好ましく、３０分〜１０時間であることがより好ましい。

脱水工程では、水分量が所定の範囲内になるまで脱水する。即ち、脱水工程では、有効硫黄源１モルに対して、好ましくは０〜２モル、より好ましくは０．５〜１．８モルになるまで脱水することが望ましい。脱水工程で水分量が少なくなり過ぎた場合は、重合工程に先立つ仕込み工程において水を添加して所望の水分量に調節すればよい。

（仕込み工程）
仕込み工程は、有機アミド溶媒、硫黄源、ジハロ芳香族化合物、及びアルカリ金属水酸化物を含む混合物を仕込む工程である。仕込み工程において仕込まれる混合物を、「仕込み混合物」とも称する。

先に説明したように、仕込み工程の前には脱水工程を実施することが好ましい。したがって、仕込み混合物における各成分の量の調整及びｐＨの制御等は、脱水工程で得られた混合物中の各成分の量を考慮して行うことが好ましい。また、仕込み混合物における硫黄源の量（以下、「仕込み硫黄源」（有効硫黄源）の量とも称する）は、脱水工程で投入した硫黄源のモル量から、脱水工程で揮散した硫化水素のモル量を引くことによって算出することができる。

硫黄源（仕込み硫黄源）１モル当たりのアルカリ金属水酸化物のモル数は、好ましくは０．５〜０．９９モル、より好ましくは０．７〜０．９８モル、更により好ましくは０．７５〜０．９７モル、特に好ましくは０．８モル以上０．９５モル未満の範囲である。アルカリ金属水酸化物のモル数は、仕込み工程で添加するアルカリ金属水酸化物のモル数、並びに、脱水工程を行う場合には、脱水工程において添加したアルカリ金属水酸化物のモル数、及び、脱水工程において硫化水素の生成に伴い生成するアルカリ金属水酸化物のモル数に基づいて算出される。硫黄源がアルカリ金属硫化物を含む場合には、硫黄源（仕込み硫黄源）１モル当たりのアルカリ金属水酸化物のモル数は、アルカリ金属硫化物のモル数を含めて算出するものとする。硫黄源に硫化水素を使用する場合には、生成するアルカリ金属硫化物のモル数を含めて、硫黄源（仕込み硫黄源）１モル当たりのアルカリ金属水酸化物のモル数を算出するものとする。ただし、何らかの理由で、無機酸及び有機酸からなる群より選択される少なくとも１種の酸が使用される場合は、上記少なくとも１種の酸を中和するに必要なアルカリ金属水酸化物のモル数は、硫黄源（仕込み硫黄源）１モル当たりのアルカリ金属水酸化物のモル数に含めないものとする。

脱水工程を行う場合、仕込み工程では脱水工程後に系内に残存する混合物に、必要に応じてアルカリ金属水酸化物及び水を添加することが出来る。特に、脱水時に生成した硫化水素の量と脱水時に生成したアルカリ金属水酸化物の量とを考慮したうえで、硫黄源（仕込み硫黄源）１モル当たりのアルカリ金属水酸化物のモル数が１モル未満になるようアルカリ金属水酸化物を添加する。

硫黄源１モルに対してアルカリ金属水酸化物のモル数が１モル未満であると重合反応時の副生成物の生成を抑制したり、生成されたＰＡＳ中の不純物に由来する窒素含有量を十分小さくしたり、ＰＡＳの収率が十分向上したりすることがある。仕込み工程においては硫黄源１モルあたり、好ましくは０．９５〜１．２モル、より好ましくは１〜１．０９モルのジハロ芳香族化合物を含有する仕込み混合物を調製することが望ましい。

仕込み混合物のｐＨは特に限定されないが、１２．５より高く１４以下であることが好ましく、より好ましくは１２．６〜１４、更に好ましくは１２．７〜１３．９である。ｐＨの値は、アルカリ金属水酸化物等の各成分の割合を調節することで所望の値とすればよい。硫黄源（仕込み硫黄源）１モル当たりのアルカリ金属水酸化物のモル数を前記範囲内とすることにより、ｐＨを１２．５より高い値に容易に調整することができる。これによって、重合反応を副生成物の生成を抑制しながら安定的に実施し、高品質のＰＡＳを得ることが容易となる。本発明に係るＰＡＳの製造方法では、以下で説明する前段重合工程において、仕込み混合物を加熱して硫黄源とジハロ芳香族化合物との重合反応を開始させるが、この前段重合開始時における仕込み混合物のｐＨが１２．５以下であると、前段重合の途中でアルカリ金属水酸化物を追加しても、高品質のＰＡＳを得ることが困難になる場合がある。なお、仕込み混合物のｐＨが高すぎると、アルカリ金属水酸化物の存在量が多すぎる結果、有機アミド溶媒の変質を増大させたり、重合時の異常反応や分解反応を引き起こしたりすることがある。

