DE10019144A1 - Verfahren zur Herstellung von monodispersen vernetzten Perlpolymerisaten - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von monodispersen vernetzten PerlpolymerisatenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von weitgehend monodispersen vernetzten Perlpolymerisaten als Vorstufen für Ionenaustauscher.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von weitgehend monodispersen
vernetzten Perlpolymerisaten als Vorstufen für Ionenaustauscher.
In jüngster Zeit haben Ionenaustauscher mit möglichst einheitlicher Teilchengröße
(im folgenden "monodispers" genannt) zunehmend an Bedeutung gewonnen, weil
bei vielen Anwendungen aufgrund der günstigeren hydrodynamischen Eigenschaften
eines Austauscherbettes aus monodispersen Ionenaustauschern wirtschaftliche Vor
teile erzielt werden können. Monodisperse Ionenaustauscher können durch Funktio
nalisieren von monodispersen vernetzten Perlpolymerisaten erhalten werden.
Eine der Möglichkeiten, monodisperse vernetzte Perlpolymerisate herzustellen, be
steht im sogenannten Seed/feed-Verfahren was auch als Saatzulaufverfahren bekannt
ist. Dabei werden monodisperse Polymerisatpartikel ("Saat") im Monomer gequollen
und dieses dann polymerisiert. Derartige Seed/feed-Verfahren werden beispielsweise
in den EP-B 0 098 130 und EP-B 0 101 943 beschrieben. Aus der EP-A 0 826 704
und der DE-A 198 52 667 sind Seed/feed-Verfahren unter Verwendung von
mikroverkapselten Polymerisatpartikeln als Seed bekannt. Die nach den obenge
nannten Verfahren erhaltenen Perlpolymerisate zeichnen sich durch einen im
Vergleich zu herkömmlichen, direkt synthetisierten Perlpolymerisaten erhöhten
Anteil an unvernetztem löslichem Polymerisat aus. Dieser Anteil an nicht ver
netztem, löslichem Polymerisat ist bei der Umsetzung zu Ionenaustauschern uner
wünscht, da die herausgelösten Polymeranteile in den zur Funktionalisierung einge
setzten Reaktionslösungen angereichert werden. Weiterhin können erhöhte Mengen
an löslichem Polymerisat zu einem unerwünschten Ausbluten (leaching) der Ionen
austauscher führen.
Die US-A 5 068 255 beschreibt ein Seed/feed-Verfahren, bei dem ein erstes
Monomergemisch bis zu einem Umsatz von 10 bis 80% polymerisiert und
anschließend mit einem zweiten Monomergemisch ohne Radikalinitiator als Feed
unter polymerisierenden Bedingungen versetzt wird. Nach diesem Verfahren gelingt
es allerdings nicht, monodisperse Teilchen herzustellen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von monodispersen
vernetzten Perlpolymerisaten mit einem niedrigem Anteil an löslichem Polymerisat.
Es wurde nun gefunden, dass monodisperse vernetzte Perlpolymerisate mit einem
niedrigen Anteil an löslichem Polymerisat durch ein Saat-Zulauf-Verfahren unter
Verwendung von unvollständig polymerisierten, monodispersen microverkapselten
Monomertröpfchen als Saat erhalten werden können.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von mono
dispersen vernetzten Perlpolymerisaten als Vorstufen für Ionenaustauscher durch
- a) Erzeugen von monodispersen Monomertröpfchen in wässriger Suspension aus einem Monomergemisch 1 aus Styrol, Divinylbenzol und Radikalbildner,
- b) Microverkapseln der erhaltenen Monomertröpfchen,
- c) Polymerisieren der microverkapselten Monomertröpfchen bis zu einem Um satz von 10 bis 75%,
- d) Zusatz eines Monomergemisches 2 aus Styrol und Divinylbenzol bei einer Temperatur, bei der der Radikalbildner aus Monomergemisch 1 aktiv ist, wobei das Monomergemisch in die anpolymerisierten microverkapselten Mo nomertröpfchen eindringt und schließlich
- e) Auspolymerisieren der Monomergemische.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren
bei dem die Monomermischung 2 zusätzlich Acrylniril und/oder Radikalbildner
enthält und wo in Verfahrensschritt d) zumindest einer der Radikalbildner aus
Monomergemisch 1 oder 2 aktiv ist.
