СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИИМИДОВ Российский патент 1996 года по МПК C08G73/10 

Описание патента на изобретение RU2070210C1

Изобретение относится к химии высокотермостойких полимеров полиимидов, применяющихся в различных областях техники.

Известен способ получения полиимидов сплавлением диаминов с тетракарбоновыми кислотами (1) Поликонденсацию проводят при ступенчатом нагреве смеси при 110-140oС и 250-300oС в течение нескольких часов. В качестве мономеров могут использоваться также диалкиловые эфиры тетракарбоновых кислот. Этот способ имеет ограниченное применение из-за его высокой энергоемкости и применимости только для синтеза алифатических полиимидов.

Известен также двухстадийный метод получения полиимидов из тетракарбоновых кислот и диаминов (2). Согласно этому способу, на первой стадии поликонденсацией в растворе амидных растворителей диамина с тетракарбоновой кислотой в присутствии конденсирующего агента - трифенилфосфата получают полиамидокислоту. Затем полиамидокислоту выделяют из раствора и термически циклизуют при 350oС. Недостатками этого метода являются большие количества амидных растворителей, необходимость высаживания полимера или удаление растворителя, прогрев при высокой температуре для получения конечного полиимида.

Наиболее близким к заявляемому по техническому решению является способ получения полиимидов на основе 1,2,3,4-бутантетракарбоновой кислоты и ароматического диамина одностадийной поликонденсацией в растворе в присутствии в качестве катализатора сильных неорганических или органических кислот (3). Полиимиды синтезируют нагреванием эквимольных количеств 1,2,3,4-бутантетракарбоновой кислоты и диамина в растворе при 180-190oС в течение 30 часов в присутствии 0,1-1,0% (к весу полимера) кислоты. В качестве катализаторов используют серную, азотную, соляную, n-толуолсульфокислоту, фталевую кислоты. В качестве растворителей N-метилпирролидон, смесь N-метилпирролидона с ксилолом, м-крезол. После поликонденсации полимер высаживают в метанол. Способ по прототипу имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, выделение конечного полимера требует большого количества растворителя, регенерация которого практически невозможна. Кроме того, полимер удерживает значительное количество растворителя, который трудно удаляется при дальнейшей обработке полимера. Во-вторых, поликонденсация проводится при температурах, близких к температурам кипения растворителей, т.е. в условиях повышенной концентрации их паров. Для поликонденсации используются высокотоксичные растворители, что делает процесс экологически вредным. Применение сильных кислот увеличивает требования к коррозионной стойкости оборудования.

С целью исключения токсичных растворителей из технологического процесса получения полиимидов, улучшения экологичности процесса предлагается способ получения полиимидов высокотемпературной одностадийной поликонденсацией тетракарбоновой кислоты или ее производного диэфира, тетраэфира, диамида с диамином.

Поставленная цель достигается тем, что процесс проводят путем нагревания реагентов в среде расплава ароматических карбоновых кислот или смесей кислот при температурах 100-180oС. После окончания поликонденсации кислоту (или смеси кислот), используемую в качестве среды, удаляют экстракцией.

Заявляемый способ отличается от прототипа тем, что процесс протекает в отсутствии токсичных органических растворителей. Тем самым из технологического цикла исключается стадия высаживания полимера из раствора. Поликонденсацию проводят в среде ароматических карбоновых кислот или смесей кислот, плавящихся в интервале температур 90-190oС. Кислоты легко отмываются органическими растворителями (ацетон, этанол), а также горячей водой. Возможна регенерация и повторное использование как кислот, так и растворителей, применяемых для их отмывки; т.е. процесс может быть оформлен в виде безотходной технологии. В качестве среды для проведения поликонденсации используют бензойную, о-хлорбензойную, м-нитробензойную, о-бензоилбензойную, о-метоксибензойную, 1-нафтойную, салициловую кислоты или их смеси. Смеси кислот позволяют снизить температуры плавления и проводить поликонденсацию при более низких температурах. Кислоты образуют между собой эвтектические смеси, поэтому температуры плавления смесей лежат ниже температуры плавления низкоплавкого компонента в широком интервале составов. Количество кислоты в реакционной смеси может варьироваться от 0,2 до 10 весовых частей на 1 весовую часть полимера.

Для синтеза полиимидов из тетракарбоновых кислот и ароматических диаминов в качестве катализаторов используются сильные неорганические и органические кислоты. Количество катализатора не превышает 1% к весу полимера. В то же время карбоновые кислоты, используемые в качестве среды при высоких температурах, могут вступать в реакцию с диаминами. При достаточно высоких концентрациях катализатора можно ожидать нарушения стехиометрии, что должно приводить к уменьшению молекулярной массы образующегося полиимида. В заявляемом способе количество кислоты значительно превышает каталитические. Тем не менее полиимиды, получаемые из тетракарбоновых кислот, их диэфиров, тетраэфиров и диамидов с помощью заявляемого способа имеют высокие молекулярные массы и количественные выходы. Таким образом, несмотря на то, что известно каталитическое действие карбоновых кислот при синтезе полиимидов, в заявляемом решении ароматические карбоновые кислоты используют в новом качестве среды поликонденсации.

