DE19627909A1

DE19627909A1 - Verfahren zur Herstellung von feinteiligen, wasserunlöslichen Polymerisaten von Aziridinen sowie von modifizierten, wasserunlöslichen Polymerisaten von Aziridinen sowie von modifizierten, wasserunlöslichen Polymerisaten von Aziridinen und ihre Verwendung

Info

Publication number: DE19627909A1
Application number: DE1996127909
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Steuerle; Wolfgang Dr Reuther; Hubert Dr Meixner; Michael Dr Ehle; Thomas Dr Greindl; Rainer Dr Betz
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1996-07-11
Filing date: 1996-07-11
Publication date: 1998-01-15
Also published as: WO1998002482A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von fein teiligen, wasserunlöslichen Polymerisaten von Aziridinen durch Polymerisieren von Aziridinen in Gegenwart von mindestens zwei funktionelle Gruppen enthaltenden Vernetzern in einem inerten Lösemittel, modifizierte, wasserunlösliche Polymerisate von Aziridinen und die Verwendung der feinteiligen, wasserunlöslichen Polymerisate sowie der modifizierten Polymerisate zur Immobili sierung von Wirkstoffen, als Absorptionsmittel für Aldehyde, Ketone und Säuren, zur Entfernung von Schwermetallionen aus Ab wässern und zur Entfernung von Ozon und/oder sauren Gasen aus Luft oder inerten Gasen.

Aus der US-A-3 200 088 ist die Polymerisation von Alkyleniminen, vorzugsweise Ethylenimin, unter Verwendung geringer Mengen an polyhalogenierten Alkanen in Gegenwart von Spuren bestimmter Metallverbindungen oder Metalle wie insbesondere Kupfer bekannt. Die Polymerisation kann in der Masse, als Lösungspolymerisation in Wasser, wasserlöslichen Alkoholen oder Mischungen aus den genannten Lösemitteln durchgeführt werden. Die polyhalogenierten Alkane werden in Mengen von 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf Alkylen imin, eingesetzt. Bei Mengen oberhalb von 5 Gew.-% an halogenier ten Alkanen bilden sich praktisch nicht filtrierbare unlösliche Gele von honigartiger Konsistenz.

Aus der US-A-3 885 069 ist die Polymerisation von Ethylenimin mit polyhalogenierten Verbindungen im Molverhältnis 44 : 1 bis 27 : 1 bekannt, wobei man zunächst eine Mischung der beiden Reaktions partner bei 10 bis 50°C unter Bildung eines Präpolymeren 2 bis 16 Stunden reagieren läßt, die Mischung dann durch Zugabe von Wasser oder Ethanol zu einer 5- bis 50%igen Lösung verarbeitet, damit ein faserförmiges cellulosehaltiges Trägermaterial imprägniert und es bei 25°C trocknet bis das Präpolymer vernetzt ist. Aufgrund seiner Unlöslichkeit in Lösemitteln ist das Polymer mit dem faserförmigen Trägermaterial fest verbunden und kann nicht ohne weiteres isoliert werden. Die so erhältlichen Reaktionsprodukte werden zur Entfernung von Schwermetallionen wie Kupfer- oder Quecksilberionen aus wäßrigen Lösungen verwendet.

Aus der JP-A-63/041 532 ist bekannt, Aziridine mit 0,5 bis 40 Gew.-% eines Vernetzers in Kohlenwasserstoffen in Gegenwart von Dispergiermitteln und unter Einwirkung von sauren Katalysatoren zu festen Produkten zu polymerisieren, die bei spielsweise zur Immobilisierung von Proteinen oder zur Entfernung von Metallionen aus wäßrigen Lösungen verwendet werden. Die bei der Polymerisation anfallenden Festprodukte sind jedoch nur schwer filtrierbar und enthalten anhaftende Dispergiermittel, die oft nur schwierig zu entfernen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Her stellung von feinteiligen, wasserunlöslichen Polymerisaten von Aziridinen zur Verfügung zu stellen, das nicht die Nachteile der bekannten Verfahren aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung von feinteiligen, wasserunlöslichen Polymerisaten von Aziridinen durch Polymerisieren von Aziridinen in Gegenwart von mindestens zwei funktionelle Gruppen enthaltenden Vernetzern in einem inerten Lösemittel, wenn man als inerte Lösemittel min destens einen Ether einsetzt.

Erfindungsgemäß kommen als Lösemittel alle Ether in Betracht, die gegenüber Aziridinen und Vernetzern inert und zumindest unter Reaktionsbedingungen flüssig sind.

Beispiele für Ether sind Dialkylether die 1 bis 6 C-Atome in der Alkylgruppe tragen, z. B. Diethylether, Methyl-n-propylether, Methyl-isopropylether, Methyl-n-butylether, Methyl-sec.-butyl ether, Methyl-tert.-butylether, Ethyl-hexylether und Di-n-butyl ether.

Weitere geeignete Ether sind endgruppenverschlossene Polyalkylen glykole, die z. B. 2 bis 50 Alkylenoxid-Einheiten einpolymerisiert enthalten. Als Endgruppenverschluß kommen C₁- bis C₄-Alkyl-Gruppen in Betracht. Vorzugsweise weisen die endgruppenverschlossenen Polyalkylenglykole Methyl- oder Ethylgruppen auf. Die endgruppen verschlossenen Polyalkylenglykole sind beispielsweise durch Alkylierung von Polyalkylenglykolen erhältlich. Geeignete Poly alkylenglykole sind beispielsweise Polyethylenglykole, Poly propylenglykole und Polybutylenglykole sowie Blockcopolymerisate aus Ethylenoxid und Propylenoxid oder Ethylenoxid und Butylenoxid oder aus Ethylenoxid, Propylenoxid und Butylenoxid oder Block copolymerisate aus Propylenoxid und Butylenoxid. Von endgruppen verschlossenen Polyalkylenglykolen werden vorzugsweise mit Methyl- oder Ethylgruppen beidseitig endgruppenverschlossene Glykole aus der folgenden Gruppe eingesetzt: Diethylenglykol, Triethylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol und Dibutylenglykol.

Weitere geeignete Ether leiten sich von beidseitig mit C₁- bis C₄-Alkylgruppen endgruppenverschlossenem Polytetrahydrofuran ab, das 2 bis 50 Tetrahydrofuraneinheiten im Molekül enthält. Vor zugsweise verwendet man aus dieser Gruppe mit Methyl- oder Ethyl gruppen beidseitig endgruppenverschlossene Di- oder Tritetra hydrofuranether.

Weitere geeignete erfindungsgemäß einsetzbare Ether leiten sich von jeweils beidseitig mit C₁- bis C₄-Alkyl endgruppen verschlossenem Ethylenglykol, Propylenglykol und Butylenglykol ab. Aus dieser Gruppe von Verbindungen verwendet man vorzugsweise die Dimethylether von Ethylenglykol, Propylenglykol und Butylen glykol. Weitere geeignete Lösemittel sind Tetrahydrofuran und Dioxan.

Bevorzugt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Methyl tert.-butylether, Tetrahydrofuran, Dioxan oder Mischungen aus den genannten Lösemitteln eingesetzt.

Die Konzentration an Aziridin und Vernetzern in den gemäß Erfindung einzusetzenden inerten Ethern beträgt beispielsweise 1 bis 80, vorzugsweise 25 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Mischung. Geeignete Aziridine, die erfindungsgemäß polymerisiert werden sind beispielsweise Ethylenimin, Propylenimin, N-(2-Aminoethyl) aziridin, N-(3-Aminopropyl)aziridin und 1,2-Butylenimin.

Vorzugsweise setzt man Ethylenimin als Aziridin ein.

