DE1005271B - Verfahren zur Herstellung von polymeren quaternaeren Ammoniumverbindungen von Styrolen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von polymeren quaternaeren Ammoniumverbindungen von Styrolen

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DE1005271B
DE1005271B DEB32352A DEB0032352A DE1005271B DE 1005271 B DE1005271 B DE 1005271B DE B32352 A DEB32352 A DE B32352A DE B0032352 A DEB0032352 A DE B0032352A DE 1005271 B DE1005271 B DE 1005271B
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Germany
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water
quaternary ammonium
styrenes
ammonium compounds
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DEB32352A
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English (en)
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Dr Curt Schuster
Dr Robert Gehm
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BASF SE
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BASF SE
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F26/00Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Description

  • Verfahren zur Herstellung von polymeren quaternären Ammoniumverbindungen von Styrolen Es ist bekannt, daß man monomere basische Vinylverbindungen, die ein tertiäres Stickstoffatom enthalten, das auch Glied eines Heterocyclus sein kann, durch die Einwirkung von Peralkylierungsmitteln auf übliche Weise in monomere quaternäre Ammoniumverbindungen überführen kann. Es ist ferner bekannt, daß man aus solchen monomeren quaternären Ammoniumverbindungen unter der Einwirkung von Polymerisationskatalysatoren und unter den üblichen Polymerisationsbedingungen polymere quaternäre Ammoniumverbindungen erhalten kann..
  • Auch der umgekehrte Weg ist bekannt, nämlich tertiäre Stickstoffatome enthaltende Vinylverbindungen zu polymerisieren und das in inerten Flüssigkeiten verteilte Polymerisat durch peralkylierende Mittel in die entsprechenden polymeren quaternäre Stickstoffatome enthaltenden Verbindungen überzuführen. Man kann auch ein austauschbare Halogenatome enthaltendes Polymerisat herstellen; das Halogen durch tertiäre Amine ersetzen und auf diese Weise zu Polymerisaten mit einer den Halogenatomen entsprechenden Anzahl quaternärer Ammoniumgruppen gelangen. Die bekannten Vorschriften erfordern mindestens zwei Arbeitsgänge, die Polymerisation und die Bildung der quaternären Ammoniumgruppe. In vielen Fällen ist es außerdem erforderlich, jedem der beiden Arbeitsgänge eine besondere Reinigung anzuschließen.
  • Es wurde nun gefunden, daß sich polymerisationsträge Vinylverbindungen, d. h. solche, die sich in praktisch verwertbarem Umfang nur unter Verwendung von Katalysatoren polymerisieren lassen, nämlich tertiäre Aminostyrole, z. B. das m-Dimethylamino-styrol, bei der Einwirkung von Peralkylierungsmitteln in einem Arbeitsgang polymerisieren und quaternieren lassen. Auf diese Weise ist es möglich, von den monomeren basischen Vinylverbindungen ausgehend, unmittelbar zu polymeren quaternären Ammoniumverbindungen zu gelangen.
  • Außer dem obengenannten m-Dimethylamino-styrol können auch andere tertiäre Aminostyrole verwendet werden, die in der Aminogruppe durch zwei Alkylgruppen oder durch eine Alkylenkette substituiert sind, z. B. m-Diäthylamino-styrol, m-1'-Pyrrolidylstyrol oder p-Dimethylamino-styrol. Auch solche Styrole können verwendet werden, die im Phenylrest oder in der Vinylgruppe durch Alkylreste substituiert sind. Es ist auch möglich, nach dem gefundenen Verfahren die erwähnten Styrole mit solchen Vinylverbindungen zu mischpolymerisieren, deren Polymerisation durch Peralkylierungsmittel nicht katalysiert wird, z. B. mit Acrylnitril, Divinylbenzol oder N-Vinylpyrrolidon.
  • Als Peralkylierungsmittel kommen die Mineralsäure- oder Sulfonsäurealkylester in Betracht, wie Alkylhalogenide, Aralkylhalogenide, Dialkylsulfat, insbesondere Dimethylsulfat und Toluolsulfonsäuremethylester. Es können auch solche Peralkylierungsr mittel verwendet werden, die im Molekül zwei oder mehrere funktionelle Gruppen enthalten, welche peralkylierend wirken können, z. B. das 1, 4-Dichlorbutan, in den Seitenketten mehrfach chlorierte Durole u. a. Man erhält in diesem Falle vernetzte Produkte.
  • Je nach Ausgangsmaterial und den gewählten Arbeitsbedingungen erhält man wasserlösliche, quellbare oder wasserunlösliche polymere Produkte, die die Eigenschaften von Polyelektrolyten haben.