Eine besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung von monodispersen vernetzten Perlpolymerisaten als Vorstufen für
Ionenaustauscher durch
- a) Erzeugen von monodispersen Monomertröpfchen in wässriger Suspension aus einem Monomergemisch 1 aus 87,5-99,7 Gew.-% Styrol, 0,2- 10 Gew.-% Divinylbenzol und 0,1 bis 2,5 Gew.-% Radikalbildner,
- b) Microverkapseln der erhaltenen Monomertröpfchen,
- c) Polymerisieren der microverkapselten Monomertröpfchen bis zu einem Um satz von 10 bis 75%,
- d) Zusatz eines Monomergemisches 2 aus 80-99 Gew.-% Styrol, 1 bis 12 Gew.-% Divinylbenzol, 0-8 Gew.-% Acrylnitril und gegebenenfalls Radikalbildner bei einer Temperatur, bei der zumindest einer der Radikal bildner aus Monomergemisch 1 oder 2 aktiv ist, wobei das Monomergemisch in die anpolymerisierten microverkapselten Monomertröpfchen eindringt und schließlich
- e) Auspolymerisieren der Monomergemische.
Das Monomergemisch 1 enthält vorzugsweise 89,5-99,4 Gew.-% Styrol, 0,5 bis
8 Gew.-% Divinylbenzol und 0,1 bis 2,5 Gew.-% Radikalbildner, besonders bevor
zugt 92,5-98,7 Gew.-% Styrol, 1-6 Gew.-% Divinylbenzol und 0,3-1,5 Gew.-%
Radikalbildner. Die Prozentangaben für Divinylbenzol beziehen sich auf reines Di
vinylbenzol. Natürlich können auch kommerzielle Divinylbenzolqualitäten, die
neben den Isomeren des Divinylbenzols auch Ethylvinylbenzol enthalten, verwendet
werden.
Als Radikalbildner sind übliche Initiatoren wie Azoverbindungen und/oder Peroxo
verbindungen einsetzbar. Beispielhaft seien genannt:
- - Dibenzoylperoxid
- - Dilaurylperoxid
- - Bis(p-chlorbenzoylperoxid)
- - Dicyclohexylpercarbonat
- - 2,2'-Azobisisobutyronitril
- - 2,2'-Azobis(2-methylbutyronitril)
Bevorzugte Radikalbildner sind aliphatische Peroxyester entsprechend den Formeln
(I), (II) oder (III):
worin
R1 für einen Alkylrest mit 2 bis 20 C-Atomen oder einen Cycloalkylrest mit bis zu 20 C-Atomen steht,
R2 für einen verzweigten Alkylrest mit 4 bis 12 C-Atomen steht und
L für einen Alkylrest mit 2 bis 20 C-Atomen oder einen Cycloalkylenrest mit bis zu 20 C-Atomen steht.
R1 für einen Alkylrest mit 2 bis 20 C-Atomen oder einen Cycloalkylrest mit bis zu 20 C-Atomen steht,
R2 für einen verzweigten Alkylrest mit 4 bis 12 C-Atomen steht und
L für einen Alkylrest mit 2 bis 20 C-Atomen oder einen Cycloalkylenrest mit bis zu 20 C-Atomen steht.
Beispiele für aliphatische Peroxyester gemäß Formel (I) sind:
tert.-Butylperoxyacetat,
tert.-Butylperoxyisobutyrat,
tert.-Butylperoxypivalat,
tert.-Butylperoxyoctoat,
tert.-Butylperoxy-2-ethylhexanoat,
tert.-Butylperoxyneodecanoat,
tert.-Amylperoxyneodecanoat,
tert.-Amylperoxypivalat,
tert.-Amylperoxyoctoat,
tert.-Amylperoxy-2-ethylhexanoat oder
tert.-Amylperoxyneodecanoat.
tert.-Butylperoxyacetat,
tert.-Butylperoxyisobutyrat,
tert.-Butylperoxypivalat,
tert.-Butylperoxyoctoat,
tert.-Butylperoxy-2-ethylhexanoat,
tert.-Butylperoxyneodecanoat,
tert.-Amylperoxyneodecanoat,
tert.-Amylperoxypivalat,
tert.-Amylperoxyoctoat,
tert.-Amylperoxy-2-ethylhexanoat oder
tert.-Amylperoxyneodecanoat.
Beispiele für aliphatische Peroxyester gemäß Formel (II) sind:
2,5-Bis(2-ethylhexanoylperoxy)-2,5-dimethylhexan,
2,5-Dipivaloyl-2,5-dimethylhexan oder
2,5-Bis(2-neodecanoylperoxy)-2,5-dimethylhexan.
2,5-Bis(2-ethylhexanoylperoxy)-2,5-dimethylhexan,
2,5-Dipivaloyl-2,5-dimethylhexan oder
2,5-Bis(2-neodecanoylperoxy)-2,5-dimethylhexan.
Beispiele für aliphatische Peroxyester gemäß Formel (III) sind:
Di-tert.-butylperoxyazelat oder
Di-tert.-amylperoxyazelat.