Geeignete Vernetzer, die mindestens zwei funktionelle Gruppen enthalten, sind α,ω- oder vicinale Dichloralkane wie 1,2-Dichlor ethan, 1,2-Dichlorpropan, 1,3-Dichlorpropan, 1,4-Dichlorbutan und 1,6-Dichlorhexan. Weitere geeignete Vernetzer sind Glycidyl halogenide wie Epichlorhydrin, Polyepoxide wie Polyethylenglykol bisglycidylether oder Polyaziridine oder α,ω-Diisocyanate wie Hexamethylendiisocyanat, Chlorformiate, Phosgen und insbesondere halogenfreie Vernetzer. Die halogenfreien Vernetzer sind min destens bifunktionell und sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:

(1) Ethylencarbonat, Propylencarbonat und/oder Harnstoff,
(2) monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren und deren Estern, Amiden und Anhydriden, mindestens zweibasischen gesättigten Carbonsäuren oder Polycarbonsäuren sowie den jeweils davon abgeleiteten Estern, Amiden und Anhydriden,
(3) Umsetzungsprodukten von Polyetherdiaminen, Alkylendiaminen, Polyalkylenpolyaminen, Alkylenglykolen, Polyalkylenglykolen oder deren Gemischen mit monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren, Estern, Amiden oder Anhydriden monoethylenisch ungesättigter Carbonsäuren, wobei die Umsetzungsprodukte mindestens zwei ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen, Carbonsäureamid-, Carboxyl- oder Estergruppen als funktio nelle Gruppen aufweisen,
(4) mindestens zwei Aziridinogruppen enthaltenden Umsetzungs produkten von Dicarbonsäureestern mit Ethylenimin sowie Mischungen der genannten Vernetzer.

Von den Vernetzern der Gruppe (1) setzt man vorzugsweise Propylencarbonat ein.

Geeignete halogenfreie Vernetzer der Gruppe (2) sind z. B. mono ethylenisch ungesättigte Monocarbonsäuren wie Acrylsäure, Meth acrylsäure und Crotonsäure sowie die davon abgeleiteten Amide, Ester und Anhydride. Die Ester können sich von Alkoholen mit 1 bis 22, vorzugsweise 1 bis 18 C-Atomen ableiten. Die Amide sind vorzugsweise unsubstituiert, können jedoch einen C₁- bis C₂₂-Alkylrest als Substituent tragen.

Weitere halogenfreie Vernetzer der Gruppe (2) sind mindestens zweibasische gesättigte Carbonsäuren wie Dicarbonsäuren sowie die davon abgeleiteten Salze, Diester und Diamide. Diese Verbindungen können beispielsweise mit Hilfe der Formel

in der

R = C₁- bis C₂₂-Alkyl,
R¹ = H, C₁- bis C₂₂-Alkyl und
n = 0 bis 22

charakterisiert werden. Außer den Dicarbonsäuren der Formel I eignen sich beispielsweise monoethylenisch ungesättigte Dicarbon säuren wie Maleinsäure oder Itaconsäure. Die Ester der in Betracht kommenden Dicarbonsäuren leiten sich vorzugsweise von Alkoholen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ab. Geeignete Dicarbon säureester sind beispielsweise Oxalsäuredimethylester, Oxalsäure diethylester, Oxalsäurediisopropylester, Bernsteinsäuredimethyl ester, Bernsteinsäurediethylester, Bernsteinsäurediisopropyl ester, Bernsteinsäuredi-n-propylester, Bernsteinsäurediisobutyl ester, Adipinsäuredimethylester, Adipinsäurediethylester und Adipinsäurediisopropylester. Geeignete Ester von ethylenisch ungesättigten Dicarbonsäuren sind beispielsweise Maleinsäure dimethylester, Maleinsäurediethylester, Maleinsäurediisopropyl ester, Itaconsäuredimethylester und Itaconsäurediisopropylester. Außerdem kommen substituierte Dicarbonsäuren und ihre Ester wie Weinsäure (D-, L-Form und als Racemat) sowie Weinsäureester, wie Weinsäuredimethylester und Weinsäurediethylester in Betracht.

Geeignete Dicarbonsäureanhydride sind beispielsweise Malein säureanhydrid, Itaconsäureanhydrid und Bernsteinsäureanhydrid. Die Vernetzung von Aziridinen mit den vorstehend genannten halogenfreien Vernetzern erfolgt unter Bildung von Amidgruppen bzw. bei Amiden wie Adipinsäurediamid durch Umamidierung. Malein säureester, monoethylenisch ungesättigte Dicarbonsäuren sowie deren Anhydride können sowohl durch Bildung von Carbonsäureamid gruppen als auch durch Addition von NH-Gruppen nach Art einer Michael-Addition eine Vernetzung bewirken.

Zu mindestens zweibasischen gesättigten Carbonsäuren gehören beispielsweise Tri- und Tetracarbonsäuren wie Citronensäure, Propantricarbonsäure, Ethylendiamintetraessigsäure und Butan tetracarbonsäure. Als Vernetzer der Gruppe (2) kommen außerdem die von den vorstehend genannten Carbonsäuren abgeleiteten Salze, Ester, Amide und Anhydride in Betracht.

Geeignete Vernetzer der Gruppe (2) sind außerdem Polycarbon säuren, die durch Polymerisieren von monoethylenisch unge sättigten Carbonsäuren oder Anhydriden erhältlich sind. Als mono ethylenisch ungesättigte Carbonsäuren kommen z. B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Carbonsäure, Maleinsäure und/oder Itaconsäure in Betracht. So eignen sich als Vernetzer z. B. Polyacrylsäuren, Copolymerisate aus Acrylsäure und Methacrylsäure oder Copoly merisate aus Acrylsäure und Maleinsäure.

Weitere geeignete Vernetzer (2) werden z. B. durch Polymerisieren von Anhydriden wie Maleinsäureanhydrid in einem inerten Löse mittel wie Toluol, Xylol, Ethylbenzol, Isopropylbenzol oder Lösemittelgemischen in Gegenwart von Radikalen bildenden Initia toren hergestellt. Als Initiatoren verwendet man vorzugsweise Peroxyester wie tert.-Butyl-per-2-ethylhexanoat. Außer den Homo polymerisaten kommen Copolymerisate von Maleinsäureanhydrid in Betracht, z. B. Copolymerisate aus Acrylsäure und Maleinsäure anhydrid oder Copolymerisaten aus Maleinsäureanhydrid und einem C₂- bis C₃₀-Olefin.

Bevorzugt sind beispielsweise Copolymerisate aus Maleinsäure anhydrid und Isobuten oder Copolymerisate aus Maleinsäureanhydrid und Diisobuten. Die Anhydridgruppen enthaltenden Copolymerisate können gegebenenfalls durch Umsetzung mit C₁- bis C₂₀-Alkoholen oder Ammoniak oder Aminen modifiziert sein und in dieser Form als Vernetzer eingesetzt werden.

Die Molmasse M_w der Homo- und Copolymeren beträgt z. B. bis zu 10 000, vorzugsweise 500 bis 5000. Polymerisate der oben genannten Art werden z. B. beschrieben in EP-A-0 276 464, US-A-3 810 834, GB-A-1 411 063 und US-A-4 818 795. Die mindestens zweibasischen gesättigten Carbonsäuren und die Polycarbonsäuren können auch in Form der Alkali- oder Ammoniumsalze als Vernetzer eingesetzt werden. Bevorzugt verwendet man dabei die Natriumsalze. Die Poly carbonsäuren können partiell, z. B. zu 10 bis 50 mol-% oder auch vollständig neutralisiert sein.

