PPS/PPSS 공중합체의 합성 및 열적 성질

Abstract

p-Dichlobenzene(DCB), p-dibromobenzene(DBB), p-diiodobenzene(DIB) 및 4-chlorophenyl sulfone(CPS)을 공단량체로, 그리고 N-methyl-2-pyrrolidinone(NMP)를 용매로 사용하여 고온, 고압하에서 poly(phenylene sulfide-co-phenylene sulfide sulfone), PPS/PPSS 공중합체를 합성하고 공중합 반응 특성과 합성된 공중합체들의 구조 및 열적성질에 대해 조사하였다. PPS/PPSS 공중합체의 수율은 [DBB]/[CPS] 및 [DIB]/[CPS] 공단량체 조합의 경우 [DCB]/[CPS] 공단량체 조합보다 낮은 온도인 190℃에서 최고 수율을 나타내었으며 [DCB]/[CPS] 공단량체 조합의 경우는 이보다 높은 온도인 230℃에서 최고 수율을 나타내어 leaving group이 I > Br > Cl의 순서로 공중합 반응이 잘 진행되었으며 이것으로부터 공중합 반응은 nucleophilic aromatic substitution(SNAr) 기구에 적합함을 알 수 있었다. [DBB]/[CPS] 공단량체 조합중에서 CPS의 공급비가 10 mol%일 때 생성된 PPS/PPSS 공중합체의 분자량은 8,330g/mol로 가장 높게 나타났다. CPS 단량체의 공급비가 30 mol% 이상일 경우 생성되는 PPS/PPSS 공중합체는 Tm을 나타내지 않았으나, CPS의 공급비가 10 mol%인 PPS/PPSS 공중합체 시료의 경우 Tg는 약 15℃ 증가하였고 Tm은 약 15℃ 감소하여 열적 성질이 향상되는 것을 볼 수 있었다. 또 중합 온도를 240℃로 고정하고 [DBB]/[CPS]의 공급비를 95/5 mol%로 하여 얻어진 PPS/PPSS 공중합체는 PPS 단독 중합체보다 분자량이 높게 나타나 PPS 단독 중합체의 고결정성 및 내열성을 유지한채 PPS 단독 중합체의 결점의 하나인 중합도를 향상시킬 수 있는 방법으로 이용될 수 있다고 생각되었다.

Poly(phenylene sulfide-co-phenylene sulfide sulfone), PPS/PPSS copolymers were synthesized from p-dichlobenzene(DCB), p-dibromobenzene(DBB), p-diiodobenzene(DIB), 4-chlorophenyl sulfone(CPS) and sodium sulfide as comonomers under high temperature and pressure utilizing N-methyl-2-pyrrolidinone(NMP) as solvent. The yield of PPS/PPSS copolymer shoed maximum at 190℃ with [DBB]/[CPS] and [DIB]/[CPS] comonomer pair, while [DCB]/[CPS] pair exhibited maximum yield at 230℃. The change of yield is in the order of I > Br > Cl as leaving groups were in accordance with nucleophilic aromatic substitution reaction mechanism suggested for the synthesis of PPS type polymers. The molecular weight of PPS/PPSS copolymer was the highest(Mw=8,330g/mol) with [DBB]/[CPS] comonomers in which [CPS] was 10 mole%. The PPS/PPSS copolymer made with 10 mole% of [CPS] showed about 15℃ higher Tg and 15℃ lower Tm than those of PPS homopolymer, which may be useful from the processing and thermal property point of view. The PPS/PPSS copolymer with 30 mole% of CPS or above did not exhibit Tm. The PPS/PPSS copolymer obtained with comonomer feed ratio of [DBB]/[CPS] = 95/5 mole% under 240℃ showed even higher molecular weight(Mw=10,300g/mole) than PPS homopolymer made under similar reaction condition, retaining high crystallinity and thermal stability.