Di-tert.-butylperoxyazelat oder
Di-tert.-amylperoxyazelat.
Es kann günstig sein, Mischungen unterschiedlicher Initiatoren, insbesondere
Mischungen von Initiatoren mit unterschiedlicher Halbwertszeit zu verwenden.
Die Überführung des Monomergemisches 1 in monodisperse Monomertröpfchen (a)
erfolgt durch bekannte Verdüsungstechniken, wodurch das Monomergemisch in
Wasser dispergiert wird. Besonders gut geeignet sind Verdüsungstechniken, die mit
einer Schwingungsanregung kombiniert werden. Ein derartiges Verfahren wird zum
Beispiel in EP-A 0 173 518 und in US-A 3 922 255 ausführlich beschrieben. Das
Verhältnis von Monomergemisch zu Wasser beträgt im allgemeinen 1 : 1 bis 1 : 10,
vorzugsweise 1 : 1,5 bis 1 : 5.
Die Teilchengrößen der Monomertröpfchen betragen 10 bis 500 µm, vorzugsweise
20 bis 400 µm, besonders bevorzugt 100 bis 300 µm. Zur Bestimmung der mittleren
Teilchengröße und der Teilchengrößenverteilung sind übliche Methoden, wie die
Bildanalyse geeignet. Als Maß für die Breite der Teilchengrößenverteilung der erfin
dungsgemäßen Perlpolymerisate wird das Verhältnis aus dem 90%-Wert (∅ (90))
und dem 10%-Wert (∅ (10)) der Volumenverteilung gebildet. Der 90%-Wert (∅
(90)) gibt den Durchmesser an, der von 90% der Teilchen unterschritten wird. In ent
sprechender Weise unterschreiten 10% der Teilchen den Durchmesser des 10%-
Wertes (∅ (10)). Monodisperse Teilchengrößenverteilungen im Sinne der Erfindung
bedeuten ∅ (90)/∅ (10) ≦ 1,5, vorzugsweise ∅ (90)/∅ (10) ≦ 1,25.
Für die Mikroverkapselung (b) kommen die für diesen Einsatzzweck bekannten Ma
terialien in Frage, insbesondere Polyester, natürliche oder synthetische Polyamide,
Polyurethane oder Polyharnstoffe. Als natürliches Polyamid ist Gelatine besonders
gut geeignet und kommt insbesondere als Koazervat und Komplexkoazervat zur An
wendung. Unter gelatinehaltigen Komplexkoazervaten im Sinne der Erfindung wer
den vor allem Kombinationen von Gelatine und synthetischen Polyelektrolyten ver
standen. Geeignete synthetische Polyelektrolyte sind Copolymerisate mit eingebau
ten Einheiten von beispielsweise Maleinsäure, Acrylsäure, Methacrylsäure,
Acrylamid und Methacrylamid. Gelatinehaltige Kapseln können mit üblichen
Härtungsmitteln wie beispielsweise Formaldehyd oder Glutardialdehyd gehärtet
werden. Die Verkapselung von Monomertröpfchen, beispielsweise mit Gelatine,
gelatinehaltigen Koazervaten und gelatinehaltigen Komplexkoazervaten, wird in EP-
B 0 046 535 eingehend beschrieben. Die Methoden der Verkapselung mit
synthetischen Polymeren sind an sich bekannt. Gut geeignet ist beispielsweise die
Phasengrenzflächenkondensation, bei der eine im Monomertröpfchen gelöste
Reaktivkomponente (beispielsweise ein Isocyanat oder ein Säurechlorid) mit einer
zweiten in der wässrigen Phase gelösten Reaktivkomponente (beispielsweise einem
Amin) zur Reaktion gebracht wird. Die Mikroverkapselung mit gelatinehaltigem
Komplexkoazervat ist bevorzugt.
Die Polymerisation der mikroverkapselten Tröpfchen aus Monomergemisch 1 (c)
erfolgt in wässriger Suspension bei erhöhter Temperatur von beispielsweise 55 bis
95°C, vorzugsweise 60-80°C und bis zu einem Umsatz von 10-75 Gew.-%, vor
zugsweise 15-50 Gew.-%. Die jeweils günstigste Polymerisationstemperatur ergibt
sich für den Fachmann aus den Halbwertszeiten der Radikalbildner. Der Umsatz
kann beispielsweise durch IR-Detektion der nicht polymerisierten Doppelbindungen
bestimmt werden. Bei der Polymerisation wird die Suspension gerührt. Die Rührge
schwindigkeit ist dabei unkritisch. Es können niedrige Rührgeschwindigkeiten ange
wendet werden, die gerade ausreichen, um die suspendierten Teilchen in Schwebe zu
halten.