Bevorzugt eingesetzte Verbindungen der Gruppe (2) sind Weinsäure dimethylester, Weinsäurediethylester, Adipinsäuredimethylester, Adipinsäurediethylester, Maleinsäuredimethylester, Maleinsäure diethylester, Maleinsäureanhydrid, Maleinsäure, Acrylsäure, Acrylsäuremethylester, Acrylsäureethylester, Acrylamid und Meth acrylamid.

Halogenfreie Vernetzer der Gruppe (3) sind beispielsweise Umsetzungsprodukte von Polyetherdiaminen, Alkylendiaminen, Polyalkylenpolyaminen, Alkylenglykolen, Polyalkylenglykolen oder deren Gemischen mit

- monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren,
- Estern monoethylenisch ungesättigter Carbonsäuren,
- Amiden monoethylenisch ungesättigter Carbonsäuren oder
- Anhydriden monoethylenisch ungesättigter Carbonsäuren.

Die Polyetherdiamine werden beispielsweise durch Umsetzung von Polyalkylenglykolen mit Ammoniak hergestellt. Die Polyalkylen glykole können 2 bis 50, vorzugsweise 2 bis 40 Alkylenoxidein heiten enthalten. Hierbei kann es sich beispielsweise um Poly ethylenglykole, Polypropylenglykole, Polybutylenglykole oder auch um Blockcopolymerisate aus Ethylenglykol und Propylenglykol, Blockcopolymerisate aus Ethylenglykol und Butylenglykol oder um Blockcopolymerisate aus Ethylenglykol, Propylenglykol und Butylenglykol handeln. Außer den Blockcopolymerisaten eignen sich zur Herstellung der Polyetherdiamine statistisch aufgebaute Copolymerisate aus Ethylenoxid und Propylenoxid und gegebenen falls Butylenoxid. Polyetherdiamine leiten sich außerdem von Polytetrahydrofuranen ab, die 2 bis 75 Tetrahydrofuraneinheiten aufweisen. Die Polytetrahydrofurane werden ebenfalls durch Um setzung mit Ammoniak in die entsprechenden α,ω-Polyetherdiamine überführt. Vorzugsweise verwendet man zur Herstellung der Poly etherdiamine Polyethylenglykole oder Blockcopolymerisate aus Ethylenglykol und Propylenglykol.

Als Alkylendiamine kommen beispielsweise Ethylendiamin, Propylen diamin 1,4-Diaminobutan und 1,6-Diaminohexan in Betracht. Geeig nete Polyalkylenpolyamine sind beispielsweise Diethylentriamin, Triethylentetramin, Dipropylentriamin, Tripropylentetramin, Dihexamethylentriamin, Aminopropylethylendiamin, Bis-Aminopropyl ethylendiamin und Polyethylenimine mit Molmassen bis zu 5000. Die vorstehend beschriebenen Amine werden mit monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren, Estern, Amiden oder Anhydriden mono ethylenisch ungesättigter Carbonsäuren so umgesetzt, daß die ent stehenden Produkte mindestens 2 ethylenisch ungesättigte Doppel bindungen, Carbonsäureamid-, Carboxyl- oder Estergruppen als funktionelle Gruppen aufweisen. So erhält man beispielsweise bei der Umsetzung der in Betracht kommenden Amine oder Glykole mit Maleinsäureanhydrid Verbindungen, die beispielsweise mit Hilfe der Formel II charakterisiert werden können:

in der
X, Y, Z = O, NH
und Y zusätzlich noch CH₂
m, n = 0-4
p, q = 0-45 000
bedeuten.

Die Verbindungen der Formel (II) sind beispielsweise dadurch erhältlich, daß man Alkylenglykole, Polyethylenglykole, Poly ethylenimine, Polypropylenimine, Polytetrahydrofurane, α,ω-Diole oder α,ω-Diamine mit Maleinsäureanhydrid oder den oben ange gebenen anderen monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren bzw. Carbonsäurederivaten umsetzt. Die für die Herstellung der Ver netzer II in Betracht kommenden Polyethylenglykole haben vorzugs weise Molmassen von 62 bis 10 000, die Molmassen der Polyethylen imine betragen vorzugsweise 129 bis 50 000 die der Polypropylen imine 171 bis 50 000. Als Alkylenglykole eignen sich z. B. Ethylen glykol, 1,2-Propylenglykol, 1,4-Butandiol und 1,6-Hexandiol.

Vorzugsweise zur Herstellung der Vernetzer der Formel II einge setzte α,ω-Diamine sind Ethylendiamin und von Polyethylenglykolen oder von Polytetrahydrofuranen mit Molmassen M_w von jeweils ca. 400 bis 5000 abgeleitete α,ω-Diamine.

Besonders bevorzugt in Betracht kommende Vernetzer der Formel II sind Umsetzungsprodukte von Maleinsäureanhydrid mit α,ω-Poly etherdiaminen einer Molmasse von 400 bis 5000, die Umsetzung sprodukte von Polyethyleniminen einer Molmasse von 129 bis 50 000 mit Maleinsäureanhydrid sowie die Umsetzungsprodukte von Ethylen diamin oder Triethylentetramin mit Maleinsäureanhydrid im Mol verhältnis von 1 : mindestens 2. Bei der Umsetzung von Polyalkylen glykolen bzw. Diolen mit monoethylenisch ungesättigten Carbon säuren, ihren Estern, Amiden oder Anhydriden entstehen unter Erhalt der Doppelbindung der monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren bzw. ihrer Derivate, Vernetzer, bei denen die mono ethylenisch ungesättigten Carbonsäuren bzw. ihre Derivate über eine Amidgruppe mit den Polyetherdiaminen, Alkylendiaminen, oder Polyalkylenpolyaminen und über eine Estergruppe mit den Alkylen glykolen bzw. Polyalkylenglykolen verknüpft sind. Diese Umset zungsprodukte enthalten mindestens zwei ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen. Dieser Vernetzertyp reagiert mit den Aziridinen bzw. den Aminogruppen der sich bildenden Polymeren nach Art einer Michael-Addition der Aminogruppen der Polymeren an die endstän digen Doppelbindungen dieser Vernetzer und gegebenenfalls zusätz lich unter Bildung von Amidgruppen.

Polyetherdiamine, Alkylendiamine und Polyalkylenpolyamine können mit Maleinsäureanhydrid oder den ethylenisch ungesättigten Carbonsäuren bzw. deren Derivaten auch unter Anlagerung an die Doppelbindung nach Art einer Michael-Addition reagieren. Hierbei erhält man Vernetzer der Formel III

in der
X, Y, Z = O, NH
und Y zusätzlich noch CH₂
R¹ = H, CH₃
R² = H, COOMe, COOR, CONH₂
R³ = OR, NH₂, OH, OMe
R = C₁- bis C₂₂-Alkyl
Me = H, Na, K, Mg, Ca
m, n = 0-4
p, q = 0-45 000
bedeuten.

