一种微米级、低灰分砜类聚合物的制备方法及其所得产品

技术领域

本发明属于聚合物制备技术领域，尤其涉及一种微米级、低灰分砜类聚合物的制备方法及其所得产品。

背景技术

砜类树脂是一种综合性能优异的高分子材料，具有良好的耐热性、抗蠕变性、尺寸稳定性、耐化学药品性、无毒、阻燃性等，因此在许多领域得到应用。而砜类树脂通常是在溶液中采用缩合聚合的工艺进行制备的。采用这种方式制备得到的聚合液是含有聚合物、溶剂以及盐类的混合物。反应完成后需要进一步将溶剂和盐类进行分离。

现有技术中通常采用的方法是在反应完的聚合产物至于不良溶剂中，聚合物以固体状态析出，然后将固体聚合物进行粉碎、洗涤，得到聚合物。如专利CN109679100A中聚合反应完成后，将聚合产物在冷水中出料，然后依次粉碎切割、醇类溶剂进行除盐洗涤、水洗和真空干燥，得到聚苯砜树脂。但是这种方法不仅需要耗费大量的水，而且在不良溶剂中析出后，得到的是大块状的固体，粉碎难度大，且粒度不均匀，同时部分盐类等仍然被包裹在聚合物内，难以去除，使制备得到的产品纯度低。

发明内容

本发明提供了一种微米级、低灰分砜类聚合物的制备方法及其所得产品，本发明提供的方法，工艺简单，制备得到的产品纯度高、颗粒均匀。

为了达到上述目的，本发明提供了一种微米级、低灰分砜类聚合物的制备方法，包括如下步骤：

1)聚合反应结束后，终止聚合反应，降温至0～30℃，将聚合液离心，得到上层料液和盐类沉淀；

2)将得到的上层料液在0～30℃下静置0.5～4.5h，砜类聚合物结晶析出，形成渣液；

3)在搅拌状态下向渣液中加入水进行析晶、过滤，得到微米级砜类聚合物颗粒。

优选的，步骤1)中终止聚合反应采用的方式为：加入与聚合反应相同的溶剂，并同时对反应釜外部进行降温。

优选的，步骤1)中终止聚合反应采用的方式为：加入与聚合反应相同的溶剂以及氯甲烷。

优选的，加入与聚合反应相同的溶剂后，按重量百分比计，反应原料中的固体原料≤总物料的20％。

优选的，步骤1)中降温的方式为采用冷凝液对反应釜外部进行降温，降温速率为1-40℃/min。

优选的，步骤1)中离心的转速为1500～3000r/min，时间为5～20min。

优选的，步骤3)中水的加入量为渣液质量的2～300％。

优选的，步骤3)中得到微米级砜类聚合物颗粒后，将所述微米级砜类聚合物与去离子水按照1:2～10的质量比进行混合，浸泡20～40min，重复操作2～5次后进行干燥。

优选的，所述砜类聚合物包括聚苯砜、聚醚砜和聚砜。

本发明还提供了一种上述任意一项方法制备得到的砜类聚合物，所述砜类聚合物的粒度为10～300μm，灰分小于10ppm。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

(1)本发明先通过降温的方式，将砜类聚合物缓慢的从聚合液中结晶成一个个小的颗粒、避免了高粘溶液对盐分的包裹，在此状态下进行离心，可以出去大部分的盐类，同时该工艺可直接得到纯净的盐类，从而省掉了传统工艺中的离心过滤处理浓稠渣盐工艺，极大的节省了成本。

(2)可以通过调节加入不良溶剂的用量来多少控制聚合物的分布宽度；

(3)不良溶剂不必采用滴加的方式，可以直接大量加入，节省操作时间；

(4)该方法可以直接获得砜类聚合物的小颗粒，无需用大量水进行洗涤，避免了传统工艺中的切粒粉碎的步骤及耗费大量水进行洗涤，而且聚合物的收率及纯度更高。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种微米级、低灰分砜类聚合物的制备方法，包括如下步骤：

1)聚合反应结束后，终止聚合反应，降温至0～30℃，将聚合液离心，得到上层料液和盐类沉淀；

2)将得到的上层料液在0～30℃下静置0.5～4.5h，砜类聚合物结晶析出，形成渣液；

3)在搅拌状态下向渣液中加入水进行析晶、过滤，得到微米级砜类聚合物颗粒。

本发明在聚合反应结束后，终止聚合反应，降温至0～30℃，将聚合液离心，得到上层料液和盐类沉淀。本发明对所述聚合反应的具体操作步骤没有特殊限定，可以理解的是，只要能够制备得到砜类聚合物即可。在本发明中，所述砜类聚合物优选为聚苯砜、聚醚砜和聚砜中的一种几种，更优选为聚苯砜。