Das Verhältnis von Monomergemisch 1 zu Wasser kann dem unter a) beschriebenen
Verhältnis entsprechen oder durch Aufkonzentrieren bzw. Verdünnen verändert wer
den. Bevorzugt wird ein Verhältnis von Monomergemisch 1 zu Wasser von 1 : 1,5 bis
1 : 10 angewendet.
Zur Stabilisierung der mikroverkapselten Monomertröpfchen in der Wasserphase
werden Dispergierhilfsmittel verwendet. Geeignete Dispergierhilfsmittel sind natür
liche und synthetische wasserlösliche Polymere, wie beispielsweise Gelatine, Stärke,
Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure und Co
polymerisate aus (Meth)acrylsäure oder (Meth)acrylsäureestern. Sehr gut geeignet
sind auch Cellulosederivate, insbesondere Celluloseester oder Celluloseether, wie
Carboxymethylcellulose oder Hydroxyethylcellulose. Die Einsatzmenge der Disper
gierhilfsmittel beträgt im allgemeinen 0,05 bis 1% bezogen auf die Wasserphase,
vorzugsweise 0,1 bis 0,5%.
In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Polyme
risation in Anwesenheit eines Puffersystems durchgeführt. Bevorzugt werden Puffer
systeme, die den pH-Wert der Wasserphase bei Beginn der Polymerisation auf einen
Wert zwischen 12 und 3, vorzugsweise zwischen 10 und 4 einstellen. Besonders gut
geeignete Puffersysteme enthalten Phosphat-, Acetat-, Citrat- oder Boratsalze.
Bei der Polymerisation des Monomergemisches 1 ist es möglich, einen in der wässri
gen Phase gelösten Inhibitor einzusetzen. Als Inhibitoren kommen sowohl anorga
nische als auch organische Stoffe in Frage. Beispiele für anorganische Inhibitoren
sind Stickstoffverbindungen wie Hydroxylamin, Hydrazin, Natriumnitrit und Kali
umnitrit. Beispiele für organische Inhibitoren sind phenolische Verbindungen wie
Hydrochinon, Hydrochinonmonomethylether, Resorcin, Brenzkatechin, tert.-Butyl
brenzkatechin und Kondensationsprodukte aus Phenolen mit Aldehyden. Weitere
organische Inhibitoren sind stickstoffhaltige Verbindungen wie beispielsweise
Diethylhydroxylamin und Isopropylhydroxylamin. Resorcin wird als Inhibitor
bevorzugt. Die Konzentration des Inhibitors beträgt 5-1000 ppm, vorzugsweise 10-
500 ppm, besonders bevorzugt 20-250 ppm, bezogen auf die wässrige Phase.
Das Monomergemisch 2 besteht bevorzugt aus 82-99 Gew.-% Styrol, 1-10 Gew.-%
Divinylbenzol und 0-8 Gew.-% Acrylnitril, besonders bevorzugt aus 86
bis 95 Gew.-% Styrol, 3-8 Gew.-% Divinylbenzol und 2-6 Gew.-% Acrylnitril.
Das Monomergemisch 2 kann zudem Radikalbildner enthalten. Dabei kommen die
oben beschriebenen Radikalbildner in Frage. Es wurde gefunden, dass die Ver
wendung von deutlichen Mengen an Radikalbildnern im Monomergemisch 2 für das
erfindungsgemäße Verfahren nicht nachteilig ist. Auch bei Einsatz von Radikal
bildnern im Monomergemisch 2 werden Perlpolymerisate mit hoher Monodispersität
erhalten. Sofern das Monomergemisch 1 eine so große Menge an Radikalbildner ent
hält, die ausreicht, auch das Monomergemisch 2 zu polymerisieren, kann auf eine ge
sonderte Zugabe von Radikalbildner im Monomergemisch 2 verzichtet werden. Das
Verhältnis von Monomergemisch 1 zu Monomergemisch 2 (Seed/feed-Verhältnis)
beträgt im allgemeinen 1 : 0,5 bis 1 : 10, vorzugsweise 1 : 0,75 bis 1 : 6.
Der Zusatz des Monomergemisches 2 (d) zu den teilweise polymerisierten, microver
kapselten Monomertröpfchen erfolgt bei einer Temperatur, die so gewählt ist, dass
zumindest einer der Radikalbildner aus Monomergemisch 1 oder 2 aktiv ist. Im all
gemeinen werden Temperaturen von 60-90°C angewendet. Zur Erzielung hoher
Polymerisationsumsätze kann es günstig sein, die Temperatur während der Polymeri
sation zu steigern.