Пример 1 (по прототипу). В четырехгорлую колбу, снабженную мешалкой и отводной трубкой для инертного газа, загружают 1,08 г м-фенилендиамина, 5,57 г 2,2-бис(3,4-дикарбоксифеноксифенил)пропана, 20 мл N-метилпирролидона, 5 мл ксилола и 0,2 мл концентрированной азотной кислоты. Смесь перемешивают в токе аргона 25 часов при 180-190oС. Полученный раствор разбавляют 30 мл ксилола и выливают в большой избыток метанола. Полимер отфильтровывают и сушат в вакууме. Выход полиимида 85% логарифмическая вязкость при 25oС (ηlog) 0,28 дл/г (0,5 г полимера в 100 мл N-метилпирролидона).

Пример 2. В четырехгорлую колбу, снабженную мешалкой и отводной трубкой для инертного газа, загружают 1,08 г м-фенилендиамина, 5,57 г 2,2-бис(3,4-дикарбоксифеноксифенил)пропана, 20 г бензойной кислоты. Смесь нагревают при перемешивании 1 час при 135oС. Затем реакционную смесь экстрагируют в аппарате Сокслета ацетоном. Выход полиимида количественный, ηlog 0,70 дл/г (0,5 г полимера в 100 мл N-метилпирролидона). Строение полиимида подтверждается данными ИК-спектроскопии.

Пример 3. В условиях, описанных в примере 2, получают полиимид из м-фенилендиамина и диэтилового эфира 2,2-бис(3,4-дикарбоксиноксифенил)пропана в среде смеси бензойной и о-хлорбензойной кислот (3:1 по весу, температура плавления 93oС) при 100oС в течение 1 часа. Выход полиимида количественный, ηlog 0,55 дл/г (0,5 г полимера в 100 мл N-метилпирролидона).

Пример 4. В условиях, описанных в примере 2, получают полиимид из м-фенилендиамина и 2,2-бис(3,4-дикарбоксифеноксифенил)пропана в среде 1-нафтойной кислоты при 180oС в течение 1 часа. Выход полиимида количественный, ηlog 0,80 дл/г (0,5 г полимера в 100 мл N-метилпирролидона).

Пример 5. В условиях, описанных в примере 2, получают полиимид из м-фенилендиамина и диметилового эфира 2,2-бис(3,4-дикарбоксифеноксифенил)пропана в среде смеси бензойной и о-хлорбензойной кислот (1:1 по весу, температура плавления 90oС) при 95oС в течение 3 часов. Выход полиимида 80% ηlog 0,24 дл/г (0,5 г полимера в 100 мл N-метилпирролидона).

Пример 6.

В условиях, описанных в примере 2, получают полиимид из м-фенилендиамина и 2,2-бис(3,4-дикарбоксифеноксифенил)пропана в среде о-хлорбензойной кислоты при 190oС в течение 1 часа. Выход полиимида 85% ηlog 0,15 дл/г (0,5 г полимера в 100 мл N-метилпирролидона).

Пример 7. В условиях, описанных в примере 2, получают полиимид из м-фенилендиамина и N,N-диметилдиамида 2,2-бис(3,4-дикарбоксифеноксифенил)пропана в среде смеси бензойной и о-бензоилбензойной кислот (6:1 по весу, температура плавления 90oС) при 110oС в течение 1 часа. Выход полиимида количественный, ηlog 0,75 дл/г (0,5 г полимера в 100 мл N-метилпирролидона).

Пример 8. В условиях, описанных в примере 2, получают полиимид из 4,4'-диаминотрифениламина и 3,3',4,4'-дифенилоксидтетракарбоновой кислоты в среде смеси бензойной и о-хлорбензойной кислот (1:5 по весу, температура плавления 110oС при 120oС в течение 1 ч. Выход полиимида количественный, ηlog 1,35 дл/г (0,5 г полимера в 100 мл N-метилпирролидона).

Пример 9. В условиях, описанных в примере 2, получают полиимид из 4,4-диаминотрифениламина и тетраэтилового эфира 3,3',4,4'-дифенилоксидтетракарбоновой кислоты в среде салициловой кислоты при 165oС в течение 1 ч. Выход полиимида количественный, ηlog 1,25 дл/г (0,5 г полимера в 100 мл N-метилпирролидона).

Пример 10. В условиях, описанных в примере 2, получают полиимид из гексаметилендиамина и 3,3',4,4'-дифенилоксидтетракарбоновой кислоты в смеси бензойной и о-хлорбензойной кислот (5: 1 по весу, температура плавления 100oС) при 120oС в течение 1 часа. Выход полиимида количественный, ηlog 0,95 дл/г (0,5 г полимера в 100 мл конц. H2SO4).