なお、有機アミド溶媒、硫黄源、ジハロ芳香族化合物及びアルカリ金属水酸化物としては、ＰＡＳの製造において通常用いられるものを用いることができる。例えば、有機アミド溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等のアミド化合物；Ｎ−メチル−ε−カプロラクタム等のＮ−アルキルカプロラクタム化合物；Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ−シクロヘキシル−２−ピロリドン等のＮ−アルキルピロリドン化合物又はＮ−シクロアルキルピロリドン化合物；１，３−ジアルキル−２−イミダゾリジノン等のＮ，Ｎ−ジアルキルイミダゾリジノン化合物；テトラメチル尿素等のテトラアルキル尿素化合物；ヘキサメチルリン酸トリアミド等のヘキサアルキルリン酸トリアミド化合物等が挙げられる。

硫黄源としては、アルカリ金属硫化物、アルカリ金属水硫化物、硫化水素を挙げることが出来る。

アルカリ金属水硫化物としては、水硫化リチウム、水硫化ナトリウム、水硫化カリウム、水硫化ルビジウム、水硫化セシウムを挙げることが出来る。
ジハロ芳香族化合物としてはｏ−ジハロベンゼン、ｍ−ジハロベンゼン、ｐ−ジハロベンゼン、ジハロトルエン、ジハロナフタレン、メトキシ−ジハロベンゼン、ジハロビフェニル、ジハロ安息香酸、ジハロジフェニルエーテル、ジハロジフェニルスルホン、ジハロジフェニルスルホキシド、ジハロジフェニルケトン等が挙げられ、ハロゲン原子は、フッ素、塩素、臭素、及びヨウ素の各原子を指し、ジハロ芳香族化合物における２個のハロゲン原子は、同じでも異なっていてもよい。

アルカリ金属水酸化物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウムを用いることができる。

これらの材料は、単独で用いてもよいし、ＰＡＳの製造が可能である組み合わせであれば、２種類以上を混合して用いてもよい。

（重合工程）
重合工程は、硫黄源とジハロ芳香族化合物とを重合反応させ、ＰＡＳを重合する工程である。重合工程は、前段重合工程と後段重合工程の２つの工程を含む。各工程について以下に説明する。

〔前段重合工程〕
前段重合工程は、混合物を加熱して重合反応を開始させ、ジハロ芳香族化合物の転化率が５０％以上のプレポリマーを生成させる工程である。

重合反応方式は、バッチ式、連続式、あるいは両方式の組み合わせでもよい。バッチ式重合では、重合サイクル時間を短縮する目的のために、２つ以上の反応槽を用いる方式を用いてもかまわない。前段重合工程及び後段重合工程では、均一重合で、即ち、ＰＡＳと有機アミド溶媒が均一な液相を形成した状態で重合反応させることが好ましい。多くの場合、前段重合工程では、生成するポリマーが均一に有機アミド溶媒に溶解した反応系での重合反応が行われる。

前段重合工程では、仕込み工程で調製した混合物、即ち、仕込み混合物を温度１７０〜２７０℃の温度に加熱して重合反応を開始させ、ジハロ芳香族化合物の転化率が５０％以上のプレポリマーを生成させることが好ましい。前段重合工程での重合温度は、１８０〜２６５℃の範囲から選択することが、副反応や分解反応を抑制する上で好ましい。

ジハロ芳香族化合物の転化率は、好ましくは５０〜９８％、より好ましくは５５〜９７％、更に好ましくは６０〜９６％、特に好ましくは６２〜９５％である。ジハロ芳香族化合物の転化率は、反応混合物中に残存するジハロ芳香族化合物の量をガスクロマトグラフィにより求め、その残存量とジハロ芳香族化合物の仕込み量と硫黄源の仕込み量に基づいて算出することができる。