Die Zugabe des Monomeren erfolgt über einen längeren Zeitraum, beispielsweise
über 10 bis 1000 min, vorzugsweise 30 bis 600 min. Die Zugabe kann mit gleich
bleibender Geschwindigkeit oder mit einer über die Zeit veränderten Geschwindigkeit
erfolgen. Es ist möglich, die Zusammensetzung von Monomergemisch 2
während des Zulaufzeitraumes zu ändern. Zum Beispiel in der Art, dass mit einem
niedrigen Divinylbenzolgehalt begonnen und der Divinylbenzolgehalt während des
Zugabezeitraumes kontinuierlich gesteigert wird oder umgekehrt.
Das Monomergemisch 2 kann in reiner Form zugesetzt werden. In einer besonderen
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Monomergemisch 2 oder ein
Teil dieses Gemisches in Form einer Emulsion in Wasser zugesetzt. Diese Emulsion
in Wasser kann in einfacher Weise durch Vermischen des Monomergemisches mit
Wasser unter Anwendung eines Emulgiermittels mit Hilfe eines Schnellrührers oder
Rotor-Statur-Mischer erzeugt werden. Das Verhältnis von Monomergemisch zu
Wasser beträgt dabei vorzugsweise 1 : 0,75 bis 1 : 3. Die Emulgiermittel können
ionischer oder nichtionischer Natur sein. Gut geeignet sind beispielsweise ethoxy
lierte Nonylphenole mit 2 bis 30 Ethylenoxideinheiten. Des weiteren das Natriumsalz
des Sulfobernsteinsäureisooctylesters.
Zu vollständigen Polymerisation der Monomergemische (e) wird nach beendeter
Zugabe des Monomergemisches 2 das Reaktionsgemisch über einen Zeitraum von
beispielsweise 1-8 h bei einer Temperatur von 60-140°C, vorzugsweise 90-130°C
gehalten.
Nach der Polymerisation kann das Perlpolymerisat mit den üblichen Methoden, bei
spielsweise durch Filtrieren oder Dekantieren, isoliert und gegebenenfalls nach ein
oder mehreren Wäschen getrocknet und - falls gewünscht - gesiebt werden.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Perlpolymerisate eignen sich
in besonders bevorzugter Weise zur Herstellung von Kationen- und Anionenaustau
schern. Sie zeichnen sich überraschenderweise durch einen besonders niedrigen Ge
halt an löslichem Polymerisat aus. Dieser Gehalt beträgt weniger als 0,8%, vorzugs
weise weniger als 0,4%.
Die erfindungsgemäßen Perlpolymerisate sind monodispers, d. h. sie besitzen eine
äußerst enge Teilchengrößenverteilung. Die Teilchengrößenverteilung ergibt sich aus
der Teilchengrößenverteilung der unter (a) erzeugten monodispersen Monomer
tröpfchen. Der ∅ (90)/∅ (10)-Wert beträgt weniger als 1,5, vorzugsweise weniger als
1,25.
Die Umsetzung der Perlpolymerisate zu Kationenaustauschern erfolgt durch Sulfo
nierung. Geeignete Sulfonierungsmittel sind Schwefelsäure, Schwefeltrioxid und
Chlorsulfonsäure. Bevorzugt wird Schwefelsäure mit einer Konzentration von
90-100%, besonders bevorzugt von 96-99%. Die Temperatur bei der Sulfonie
rung liegt im allgemeinen bei 50-200°C, bevorzugt bei 90-110°C und besonders
bevorzugt bei 95-105°C. Es wurde gefunden, dass die erfindungsgemäßen Copoly
merisate ohne Zusatz von Quellungsmitteln (wie z. B. Chlorbenzol oder Dichlor
ethan) sulfoniert werden können und dabei homogene Sulfonierungsprodukte liefern.
Für viele Anwendungen ist es günstig, den Kationenaustauscher von der sauren Form
in die Natrium-Form zu überführen. Diese Umladung erfolgt mit Natronlauge einer
Konzentration von 10-60%, vorzugsweise 40-50%.
Nach der Umladung können die Kationenaustauscher zur weiteren Reinigung mit
entionisiertem Wasser oder wässrigen Salzlösungen, beispielsweise mit Natrium
chlorid- oder Natriumsulfatlösungen, behandelt werden.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Kationenaustauscher zeich
nen sich durch eine besonders hohe Stabilität und Reinheit aus. Sie zeigen auch nach
längerem Gebrauch und vielfacher Regeneration keine Defekte an den Ionenaus
tauscherkugeln und kein Ausbluten (Leaching) des Austauschers. Sie sind auch unter
oxidativen Bedingungen über lange Zeit stabil.
