阅读说明：本技术 一种聚苯醚及其合成方法 (Polyphenyl ether and synthesis method thereof ) 是由 李伟浩 钟本镔 麦裕良 许可 洪仰婉 王飞 于 2020-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种聚苯醚及其合成方法。这种聚苯醚的合成方法包括以下步骤：1)将一元酚、二元酚、四齿席夫碱金属配合物、有机碱、相转移催化剂在聚苯醚的良溶剂中混合,加入过氧化氢溶液,进行氧化共聚反应,得到氧化共聚反应产物溶液；2)用无机酸溶液萃取氧化共聚反应产物溶液,将所得的轻相产物提纯。本发明的合成方法能够有效使一元酚与二元酚发生氧化共聚反应,所得聚苯醚产品具有较低的数均分子量,且羟基官能度高,金属残留量低,可用于制造覆铜板。(The invention discloses polyphenyl ether and a synthesis method thereof. The synthesis method of the polyphenylene ether comprises the following steps: 1) mixing monohydric phenol, dihydric phenol, a tetradentate Schiff base metal complex, organic base and a phase transfer catalyst in a good solvent of polyphenyl ether, adding a hydrogen peroxide solution, and carrying out an oxidative copolymerization reaction to obtain an oxidative copolymerization reaction product solution; 2) extracting the oxidation copolymerization reaction product solution by using an inorganic acid solution, and purifying the obtained light-phase product. The synthesis method can effectively enable monohydric phenol and dihydric phenol to generate oxidation copolymerization reaction, and the obtained polyphenyl ether product has lower number average molecular weight, high hydroxyl functionality and low metal residue and can be used for manufacturing copper clad laminates.)

一种聚苯醚及其合成方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种聚苯醚及其合成方法。

背景技术

聚苯醚树脂是世界五大通用工程塑料之一，具有良好的耐热性、阻燃性、低吸湿性和尺寸稳定性。同时，聚苯醚分子结构为芳环高刚性骨架链，且无强极性基团，不产生偶极分极，因此介电性能优良，尤其在较宽的频率和温度范围内保持着良好的介电性能。而经改性获得的具有双羟基官能度的低分子量聚苯醚除了保持聚苯醚原有的优良性能外，还具有黏度低、流动性好、反应活性高，与其它树脂相容性好等优点，在玻璃化温度时仍保持良好的热性能，可用作高频高速覆铜板的基体树脂或其他高分子材料的添加组分。

传统的聚苯醚树脂生产方法是在铜-有机胺络合物的催化下，通入氧气将酚类单体氧化偶联聚合，随后加入氨三乙酸钠盐、乙二胺四乙酸钠盐等螯合剂将催化剂萃取出来，有机相加入甲醇沉析或经脱挥得到聚苯醚固体。这类氧化偶合反应一般是在通氧的条件下进行的，基于安全因素，需要严格控制反应釜的氧气浓度，对于反应釜的构造、氧气流量的控制也有严格的要求，一般需要配备复杂的安全联锁控制系统。双氧水是常用的绿色氧化剂，利用双氧水替代氧气用于聚苯醚的合成是该领域的研究热点之一。现有技术公开了在1,4-二氧六环和水的混合溶剂中，使用氯化亚铜-吡啶配合物催化剂，通过滴加双氧水将2,6-二甲基苯酚氧化聚合形成聚苯醚的技术方案。诸如此类，大多数研究主要还是停留在单官能度的常规聚苯醚的合成上，未涉及不同酚类的共聚反应，且溶剂多使用2,6-二氧六环，属于均相反应，在反应结束后只用甲醇沉析洗涤，金属催化剂难以去除，不适用于工业生产。

发明内容

为了克服上述聚苯醚合成方法中存在的不足，本发明的目的在于提供一种低分子量的聚苯醚及其合成方法，该方法可以解决一元酚与多元酚在双氧水氧化体系下的氧化共聚问题，同时解决金属催化剂的去除问题。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明第一方面提供了一种聚苯醚的合成方法。

一种聚苯醚的合成方法，包括以下步骤：

1)将一元酚、二元酚、四齿席夫碱金属配合物、有机碱、相转移催化剂在聚苯醚的良溶剂中混合，加入过氧化氢溶液，进行氧化共聚反应，得到氧化共聚反应产物溶液；

2)用无机酸溶液萃取步骤1)得到的氧化共聚反应产物溶液，将所得的轻相产物提纯，得到所述的聚苯醚。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤1)具体是：将一元酚、二元酚溶于聚苯醚的良溶剂中，再与四齿席夫碱金属配合物、有机碱、相转移催化剂混合，加入过氧化氢溶液，进行氧化共聚反应。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤1)中，一元酚为2,6-二甲基苯酚。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤1)中，二元酚的结构如式(Ⅰ)所示：