前段重合工程では、ｐＨ１２．５超過１４以下の仕込み混合物を用いて重合反応を開始することが好ましい。この条件が守られる限りにおいて、重合反応の途中で、水、アルカリ金属水酸化物、有機アミド溶媒の少なくとも１種の量を変化させてもよい。例えば、重合途中で水やアルカリ金属水酸化物を反応系に加えることができる。ただし、前段重合工程において、通常は、仕込み工程で調製した仕込み混合物を用いて重合反応を開始し、かつ前段重合反応を終了させることが好ましい。

〔後段重合工程〕
後段重合工程では、前段重合工程において生成したプレポリマーに対して、硫黄源１モル当たりアルカリ金属水酸化物が１．００〜１．１０モルになるようにアルカリ金属水酸化物を添加して、反応系内を均一液相とし、重合反応を均一液相状態で継続する。

後段重合工程での重合温度については、好ましくは２４５〜２９０℃、より好ましくは２５７〜２８５℃に加熱して重合反応を継続する。重合温度は、一定の温度に維持してもよいし、必要に応じて、段階的に昇温又は降温してもよい。重合反応の制御の観点から、一定の温度に維持することが好ましい。重合反応時間は、一般に１０分間〜７２時間の範囲であり、望ましくは３０分間〜４８時間である。

後段重合工程において、添加するアルカリ金属水酸化物の量は、硫黄源１モル当たり、通常、０．０１〜０．６モル、好ましくは０．０２〜０．４モル、より好ましくは０．０３〜０．３５モル、特に好ましくは０．０６〜０．３モルである。後段重合工程において、硫黄源１モル当たりのアルカリ金属水酸化物の合計量は、好ましくは１．００〜１．１モル、より好ましくは１．０１〜１．０８モル、更に好ましくは１．０２〜１．０６モルとなるように、アルカリ金属水酸化物を調節して添加することが望ましい。硫黄源１モル当たりのアルカリ金属水酸化物の合計量が少なすぎると、所望の重合度を有するＰＡＳを得られないことがある。アルカリ金属水酸化物の合計量とは、仕込み混合物中に存在するアルカリ金属水酸化物の量と後段重合工程で添加したアルカリ金属水酸化物の量、及び所望により前段重合工程で添加したアルカリ金属水酸化物の量との合計である。

アルカリ金属水酸化物の添加時期は、後段重合工程の開始時であってもよいし、後段重合工程の途中であってもよい。また、アルカリ金属水酸化物は、一括で添加してもよく、又は、断続的に若しくは連続的に添加してもよい。後段重合工程でアルカリ金属水酸化物を添加しない場合には、副生成物の生成が抑制されなかったり、不純物が多くなったり、高溶融粘度のＰＡＳを安定して得ることが困難となったりする。

水は相分離剤であるため、後段重合工程においては、均一液相状態が維持されるよう、水分量を制御することが好ましい。反応系内の水分量は、有機アミド溶媒１ｋｇ当たり、通常、４モル以下であり、好ましくは０．０１〜３．７モル、より好ましくは０．１〜３．５モル、特に好ましくは０．５〜３．４モルである。

〔ＰＡＳ重合反応液〕
本発明では、重合反応開始後のＰＡＳ重合反応液（以下、単に「ＰＡＳ重合反応液」ということがある。）において有機アミド溶媒中で硫黄源とジハロ芳香族化合物とを重合させるＰＡＳの製造方法において副生する副生成物が抑えられている。
ここでの副生成物とは、クロロフェニルメチルアミノブタン酸（以下、「ＣＰＭＡＢＡ」ということがある。）やフェノールを指す。ＰＡＳ重合反応液中において、ＣＰＭＡＢＡの含有量が１６０００ｐｐｍ以下である。また、フェノールの含有量が２１００ｐｐｍ以下に抑えられる。これによって本発明のＰＡＳの製造法によれば、後に説明する平均粒径１０〜１００μｍ、温度３１０℃及びせん断速度１２１６ｓｅｃ^−１で測定した溶融粘度０．１〜３０００Ｐａ・ｓ、かつ、窒素含有量９００ｐｐｍ以下であるＰＡＳを、高収率で得ることができる。