  • Das Verfahren ist mit oder ohne Lösungsmittel ausführbar. Es ist jedoch zweckmäßig, in wäßrigem Medium zu arbeiten. Aber auch Mischungen von organischen Lösungsmitteln mit Wasser oder auch wasserfreie organische Lösungsmittel kommen in Betracht. Beim Zusammengeben der Komponenten tritt im allgemeinen Erwärmung ein. Man kann die Umsetzung durch Erhitzen beschleunigen. Die günstigste Arbeitstemperatur liegt meist zwischen 60 und 100°, hängt jedoch im einzelnen von dem verwendeten Alkylierungsmittel ab. Die Reaktion kann in offenen Gefäßen oder, bei Anwendung von niedrigsiedenden Peralkylierungsmitteln, auch in Bomben oder Autoklaven ausgeführt werden.
  • Die auf diese Weise erhaltenen wasserlöslichen Produkte eignen sich als Textilhilfsmittel, z. B. zur Verbesserung der Wasser- und Waschechtheit von substantiven Färbungen. Die in Wasser unlöslichen, vernetzten Produkte eignen sich als Anionenaustauscher oder als Katalysatoren.
  • Es ist zwar von Vinylpyridinen bekannt, daß sie beim Peralkylieren Polymerisate bilden können. Doch handelt es sich hier um solche Monomeren, die bereits für sich beim Stehenlassen unter LuftabschluB und bei gewöhnlicher Temperatur, sogar in Gegenwart von Stabilisierungsmitteln, in das teilweise vernetzte Polymerisat übergehen. Die nach dieser Erfindung gleichzeitig peralkylierten und polymerisierten monomeren Aminostyrole sind dagegen polymerisationsträge. Sie bilden beim Stehenlassen unter üblichen Bedingungen keine Palymerisäte: Es war überraschend, daß die polymerisationsträgen- Vinylverbindungen, die für die Polymerisation einen'- diese anregenden Katalysator benötigen, durch Perälkylierungsmittel -ohne Verwendung der Polymerisationskatalysatoren gleichzeitig polymerisiert und peralkyliert werden, können, Die in den Beispielen angegebenen Teile sind Geychtsteile, _. Beispiel 1 37,5 Teile m-Dimethylamino#:styrol werden in 100 Teilen Wasser verrührt. ?`lach Zugabe von 31,5 Teilen Benzylchlorid in die auf 50° erwärmte Lösung wird das Ganze 6 Stunden be-i 80 bis 100° gerührt. Dabei bildet sich der zähe, in Wasser trüb lösliche polyquaternäre Elektrolyt von gelbbrauner Farbe.
  • Beispiel 2- -"Zü 37,5 Teilen m-Dimethylamino-styrol werden bei 60° unter Rühren und Rückflußkühlung langsam 31 Teile- Benzylchlorid gegeben. Nach 4stündigem Rühren des auf 120° erwärmten Ansatzes hat sich etwa die Hälfte des Reaktionsgutes zu einem in Wasser quellbaren Pölymerisat umgesetzt.
  • Beispiel 3 37,5 Teile m-Dimethylamino-styrol, 100 Teile Wasser und 39 Teile Äthyljodid werden in einer Bombe nach Aufpressen von 10 Atmosphären Stickstoff 10 Stunden auf 110 bis 120° erhitzt. Der Druck steigt dabei auf 20 Atmosphären,. Es hat sich ein zähes hellglänzendes, in Säuren und in heißem Wasser gut lösliches palyquaternäres Produkt gebildet. Beispiel 4 37,5 Teile m-Dimethylamino-styrol werden mit 100 Teilen Wasser kräftig verrührt. Dann läßt man bei 60° langsam 31,5 Teile Dimethylsulfat zufließen. Die Temperatur steigt dabei auf 80°. Etwa 30 Minuten nach beendeter Zugabe des Dimethylsulfats bildet sich eine zähflüssige Lösung des Polyelektrolyten, die mit Wasser in jedem Verhältnis mischbar ist. Beispiel s 37,5 Teile m-Dimethylamino-styrol werden mit 100 Teilen Wasser kräftig verrührt. Bei 60° werden 46,5 Teile p-Toluolsulfonsäure-methylester zugegeben, Dabei erhöht sich die Temperatur nur unwesentlich, und es bilden sich zwei Schichten. Nach Erwärmen auf 80° vereinigen sich die beiden Schichten des Reaktionsgutes, und man erhält eine dickflüssige, gelbe Lösung des Polyelektrolyts, die mit Wasser, Methanol oder Alkohol verdünnt werden kann.
  • Beispiel 6 28,1 Teile m-Dimethyiamino-styro@l werden mit 15 Teilen Acrylnitril und 100 Teilen Wasser gut verrührt. Dann läßt man bei 60° langsam 23,6 Teile Dimethylsulfat einfließen. Die Reaktionstemperatur steigt auf 80° an. Im Verlaufe von 2 Stunden entsteht eine dickflüssige Lösung .des Mischpolymerisates, die noch 4 Teile nicht umgesetztes Acrylnitril enthält, das abdestilliert werden kann.
  • Beispiel? 15 Teile m-Dimethylamino-styrol und 5 Teile Äthylenchlorid werden in der Bombe 15 Stunden auf 120° erwärmt. 'Ulan erhält ein weiches, braunes, in Wasser quellbares Harz.