式(Ⅰ)中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆分别独立表示氢原子、烷基、烯基、苯基、卤素或卤代烷基。

进一步优选的，式(Ⅰ)中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆分别独立表示氢原子、甲基、乙基、乙烯基、丙烯基、苯基或卤素。

再进一步优选的，二元酚选自双酚A、四甲基双酚A中的至少一种。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤1)中，有机碱选自仲一元胺、叔一元胺、氮杂环化合物中的至少一种；进一步优选的，有机碱选自甲基乙基胺、甲基丙基胺、甲基正丁基胺、二乙基胺、乙基异丙基胺、二正丁基胺、三甲基胺、三乙基胺、三正丙基胺、三异丙基胺、三正丁基胺、二甲基正丙基胺、二甲基正丁基胺、二乙基甲基胺、二乙基异丙基胺、N,N’-二甲基环己胺、N-甲基吡咯烷、N-甲基哌啶、吡啶、2-甲基吡啶、4-甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶中的至少一种。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤1)中，相转移催化剂为季铵盐；进一步优选的，相转移催化剂选自苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、双十二烷基二甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵中的至少一种。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤1)中，聚苯醚的良溶剂选自C6～C18的芳香烃；进一步优选的，聚苯醚的良溶剂选自甲苯、二甲苯、乙苯中的至少一种。在本发明一些优选的

具体实施方式

中，聚苯醚的良溶剂为甲苯。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤1)中，过氧化氢溶液的浓度为5％～50％；进一步优选的，过氧化氢溶液的浓度为30％～50％。过氧化氢溶液的浓度是指H₂O₂在水溶液中的浓度。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤1)中，四齿席夫碱金属配合物的结构如式(Ⅱ)所示：

式(Ⅱ)中，R₇、R₈、R₉、R₁₀分别独立表示氢原子、烷基、烷氧基、卤素或卤代烷基；

M为铁、锰或铜；

X为卤素、NO₃ ^-或BF₄ ^-；

z为0或1；

Y选自以下的结构：

其中，Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、Q₅、Q₆分别独立表示氢原子、烷基、烷氧基、卤素或卤代烷基。