以下、ＰＡＳ重合反応液中のＣＰＭＡＢＡ及びフェノールの生成量及びその測定方法について説明する。
［ＣＰＭＡＢＡの生成量］
ＰＡＳ重合反応液中のＣＰＭＡＢＡの生成量は、好ましくは１６０００ｐｐｍ以下、より好ましくは１５０００ｐｐｍ以下である。ＣＰＭＡＢＡの生成量の下限値は０ｐｐｍであることが好ましいが、１００ｐｐｍ程度を下限値としてもよい。

ＰＡＳ重合反応液中のＣＰＭＡＢＡの含有量（以下、「ＣＰＭＡＢＡの生成量」ということがある。）は、以下の方法によって測定することができる。

重合反応終了後のＰＡＳを含有するスラリー状の反応缶内容物を室温まで冷却後、その一部から、遠心分離により液体成分のみを分取する。分取した液体成分をメスフラスコに精秤して、アセトニトリル含有量４０質量％の水溶液と混合した後、振とうしてＣＰＭＡＢＡを抽出する。ＣＰＭＡＢＡを抽出した溶液をメンブレンフィルターにてろ過し、このろ液を測定サンプルとしてＣＰＭＡＢＡの含有量を測定する。測定は、標準物質として、合成したＣＰＭＡＢＡを用いて、高速液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ）を使用して行い、測定サンプル中のＣＰＭＡＢＡの定量を行ってＣＰＭＡＢＡの生成量（単位：ｐｐｍ）とする。次いで、必要に応じ、硫黄源１モルに対するＣＰＭＡＢＡのモル数を算出して、副生成物であるＣＰＭＡＢＡの生成量（単位：ミリモル／モル）としてもよい。

［フェノールの生成量］
ＰＡＳ重合反応液中のフェノールの生成量は、好ましくは３１００ｐｐｍ以下、より好ましくは２１００ｐｐｍ以下、特に好ましくは２０００ｐｐｍ以下である。フェノールの生成量の下限値は０ｐｐｍであることが好ましいが、１００ｐｐｍ程度を下限値としてもよい。

ＰＡＳ重合反応液中のフェノールの含有量（以下、「フェノールの生成量」ということがある。）は、以下の方法によって測定することができる。

即ち、重合反応終了後のＰＡＳを含有するスラリー状の反応缶内容物を室温まで冷却後、その一部から、遠心分離により液体成分のみを分取する。該液体成分をメスフラスコに精秤して、アセトンと混合した後、振とうしてフェノールを抽出する。フェノールを抽出した溶液を測定サンプルとしてフェノールの含有量を測定する。測定は、標準物質として、和光純薬工業株式会社製のフェノールを用いて、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）によって行い、測定サンプル中のフェノールの定量を行ってフェノールの生成量（単位：ｐｐｍ）とする。次いで、必要に応じ、硫黄源１モルに対するフェノールのモル数を算出して、副生成物であるフェノールの生成量（単位：ミリモル／モル）としてもよい。

（後処理工程）
後処理工程は、重合工程で得られたスラリーから不要な成分を除去し、ポリアリーレンスルフィドを得る工程である。本発明のＰＡＳの製造方法における後処理工程は、ＰＡＳの製造において通常用いられる工程であれば特に限定されない。

重合反応の終了後、例えば、反応混合物を冷却してポリマーを含むスラリー（以下、「生成物スラリー」ということがある。）を得てもよい。冷却した生成物スラリーをそのまま、又は水等によって希釈した後に、濾別し、洗浄及び濾別を繰り返して乾燥することにより、ＰＡＳを回収することができる。

本発明のＰＡＳの製造方法によれば、微粉状のＰＡＳを生成させることができるので、各種の固液分離法により、微粉状のポリマーを反応液から分離することができる。

本発明の製造方法によって得られる微粉状のＰＡＳは、粒度分布が狭く、均一性が高い。そのため、本発明の製造方法では、粒度分布を揃えるためにＰＡＳの篩分を行うことが不要である。本発明の製造方法において、ＰＡＳの篩分を行わないと、工程を減らすことができるため、生産性が向上しやすい。また、一般に、篩分により、目的とする画分と廃棄する画分とに分離する際、目的とする画分中の成分が、廃棄する画分に混入することは避けられないため、ロスが生じ、収率が低下しやすい。しかし、本発明の製造方法では、ＰＡＳの篩分を行わない場合、ロスが生じにくく、収率が向上しやすい。よって、本発明のＰＡＳの製造方法は、ＰＡＳを篩分する篩分工程を含まないことが好ましい。