在本发明中，所述终止聚合反应采用的方式优选为：加入与聚合反应相同的溶剂，并同时对反应釜外部进行降温。或者加入与聚合反应相同的溶剂以及氯甲烷进行降温。在本发明中，通过加入与聚合反应相同的溶剂并同时进行降温，采用冷却和稀释两种操作协同，使得反应快速停止，或者采用加入与聚合反应相同的溶剂以及氯甲烷，通过稀释和氯甲烷的协同，使得反应快速停止。

在本发明中，加入与聚合反应相同的溶剂后，按重量百分比计，反应原料中的固体原料优选≤总物料的20％，更优选为10～15％。在本发明中，所述总物料为反应原料、溶剂和氯甲烷的总称。本发明中，采用上述方式使反应快速停止，可避免余温导致的分子量的过渡增长，从而使制备的砜类聚合物的分子量的重现性较好，且分子量分布较窄。

在本发明中，所述降温的方式优选为采用冷凝液对反应釜外部进行降温，降温速率优选为1～40℃/min，更优选为10～20℃/min。在本发明中，所述冷凝液优选为冷凝水。在本发明中，所述离心的转速优选为1500～3000r/min，更优选为2000r/min；时间优选为5～20min，更优选为10min。

在本发明中，聚合反应结束后，将反应物料降温至0～30℃，低温可以使得砜类聚合物的溶解度降低，而且降温可以使得砜类聚合物在溶剂中形成无数个结晶颗粒点，砜类高分子由伸展态转向卷曲的结晶态需要一定的时间，在降温后，即刻进行离心，聚合液中的盐类在离心作用下沉淀，将绝大部分盐类分离出来。

离心结束后，本发明将上层料液在0～30℃下静置0.5～4.5h，砜类聚合物逐渐结晶析出，形成渣液。上层料液随着时间的推移、舒展状态的砜类高分子链会慢慢的收缩成球团状，从聚合液中逐渐的析出，形成粒径为微米级的聚砜微粒子和溶液组成的浆料。由于析出过程是高分子长链的缓慢收缩、时间较长、比重较大的盐类会在稀溶液中首先沉降下来，同时形成的聚苯砜微粒子只有微米级，很难包裹住氯化钾。

形成渣液后，本发明在搅拌状态下向渣液中加水进行析晶、过滤，得到微米级砜类聚合物颗粒。在本发明中，所述搅拌的转速优选为30～50r/min。在本发明中，所述水的加入量优选为渣液质量的2～300％，更优选为10～50％。在本发明中，所述过滤用筛网的孔径优选为500目。

现有技术中制备砜类聚合物时，通常是先进行聚合反应，然后将聚合液转入水中，在水中沉析成条，再用破碎机将产物粉碎成粉状物料，将粉状物料放在去离子水煮沸。除盐一般是放在最后的步骤，这是因为，聚合反应结束后，由于物料温度过高，高粘溶液将盐类包裹，采用离心难以分离，而将聚合液在水中沉析后成为固料，因此需要再破碎后才能将包裹的盐暴露出来、但无论怎么破碎总有盐分会被包裹在聚合物里边难以彻底清除。而本申请中，先将聚合液降温至0～30℃，通过降温的方式，将砜类聚合物缓慢的从聚合液中结晶成一个个极小的颗粒、避免了高粘溶液对盐分的包裹，此时离心可除去绝大部分盐；静置0.5-4.5h后砜类聚合物从聚合液中析出形成一个个极小的结晶颗粒点(晶核)，避免了高粘溶液对盐分的包裹。本申请通过这样的操作，不仅打破了现有技术中需要在反应最后才能除盐的技术，且除盐效果更好，得到的砜类聚合物纯度更高，灰分低。

需要说明的是：本发明中，水快速投入到渣液中即可，如采用倾倒的方式，而无需采用缓慢的方式(如滴加)加入。在形成渣液后，本发明在搅拌状态下，在渣液中快速加入水，水可以发挥“晶核生长剂”的作用，渣液中残留的砜类聚合物分子会在原有的晶体粒子上逐渐的析出，从而使得砜类聚合物析出，形成固液两相。可以理解的是，本申请中将上层料液在0～30℃下静置0.5～4.5h的这一过程，是大量结晶的过程，如果不进行静置，离心后即刻就加入不良溶剂，则会导致渣液形成的量过少，直接加入水会使砜类聚合物析出，导致聚合物形成大的块状物。