进一步优选的，式(Ⅱ)中，R₇、R₈、R₉、R₁₀分别独立表示氢原子、甲基或乙基；M为铁、锰或铜；X为卤素；z为0或1；Y选自以下的结构：

其中，Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、Q₅、Q₆分别独立表示氢原子、甲基或乙基。

再进一步优选的，四齿席夫碱金属配合物选自双水杨醛缩乙二胺铁(Ⅱ)、双水杨醛缩乙二胺铜(Ⅱ)、双水杨醛缩乙二胺锰(Ⅱ)中的至少一种；

其中，双水杨醛缩乙二胺铁(Ⅱ)的结构式为

双水杨醛缩乙二胺铜(Ⅱ)的结构式为

双水杨醛缩乙二胺锰(Ⅱ)的结构式为

本发明人经过大量试验研究发现，选用四齿席夫碱金属配合物作为合成聚苯醚的催化剂，这种催化剂在过氧化氢体系中具有较高的催化活性。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤1)中，一元酚与二元酚的质量比为(2～30)：1；进一步优选的，一元酚与二元酚的质量比为(3～15)：1。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤1)中，四齿席夫碱金属配合物与一元酚的质量比为(0.001～0.1)：1；进一步优选的，四齿席夫碱金属配合物与一元酚的质量比为(0.005～0.05)：1；再进一步优选的，四齿席夫碱金属配合物与一元酚的质量比为(0.01～0.02)：1。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤1)中，有机碱与一元酚的质量比为(0.05～0.5)：1；进一步优选的，有机碱与一元酚的质量比为(0.2～0.3)：1。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤1)中，相转移催化剂与一元酚的质量比为(0.0001～0.001)：1；进一步优选的，相转移催化剂与一元酚的质量比为(0.0004～0.0007)：1。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤1)中，一元酚和二元酚的总质量与聚苯醚的良溶剂的质量比为(0.04～0.4)：1；进一步优选的，一元酚和二元酚的总质量与聚苯醚的良溶剂的质量比为(0.1～0.3)：1；再进一步优选的，一元酚和二元酚的总质量与聚苯醚的良溶剂的质量比为(0.2～0.3)：1。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤1)中，过氧化氢溶液中的过氧化氢与一元酚的质量比为(0.1～1)：1；进一步优选的，过氧化氢溶液中的过氧化氢与一元酚的质量比为(0.3～0.7)：1。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤1)中，过氧化氢溶液的加入方式为滴加。具体的，过氧化氢溶液的滴加时间优选为1h～10h，进一步优选为2h～4h。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤1)中，氧化共聚反应的温度为10℃～100℃；进一步优选的，氧化共聚反应的温度为30℃～60℃。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤1)中，氧化共聚反应的时间为2h～12h；进一步优选的，氧化共聚反应的时间为3h～8h。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤2)中，无机酸溶液选自HCl、H₂SO₄、HNO₃的水溶液的至少一种。即无机酸溶液选自盐酸、硝酸、硫酸中的至少一种。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤2)中，无机酸溶液的浓度为0.1mol/L～1mol/L；进一步优选的，无机酸溶液的浓度为0.3mol/L～0.7mol/L。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤2)中，无机酸溶液与氧化共聚反应产物溶液的质量比为(0.01～0.1)：1；进一步优选的，无机酸溶液与氧化共聚反应产物溶液的质量比为(0.01～0.05)：1。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤2)中，萃取的温度为30℃～90℃；进一步优选的，萃取的温度为60℃～90℃。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤2)中，萃取的时间为30min～240min；进一步优选的，萃取的时间为90min～150min。

这种聚苯醚的合成方法所述步骤2)中，萃取是进行液液相分离。优选的，液液相分离的方式选自离心分离、沉降分离中的至少一种。通过萃取分离后，可以得到轻相和重相产物。

优选的，这种聚苯醚的合成方法所述步骤2)中，提纯的步骤具体是：将轻相产物加入到聚苯醚的不良溶剂中沉淀析出，分离，洗涤，干燥。其中，聚苯醚的不良溶剂优选为C1-C10的烷基醇，进一步优选为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇。

优选的，这种聚苯醚的合成方法中，所述聚苯醚的结构如式(Ⅲ)所示：

式(Ⅲ)中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆分别独立表示氢原子、烷基、烯基、苯基、卤素或卤代烷基；m为0～50的整数；n为0～50的整数。

优选的，式(Ⅲ)中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆分别独立表示氢原子、甲基、乙基、乙烯基、丙烯基、苯基或卤素。

优选的，式(Ⅲ)中，m与n之和为0～50的整数；进一步优选的，式(Ⅲ)中，m与n之和为1～30的整数。

本发明第二方面提供了一种聚苯醚，所述聚苯醚是由上述的合成方法制得。

优选的，这种聚苯醚的数均分子量为800～8000，是一种低分子量的聚苯醚。进一步优选的，这种聚苯醚的数均分子量为1000～3000。

优选的，这种聚苯醚的端羟基官能度为1.8～2；进一步优选的，聚苯醚的端羟基官能度为1.89～2；再进一步优选的，聚苯醚的端羟基官能度为1.89～1.93。

优选的，这种聚苯醚的金属残留量≤10ppm；进一步优选的，这种聚苯醚的金属残留量≤8ppm。

本发明第三方面提供了上述聚苯醚的应用。

上述聚苯醚在制备覆铜板中的应用。

优选的，应用中所述的覆铜板为高耐热低介电型的覆铜板。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种低分子量聚苯醚的合成方法，该方法使用四齿席夫碱金属配合物作为催化剂，通过加入有机碱和相转移催化剂，使得一元酚和二元酚在过氧化氢氧化体系下进行氧化共聚反应，避免了传统工艺中使用氧气带来的安全性问题。通过使用无机酸溶液对共聚反应产物溶液中的金属催化剂进行萃取，大大降低了最终产品的金属残留量。

本发明聚苯醚的合成方法适用于工业生产，所制成的聚苯醚具有较低的数均分子量，且羟基官能度高，金属残留量低，可用作其它热塑性塑料、热塑性弹性体和热固性材料的添加剂和共聚嵌段，改善材料的热性能、机械性能、抗化学性能和介电性能等，尤其适用于制备高耐热低介电型的覆铜板。