Zur Bestimmung der löslichen Anteile wurden 5 bis 7 g Polymerisat in eine Extrak
tionshülse eingewogen und über Nacht in einer Soxhlet-Apparatur mit 800 ml Toluol
extrahiert (Badtemperatur: 140°C). Das Extrakt wurde über eine Nutsche mit
Schwarzbandfilter filtriert und am Rotationsverdampfer auf ca. 1 ml eingeengt. An
schließend wurden 300 ml Methanol zugesetzt und im Vakuum am Rotationsver
dampfer bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Von jeder Probe wurde eine Doppel
bestimmung durchgeführt.
Beispiel 1 der EP-A 0 826 704 wurde nachgestellt. Der Anteil an löslichem
Polymerisat wurde zu 2,3% bestimmt.
Ein Gemisch aus 98,75 Teilen Styrol, 1,25 Teilen 80%-iges Divinylbenzol (in
Ethylbenzol) und 0,5 Teilen tert.Butylperoxy-2-ethylhexanoat (Monomergemisch 1)
wird mit Hilfe einer Düsenplatte unter Schwingungsanregung in einer wässrigen
Phase zu Tröpfchen mit einer mittleren Teilchengröße von 245 µm und einem
∅ (90)/∅ (10)-Wert von 1,06 zerteilt. Wie in Beispiel 1 der EP-B 0 046 535 be
schrieben, werden die Monomertröpfchen in einer Säule mit einem Komplex
koazervat aus Gelatine und einem Copolymer aus Acrylamid und Acrylsäure als Co
azervatkomponente verkapselt. Anschließend werden die Monomertröpfchen durch
Zugabe von Formaldehyd ausgehärtet und durch Gegenstromwäsche von über
schüssiger Gelatine, überschüssigem Copolymerisat sowie Formaldehyd befreit.
999,7 g eines wässrigen Gemisches enthaltend 503,0 g microverkapselte Monomer
tröpfchen, hergestellt nach obigem Verfahren, werden mit einer wässrigen Lösung
aus 12,0 g Gelatine, 20,0 g Natriumhydrogenphosphatdodekahydrat und 200 mg
Resorcin in 1560 ml entionisiertem Wasser in einem 4 l Glasreaktor versetzt. Die
Mischung wird unter Rühren (Rührgeschwindigkeit 200 Upm) 10,5 h bei 75°C poly
merisiert. Nach einer Polymerisationsszeit von 3,5 h ist ein Umsatz von 20% er
reicht und das Monomergemisch 2 aus 1297 g Styrol, 197 g 80%-igem Divinyl
benzol und 3 g Dibenzoylperoxid wird über einen Zeitraum von 5 h mit einer gleich
bleibenden Geschwindigkeit zugetropft. Nach Abschluss der Polymerisationsphase
bei 75°C wird der Ansatz 2 h bei 95°C gehalten. Der Ansatz wird über ein 32 µm-
Sieb gewaschen und getrocknet. Man erhält 1892 g eines Perlpolymerisats mit glatter
Oberfläche. Die Polymerisate erscheinen optisch transparent; die mittlere Teilchen
größe beträgt 370 µm und der ∅ (90)/∅ (10)-Wert 1,06. Das Perlpolymerisat besitzt
einen löslichen Anteil von 0,20%.
Ein Gemisch aus 98,75 Teilen Styrol, 1,25 Teilen 80%-igem Divinylbenzol und 0,5
Teilen tert.Butylperoxy-2-ethylhexanoat (Monomergemisch 1) wird mit Hilfe einer
Düsenplatte unter Schwingungsanregung in einer wässrigen Phase zu Tröpfchen mit
einer mittleren Teilchengröße von 292 µm und einem ∅ (90)/∅ (10)-Wert von 1,24
zerteilt und wie in Beispiel 2 beschrieben microverkapselt.
999,7 g des wässrigen Gemisches enthaltend 503,0 g microverkapselte Monomer
tröpfchen werden mit einer wässrigen Lösung aus 6,0 g Gelatine, 20,0 g Natriumhy
drogenphosphatdodekahydrat und 200 mg Resorcin in 1560 ml entionisiertem Was
ser in einem 4 l Glasreaktor versetzt. Die Mischung wird unter Rühren (Rührge
schwindigkeit 200 Upm) 15,5 h bei 75°C polymerisiert. Nach einer Polymerisationszeit
von 3,5 h ist ein Umsatz von 20% erreicht und das Monomergemisch 2 aus
1217 g Styrol, 138 g 80%-igem Divinylbenzol, 80 g Acrylnitril und 3 g Dibenzoyl
peroxid wird über einen Zeitraum von 10 h mit einer gleichbleibenden Ge
schwindigkeit zugetropft. Nach Abschluss der Polymerisationsphase bei 75°C wird
der Ansatz 1 h bei 95°C gehalten. Der Ansatz wird über ein 32 µm-Sieb gewaschen
und getrocknet. Man erhält 1805 g eines Perlpolymerisats mit glatter Oberfläche. Die
Polymerisate erscheinen optisch transparent; die mittlere Teilchengröße beträgt
410 µm und der ∅ (90)∅ (10)-Wert 1,24. Das Perlpolymerisat besitzt einen
löslichen Anteil von 0,29%.