得到微米级砜类聚合物颗粒后，本发明优选将所述微米级砜类聚合物与去离子水按照1:2～10的质量比进行混合，浸泡20～40min，重复操作2～5次后进行干燥。在本发明中，所述浸泡优选在室温下进行。在本发明中，通过对微米级砜类聚合物进行洗涤可以进一步出去残留的溶剂。在本发明中，所述干燥的温度优选为140℃。

本发明还提供了一种上述任意一项方法制备得到的砜类聚合物，所述砜类聚合物的粒度为10～300μm，灰分小于10ppm。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

将86.0619kg二氯二苯砜(0.2997mol)、55.9189kg联苯二酚(0.3mol)、41.4630kg无水碳酸钾以及300L的DMAc投入反应釜中，采用氮气置换釜内的空气、保持氮气的流通，采用锚式搅拌40r/min搅拌该反应混合物并且将温度升到160℃～165℃，保持反应4.5h。然后以50L/min的速率加入300L已脱氧处理的DMAc溶剂，同时以1L/min通入氯甲烷终止反应10min。在反应釜的夹层中通入冷却液(冷凝水)，控制反应釜内温度以10℃/min的速率降至20℃。待反应釜降温至20℃，采用2000r/min速率离心10min除去大部分氯化钾。离心后将上层料液静置4h，聚苯砜长链高分子逐渐地收缩成团从聚合液中析出形成渣液，4h后以50r/min的转速进行搅拌，在搅拌状态下向渣液中加入50L的去离子水，得到聚苯砜颗粒，采用500目的筛网过滤得到聚苯砜颗粒，采用100L去离子水在室温下浸泡30min，反复操作3次提取聚合物中残留的DMAc，然后在140℃干燥，得到纯净的聚苯砜树脂。

实施例2

将86.0619kg二氯二苯砜(0.2997mol)、55.9189kg联苯二酚(0.3mol)、41.4630kg无水碳酸钾以及300L的DMAc投入反应釜中，采用氮气置换釜内的空气、保持氮气的流通，采用锚式搅拌40r/min搅拌该反应混合物并且将温度升到160℃-165℃，保持反应4.5h。然后以50L/min的速率加入400L已脱氧处理的DMAc溶剂、同时以1L/min通入氯甲烷终止反应10min。在反应釜的夹层中通入冷却液(冷凝水)，控制反应釜内温度以15℃/min的速率降至20℃。待反应釜降温至20℃，采用2000r/min速率离心5min除去大部分氯化钾。离心后将上层料液静置4h，聚苯砜长链高分子逐渐地收缩成团从聚合液中析出形成渣液，4h后以50r/min的转速进行搅拌，在搅拌状态下向渣液中加入50L的去离子水，得到聚苯砜颗粒，采用500目的筛网过滤得到聚苯砜颗粒，采用100L去离子水在室温下浸泡30min，反复操作3次提取聚合物中残留的DMAc，然后在140℃干燥得到纯净的聚苯砜树脂。

实施例3

将86.0619kg二氯二苯砜(0.2997mol)、55.9189kg联苯二酚(0.3mol)、41.4630kg无水碳酸钾以及300L的DMAc投入反应釜中，采用氮气置换釜内的空气、保持氮气的流通，采用锚式搅拌40r/min搅拌该反应混合物并且将温度升到160℃-165℃，保持反应4.5h。然后以50L/min的速率加入400L已脱氧处理的DMAc溶剂、同时以1L/min通入氯甲烷终止反应5min。在反应釜的夹层中通入冷却液(冷凝水)，控制反应釜内温度以5℃/min的速率降至20℃。待反应釜降温至20℃，采用2000r/min速率离心10min除去大部分氯化钾。离心后将上层料液静置4h，聚苯砜长链高分子逐渐地收缩成团从聚合液中析出形成渣液，4h后以50r/min的转速进行搅拌，在搅拌状态下向渣液中加入50L的去离子水，得到聚苯砜颗粒，采用500目的筛网过滤得到聚苯砜颗粒，采用100L去离子水在室温下浸泡30min，反复操作3次提取聚合物中残留的DMAc，然后在140℃干燥得到纯净的聚苯砜树脂。