Die Vernetzer der Formel (III) bewirken über ihre endständigen Carboxyl- oder Estergruppen unter Ausbildung einer Amidfunktion eine Vernetzung mit den Aminogruppen der bei der Polymerisation entstehenden Polymeren. Zu dieser Klasse von Vernetzersystemen gehören auch die Umsetzungsprodukte von monoethylenisch unge sättigten Carbonsäureestern mit Alkylendiaminen und Polyalkylen polyaminen, z. B. eignen sich die Additionsprodukte von Ethylen diamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpent amin sowie von Polyethyleniminen mit Molmassen von beispielsweise 129 bis 50 000 an Acrylsäure- oder Methacrylsäureester, wobei man auf 1 Mol der Aminkomponente mindestens 2 Mol der Acrylsäure- oder Methacrylsäureester einsetzt. Als Ester monoethylenisch un gesättigter Carbonsäuren setzt man bevorzugt die C₁- bis C₆-Alkyl ester der Acrylsäure oder Methacrylsäure ein. Besonders bevorzugt zur Herstellung der Vernetzer werden Acrylsäuremethylester und Acrylsäureethylester. Die Vernetzer, die durch Michael-Addition von Polyalkylenpolyaminen und ethylenisch ungesättigten Carbon säuren, Estern, Amiden oder Anhydriden hergestellt werden, können mehr als zwei funktionelle Gruppen aufweisen. Die Anzahl dieser Gruppen hängt davon ab, in welchem Mol-Verhältnis die Reaktions teilnehmer bei der Michael-Addition eingesetzt werden. So kann man z. B. an ein Mol eines 10 Stickstoffatome enthaltenden Polyalkylenpolyamins 2 bis 10, vorzugsweise 2 bis 8 Mol an ethylenisch ungesättigten Carbonsäuren bzw. ihren Derivaten nach Art einer Michael-Addition anlagern. An jeweils 1 Mol Poly alkylendiamine und Alkylendiamine können mindestens 2 bis höch stens 4 Mol der ethylenisch ungesättigten Carbonsäuren bzw. ihrer Derivate nach Art einer Michael-Addition angelagert werden.

Bei der Umsetzung von Diethylentriamin und einer Verbindung der Formel

in der X = OH, NH₂ oder OR¹ und R¹ = C₁- bis C₂₂-Alkyl bedeutet, entsteht nach Art einer Michael-Addition beispielsweise ein Ver netzer der Struktur

in der
X = NH₂, OH oder OR¹ und
R¹ für C₁- bis C₂₂-Alkyl steht.

Die sekundären NH-Gruppen in den Verbindungen der Formel IV können gegebenenfalls mit Acrylsäure, Acrylamid oder Acrylestern nach Art einer Michael-Addition reagieren.

Als Vernetzer der Gruppe (3) verwendet man vorzugsweise die Ver bindungen der Formel II, die mindestens 2 Carboxylgruppen ent halten und durch Umsetzung von Polyetherdiaminen, Ethylendiamin oder Polyalkylenpolyaminen mit Maleinsäureanhydrid erhältlich sind oder mindestens 2 Estergruppen enthaltende Michael-Additi onsprodukte aus Polyetherdiaminen, Polyalkylenpolyaminen oder Ethylendiamin und Estern der Acrylsäure oder Methacrylsäure mit jeweils einwertigen 1 bis 4 C-Atome enthaltenden Alkoholen.

Als halogenfreie Vernetzer der Gruppe (4) kommen Reaktions produkte in Betracht, die durch Umsetzung von Dicarbonsäure estern, die mit einwertigen Alkoholen mit 1 bis 5 Kohlenstoff atomen vollständig verestert sind, mit Ethylenimin hergestellt werden. Geeignete Dicarbonsäureester sind beispielsweise Oxal säuredimethylester, Oxalsäurediethylester, Bernsteinsäuredi methylester, Bernsteinsäurediethylester, Adipinsäuredimethyl ester, Adipinsäurediethylester und Glutarsäuredimethylester. So erhält man beispielsweise bei der Umsetzung von Diethyloxalat mit Ethylenimin Bis-[β-(1-Aziridino)ethyl]oxalsäureamid. Die Dicarbon säureester werden mit Ethylenimin beispielsweise im Molverhältnis von 1 zu mindestens 4 umgesetzt. Reaktive Gruppe dieser Vernetzer sind die endständigen Aziridingruppen. Diese Vernetzer können beispielsweise mit Hilfe der Formel V charakterisiert werden:

worin n = 0 bis 22 bedeutet.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden vorzugsweise fein teilige, wasserunlösliche Polymerisate hergestellt, indem man Ethylenimin mit 1,2-Dichlorethan, Epichlorhydrin oder Ethylen diamin-N,N′-(bis-Maleinsäurehalbamid) polymerisiert. Die Vernetzer werden dabei in solchen Mengen eingesetzt, daß wasser unlösliche Polymerisate entstehen. Die Mengen an Vernetzer betragen beispielsweise 0,001 bis 0,5, vorzugsweise 0,01 bis 0,1 Mol-%, bezogen auf Aziridine. Die Polymerisation der Aziridine wird in üblicherweise initiiert, z. B. mit Säuren oder Lewissäuren wie Bortrifluoridetherat. Die Polymerisation der Aziridine, insbesondere von Ethylenimin, wird auch von Vernetzern initiiert, z. B. eignen sich als Initiatoren Epichlorhydrin, Phos gen oder Dichloralkane wie Ethylenchlorid. Die vernetzende Poly merisation von Aziridinen, insbesondere von Ethylenimin kann in Abwesenheit der üblichen Säuren durchgeführt werden, wenn man als Vernetzer beispielsweise eine Carboxylgruppen aufweisende Ver bindung der Formel I, II, III und/oder IV einsetzt. Insbesondere die oben beschriebenen halogenfreien Vernetzer der Gruppen (3) und (4) wirken beispielsweise bei der Polymerisation von Ethylen imin als sogenannte Spacer und führen über verbrückte bi- oder polyfunktionelle N-substituierte Aziridine der Struktur VI durch weitere Copolymerisation mit Ethylenimin zu großflächigen unlös lichen Molekülen der Struktur VII:

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man wasserunlösliche Polymerisate von Aziridinen mit Teilchengrößen in dem Bereich von beispielsweise 10 bis 10 000, vorzugsweise 100 bis 5000 µm.

Die oben beschriebenen feinteiligen, wasserunlöslichen, ver netzten Polyaziridine können mit Hilfe von polymeranalogen Umsetzungen modifiziert werden. Die erfindungsgemäß erhältlichen vernetzten Polymeren sind für die Modifizierung besonders gut geeignet, weil sie in feinteiliger Form vorliegen. Man kann jedoch auch nach anderen Verfahren hergestellte vernetzte Poly ethylenimine modifizieren. Die bekannten vernetzten Polyethylen imine werden gegebenenfalls zunächst in eine feinteilige Form gebracht, z. B. durch Mahlen eines festen vernetzten Polyethylen imins. Danach werden die feinteiligen, vernetzten Polyethylen imine in Wasser aufgeschlämmt und in Form von Polymersuspensionen polymeranalogen Umsetzungen unterworfen. Vernetzte Polyethylen imine können beispielsweise nach dem aus der US-A-3 332 841 bekannten Verfahren durch Vernetzung von Polyalkyleniminen mit mindestens bifunktionellen Vernetzern in einem inerten Lösemittel hergestellt werden. Pro Mol Polyethylenimin (berechnet als Mono mer) verwendet man beispielsweise 0,001 bis 0,5 Mol eines Ver netzungsmittels. Als Vernetzungsmittel kommen beispielsweise Epichlorhydrin, Weinsäureester, Acrylsäureester, Butadiendioxid und α,ω-Dihalogenalkane wie Ethylenchlorid in Betracht. Poly ethylenimine können jedoch auch mit den oben beschriebenen ande ren Vernetzern, insbesondere mit den halogenfreien Vernetzern, durch Erhitzen vernetzt werden. Für die Vernetzung von Poly ethyleniminen werden hierbei die oben beschriebenen halogenfreien Vernetzer der dort mit (1) bis (4) bezeichneten Gruppen bevor zugt.