附图说明

图1为实施例1制得聚苯醚的红外光谱图；

图2为实施例1制得聚苯醚的核磁共振H谱图；

图3为实施例2制得聚苯醚的核磁共振H谱图。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例和对比例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有技术方法得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。

以下实施例中所采用的双水杨醛缩乙二胺铁(Ⅱ)和双水杨醛缩乙二胺铜(Ⅱ)由市售购买。

双水杨醛缩乙二胺锰(Ⅱ)是通过以下步骤的制备方法合成制得：

1)在圆底烧瓶中加入23g水杨醛和280g乙醇，缓慢滴加80g质量浓度为7wt％的乙二胺乙醇溶液，80℃搅拌回流反应1h，冷却至室温，将析出的亮黄色固体抽滤，用无水乙醇将产品洗涤3次，真空干燥得到双水杨醛缩乙二胺晶体。

2)往圆底烧瓶中加入20g双水杨醛缩乙二胺、11g硫酸锰和400g甲醇，80℃搅拌回流反应3h，冷却至室温，将析出的固体用甲醇洗涤3次，真空干燥，得到双水杨醛缩乙二胺锰(Ⅱ)深棕色粉末。

实施例1

本例聚苯醚的合成方法，包括以下步骤：

1)在带有冷凝回流装置的反应釜中加入230g 2,6-二甲基苯酚、50g四甲基双酚A和970g甲苯，搅拌至单体全部溶解后，加入2.75g双水杨醛缩乙二胺铁(Ⅱ)、57g N,N’-二甲基环己胺和0.12g苄基三乙基氯化铵，搅拌均匀，在40℃下，3h内匀速滴加45％过氧化氢溶液共200g，然后继续反应3h。

2)往共聚反应产物溶液加入51g 0.5mol/L的盐酸中，65℃反应120min后静置过夜，取轻相加入10100g甲醇里沉淀析出，过滤，用甲醇洗涤2次，100℃真空干燥，得到本例的聚苯醚。

实施例2

本例聚苯醚的合成方法，包括以下步骤：

1)在带有冷凝回流装置的反应釜中加入230g 2,6-二甲基苯酚、40g双酚A和1070g甲苯，搅拌至单体全部溶解后，加入3.45g双水杨醛缩乙二胺铜(Ⅱ)、17g二正丁基胺、31gN,N’-二甲基环己胺和0.15g十二烷基三甲基氯化铵，搅拌均匀，在45℃下，3h内匀速滴加30％过氧化氢溶液共300g，然后继续反应4h。

2)往共聚反应产物溶液加入32g 0.5mol/L的硫酸中，65℃反应120min后静置过夜，取轻相加入11100g甲醇里沉淀析出，过滤，用甲醇洗涤2次，100℃真空干燥，得到本例的聚苯醚。

实施例3

本例聚苯醚的合成方法，包括以下步骤：

1)在带有冷凝回流装置的反应釜中加入230g 2,6-二甲基苯酚、70g四甲基双酚A和1170g甲苯，搅拌至单体全部溶解后，加入3.45g双水杨醛缩乙二胺铜(Ⅱ)、57g N,N’-二甲基环己胺和0.12g三辛基甲基氯化铵，搅拌均匀，在40℃下，4h内匀速滴加30％过氧化氢溶液共280g，然后继续反应4h。

2)往共聚反应产物溶液加入60g 0.5mol/L的盐酸中，70℃反应100min后静置过夜，取轻相加入12100g甲醇里沉淀析出，过滤，用甲醇洗涤2次，100℃真空干燥，得到本例的聚苯醚。

实施例4

本例聚苯醚的合成方法，包括以下步骤：

1)在带有冷凝回流装置的反应釜中加入230g 2,6-二甲基苯酚、30g四甲基双酚A和970g甲苯，搅拌至单体全部溶解后，加入2.75g双水杨醛缩乙二胺锰(Ⅱ)、45g 2-甲基吡啶和0.12g三辛基甲基氯化铵，搅拌均匀，在40℃下，2.5h内匀速滴加45％过氧化氢溶液共220g，然后继续反应4h。

2)往共聚反应产物溶液加入48g 0.5mol/L的硝酸中，70℃反应100min后静置过夜，取轻相加入10100g甲醇里沉淀析出，过滤，用甲醇洗涤2次，100℃真空干燥，得到本例的聚苯醚。