实施例4

将86.0619kg二氯二苯砜(0.2997mol)、55.9189kg联苯二酚(0.3mol)、41.4630kg无水碳酸钾以及300L的DMAc投入反应釜中，采用氮气置换釜内的空气、保持氮气的流通，采用锚式搅拌40r/min搅拌该反应混合物并且将温度升到160℃-165℃，保持反应4.5h。然后以50L/min的速率加入400L已脱氧处理的DMAc溶剂、同时以1L/min通入氯甲烷终止反应10min。在反应釜的夹层中通入冷却液(冷凝水)，控制反应釜内温度以10℃/min的速率降至20℃。待反应釜降温至20℃，采用2000r/min速率离心10min除去大部分氯化钾。离心后将上层料液静置4h，聚苯砜长链高分子逐渐地收缩成团从聚合液中析出形成渣液，4h后以50r/min的转速进行搅拌，在搅拌状态下向渣液中加入50L的去离子水，得到聚苯砜颗粒，采用500目的筛网过滤得到聚苯砜颗粒，采用100L去离子水在室温下浸泡30min、反复操作3次提取聚合物中残留的DMAc，然后在140℃干燥得到纯净的聚苯砜树脂。

实施例5

将86.0619kg二氯二苯砜(0.2997mol)、55.9189kg联苯二酚(0.3mol)、41.4630kg无水碳酸钾以及300L的DMAc投入反应釜中，采用氮气置换釜内的空气、保持氮气的流通，采用锚式搅拌40r/min搅拌该反应混合物并且将温度升到160℃-165℃，保持反应4.5h。然后以50L/min的速率加入400L已脱氧处理的DMAc溶剂、同时以1L/min通入氯甲烷终止反应10min。在反应釜的夹层中通入冷却液(冷凝水)，控制反应釜内温度以20℃/min的速率降至20℃。待反应釜降温至20℃，采用2000r/min速率离心15min除去大部分氯化钾。离心后将上层料液静置4h，聚苯砜长链高分子逐渐地收缩成团从聚合液中析出形成渣液，4h后以50r/min的转速进行搅拌，在搅拌状态下向渣液中加入50L的去离子水，得到聚苯砜颗粒，采用500目的筛网过滤得到聚苯砜颗粒，采用100L去离子水在室温下浸泡30min、反复操作3次提取聚合物中残留的DMAc，然后在140℃干燥得到纯净的聚苯砜树脂。

实施例6

将85.9757kg二氯二苯砜(0.2994mol)、55.9189kg联苯二酚(0.3mol)、41.6703kg无水碳酸钾以及300L的DMAc投入反应釜中，采用氮气置换釜内的空气、保持氮气的流通，采用锚式搅拌40r/min搅拌该反应混合物并且将温度升到160℃～165℃，保持反应5h。然后以50L/min的速率加入400L已脱氧处理的DMAc溶剂，同时在反应釜的夹层中通入冷却液(冷凝水)，控制反应釜内温度以5℃/min的速率降至30℃。待反应釜降温至30℃，采用2000r/min速率离心15min除去大部分氯化钾。离心后将上层料液静置4.5h，聚苯砜逐渐地从聚合液中结晶析出形成渣液，4.5h后以50r/min的转速进行搅拌，在搅拌状态下向渣液中加入100L的去离子水得到聚苯砜浆料，采用500目的筛网过滤得到聚苯砜颗粒，采用100L去离子水在室温下浸泡30min、反复操作3次提取聚合物中残留的DMAc，然后在140℃干燥得到纯净的聚苯砜树脂。

实施例7

将114.8640kg二氯二苯砜(0.4mol)、100.1082kg双酚S(0.4mol)、56.3897kg无水碳酸钾以及300LDMAc投入到反应釜中，采用氮气置换釜内的空气、保持氮气的流通，采用锚式搅拌以40r/min的搅拌速度进行搅拌，将温度升到160℃-165℃，保持反应8h，得到含有聚醚砜的混合物。

然后以50L/min的速率加入400L已脱氧处理的DMAc溶剂，同时以1L/min通入氯甲烷终止反应10min。在反应釜的夹层中通入冷却液，控制反应釜内温度以15℃/min的速率降至10℃。待反应釜降温至10℃后，采用2000r/min速率离心15min除去大部分氯化钾。离心后将上层料液静置50min，聚醚砜逐渐地从聚合液中结晶析出形成渣液，以30r/min的速度进行搅拌，在搅拌状态下将80L的水一下倾倒到渣液中，采用500目的筛网过滤得到聚醚砜浆料，采用100L去离子水在室温下浸泡30min、反复操作3次提取聚合物中残留的DMAc，然后在140℃干燥得到纯净的聚醚砜树脂。