Gegenstand der Erfindung sind daher auch modifizierte, fein teilige, wasserunlösliche Polymerisate von Aziridinen, die erhältlich sind durch Umsetzung von feinteiligen, wasserun löslichen, vernetzten Polymerisaten von Aziridinen in wäßrigem Medium mit Schwefelkohlenstoff oder mit Formaldehyd und einem nukleophilen Agens aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetall cyaniden, primären Aminen, sekundären Aminen, Alkalimetall sulfiten und Alkalimetallphosphiten. Eine besonders bevorzugte Art der Modifizierung ist die Carboxymethylierung von fein teiligen, wasserunlöslichen, vernetzten Polyethyleniminen mit Formaldehyd und Alkalicyaniden nach Art einer Strecker-Reaktion. Besonders bevorzugte modifizierte, feinteilige, wasserunlösliche, vernetzte Polyethylenimine sind erhältlich durch Carboxymethy lierung unter vermindertem Druck und gleichzeitigem Durchleiten eines inerten Gases durch das Reaktionsgemisch. Modifizierte, feinteilige, wasserunlösliche, vernetzte Polyethylenimine sind vorzugsweise dadurch erhältlich, daß man die Carboxymethylierung von feinteiligen, wasserunlöslichen, vernetzten Polyethyleniminen mit Formaldehyd und Natriumcyanid in wäßrigem Medium bei Tempera turen von 60 bis 110°C und Drücken von 100 bis 800 mbar durch führt. Die Konzentration an vernetzten Polyethyleniminen in der wäßrigen Suspension beträgt beispielsweise 1 bis 50, vorzugsweise 5 bis 25 Gew.-%.

Eine weitere Modifizierung der feinteiligen, vernetzten Poly ethylenimine gelingt durch Phosphonomethylierung von feinteili gen, wasserunlöslichen, vernetzten Polyethyleniminen mit Form aldehyd und Alkalimetallphosphiten. Eine andere Art der Modifi zierung der vernetzten Polyethylenimine besteht in der Umsetzung nach Art einer Mannich-Reaktion. Gegenstand der Erfindung sind daher modifizierte, feinteilige, wasserunlösliche, vernetzte Polyethylenimine, die durch Mannich-Reaktion von feinteiligen, wasserunlöslichen, vernetzten Polyethyleniminen mit Formaldehyd und primären und/oder sekundären Aminen erhältlich sind.

Eine weitere Modifizierung besteht in der Umsetzung von fein teiligen, wasserunlöslichen, vernetzten Polyethyleniminen mit Formaldehyd und Alkalimetallsulfiten bei Temperaturen von 60 bis 110°C.

Gegenstand der Erfindung sind außerdem modifizierte, feinteilige, wasserunlösliche, vernetzte Polymerisate von Aziridinen, die erhältlich sind durch Umsetzung von feinteiligen, wasserun löslichen, vernetzten Polyethyleniminen bei Temperaturen von 0 bis 30°C mit Schwefelkohlenstoff. Hierbei bilden sich Dithio carbamate.

Durch polymeranaloge Derivatisierung von feinteiligen, vernetzten Polyethyleniminen der oben beschriebenen Art kann man die anwen dungstechnischen Eigenschaften von wasserunlöslichen, vernetzten Polyethylenimine verbessern. So gelingt es beispielsweise durch Carboxymethylierung von vernetzten, feinteiligen, wasserunlösli chen Polyethyleniminen die Absorptionsfähigkeit von Schwermetall ionen, insbesondere von Ionen der Hauptgruppenmetalle, Über gangsmetalle, Lanthaniden und Aktiniden aus Abwässern stark zu erhöhen. Die Modifizierung von vernetzten Polyethyleniminen durch Carboxymethylierung führt insbesondere zu einer starken Erhöhung des Absorptionsvermögens der modifizierten vernetzten Poly ethylenimine für Nickel-, Chrom-III-, Kobalt-, Silber-, Mangan-II- und Cadmium-Ionen aus Abwässern. Die Carboxymethy lierung von Polyethyleniminen wird vorzugsweise nach der oben beschriebenen Strecker-Synthese durchgeführt. Sie kann aber auch mit Hilfe einer Umsetzung der vernetzten Polyethylenimine mit Chloressigsäure erfolgen. Besonders vorteilhaft werden hierbei durch Strecker-Synthese erhaltene modifizierte vernetzte Poly ethylenimine verwendet, die einen Carboxymethylierungsgrad von 75 bis 100, vorzugsweise 80 bis 95% aufweisen. Die carboxymethy lierten vernetzten Polyethylenimine weisen gegenüber den nicht modifizierten vernetzten Polyethyleniminen eine verbesserte Metallkomplexierung auf. Bei der Beladung von carboxymethylier ten, vernetzten, feinteiligen Polyethyleniminen mit hohen Mengen an Übergangsmetallen entstehen intensiv gefärbte Komplexe. Es handelt sich hierbei um harte Verbindungen, die beispielsweise im Fall des blauen Kupfer-II-Komplexes auf ca. 6 Stickstoffatome ein Kupfer-II-Ion gebunden enthalten. Solche harten Verbindungen können in gemahlenem Zustand beispielsweise als Pigmente ver wendet werden.

Die feinteiligen, wasserunlöslichen, vernetzten Polymerisate von Aziridinen und die modifizierten feinteiligen, wasserunlöslichen, vernetzten Polymerisate von Aziridinen werden zur Immobilisierung von Wirkstoffen, als Absorptionsmittel für Aldehyde, Ketone und Säuren, zur Entfernung von Schwermetallionen aus Abwässern und zur Entfernung von Ozon und/oder sauren Gasen aus Luft oder iner ten Gasen wie Stickstoff, Helium, Neon oder Argon verwendet. Wenn man die feinteiligen, wasserunlöslichen, vernetzten Polyaziri dine, vorzugsweise Polyethylenimine zur Immobilisierung von Wirk stoffen einsetzt, so erfolgt die Fixierung der Wirkstoffe über eine Salzbildung der basischen Aminfunktionen des feinteiligen vernetzten Polyethylenimins mit sauren Funktionen des Wirkstoffs, über labile chemische Bindungen des Wirkstoffs an den vernetzten Polyaziridinen oder über eine gemeinsame Koordination des Wirk stoffs und des festen, vernetzten Polyethylenimins an ein Schwer metallion. So läßt sich beispielsweise N-Cyclohexyldiazenium dioxi-Kalium, das ein wasserlösliches Biozid für den Holzschutz ist, über eine Kupferkoordination fest an das feinteilige, ver netzte Polyethylenimin binden. Um diesen Komplex herzustellen, bildet man zunächst den Kupferkomplex aus wasserunlöslichen, feinteiligen Polyethyleniminen (die Komplexe enthalten auf 1 Cu-Atom mindestens 6 N-Atome) und behandelt diesen Komplex anschlie ßend mit N-Cyclohexyldiazeniumdioxi-Kalium in wäßrigem Medium. Dabei entstehen feinteilige, wasserunlösliche Aufschlämmungen von Verbindungen mit folgenden Strukturelementen:

X = ein Anion, vorzugsweise Chlorid, Sulfat oder Nitrat.

Eine Immobilisierung des obengenannten Biozids auf vernetztem Polyethylenimin kann jedoch auch dadurch erhalten werden, daß man beispielsweise Bis(N-Cyclohexyldiazeniumdioxi)-Kupfer in einem organischen Lösemittel löst, z. B. in Aceton, und die Lösung dann mit festem, teilchenförmigen vernetzten Polyethylenimin in Kon takt bringt. Die an feinteiligen, wasserunlöslichen Polyethylen iminen immobilisierten Wirkstoffe werden kontrolliert frei gesetzt. So kann man beispielsweise die mit Bis-(N-Cyclohexyldia zeniumdioxi)-Kupfer behandelten feinteiligen, wasserunlöslichen Polyethylenimine als Holzschutzmittel verwenden. An besonders gefährdeten Stellen des Holzes wird beispielsweise ein Schutz mitteldepot des immobilisierten Wirkstoffs angelegt (z. B. Bohr lochverfahren, Bandagen oder Patronen). Da das Biozid langsam freigesetzt wird, kann das Holz gegen eine Vielzahl von Fäulnis erregern über viele Jahre geschützt werden. Analoge Ergebnisse können beispielsweise mit Bis-(N-Cyclohexyldiazeniumdioxi)-Zink oder Tris-(N-Cyclohexyldiazeniumdioxi)-Aluminium erzielt werden.

