专利名称：：生产含聚苯并二唑的聚合物的方法生产含聚苯并二嗯唑的聚合物的方法5发明背景1.发明领域本发明涉及生产含聚苯并二嚼唑的聚合物的新方法。这通过先形成非聚苯并二嗯唑聚合物再将所述聚合物的重复单元转化为聚苯并二嗯唑实现。io2.相关技术描述自棒状聚合物形成的纤维普遍用于多种应用中，包括防弹机构(ballistics)、绳缆和防割服。由于其棒状结构，聚苯并二嗨唑聚合物具有优异的物理性质。来自棒状聚合物的纤维通常通过从喷丝头挤出聚合物溶液形15成。由于顺式-聚苯并二嗯唑聚合物(c-PBO)如聚(苯并[l,2-d:5,4-d，]二异嗨唑-2,6-二基-l，4-亚苯基)有限的溶解性，自这类聚合物生产的纤维通常从强无机酸如多磷酸(PPA)中纺成。随着时间的推移，纤维中存在的残余多磷酸可能导致纤维的物理性质劣化。同样，除了纤维，例如膜状或片状的聚合物同样是有用的。20因此需要不使用多磷酸而生产聚合物如聚苯并二嗯唑聚合物的顺式异构体的方法。25发明简述本发明涉及生产含聚苯并二嗯唑的聚合物的方法，所述方法包括以下步骤a)形成包含溶剂和具有如下结构的聚合物的聚合物溶液—HH00_IIIIIIN—AR厂N—C一AR「C结构1发明详述本发明涉及通过首先生产芳族聚酰胺聚合物、然后将所述芳族聚酰胺聚合物转化为含聚苯并二嗨唑的聚合物来生产含聚苯并二嗯15唑的聚合物的方法。反应程序中的初始步骤包括形成如发明简述中所定义的结构I的聚合物的溶液。形成所述溶液的典型溶剂包括但不限于硫酸、多磷酸、甲磺酸、N-曱基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和四氢呋喃。优选所述溶剂为硫酸或N-甲基吡咯烷酮。最优选所述溶20剂为-危酸。结构I的聚合物是本领域众所周知的，可通过芳族二胺与芳族二酸反应形成。适宜的二胺单体包括但不限于对苯二胺、间苯二胺、4,4，-联苯二胺、3,3'-联苯二胺、3,4，-联笨二胺、4,4，-氧二苯二胺、3,3，-氧二苯二胺、3,4，-氧二苯二胺、4,4，-磺酰二苯二胺、3，3，-磺酰二苯二胺、4,4'-磺酰二苯二胺、3,3，-磺酰二苯二胺和3,4，-磺酰二苯二胺。优选所述5芳族二胺为间苯二胺或对苯二胺。适宜的二酸单体包括但不限于对苯二甲酸、间苯二甲酸、2,6-萘二曱酸、4,4，-氧二苯甲酸、3,3，-氧二苯曱酸、3,4，-氧二苯甲酸、4,4，-磺酰二苯甲酸、3,3，-磺酰二苯曱酸、3,4，-磺酰二苯甲酸、4,4，-二苯甲酸、3，3，-二苯甲酸和3,4'-二苯甲酸。优选所述二酸单体为对苯二甲酸、间苯二曱酸或2,6-萘二甲酸，最10优选对苯二曱酸。Ar,如上定义时表示以下结构<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>优选的结构I的聚合物具有结构:15结构Ic此结构Ic常称为PPD-T。Ia、Ib、Ic和Id的相应羟基化结构如下:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>结构II顺式另一优选的结构I的聚合物具有结构:结构Id此结构Id常称为MPD-T。反应程序中的下一步骤包4舌羟基化结构I的Ar,基团以产生邻羟基。羟基化步骤涉及烷基羧酸和氧化剂的使用。适宜的烷基羧酸包括曱酸、乙酸、丙酸、丁酸等。优选所述烷基羧酸为甲酸或乙酸。最优选所述烷基羧酸为乙酸。烷基羧酸的离解常数小于硫酸的离解常数并含羟基化所必要的氧。适宜的氧化剂包括亚硝酰疏酸(nitrosylsulfuricacid)、四乙酸铅和硝酸钠。优选所述氧化剂为亚硝酰硫酸(nitroxylsulfuricacid)。优选在惰性气氛和机械搅拌下将所述氧化剂加到含所述酸的聚合物溶液中。惰性气氛指基本上不起反应的气氛。适宜的惰性气氛包括但不限于氮气、氦气和稀有气体。通过结构I的Ai^基团的羟基化，如下结构将出现在聚合物中结构II反式或<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>结构IIa结构lib结构liei结构lid应理解，在典型的羟基化步骤中仅部分A^基团会被羟基化。