  • Beispiel 8 Die Lösung von 13,6 Teilen 1, 2, 4, 5-Tetrachlormethylbenzol (c), (o, co", o) "'-Tetrachlor-durol) in 29,4 Teilen m-Dimethylamino-styrol wird in 100 Teilen Wasser durch kräftiges-_R üh_ ren emulgiert. Man erhitzt auf 100° und erhält im Verlauf von 2 bis 3 Stunden eine graugrüne Paste. Beim Behandeln mit Salzsäure zur Entfernung des nicht einpolymerisierten monomeren Aminostyrols quillt das vernetzte Polymerisat zu einer gelartigen Masse auf. Das Prgdukt wird mit Wasser neutral gewaschen- und im Vakuum bei 80° getrocknet.
  • Das so erhaltene quellbare Harz eignet .sich als Anionenaustauscher. , Beispi-el=9 -14,7 Teile m-Dimethylamino-styrol werden mit 1,5 Teilen frisch destilliertem m-Divinylbenzol gemischt, in 50 Teilen Wasser gut emulgiert und sodann auf 60° erhitzt. Hierauf werden 12,6 Teile Dimethylsulfat unter ständigem Umrühren langsam .eingetragen. Die Temperatur steigt dabei auf 75°. Beim weiteren Erhitzen auf 90° erhält man nach etwa 1 bis 2 Stunden ein vernetztes Polymerisat -in Form.. einer grünlichen Gallerte, das als Ionenaustauscher verwendet werden. kann. Beispiel 10 A. 29,4 Teile m-Dimethylamino-styrol werden in,60 Teilen Wasser unter lebhaftem Umrühren gut emulgiert. Nach Zusatz von 0,05 Teilen Methylenblau und Erwärmen auf 60° läßt man zu der Emulsion langsam 25,2 Teile Dimethylsulfat fließen. Die Temperatur steigt dabei auf 80°. Es wird nun eine Stunde auf 80 bis 85° erwärmt. Man erhält die dünnflüssige Lösung des monomeren quaternären m-Dimethylaminostyrols. Entfernt man nun das Methylenblau, z. B. mit Tierkohle, so läßt sich die quaternäre Ammoniumverbindung durch Zusatz eines der üblichen Polymerisationskatalysatoren polymerisieren.
  • B. Führt man den Versuch ohne Anwendung des Polymerisationsinhibitors Methylenblau aus, so erhält man, wie bereits im Beispiel 4 beschrieben, unmittelbar eine hochviskose wäßrige Lösung des Polyelektrolyten.
  • Die Viskosität der in Teil A erwähnten dünnflüssigen Lösung des monomeren quaternären Ammoniumsalzes wurde in einem Kugelfallviskosimeter, dessen Wasserwert 2 Sekunden ist, gemessen. Die Fallzeit der Metallkugel betrug ungefähr 2 Sekunden.
  • Dagegen betrug die Fallzeit der Kugel in der nach Teil B erhaltenen und mit Wasser im Verhältnis 1 :1 verdünnten Lösung fast 9 Minuten, Beispiel 11 16 Teile p-Disnethylamino-styrol werden mit 50 Teilen Wasser gut verrührt. Bei 60° werden dazu 13,5 Teile Dimethylsulfat gegeben. Die Reaktionstemperatur steigt dabei auf 90° an. Man hält das Reaktionsgut noch 5 Stunden auf 80° und gewinnt eine dickflüssige, gelbliche Lösung. Durch Versetzen mit Natronlauge in üblicher Weise lassen sich 14 Teile der polymeren freien Ammoniumbase als feste, gelbe Masse gewinnen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von polymeren quaternären Ammoniumverbindungen von Styrolen, dadurch gekennzeichnet, daß man tertiäre Aminostyrole allein oder im Gemisch mit anderen polymerisierbaren Vinylverbindungen mit Peralkylierungsmitteln in einem Arbeitsgang quaterniert und polymerisiert. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 841796; USA.-Patentschrift Nr. 2 484 420.
DEB32352A 1954-08-25 1954-08-25 Verfahren zur Herstellung von polymeren quaternaeren Ammoniumverbindungen von Styrolen Pending DE1005271B (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2484420A (en) * 1946-12-31 1949-10-11 Eastman Kodak Co Process of preparing quaternized salts of resinous organic polymers containing a basic tertiary nitrogen atom
DE841796C (de) * 1947-07-05 1952-06-19 Rohm & Haas Verfahren zur Herstellung unloeslicher Harze fuer Anionenaustausch

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2484420A (en) * 1946-12-31 1949-10-11 Eastman Kodak Co Process of preparing quaternized salts of resinous organic polymers containing a basic tertiary nitrogen atom
DE841796C (de) * 1947-07-05 1952-06-19 Rohm & Haas Verfahren zur Herstellung unloeslicher Harze fuer Anionenaustausch

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