Das Beispiel 2 wurde nachgestellt, wobei als Monomergemisch 1520 g einer
Mischung aus 96,25 Teilen Styrol, 3,75 Teilen 80%-igem Divinylbenzol und 0,5
Teilen tert.Butylperoxy-2-ethylhexanoat eingesetzt wurde. Die mittleren Teilchen
größe der microverkapselten Monomertröpfchen beträgt 295 µm und der
∅ (90)∅ (10)-Wert 1,08.
1033,5 g eines wässrigen Gemisches enthaltend 520 g microverkapselte Monomer
tröpfchen werden mit einer wässrigen Lösung aus 12,0 g Gelatine, 20,0 g Natrium
hydrogenphosphatdodekahydrat und 200 mg Resorcin in 1500 ml entionisiertem
Wasser in einem 4 l Glasreaktor versetzt. Die Mischung wird unter Rühren (Rührge
schwindigkeit 200 Upm) 9,5 h bei 75°C polymerisiert. Nach einer Polymerisations
zeit von 3,5 h ist ein Umsatz von 25% erreicht und das Monomergemisch 2 aus
803 g Styrol, 64,6 g Divinylbenzol und 1,74 g 80%-iges Dibenzoylperoxid wird über
einen Zeitraum von 4 h mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit zugetropft. Nach
Abschluss der Polymerisationsphase bei 75°C wird der Ansatz 2 h bei 95°C gehalten.
Der Ansatz wird über ein 32 µm-Sieb gewaschen und getrocknet. Man erhält 1274 g
eines Perlpolymerisats mit glatter Oberfläche. Die Polymerisate erscheinen optisch
transparent; die mittlere Teilchengröße beträgt 405 µm und der ∅ (90)/∅ (10)-Wert
1,08. Das Perlpolymerisat besitzt einen löslichen Anteil von 0,25%.
Das Beispiel 4 wurde nachgestellt, wobei als Monomergemisch 2 eine Mischung aus
775,6 g Styrol, 64,6 g Divinylbenzol, 27,8 g Acrylnitril und 1,74 g 80%-igem Di
benzoylperoxid eingesetzt wurde. Das Monomergemisch 2 wird nach 4,5 h Poly
merisationszeit, entsprechend einem Polymerisationsumsatz von 35%, über einen
Zeitraum von 4 h mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit zugetropft. Der Ansatz
wird insgesamt 10,5 h bei 75°C und anschließend 4 h bei 95°C gehalten. Der Ansatz
wird über ein 32 µm-Sieb gewaschen und getrocknet. Man erhält 1321 g eines Perl
polymerisats mit glatter Oberfläche. Die Polymerisate erscheinen optisch transparent;
die mittlere Teilchengröße beträgt 415 µm und der ∅ (90)/∅ (10)-Wert 1,08. Das
Perlpolymerisat besitzt einen löslichen Anteil von 0,30%.
Das Beispiel 2 wurde nachgestellt, wobei als Monomergemisch 1892 g einer Mi
schung aus 93,75 Teilen Styrol, 6,25 Teilen 80%-igem Divinylbenzol und 0,5 Teilen
tert.Butylperoxy-2-ethylhexanoat eingesetzt wurde. Die mittlere Teilchengröße der
microverkapselten Monomertröpfchen beträgt 320 µm und der ∅ (90)/∅ (10)-Wert
1,06.
1773 g eines wässrigen Gemisches enthaltend 892 g microverkapselte Monomer
tröpfchen werden mit einer wässrigen Lösung aus 12,0 g Gelatine, 20,0 g Natrium
hydrogenphosphatdodekahydrat und 200 mg Resorcin in 1248 ml entionisiertem
Wasser in einem 4 l Glasreaktor versetzt. Die Mischung wird unter Rühren (Rührge
schwindigkeit 200 Upm) 8,5 h bei 75°C polymerisiert. Nach einer Polymerisations
zeit von 2,5 h ist ein Umsatz von 15% erreicht und das Monomergemisch 2 aus
780,4 g Styrol, 19,9 g 80%-igem Divinylbenzol und 2,1 g Dibenzoylperoxid wird
über einen Zeitraum von 4 h mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit zugetropft.