因此，在大多数情况下，未反应的Ai^基团将存在于最终的聚合物中。所述方法中的下一步骤涉及自其中At,基团含邻羟基的聚合物10(以及含未反应的Ai^基团的聚合物)形成固化的聚合物。该步骤可用形成芳族聚酰胺聚合物包括纤维的熟知和常规方法进行。该步骤可用自溶液形成固体聚合物如膜或纤维的任何技术进行。可例如通过湿纺、干喷湿纺(气隙纺)、喷射衰减纺丝(jet-attenuatedspinning)、离心纺、静电纺纱等将溶液制成纤维。纺本发明的纤维的最有用方法1015的实例可在美国专利3,869,429、3,869,430和3,767,756中找到。固体聚合物形成后，可用本领域熟知的减少残余溶剂量和提高聚合物力学性质的方法(如洗涤、改变pH、热处理、干燥和结晶)处理所述羟基化的聚合物。优选所述聚合物在水浴中凝结、在第二个水浴中洗涤、在中和浴中中和并干燥。反应程序中的下一步骤采用加热所形成的固体聚合物。加热步骤使部分含邻羟基的A^基团闭环。为方便起见，适宜的温度范围为170-28(TC,优选185-250°C，最优选的温度为200-240'C之间。典型的加热时间范围为5-60秒。相应地形成含嗯唑的聚合物。应理解，在为纤维的情况下，加热过程中纤维可受到张力，这在纤维形成中是众所周知的。适宜的张力在1.0-18.0克/旦尼尔(gpd)范围内，优选2.0-10.0gpd，最优选2.5-5.0gpd。闭环的结果是纤维将含如下结构的重复单元0或ONN0O-ARr结构III反式-AR2-结构in顺式由结构IIa、b、c和d产生的相应的闭环结构如下:0-AR2—「N20NN■AR2—结构Ilia结构IIIb<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>结构IIIc结构nid应理解，在加热步骤中通常仅部分含邻羟基的A^基团将产生闭环，即产生含嗨唑的聚合物。但相信至少30%、通常超过50%的邻幾基将被转化。因此，在本发明中，最终聚合物通常将至少含结构III的重复单元以及结构I和结构II中的至少一个的重复单元。但结构III与结构I或结构II中仅一者同时存在也在本发明的范围内。对于所述反应程序，Ia羟基化后将为IIa，闭环后将为IIIa。同样，b、c和d用于起始聚合物物类、羟基化物类以及闭环物类。如前所述，优选的结构Ic或Id的起始原料为PPD-T或MPD-T。下面给出了反应程序的示意图互变异构试验方法韧性、伸长率和;f莫量按ASTMD3822测定。韧性(断裂强度)、5断裂伸长率和弹性一莫量通过在Instron试验机上断裂试验纤维测定。韦刃性以断裂应力除以线密度给出。模量以换算为与韧性相同单位的初始应力/应变曲线的斜率给出。伸长率为断裂时长度增加的百分数。固有粘度为相对粘度的自然对数与聚合物质量浓度的比率，在1025。C下用0.5g聚合物/100ml浓硫酸的溶液测定。相对粘度为溶液中聚合物粘度与溶剂粘度的比率，以恒温下溶液的流出时间除以溶剂的流出时间表示。在下面的实施例中，除非另有指出，否则份数和百分数均以重量计。OH式实施例1将装配有氮气入口/出口和高压空气驱动篮式搅拌桨的反应釜置于硅油浴中。在氮气气氛下加入3.0克固有粘度为6.0的PPD-T[对5苯二甲酰胺对苯二胺]和100克石克酸并将混合物逐渐加热至约70。C以形成溶液。向溶液中加入1.68克亚硝酰石克酸(95%)和1克乙酸。亚硝酰硫酸(nitrosulfuricacid)(NSA)占NSA和PPD-T的摩尔百分数为50.0%。溶液在7(TC和氮气气氛下搅拌12小时。由于发生羟基化反应，溶液的颜色从黄色变为蓝绿色。所得溶液于室温下在水性介质10中沉淀，洗涤五次，每次用约200ml水，最后用稀氢氧化钠溶液中和至pH为约9。过滤黄棕色的沉淀聚合物，在真空炉中于氮气和120。C下干燥过夜。取经干燥但未经热处理的样品按标准燃烧法进行C、H、N和O元素分析。