各種の固液分離後、ＰＡＳを重合溶媒と同じ有機アミド溶媒やケトン類（例えば、アセトン）、アルコール類（例えば、メタノール）等の有機溶媒で洗浄することが好ましい。ＰＡＳを高温水等で洗浄してもよい。生成ＰＡＳを、酸や塩化アンモニウムのような塩で処理することもできる。

（得られるＰＡＳ）
本発明のＰＡＳの製造方法によれば、副生成物の生成が抑制され、不純物が少ない高品質のＰＡＳを得ることができる。本発明の製造方法によって得られるＰＡＳとしては、平均粒径が、通常１０〜１００μｍ、好ましくは１５〜８０μｍ、より好ましくは２０〜６０μｍであり、かつ、温度３１０℃、せん断速度１２１６ｓｅｃ^−１で測定した溶融粘度が、通常０．１〜３０００Ｐａ・ｓ、好ましくは０．５〜２００Ｐａ・ｓ、より好ましくは１〜１００Ｐａ・ｓ、更に好ましくは３〜５０Ｐａ・ｓであることにより取扱い性に優れるＰＡＳを高収率で得ることができる。なお、ＰＡＳの溶融粘度は、乾燥ポリマー約２０ｇを用いてキャピログラフを使用して、所定の温度及びせん断速度条件で測定することができる。

本発明のＰＡＳの製造方法によって得られるＰＡＳは、不純物が少ない高品質のＰＡＳである。高品質である指標としては、ＰＡＳ中の窒素含有量を挙げることができる。本発明のＰＡＳの製造方法によれば、好ましくはＰＡＳ中の窒素含有量が９００ｐｐｍ以下のＰＡＳを得ることができる。ＰＡＳ中の窒素含有量は、より好ましくは８５０ｐｐｍ以下、更に好ましくは８３０ｐｐｍ以下である。ＰＡＳ中の窒素含有量の下限値は、もちろん０ｐｐｍであるが、多くの場合１０ｐｐｍ程度を下限値としてもよい。

ＰＡＳ中の窒素含有量は、ポリマー試料約１ｍｇを精秤し、微量窒素硫黄分析計を用いて元素分析を行うことにより測定することができる。

本発明のＰＡＳの製造方法により得られるＰＡＳは、そのまま、又は酸化架橋させた後、単独で、又は所望により各種無機充填剤、繊維状充填剤、各種合成樹脂を配合し、種々の射出成形品やシート、フィルム、繊維、パイプ等の押出成形品に成形することができる。

本発明のＰＡＳの製造方法により得られたＰＡＳは、色調が良好である。また、本発明の製造方法により得られたＰＡＳのコンパウンドは、揮発分の発生量が少なく、揮発分の抑制が期待される電子機器等の分野にも好適である。

本発明のＰＡＳの製造方法において、ＰＡＳは、特に限定されず、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）であることが好ましい。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された文献の全てが参考として援用される。

以下に実施例を示し、本発明の実施の形態について更に詳しく説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。

［実施例１］
１．脱水工程：
硫黄源として、ヨージメトリー法による分析値が６２．３７質量％の水硫化ナトリウム（ＮａＳＨ）水溶液を２００１ｇ用いた。この硫黄源の中和滴定法によるＮａＳＨ分析値は、６１．２５質量％（２１．８６モル）であり、硫化ナトリウム（Ｎａ_２Ｓ）が０．２９モル含まれている。上記水硫化ナトリウム水溶液、及び７３．６５質量％の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液１０３２ｇを、Ｎ−メチル−ピロリドン（ＮＭＰ）５００１ｇと共にチタン内張り２０リットルオートクレーブ（反応缶）に投入した。水硫化ナトリウムと硫化ナトリウムとからなる硫黄源を「Ｓ」と表記すると、脱水前のＮａＯＨ／Ｓは、０．８７（モル／モル、以下「ｍｏｌ／ｍｏｌ」と表記することがある。）となる。反応缶内を窒素ガスで置換した後、約２時間かけて、撹拌しながら徐々に温度２００℃まで昇温して、水１０７８ｇとＮＭＰ１２２６ｇとを留出させた。この際、０．３９モルの硫化水素（Ｈ_２Ｓ）が揮散した。したがって、脱水工程後の缶内の有効Ｓ量（即ち、「仕込み硫黄源」の量）は、２１．７６モルとなった。Ｈ_２Ｓ揮散分は、反応缶に投入した硫黄源に対して、１．７７モル％に相当した。