Nach Abschluss der Polymerisationsphase bei 75°C wird der Ansatz 4 h bei 95°C ge
halten. Der Ansatz wird über ein 32 µm-Sieb gewaschen und getrocknet. Man erhält
1421 g eines Perlpolymerisats mit glatter Oberfläche. Die Polymerisate erscheinen
optisch transparent; die mittlere Teilchengröße beträgt 385 µm und der
∅ (90)/∅ (10)-Wert 1,06. Das Perlpolymerisat besitzt löslichen Anteil von 0,20%.
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung von monodispersen vernetzten Perlpolymerisaten
durch
- a) Erzeugen von monodispersen Monomertröpfchen in wässriger Sus pension aus einem Monomergemisch 1 aus Styrol, Divinylbenzol und Radikalbildner,
- b) Microverkapseln der erhaltenen Monomertröpfchen,
- c) Polymerisieren der microverkapselten Monomertröpfchen bis zu einem Umsatz von 10 bis 75%,
- d) Zusatz eines Monomergemisches 2 aus Styrol und Divinylbenzol bei einer Temperatur, bei der der Radikalbildner aus Monomergemisch 1 aktiv ist, wobei das Monomergemisch in die anpolymerisierten microverkapselten Monomertröpfchen eindringt,
- e) Auspolymerisieren der Monomergemische.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Monomer
mischung 2 oder ein Teil davon in Form einer Emulsion in Wasser zugesetzt
wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mono
mermischung 2 zusätzlich Acrylnitril und/oder Radikalbildner enthält, wobei
in Verfahrensschritt d) zumindest einer der Radikalbildner aus Monomeren
gemisch 1 oder 2 aktiv ist.
4. Verfahren zur Herstellung von monodispersen vernetzten Perlpolymerisaten
durch
- a) Erzeugen von monodispersen Monomertröpfchen in wässriger Sus pension aus einem Monomergemisch 1 aus 87,5-99,7 Gew.-% Styrol, 0,2-10 Gew.-% Divinylbenzol und 0,1 bis 2,5 Gew.-% Radikal bildner,
- b) Microverkapseln der erhaltenen Monomertröpfchen,
- c) Polymerisieren der microverkapselten Monomertröpfchen bis zu einem Umsatz von 10 bis 75%,
- d) Zusatz eines Monomergemisches 2 aus 80-99 Gew.-% Styrol, 1-12 Gew.-% Divinylbenzol, 0-8 Gew.-% Acrylnitril und gegebenenfalls Radikalbildner bei einer Temperatur, bei der zumindest einer der Radikalbildner aus Monomergemisch 1 oder 2 aktiv ist, wobei das Monomergemisch in die anpolymerisierten microverkapselten Mono mertröpfchen eindringt,
- e) Auspolymerisieren der Monomergemische.
5. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als
Radikalbildner Azoverbindungen und/oder Peroxoverbindungen eingesetzt
werden.
6. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Ver
fahrensschritt a) mittels schwingungsangeregter Verdüsungstechnik durchge
führt wird.
7. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die
Mikroverkapselung Polyester, natürliche oder synthetische Polyamide, Poly
urethane oder Polyharnstoffe eingesetzt werden.
8. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Polymerisation in Verfahrensschritt c) in wässriger Suspension bei erhöhter
Temperatur von 55-95°C durchgeführt wird.
9. Monodisperse, vernetzte Perlpolymerisate hergestellt nach einem Verfahren
gemäß der Ansprüche 1 bis 8.
10. Verwendung der Perlpolymerisate gemäß Anspruch 9 zur Herstellung von
Kationen- oder Anionen-Austauschern.
11. Kationenaustauscher hergestellt durch Sulfonierung von Perlpolymerisaten
gemäß Anspruch 9.
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DE10019144A DE10019144A1 (de) | 1999-12-24 | 2000-04-18 | Verfahren zur Herstellung von monodispersen vernetzten Perlpolymerisaten |
MXPA00012167A MXPA00012167A (es) | 1999-12-24 | 2000-12-07 | Procedimiento para la obtencion de polimeros en perlas, reticulados, monodispersados. |
EP00126555A EP1110982A1 (de) | 1999-12-24 | 2000-12-12 | Verfahren zur Herstellung monodispersen vernetzten Perlpolymerisaten |
JP2000378831A JP2001206901A (ja) | 1999-12-24 | 2000-12-13 | 単分散の架橋したビーズ重合体の製法 |
US09/737,270 US6365683B2 (en) | 1999-12-24 | 2000-12-14 | Process for preparing monodisperse crosslinked bead polymers |
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DE10019144A Withdrawn DE10019144A1 (de) | 1999-12-24 | 2000-04-18 | Verfahren zur Herstellung von monodispersen vernetzten Perlpolymerisaten |
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