Außer Bioziden können auch andere Wirkstoffe, wie Pharmazeutika, Kosmetika oder Pflanzenschutzmittel an den feinteiligen, wasser unlöslichen Polyaziridinen immobilisiert werden. Bei entsprechen der Anwendung der immobilisierten Wirkstoffe erfolgt ebenfalls eine gezielte Freisetzung der Wirkstoffe.

Die feinteiligen, wasserunlöslichen, vernetzten Polyaziridine und ihre Modifizierungsprodukte eignen sich außerdem als Absorptions mittel zur Extraktion von Formaldehyd oder anderen Aldehyden und Ketonen aus Abwässern oder aus der Abluft. Hierbei ergeben sich viele Einsatzmöglichkeiten, z. B. können die vernetzten, fein teiligen Polyethylenimine in Zigarettenfiltern, in Filtern bei der Abwasserreinigung oder zur Absorption von Formaldehyd in Preßspanplatten eingesetzt werden. Die feinteiligen, vernetzten Polyethylenimine und ihre Modifizierungsprodukte eignen sich au ßerdem zur Absorption saurer Gase wie Schwefeldioxid, Schwefel trioxid, Chlorwasserstoff und Kohlendioxid. Sie können beispiels weise auch zur Entfernung von sauren Verbindungen wie Benzoesäure oder p-Toluolsulfonsäure aus wäßrigen Lösungen eingesetzt werden.

Von besonderem Interesse ist die Verwendung der feinteiligen, vernetzten Polyaziridine und ihrer Modifizierungsprodukte in Form von Filtern zur Entfernung von Ozon, und/oder sauren Gasen aus Luft oder inerten Gasen zur Herstellung gereinigter Gase. Beson ders bemerkenswert ist die Absorptionsfähigkeit der feinteiligen vernetzten Polymerisate von Aziridinen und die der Modifizie rungsprodukte für Ozon. Diese Eigenschaft der Polymeren ist für ihre Verwendung als Absorptionsmittel für die Absorption von Ozon aus Luft von Bedeutung. Die Polymeren, vorzugsweise diejenigen auf Basis von Ethylenimin, können beispielsweise in Substanz oder in Mischung mit anderen adsorptiv wirkenden Substanzen, z. B. Aktivkohle, als Filtermaterial zur Reinigung von Luft eingesetzt werden. Sie eignen sich z. B. als Filtermaterial für Klimaanlagen zur Luftreinigung in Automobilen, Flugzeugen oder Unterseebooten. Die in Betracht kommenden Polymeren werden aufgrund ihrer Absorp tionsfähigkeit für saure Gase wie Kohlendioxid, Stickstoffoxide und Schwefeldioxid sowie für Ozon als Filtermaterial zur Reini gung von angesaugter Luft verwendet, die beispielsweise in Fahr zeuge oder Lagerhallen geleitet wird. Insbesondere in Lagerhal len, in denen gefärbte, konfektionierte Textilien längere Zeit lagern, benötigt man eine hohe Luftreinheit, weil bereits Spuren von Ozon und/oder Stickoxiden in der Luft zu einer Vergilbung von Textilien führen, die beispielsweise mit Indigo gefärbt sind. Die erfindungsgemäß zu verwendenden Polymeren sind in der Lage, Ozon aus Luft bis Werte unterhalb der Nachweisbarkeitsgrenze für Ozon zu entfernen.

Die feinteiligen, wasserunlöslichen Polymerisate von Aziridinen sowie ihre Modifizierungsprodukte eignen sich außerdem zur Ent fernung von Schwermetallionen aus Abwässern. Besonders bevorzugt ist hierbei die Fest-Flüssig-Extraktion von Schwermetallen (Hauptgruppenmetalle, Übergangsmetalle, Lanthaniden, Aktiniden) aus wäßrigen Lösungen oder Abwässern. Besonders bevorzugt ist die Extraktion von Eisen-, Zink-, Kupfer-, Blei-, Rhodium- und Queck silberionen mit feinteiligen wasserunlöslichen Polymerisaten von Aziridinen und zusätzlich von Chrom-, Mangan-, Nickel-, Silber- und Cadmiumionen mit carboxymethylierten feinteiligen wasserun löslichen Polymerisaten von Aziridinen. Dithiocarbamate von fein teiligen wasserunlöslichen Polymerisaten von Aziridinen können bevorzugt zur Extraktion von Nickelionen aus Abwässern eingesetzt werden sowie als Biozide.

Beispiel 1

Mit einer mit einem Rührer und einer Zulaufvorrichtung sowie für das Arbeiten unter Stickstoff ausgestatteten Apparatur werden 100 ml Methyl-tert.-butylether und 0,025 mol Ethylendiamin-1,4- bis(Maleinsäurehalbamid) vorgelegt und unter Rühren auf eine Temperatur von 50°C erhitzt. Sobald diese Temperatur erreicht ist, gibt man innerhalb von 30 min ein mol Ethylenimin zu und rührt das Reaktionsgemisch 48 h bei 50°C. Es entsteht ein weißer, fester Niederschlag, der abgesaugt und getrocknet wird. Das so erhält liche feinteilige, vernetzte Polyethylenimin ist in Wasser und üblichen organischen Lösemitteln unlöslich.

Beispiel 2

In einer mit einem Rührer und einer Dosiervorrichtung ausge statteten Polymerisationsapparatur werden 100 ml Methyl-tert.- butylether und 0,025 mol (2,3 g) Epichlorhydrin vorgelegt und unter intensivem Rühren auf eine Temperatur von 50°C erwärmt. Sobald diese Temperatur erreicht ist, fügt man 1 mol (43 g) Ethylenimin innerhalb von 30 min zu. Das Reaktionsgemisch wird solange bei 50°C gerührt, kein Ethylenimin mehr nachweisbar ist. Der entstandene weiße, feste Niederschlag wird abgesaugt und getrocknet.

Beispiel 3

In der in Beispiel 1 beschriebenen Polymerisationsapparatur werden 100 ml Tetrahydrofuran und 0,025 mol (2,5 g) 1,2-Dichlor ethan vorgelegt und unter Rühren auf eine Temperatur von 50°C erhitzt. Sobald diese Temperatur erreicht ist, dosiert man inner halb von 30 min 1 mol (43 g) Ethylenimin zu. Das Reaktionsgemisch wird anschließend solange bei 50°C gerührt, bis kein Ethylenimin mehr nachweisbar ist. Man erhält einen weißen, feinteiligen Niederschlag, der abgesaugt und getrocknet wird.

Beispiel 4

In der in Beispiel 1 angegebenen Apparatur legt man 100 ml Methyl-tert.-butylether und 0,025 mol (2,5 g) 1,2-Dichlorethan vor und erhitzt die Lösung auf 50°C. Sobald diese Temperatur erreicht ist, dosiert man innerhalb von 30 min 1 mol (43 g) Ethylenimin zu. Das Reaktionsgemisch wird anschließend solange bei 50°C gerührt, bis kein Ethylenimin mehr nachweisbar ist. Der entstandene weiße, feinteilige Niederschlag wird abgesaugt und anschließend getrocknet.