实施例8

将114.8640kg二氯二苯砜(0.4mol)、91.0877kg双酚A(0.3990mol)、56.3897kg无水碳酸钾以及300LDMAc投入到反应釜中，采用氮气置换釜内的空气、保持氮气的流通，采用锚式搅拌以40r/min的搅拌速度进行搅拌，将温度升到160℃-165℃，保持反应6.5h，得到含有聚砜的混合物。

然后以50L/min的速率加入400L已脱氧处理的DMAc溶剂，同时在反应釜的夹层中通入冷却液，控制反应釜内温度以15℃/min的速率降至10℃。待反应釜降温至10℃后，采用2000r/min速率离心15min除去大部分氯化钾。静置60min，聚砜逐渐地从聚合液中结晶析出形成渣液，以30r/min的速度进行搅拌，将80L的水一下倾倒到渣液中，采用500目的筛网过滤得到聚砜浆料，采用100L去离子水在室温下浸泡30min、反复操作3次提取聚合物中残留的DMAc，然后在140℃干燥得到纯净的聚醚砜树脂。

对比例1

将86.0619kg二氯二苯砜(0.2997mol)、55.9189kg联苯二酚(0.3mol)、41.4630kg无水碳酸钾以及300L的DMAc投入反应釜中，采用氮气置换釜内的空气、保持氮气的流通，采用锚式搅拌40r/min搅拌该反应混合物并且将温度升到160℃-165℃，保持反应4.5h。然后以50L/min的速率加入400L已脱氧处理的DMAc溶剂、同时以1L/min通入氯甲烷终止反应10min。在反应釜的夹层中通入冷却液(冷凝水)，控制反应釜内温度以20℃/min的速率降至20℃。待反应釜降温至20℃，采用2000r/min速率离心15min除去大部分氯化钾。将离心后的聚合液通入水中析出，粉碎得到粒径在5mm左右的聚苯砜颗粒，采用100L去离子水在100℃下浸泡30min、反复操作3次提取聚合物中残留的DMAc，然后在140℃干燥得到纯净的聚苯砜树脂。

对比例2

将86.0619kg二氯二苯砜(0.2997mol)、55.9189kg联苯二酚(0.3mol)、41.4630kg无水碳酸钾以及300L的DMAc投入反应釜中，采用氮气置换釜内的空气、保持氮气的流通，采用锚式搅拌40r/min搅拌该反应混合物并且将温度升到160℃-165℃，保持反应4.5h。然后以50L/min的速率加入400L已脱氧处理的DMAc溶剂。在反应釜的夹层中通入冷却液(冷凝水)，控制反应釜内温度以20℃/min的速率降至20℃。聚苯砜长链高分子逐渐地收缩成团从聚合液中析出形成渣液、向渣液中加入50L的去离子水，得到聚苯砜颗粒，采用500目的筛网过滤得到聚苯砜颗粒，采用100L去离子水在室温下浸泡30min，反复操作3次提取聚合物中残留的DMAc，然后在140℃干燥得到纯净的聚苯砜树脂。

对比例3

将86.0619kg二氯二苯砜(0.2997mol)、55.9189kg联苯二酚(0.3mol)、41.4630kg无水碳酸钾以及300L的DMAc投入反应釜中，采用氮气置换釜内的空气、保持氮气的流通，采用锚式搅拌40r/min搅拌该反应混合物并且将温度升到160℃～165℃，保持反应4.5h。然后以50L/min的速率加入200L已脱氧处理的DMAc溶剂，同时以1L/min通入氯甲烷终止反应10min。在反应釜的夹层中通入冷却液(冷凝水)，控制反应釜内温度以10℃/min的速率降至100℃。待反应釜降温至100℃，滴加50L的沉析剂(去离子水：DMAc为1:1)，滴加过程持续3h，滴加完成后继续搅拌1h，得到聚苯砜颗粒，采用500目的筛网过滤得到聚苯砜颗粒，采用100L去离子水在室温下浸泡30min、反复操作3次提取聚合物中残留的DMAc，然后在140℃干燥，得到纯净的聚苯砜树脂。

性能测试

采用GPC方法对实施例1～8及对比例1～3制备得到的产品进行测量，具体测量如表1所示。

表1各产品测量结果

由表1可以看出，采用本发明制备得到的砜类聚合物的产品粒径小，均在100μm以下，颗粒度小，且灰分均小于10ppm。同时，分子量分布相对较小，表明得到的聚合物分子量分布更加均匀。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。