２．仕込み工程：
脱水工程の後、反応缶を温度１７０℃まで冷却し、ｐ−ジクロロベンゼン（以下、「ｐＤＣＢ」ということがある。）３２４７ｇ〔ｐＤＣＢ／有効Ｓ＝１．０１（モル／モル）〕、ＮＭＰ２５８９ｇ〔ＮＭＰ／有効Ｓ＝２９１（ｇ／モル）〕、及び水４０ｇを加え、更に、缶内ＮａＯＨ／有効Ｓ＝０．９１（モル／モル）になるように、純度９７質量％のＮａＯＨを加えて仕込み混合物を得た〔缶内の合計水量／ＮＭＰ＝２．８（モル／ｋｇ）〕。

３．重合工程：
反応缶に備え付けた撹拌機を回転して仕込み混合物を撹拌しながら、温度２００℃〜２２０℃まで２０分かけて連続的に昇温し、更に２５５℃まで７０分かけて連続的に昇温しながら重合させた（前段重合工程）。ｐＤＣＢの転化率は、８３％であった。

その後、水６１ｇとＮａＯＨ１０４ｇを圧入し〔缶内の合計水量／ＮＭＰ＝３．２９（モル／ｋｇ）、合計ＮａＯＨ／有効Ｓ＝１．０２６（モル／モル）〕、温度２５５℃に昇温して、均一液相で１．５時間重合反応させた（後段重合工程）。重合反応終了後の反応混合物を室温まで冷却しその一部をサンプリングして、ＰＡＳ重合反応液中の副生成物の生成量を測定した。また重合反応終了後の反応混合物を耐圧耐アルカリのガラスアンプルにいれ、２５５℃で目視したところ、副生ＮａＣｌを除く液相は均一状態であった。

（重合スラリーのｐＨ）
重合後のスラリーを精製水（関東化学株式会社製）で１０倍に希釈し、ｐＨメーターを使用して室温でｐＨを測定した。

４．後処理工程：
上記のように重合反応終了後の反応混合物を室温まで冷却した後、ポリマー（微粉状ポリマー）を濾紙を用いて濾別した。分離したポリマーを、アセトンにより３回洗浄し、水洗を３回行った後、０．３質量％酢酸による洗浄を行い、更に水洗を４回行って洗浄ポリマーを得た。洗浄ポリマーは、温度１０５℃で１３時間乾燥した。こうして得られた微粉状ポリマーの収率は、９８％であった。ポリマーの特性を、副生成物の生成量等と共に表１に示す。

［実施例２］
仕込み工程後の缶内ＮａＯＨ／有効Ｓを０．８５（モル／モル）に調整した以外は、実施例１と同様にして重合反応、後処理、及び乾燥を行った。
前段重合でのｐＤＣＢの転化率は、８２％であった。こうして得られた微粉状ポリマーの収率は、９８％であった。ポリマーの特性を、副生成物の生成量等と共に表１に示す。

［比較例１］
仕込み工程で、合計ＮａＯＨ／有効Ｓを１．０２（モル／モル）とし、後段重合では水及びＮａＯＨを圧入しなかった〔合計ＮａＯＨ／有効Ｓ＝１．０２（モル／モル）を維持した〕こと以外は、実施例１と同様にして重合反応、後処理、及び乾燥を行った。
前段重合でのｐＤＣＢの転化率は、８４％であった。こうして得られた微粉状ポリマーの収率は、９８％であった。ポリマーの特性を、副生成物の生成量等と共に表１に示す。