Beispiel 5

Um die Formaldehydabsorption von feinteiligem, vernetztem Poly ethylenimin zu prüfen, wurde eine wäßrige Lösung mit einem Form aldehydgehalt von 100 ppm mit 1 g/l des nach Beispiel 4 herge stellten feinteiligen, vernetzten Polyethylenimins versetzt und 24 h gerührt. Nach den in der Tabelle angegebenen Zeiten wurde der Formaldehydgehalt der Lösung bestimmt.

Tabelle 1

Beispiel 6

Um die Extraktion saurer Verbindungen aus wäßrigen Lösungen zu zeigen, wurde eine wäßrige Lösung mit einem Gehalt von 111 ppm p-Toluolsulfonsäure mit 1 g/l des feinteiligen, vernetzten Poly ethylenimins versetzt, das nach Beispiel 4 erhalten wurde. Nach den in Tabelle 2 angegebenen Zeiten wurde jeweils die Konzen tration an p-Toluolsulfonsäure gemessen.

Tabelle 2

Beispiel 7

150 g feinteiliges, vernetztes Polyethylenimin (hergestellt nach Beispiel 4) werden in 1 l einer 1-molaren wäßrigen Kupferchlorid lösung 4 h bei Raumtemperatur gerührt. Danach wird der Nieder schlag abgesaugt und solange mit Wasser gewaschen, bis die Konzentration an Cu²⁺-Ionenkonzentration im Filtrat unterhalb von 0,5 ppm liegt. Der blaue, feinteilige Rückstand wird getrocknet. Die Elementaranalyse des Rückstands ergibt ein Kupfer : Stick stoff-Verhältnis von 1 : 6,3.

Beispiel 8

160 g des nach Beispiel 4 hergestellten feinteiligen, vernetzten Polyethylenimins mit einem Gehalt an basischem Stickstoff von 3,72 mol (bestimmt durch Elementaranalyse) werden zu einer Lösung von 0,62 mol Kupferchlorid in 1900 ml Wasser gegeben. Die Auf schlämmung wird 24 h bei Raumtemperatur gerührt. Danach wird der feinteilige Feststoff abgesaugt und mehrmals mit Wasser gewaschen, bis im Waschwasser keine Kupferionen mehr nachweisbar sind. Die Elementaranalyse des Rückstands ergibt ein Kupfer : Stickstoff-Ver hältnis von 1 : 10,5.

Beispiel 9

80 g Bis-(N-Cyc1ohexyldiazeniumdioxi)-kupfer-Komplex werden in 1500 ml Aceton gelöst. Zu der Lösung fügt man anschließend 123 g feinteiliges, vernetztes Polyethylenimin, das 2,86 mol basischen Stickstoff enthält und nach Beispiel 4 hergestellt wurde sowie 420 g Wasser. Nach 4stündigem intensivem Rühren wird der gebil dete Komplex abgesaugt, mit Aceton gewaschen und getrocknet. Die Ausbeute beträgt 245 g. Die Elementaranalyse des Komplexes ergibt ein Verhältnis von C : N : Cu von 52,6 : 18,6 : 1.

Beispiel 10

200 g des nach Beispiel 8 erhaltenen Komplexes aus vernetztem Polyethylenimin und Kupfer werden in 500 ml Wasser suspendiert. Danach trägt man 123 g N-Cyclohexyldiazeniumdioxi-Kalium ein und rührt die Mischung 24 h bei Raumtemperatur. Der Niederschlag wird anschließend abgesaugt, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Wie die Analyse des Filtrats ergab, wurden 18,3 g N-Cycohexyl diazeniumdioxi-Kalium von dem eingesetzten Komplex aus vernetztem Polyethylenimin und Kupfer aufgenommen.

Beispiel 11

In einem 2 l fassenden Kessel, der mit einem Rührer, Dosier vorrichtungen und für das Arbeiten unter Druck ausgestattet ist, werden unter starkem Rühren zu einer auf 80°C erwärmten Suspension von 76,5 g (1,78 mol basischer Stickstoff) des nach Beispiel 4 hergestellten vernetzten, feinteiligen, unlöslichen Polyethylen imins in 730 ml Wasser 4,9 g (0,1 mol) Natriumcyanid gegeben. Man erniedrigt den Druck auf Werte in dem Bereich von 200 bis 300 mbar und leitet 10 bis 20 l Stickstoff/h durch das Reaktions gemisch. Über einen Zeitraum von 2,5 h gibt man kontinuierlich 250 g (1,68 mol) einer 33%igen wäßrigen Natriumcyanid-Lösung so wie 178 g (1,78 mol) einer 30%igen wäßrigen Formaldehyd-Lösung getrennt voneinander und gleichzeitig zu. Nach Ende der Dosierung wird die Suspension noch 2,5 h bei 80°C gerührt und anschließend mit 1,8 g (18 mmol) Formaldehyd versetzt, um das überschüssige Alkalicyanid zu vernichten. 3 h nach Formaldehyd-Zugabe wird der Rührer abgestellt und die wäßrige Lösung vom Niederschlag dekan tiert. Man gibt 300 ml Wasser hinzu und dekantiert wiederum. Danach wird der Rückstand abfiltriert und wiederholt mit Wasser gewaschen. Es verbleibt eine gelartige Substanz, die getrocknet wird. Man erhält nach dem Trocknen 199 g Feststoff mit einer Restfeuchte von 4,2%. Die Ausbeute beträgt 87% der Theorie. Der Carboxymethylierungsgrad beträgt 80%.

Beispiel 12

43 g (1 mol basische Stickstoffgruppen) des vernetzten, fein teiligen Polyethylenimins, das nach Beispiel 4 hergestellt wurde, werden in 650 ml Wasser dispergiert. Man erhitzt die Suspension auf eine Temperatur von 80°C und tropft innerhalb von 0,5 h 94,5 g (1 mol) Chloressigsäure in 95 ml Wasser gelöst zu. Das Reaktions gemisch wird 8 h bei einer Temperatur von 80°C gerührt. Danach filtriert man den Niederschlag ab und trocknet ihn in einem Stickstoffstrom. Das Filtrat enthält noch 28% der eingesetzten Chloressigsäure. Der Substitutionsgrad des festen Polyethylen imins beträgt 72%.

Beispiel 13

Man stellt die in der folgenden Tabelle angegebenen Metallsalz- Lösungen her, die jeweils 100 ppm an Metallionen enthalten. Zu diesen Lösungen gibt man dann jeweils bei einem pH-Wert von 7 das nach Beispiel 4 erhaltene vernetzte, teilchenförmige Poly ethylenimin und zu einer anderen Probe der Metallsalzlösungen das gemäß Beispiel 11 hergestellte carboxymethylierte Polyethylen imin. Die Mengen an festem Polyethylenimin betrugen jeweils 1 g/l. Die Suspensionen wurden intensiv gerührt. Die Metall ionen-Konzentration wurde nach verschiedenen Zeiten mittels Atom absorptions-Spektroskopie quantitativ analysiert. Die behandelten Lösungen hatten nach einer 6stündigen Behandlungsdauer die in der folgenden Tabelle angegebenen Konzentrationen an Metallionen.