实施例5

本例聚苯醚的合成方法，包括以下步骤：

1)在带有冷凝回流装置的反应釜中加入230g 2,6-二甲基苯酚、18g双酚A和1030g甲苯，搅拌至单体全部溶解后，加入2.75g双水杨醛缩乙二胺铁(Ⅱ)、57g N,N’-二甲基环己胺和0.12g三辛基甲基氯化铵，搅拌均匀，在40℃下，2h内匀速滴加45％过氧化氢溶液共260g，然后继续反应3h。

2)往共聚反应产物溶液加入32g 0.5mol/L的硫酸中，60℃反应150min后静置过夜，取轻相加入10700g甲醇里沉淀析出，过滤，用甲醇洗涤2次，100℃真空干燥，得到本例的聚苯醚。

对比例1

本例聚苯醚的合成方法，包括以下步骤：

1)在带有冷凝回流装置的反应釜中加入230g 2,6-二甲基苯酚、50g四甲基双酚A和970g甲苯，搅拌至单体全部溶解后，加入2.75g双水杨醛缩乙二胺铁(Ⅱ)、57g N,N’-二甲基环己胺和0.12g苄基三乙基氯化铵，搅拌均匀，在40℃下，3h内匀速滴加45％过氧化氢溶液共200g，然后继续反应3h。

2)将共聚反应产物溶液静置过夜，取轻相加入10100g甲醇里沉淀析出，过滤，用甲醇洗涤2次，100℃真空干燥，得到本例的聚苯醚。

附图1所示为实施例1制得聚苯醚的红外光谱图。图1中，1306cm^-1，1188cm^-1，1020cm^-1为苯环C-O的振动特征吸收峰；1604cm^-1和1471cm^-1为苯环骨架C＝C的伸缩振动特征吸收峰；2953cm^-1，2856cm^-1是苯环上甲基C-H的伸缩振动特征吸收峰；1380cm^-1为苯环上甲基C-H弯曲振动特征吸收峰，857cm^-1为苯环上C-H弯曲振动特征吸收峰。图1的红外谱图与聚苯醚标准红外谱图相符，表明本发明方法能够有效制备聚苯醚产品。

附图2所示为实施例1制得聚苯醚的核磁共振H谱图。图2中，6.97ppm处1号峰为四甲基双酚A基团上苯环上的质子峰，6.47ppm处2号峰为聚苯醚重复单元中苯环上的质子峰，2.09ppm处3号峰为重复单元中苯环上甲基的质子峰，1.70ppm处4号峰为四甲基双酚A单元上异亚丙基上的质子峰。从核磁结果可以看出，通过本发明方法可以有效地实现一元酚和二元酚的氧化共聚。

附图3所示为实施例2制得聚苯醚的核磁共振H谱图。图3中，6.91ppm处1号峰为双酚A基团上苯环上的质子峰，6.47ppm处2号峰为聚苯醚重复单元中苯环上的质子峰，2.09ppm处3号峰为重复单元中苯环上甲基的质子峰，1.65ppm处4号峰为双酚A单元上异亚丙基上的质子峰。从核磁结果可以看出，对于双酚A这种羟基邻位没有取代基的、反应活性较低的二元酚单体，通过本发明方法也可以有效地实现其与一元酚的氧化共聚。

表1所示为实施例1～5所得聚苯醚产品的性能测试结果。其中，数均分子量通过基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)测定；端羟基官能度通过核磁共振H谱(¹H NMR)测试和计算；金属含量由电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OS)对消解后的样品进行测定；产率通过下列公式计算：

上式中，γ为产率，％；m为最终得到聚苯醚产品的质量，g；m_α为一元酚的质量，g；m_b为二烯丙基二元酚的质量，g。

表1实施例1～5所得聚苯醚产品的性能测试结果

从测试结果来看，本发明所制备的聚苯醚产品具有较低的分子量，端羟基官能度大于1.8，产率大于90％，表明本发明方法能够有效使一元酚与二元酚发生氧化共聚反应。与实施例1相比，对比例1未使用无机酸溶液进行萃取反应，所得产品金属含量高达98ppm。而通过加入无机酸溶液进行萃取反应，最终得到低分子量聚苯醚产品的金属含量均小于10ppm。

本发明制备的聚苯醚产品具有较低的数均分子量，且羟基官能度高，金属残留量低，可用作其它热塑性塑料、热塑性弹性体和热固性材料的添加剂和共聚嵌段，改善材料的热性能、机械性能、抗化学性能和介电性能等。尤其适合作为覆铜板环氧基热固性材料设计的添加组分，可降低高频环境下板材的介电常数和损耗因子，同时提高其热稳定性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。