［実施例３］
仕込み工程後のＮＭＰ／有効Ｓ＝２１６（ｇ／モル）、ｐＤＣＢ／有効Ｓ＝１．００（モル／モル）、缶内の合計水量／ＮＭＰ＝１．８（モル／ｋｇ）に調整した以外は、実施例１と同様に行い、仕込み混合物を撹拌しながら、温度２００℃から２３０℃まで３時間かけて連続的に昇温した（前段重合工程）。ｐ−ＤＣＢの転化率は６５％であった。その後、水とＮａＯＨを圧入し〔缶内の合計水量／ＮＭＰ＝２．２５（モル／ｋｇ）、合計ＮａＯＨ／有効Ｓ＝１．００（モル／モル）〕、２３０℃で３時間重合反応させたのち温度２５０℃に昇温して、均一液相で１時間重合反応させた（後段重合工程）以外は実施例１と同様に行った。
ポリマーの特性を、副生成物の生成量等と共に表１に示す。

［比較例２］
仕込み工程で、合計ＮａＯＨ／有効Ｓを１．００（モル／モル）とし、後段重合ではＮａＯＨを圧入しなかった〔合計ＮａＯＨ／有効Ｓ＝１．００（モル／モル）を維持した〕こと、及び、前段重合では温度２００℃から２３０℃まで３時間かけて連続的に昇温し、後段重合では水及びＮａＯＨを圧入せず〔合計ＮａＯＨ／有効Ｓ＝１．００（モル／モル）を維持した〕２５０℃まで３時間かけて連続的に昇温し、更に２５０℃で１時間保持して重合させた（後段重合工程）以外は、実施例３と同様にして重合反応、後処理、及び乾燥を行った。ポリマーの特性を、副生成物の生成量等と共に表１に示す。

表１から分かる通り、実施例１及び２のＰＡＳ製造方法によれば、得られたＰＡＳの溶融粘度が高く、副生成物であるフェノール及びＣＰＭＡＢＡの生成量が、それぞれ１７４０ｐｐｍ又は１９００ｐｐｍ、及び、１２５００ｐｐｍ又は１４５００ｐｐｍであった。即ち、実施例１及び２で具体化した本発明のＰＡＳの製造方法によれば、煩雑な工程を含むことなく高純度で高分子量であるＰＡＳが得られた。

これに対し、比較例１によれば、得られたＰＡＳの溶融粘度は実施例１及び２に比べ小さく、また窒素量、フェノール量、及びＣＰＭＡＢＡ量が大きいことから、高分子量で高純度なＰＡＳは得られないことが分かった。即ち、比較例１の製造方法では副反応が起こりやすく、比較的低純度かつ低分子量であるＰＡＳが得られることが分かった。

同様に、実施例３のＰＡＳ製造方法によれば、得られたＰＡＳの溶融粘度が高く、副生成物であるフェノールの生成量が少ないことが分かった。

本発明に係るＰＡＳの製造方法は、エンジニアリングプラスチックとして、電気・電子機器及び自動車機器等の広範な分野に用いられるＰＡＳの好適な製造方法として用いることができる。

Claims (4)

1. 有機アミド溶媒中で硫黄源とジハロ芳香族化合物とを重合させるポリアリーレンスルフィドの製造方法において、
   有機アミド溶媒、硫黄源、ジハロ芳香族化合物、及び硫黄源に対し等モル未満のアルカリ金属水酸化物を含有する混合物を調製する仕込工程と、
   混合物を加熱して重合反応を開始させ、ジハロ芳香族化合物の転化率が５０％以上のプレポリマーを生成させる前段重合工程と、
   硫黄源１モル当たりアルカリ金属水酸化物が１．００〜１．１０モルになるようにアルカリ金属水酸化物を添加して、重合反応を均一液相状態で継続する後段重合工程と、
   を含み、
   前記後段重合において、有機アミド溶媒１ｋｇ当たり水分量が０．０１〜３．７モルの範囲である、ポリアリーレンスルフィドの製造方法。
2. 仕込工程において、硫黄源１モル当たり０．５〜０．９９モルのアルカリ金属水酸化物を含有する混合物を調製する請求項１に記載の製造方法。
3. 前段重合工程において、ジハロ芳香族化合物の転化率が５０〜９８％のプレポリマーを生成させる請求項１又は２に記載の製造方法。
4. ポリアリーレンスルフィドを篩分する篩分工程を含まない請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法。