Beispiel 14

Je 2,5 g des nach Beispiel 5 erhaltenen carboxymethylierten Poly ethylenimins wurden in 50 ml Wasser suspendiert und mit jeweils 10 mmol Calciumacetat, Kupferacetat bzw. Eisenchlorid versetzt und 2 h bei 50°C gerührt. Durch Zugabe von Schwefelsäure wurde der pH-Wert auf 3 eingestellt. Nach 3 h wurde der Feststoff ab filtriert und mit 3 × 50 ml Wasser nachgewaschen. Filtrat und Waschwasser wurden vereinigt und mit 10 mmol Nitrilotriacetat versetzt. Danach wurde der Gehalt an freiem Nitrilotriacetat durch komplexometrische Titration bestimmt. Daraus ergab sich für das Polymer eine Beladekapazität von 1,88 mmol/g Calcium, 2,93 mmol/g Kupfer und 3,075 mmol/g an Eisen. Die Absorption von Calcium-, Kupfer- und Eisenionen aus wäßrigen Lösungen liegt damit wesentlich höher als bei handelsüblichen Metallionenaus tauschern, die eine Kapazität von etwa 0,5 mmol/g Ionenaus tauscher haben.

Beispiel 15

43 g (1 mol basischer Stickstoff) des nach Beispiel 4 hergestell ten vernetzten, feinteiligen Polyethylenimins werden in 800 g Wasser suspendiert. Man kühlt die Suspension auf 0°C ab und gibt portionsweise 0,33 mol Schwefelkohlenstoff zu. Die Reaktionstem peratur wird dabei in dem Bereich von 0 bis 10°C gehalten. Nach Zugabe des Schwefelkohlenstoffs wird das Reaktionsgemisch solange bei Raumtemperatur gerührt, bis kein Schwefelkohlenstoff mehr nachweisbar ist. Der Feststoff wird abgesaugt, mit Wasser gewaschen und im Vakuum getrocknet. Man erhält ein hellgelbes feines Pulver.

Beispiel 16

8,41 g (0,2 mol basischer Stickstoff) des nach Beispiel 4 herge stellten vernetzten feinteiligen Polyethylenimins werden in einen zylindrischen Glaskörper eingebracht (Schichttiefe 50 mm, Durch messer 20 mm). Durch den so hergestellten Filter wird ein konti nuierlicher Gasstrom bestehend aus Luft mit einem Gehalt, bezogen auf das Volumen, von 250 ppb Ozon mit einer Geschwindigkeit von 36 l/h geleitet. Nach dem Filter wird der Ozongehalt der Luft quantitativ analysiert. Der Ozongehalt der Luft nach dem Filter lag bis zu einem durch das Filter geleiteten gesamten Volumen an ozonhaltiger Luft von 0,83 m³ unterhalb der Nachweisgrenze von 3 ppb, bezogen auf das Volumen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von feinteiligen, wasserun löslichen Polymerisaten von Aziridinen durch Polymerisieren von Aziridinen in Gegenwart von mindestens zwei funktionelle Gruppen enthaltenden Vernetzern in einem inerten Lösemittel, dadurch gekennzeichnet, daß man als inerte Lösemittel mindestens einen Ether einsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösemittel Methyl-tert.-butylether, Tetrahydrofuran, Dioxan oder deren Gemische einsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Ethylenimin mit 1,2-Dichlorethan, Epichlorhydrin oder Ethylendiamin-N,N′-(bis-maleinsäurehalbamid) polymerisiert.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Ethylenimin mit mindestens einem halogenfreien Vernetzer polymerisiert.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß man die Vernetzer in Mengen von 0,001 bis 0,5 Mol-% bezogen auf Aziridine, einsetzt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die halogenfreien Vernetzer ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus

(1) Ethylencarbonat, Propylencarbonat und/oder Harnstoff,
(2) monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren und deren Estern, Amiden und Anhydriden, mindestens zweibasischen gesättigten Carbonsäuren oder Polycarbonsäuren sowie den jeweils davon abgeleiteten Estern, Amiden und Anhydriden,
(3) Umsetzungsprodukten von Polyetherdiaminen, Alkylen diaminen, Polyalkylenpolyaminen, Alkylenglykolen, Poly alkylenglykolen oder deren Gemischen mit monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren, Estern, Amiden oder Anhy driden monoethylenisch ungesättigter Carbonsäuren, wobei die Umsetzungsprodukte mindestens zwei ethylenisch unge sättigte Doppelbindungen, Carbonsäureamid-, Carboxyl- oder Estergruppen als funktionelle Gruppen aufweisen,
(4) mindestens zwei Aziridinogruppen enthaltenden Umsetzungs produkten von Dicarbonsäureestern mit Ethylenimin

sowie Mischungen der genannten Vernetzer.

7. Modifizierte, feinteilige, wasserunlösliche Polymerisate von Aziridinen, dadurch gekennzeichnet, daß sie erhältlich sind durch Umsetzung von feinteiligen, wasserunlöslichen, ver netzten Polymerisaten von Aziridinen in wäßrigem Medium mit Schwefelkohlenstoff oder mit Formaldehyd und einem nucleo philen Agens aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetall cyaniden, primären Aminen, sekundären Aminen, Alkalimetall sulfiten und Alkalimetallphosphiten.

8. Modifizierte, feinteilige, wasserunlösliche Polymerisate nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie erhältlich sind durch Carboxymethylierung von feinteiligen, wasser unlöslichen, vernetzten Polyethyleniminen mit Formaldehyd und Alkalicyaniden nach Art einer Streckerreaktion.

9. Modifizierte, feinteilige, wasserunlösliche, vernetzte Poly ethylenimine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie erhältlich sind durch Carboxymethylierung unter vermindertem Druck und gleichzeitigem Durchleiten eines inerten Gases durch das Reaktionsgemisch.

10. Modifizierte, feinteilige, wasserunlösliche, vernetzte Poly ethylenimine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie erhältlich sind durch Carboxymethylierung von feinteiligen, wasserunlöslichen, vernetzten Polyethyleniminen mit Form aldehyd und Natriumcyanid bei Temperaturen von 60 bis 110°C und Drücken von 100 bis 800 mbar.

11. Modifizierte, feinteilige, wasserunlösliche, vernetzte Poly ethylenimine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie erhältlich sind durch Phosphonomethylierung von feinteiligen, wasserunlöslichen, vernetzten Polyethyleniminen mit Form aldehyd und Alkalimetallphosphiten.

12. Modifizierte, feinteilige, wasserunlösliche, vernetzte Poly ethylenimine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie erhältlich sind durch Mannichreaktion von feinteiligen, wasserunlöslichen, vernetzten Polyethyleniminen mit Form aldehyd und primären und/oder sekundären Aminen.

13. Modifizierte, feinteilige, wasserunlösliche, vernetzte Poly ethylenimine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie erhältlich sind durch Umsetzung von feinteiligen, wasserun löslichen, vernetzten Polyethyleniminen mit Formaldehyd und Alkalimetallsulfiten bei Temperaturen von 60 bis 110°C.

14. Modifizierte, feinteilige, wasserunlösliche, vernetzte Poly merisate von Aziridinen nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß sie erhältlich sind durch Umsetzung von fein teiligen, wasserunlöslichen, vernetzten Polyethyleniminen bei Temperaturen von 0 bis 30°C mit Schwefelkohlenstoff.

15. Verwendung der nach den Ansprüchen 1 bis 6 erhältlichen fein teiligen, wasserunlöslichen Polymerisate von Aziridinen und der modifizierten feinteiligen, wasserunlöslichen, vernetzten Polymerisate nach den Ansprüchen 7 und 14 zur Immobilisierung von Wirkstoffen, als Absorptionsmittel für Aldehyde, Ketone und Säuren, zur Entfernung von Schwermetallionen aus Abwäs sern und zur Entfernung von Ozon und/oder sauren Gasen aus Luft oder inerten Gasen.

16. Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man die feinteiligen, wasserunlöslichen Polymerisate von Ethylen imin und die modifizierten feinteiligen, wasserlöslichen Po lymerisate von Ethylenimin als Filtermaterial zur Reinigung von Luft einsetzt.