[发明专利]使用离子液体的合成方法

说明书

发明领域

本文的公开涉及在离子液体中使用亲核芳族取代反应制备聚合物。本公开涉及属于聚醚酮和聚醚砜类的聚合物的制备。更具体地本公开涉及使用离子液体作为介质用于聚醚酮，也称为聚醚醚酮(PEEK)通过溶液或者悬浮聚合的合成。

发明背景

聚醚醚酮(PEEK)至少可以从阿斯福工业化学品词典(Ashford’s Dictionary of Industrial Chemicals)，1994，Wavelength Productions Ltd，第733页得知。Victrex PLC是具有以下重复结构的聚醚醚酮聚合物的制造厂商。

用于由4，4′-二氟二苯甲酮制备PEEK的已知工业技术采用，例如，二苯砜溶剂中高至300℃的高温合成。

然而，因为溶剂在较低温度下的液态范围上的限制，在该反应中二苯砜作为溶剂的使用是有问题的。在室温下二苯砜的使用导致当出现产物分离时“太妃糖”或产物与溶剂的高粘度混合物的形成，因为在那些条件下溶剂为固体。二苯砜还是有毒的，并且它的使用具有环境上的问题。

用于PEEK工业生产的备选溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。Mitsui的EP1464662包括其中NMP是所使用的溶剂的公开。然而，也存在与该溶剂有关的问题，因为在用于反应所需的温度下它具有相当大的蒸气压。这意味着需要高压并且从而需要特殊的高压工艺设备。相对挥发性的溶剂的使用还意味着因为需要避免溶剂回流，可以引入反应的热受到限制。

如上面所示，PEEK的已知工业合成使用碳酸钾作为碱。这是因为相对应的碳酸钠在所使用的有机反应溶剂中不充分可溶。碳酸钾比相对应的钠盐更昂贵，并且因此将有益的是能够使用碳酸钠作为碱。在本领域中已知因为在传统的溶剂介质中碱的低溶解度，在PEEK的形成中所使用的碱的类型和粒子大小是非常重要的。例如WO2010046483讨论了因为潜在的产品污染，在合成中避免带有大粒子的碳酸钠的特殊需求。以离子液体溶剂的使用可避免该限制。

已知工业缩合聚合的另一个特征是与所制造的聚合物的纯度有关的问题。在上面PEEK合成的情况下，副产物氟化钾很大程度上不溶于所使用的溶剂体系中，并且因此当其形成时被包夹在PEEK聚合物基体中。随后非常难以去除被包夹的氟化钾，并且这给经由已知工业合成可获得的聚合物纯度设置了限制。

上面讨论的氢醌与4，4′-二氟二苯甲酮(亲核芳族取代反应)的反应提供作为部分结晶的热塑性聚合物的PEEK。该聚合物的特征在于其出色的化学和热耐受性。已知该聚合物的电绝缘性类似于氟聚合物的电绝缘性。PEEK的使用包括电缆绝缘和塑料机械部件。应用于PEEK的已知处理方法为在传统设备上的挤出和注塑。

本领域中已知的一种聚醚砜聚合物合成为二元酚与双(4-氯苯基)砜的反应，通过氯化钠的消除而形成聚醚：

nHOC₆H₄OH+n(ClC₆H₄)₂SO₂+nNa₂CO₃→[OC₆H₄SO₂C₆H₄]_n+2nNaCl+nH₂O+nCO₂

二元酚典型地为双酚A或者，如上所示，氢醌。聚醚砜类是拥有出色热稳定性和机械强度的工程塑料。在工程热塑塑料(Engineering Thermoplastics)(ISBN 0-8247-7294-6)Margolis J.M.Ed.Rigby R.B.，第9章235中讨论了被称为PES的特定聚醚砜的结构和性质。