结果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>15通过下面的计算确定，约15%的Ar,基团(如PPD-T的定义)被羟基化。(样品的0含量-PPD-T对照样的0含量)/(100%取代的0含量-PPD-T对照样的0含量)(13.67-11.81)/(23.68-11.81)x100=1.86/11.87x100=15.67%20实施例2-7于氮气气氛下在装配有双螺旋叶的混合器中冷冻20.4kg100%的硫酸和0.21kg乙酸。向该冷冻的-20。C的硫酸淤浆中加入4.9kgPPD-T聚合物。持续搅拌该聚合物，同时在约15分钟的时间内将温度逐25渐升至约82。C。向溶液中加入各种量的亚硝酰硫酸，如表1中所示。混合物再在氮气和82。C下剧烈搅拌2小时。用如US3，819,587所述的标准气隙纺将聚合物溶液(深乡录色)纺成纤维以形成1.5旦/单丝的400旦的纱。然后在185。C的温度下将纱热处理15分钟以实现闭环。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>在表1中，PPD-T的摩尔％指式Ic的重复结构。实施例8在氮气气氛下往装配有氮气入口和出口和篮式搅拌浆的1升干燥的反应釜中加入97份100.1%的硫酸、3份固有粘度为6.3的聚(对10苯二甲酰胺对苯二胺)[PPD-T]和3份亚硝酰硫酸。将混合物加热至50。C,随后在氮气下搅拌5小时或者直到PPD-T聚合物完全溶解。加入3份水醋酸，随后将温度升高至75。C并再搅拌3小时。将少部分得到的浅绿色聚合物溶液放在玻璃板上并用20mil的手术刮刀涂成薄膜。将该聚合物膜浸入玻璃盘的蒸馏水中以萃取硫酸。将得到15的聚合物膜洗涤数次以除去残留的硫酸直到洗液的pH为中性。将得到的膜置于120匸的真空烘箱中干燥。得到的膜为浅棕色。将干燥的膜置于250。C的烘箱中历时10分钟进行热处理以环化。对如此干燥但未经热处理的膜样品以及PPD-T聚合物对照样进行C、H、N、O元素分析以确定羟基化程度。结果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>权利要求1.一种生产含聚苯并二唑的聚合物的方法，所述方法包括以下步骤a)形成包含溶剂和具有如下结构的聚合物的聚合物溶液结构1其中Ar1为Ar2为b)使a)的聚合物溶液与氧化剂在烷基羧酸存在下接触，烷基羧酸提供氧原子以羟基化至少部分Ar1而形成带邻羟基的羟基化聚合物，c)自步骤b)的羟基化聚合物形成固化的聚合物，d)加热所述固化的聚合物使至少部分邻羟基发生闭环。2<image>imageseeoriginaldocumentpage2</image>3.权利要求2的方法，其中Ai2为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>4.权利要求l的方法，其中Ar,为:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>5.权利要求4的方法，其中&2为:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>6.权利要求1的方法，其中所述氧化剂为亚硝酰硫酸、四乙酸铅或硝酸钠。7.权利要求6的方法，其中所述氧化剂为亚硝酰硫酸。8.权利要求l的方法，其中所述烷基羧酸为甲酸或乙酸。9.权利要求8的方法，其中所述烷基羧酸为乙酸。10.权利要求l的方法，其中所述加热在170-28(TC的范围内。全文摘要本发明涉及使用非聚苯并二唑聚合物生产含聚苯并二唑的聚合物的方法，所述方法包括羟基化所述聚合物、形成固化的聚合物并加热所述固化的聚合物，其中加热时羟基化聚合物中发生闭环。文档编号C08G73/00GK101223212SQ200680025793公开日2008年7月16日申请日期2006年7月12日优先权日2005年7月13日发明者K·-S·李申请人:纳幕尔杜邦公司