Похожие патенты RU2070210C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИИМИДОВ 1992
  • Лавров Сергей Викторович
  • Берендяев Владимир Иванович
  • Кузнецов Александр Алексеевич
  • Котов Борис Валентинович
RU2092499C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИИМИДОВ 1990
  • Лавров С.В.
  • Кузнецов А.А.
  • Берендяев В.И.
  • Котов Б.В.
  • Котина Н.Б.
  • Якушкина В.В.
  • Цегельская А.Ю.
SU1809612A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИИМИДНЫХ ПРЕСС-ПОРОШКОВ С ВЫСОКОЙ СТЕПЕНЬЮ ИМИДИЗАЦИИ 2008
  • Астахов Павел Анатольевич
  • Кузнецов Александр Алексеевич
  • Семенова Галина Константиновна
  • Наркон Андрей Львович
  • Бондаревский Геннадий Семенович
  • Цегельская Анна Юрьевна
  • Свидченко Евгения Александровна
RU2397973C1
ПЛАСТМАССОВЫЙ СЦИНТИЛЛЯТОР 2000
  • Берендяев В.И.
  • Лунина Е.В.
  • Сурин Н.М.
  • Кузнецов А.А.
  • Котов Б.В.
  • Нурмухаметов Р.Н.
RU2169930C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ ПОЛИИМИДОВ 2022
  • Солдатова Анастасия Евгеньевна
  • Кузнецов Александр Алексеевич
  • Цегельская Анна Юрьевна
  • Куркин Тихон Сергеевич
  • Караханян Михаил Александрович
RU2793036C1
ОДНОСТАДИЙНЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОПОЛИИМИДОВ НА ОСНОВЕ АМИНОФЕНОКСИФТАЛЕВЫХ КИСЛОТ 2004
  • Кузнецов А.А.
  • Бузин П.В.
  • Яблокова М.Ю.
  • Абрамов И.Г.
  • Смирнов А.В.
RU2258713C1
РАСТВОРИМЫЕ ФОТОПРОВОДЯЩИЕ ПОЛИИМИДЫ 1996
  • Берендяев В.И.
  • Василенко Н.А.
  • Румянцев Б.М.
  • Беспалов Б.П.
  • Котов Б.В.
RU2124530C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРА ПОЛИАМИДОКИСЛОТЫ НА ОСНОВЕ 4,4'-ДИАМИНОТРИФЕНИЛАМИНА 2007
  • Вулах Евгений Львович
  • Кудрявцев Лев Вячеславович
RU2352595C2
Способ получения алкилароматических полиимидов 1979
  • Алексеева С.Г.
  • Виноградова С.В.
  • Выгодский Я.С.
  • Воробьев В.Д.
  • Кацарава Р.Д.
  • Кисунько Е.И.
  • Коршак В.В.
  • Слоним И.Я.
  • Татунина П.М.
  • Урман Я.Г.
SU790725A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИАЗОМЕТИНОВ 1996
  • Берендяев В.И.
  • Лунина Е.В.
  • Василенко Н.А.
  • Котов Б.В.
RU2128673C1

Реферат патента 1996 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИИМИДОВ

Использование: изобретение относится к химии высокотермостойких полимеров-полиимидов, применяемых в различных областях техники. Сущность: предложенный способ получения полиимидов предусматривает поликонденсацию диамина и тетракарбоновой кислоты или ее производного - диэфира, тетраэфира, диамида при 100-180oС в среде ароматической карбоновой кислоты или их смесей.

Формула изобретения RU 2 070 210 C1

Способ получения полиимидов путем одностадийной высокотемпературной поликонденсации диамина и тетракарбоновой кислоты или ее производного, отличающийся тем, что поликонденсацию проводят в среде ароматической карбоновой кислоты или их смесей при 100-180oC.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1996 года RU2070210C1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
УСТРОЙСТВО НАВЕДЕНИЯ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ СТВОЛЬНЫХ СИСТЕМ 2019
  • Денисов Виталий Анатольевич
RU2710853C1
Прибор для периодического прерывания электрической цепи в случае ее перегрузки 1921
  • Котомин А.А.
  • Пашкевич П.М.
  • Пелуд А.М.
  • Шаповалов В.Г.
SU260A1
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Способ получения полиамидокислот и каталитическая композиция для получения полиамидокислот 1979
  • Котон Михаил Михайлович
  • Глухов Николай Александрович
  • Носова Галина Ивановна
  • Лайус Людвиг Августович
  • Сазанов Юрий Николаевич
SU920057A1
Топка с несколькими решетками для твердого топлива 1918
  • Арбатский И.В.
SU8A1
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
Патент США N 4362863, кл
Топка с несколькими решетками для твердого топлива 1918
  • Арбатский И.В.
SU8A1

RU 2 070 210 C1

Авторы

Лавров Сергей Викторович

Берендяев Владимир Иванович

Кузнецов Александр Алексеевич

Котов Борис Валентинович

Даты

1996-12-10Публикация

1992-01-15Подача