DE2053585C3 - Verfahren zur Herstellung von Polyäthylenpolyamin-Copolymeren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Copolymeren aus A) einem Polyäthylenpolyamin, welches 2 bis 10 Äthyleneinheiten enthält, und B) einer der Verbindungen Epichlorhydrin, Glycerin-1,3-dichlorhydrin. 1.2 : 3.4-Diepoxybutan, Bis-epoxypropyläther. Äthylenglykol-bis-epoxypropylätheroder 1.4-Butandiolbis-epoxypropyläther. in Form von Kügelchen. Das erhaltene Copolymere kann als hypocholesterämisches Mittel für Tiere einschließlich Säugetiere verwendet werden. Die Copolymerisation erfolgt unter stark selektiven Bedingungen. Das auf diese Weise gewonnene, in Kügelchen-Form vorliegende Copolymer kann filtriert und auch im übrigen gehandhabt werden, als ob es kristallin wäre.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch ge· kennzeichnet, daß man

(a) unter mechanischem Rühren eine wäßrige Lösung des Poiyälhylenpölyamins zusammen mit Alkali* fnetällsatzen vöfi Alkylarylsulfonsäuren, in welchen die Alkylgfuppefi 10 bis 18 Kohienstoffatofile aufweisen, in einem hydrophoben Lösungsmittel, welches aus aromatischen Kohlenwasserstoffen oder chlorierten Kohlenwasserstoffen besteht, dispergiert,

(b) die Verbindung B) dieser so hergestellten Dispersion zusetzt,
(c) die entstandene Mischung 1 bis 5 Stunden erhitzt,

(d) das gemäß (c) gewonnene Reaktionsgemisch mit einer wäßrigen Lösung eines Alkalimetallhydroxides behandelt und

(e) das Copolymere aus dem Reaktionsgemisch abtrennt.

Zu den Polyäthylenpolyaminen, die zur Herstellung der Copolymeren verwendet werden können, gehören Verbindungen der Äthylendiamin-Reihe, die 2 bis 10 Äthyleneinheiten aufweisen und ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 103 bis 450 besitzen. Ein niedriges Glied dieser Reihe, Diäthylentriaj>-;n, besitzt ein Molekulargewicht von etwa 103; diese Substanz ist sowohl in reiner Form als auch in technischen Formen im Handel erhältlich. Triäthylentetramin, Tetraäthylenpentamin, Pentaäthylenhexamin und die höheren Homologen sind im allgemeinen in technischer Form erhältlich und enthalten aliphatische und einen gewissen Anteil cyclische Polyäthylenpolyamine. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die in der US-PS 31 52 188 beschriebenen gemischten Rückstände, die bis zu etwa 10 Alkylengruppen enthalten, verwiesen. Im Handel erhältliche Polyäthylenpolyamine stammen beispielsweise aus der Umsetzung von Äthylendichlorid

so mit Ammoniak oder aus der kontrollierten Polymerisation von Äthylenimin. Jones, et. al_ |. Org. Chem. 9. 125—147 (1944) beschreibt die Polymerisation von Äthylenimin mit Katalysatoren, die aus Säuren, Bortrifluond und Ammoniak estehen. Zu den dort beschrie·

η benen Polyäthvlenpolyaminen gehören Diäthylentriamin. Triäthylemetramin, Tetraäthylenpentamin. Heptaäthylenoctamin. Nonaäthylendecamin sowie höher molekulare Polymere mit geringeren Mengen an Aminostickstoff. G a u s e et al- J. Amer. Chem. Soc. 73, 5457 (1951) beschreiben die Reinigung von Tetraäthylenpentamin an einer lonenaustauscherkolonne. Hutchinson et al., |. Am. Chem. Society 67. 1966 (1945) beschreiben die Bildung von Diäthylentriamin, Triäthylentetramin. Tetraäthylenpentamin und ähnlichen Verbindungen mit höheren Molekulargewichten, wobei sich die letzteren in dem sogenannten »Aminrückstand« befinden, der nach Entfernung der niedrigeren Glieder durch Destillation zurückbleibt. I ο η e s c u und Anghelescu. Ch .ti. Abstracts b4.

-,o 1357 (1966) beschreiben die gaschromatographische Ar llyse von Polyäthylenpolyaminen, welche beweist, daß Äthylendia:nin. Diäthylentriamin, Triäthylentetramin. Tetraäthylenpentamin und Pentaäthylenhexamin im allgemeinen in den Mischungen vorhanden sind.

« Polyalkylenpolyamine werden außerdem in den US-Pa tentschnften 26 44 760 und 31 52 188 beschrieben und verwendet. Die in der US-PS 26 44 760 beschriebenen Verbindungen sind Polyamine der Äthylendiamin-Reihe und umfassen beispielsweise Tetraäthylenpentamin.

f,n Triäthylentetramin, Diäthylentriamin, Pentaäthylen hexamin. Die in der US-PS 3152 188 beschriebenen Verbindungen umfassen Diälhyientriärnin, Triäthylen* tetramin Und Tetraäthylenpentamin in reiner Form sowie in Form Von Mischungen und außerdem höhere Polyalkylenpolyaffiin-Homologe, die im allgemeinen als sogenannte gemischte Rückstände, die bis zu etwa 10 Aikyleneinheiten aufweisen, im Handel vertrieben werden.

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Polyäthylenimine sind in den US-Patentschriften 33 08 020 und 33 32 841 beschrieben. Die erstgenannten weisen ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 30 000 auf; die Verbindungen der US-PS 33 32 841 besitzen ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 800 bis etwa 100 000. In dem Molekulargewichtsbereich von etwa 103 (Diäthylentriamin) bis zu dem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 450 liegen die Polyäthylenpolyamine, die für die Herstellung der vernetzten Copolymere, die oral verabreicht werden können, geeignet sind. Als geeignete Polyäthylenpolyamine seien genannt Diäthylentriamin, Triäthylentetramin und Tetraäthylenpentamin. Die genannten Polyäthylenpolyamine sind als Handelsprodukte erhältlich. Ein typisches, im Handel erhältliches Tetraäthylenpentamin weist folgende Kennwerte auf: scheinbares spezifisches Gewicht bei 20⁰C: 0,9980; Siedepunkt bei 760 mm Hg: 340⁰C (unter Zersetzung); vollständige Löslichkeit in Wasser; Flammpunkt nach ASTM-D92 (offener Cleveland Becher): 185° C.

Zur Herstellung der Copoiymeren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die genannten Polyäthylenpolyamine copolymerisiert und dabei mit

Epichlorhydrin, Glycerin-1,3-dichlorhydrin,
1,2 :3,4-Diepoxybutan, Bis-epoxypropyläther.
Äthylenglykol-bis-epoxypropyläuier oder
1,4-Butandiol-bis-epoxypropyIäther

vernetzt. Die Umsetzung erfolgt in bekannter Weise, z. B. gemäß GB-PS 6 28 821: US-PS 30 02 823; Peterson und S ob ei J. Am. Chem. Soc. 78, 751—75:5 (1956) und McKernan und R i c V e t t s, Chemistry and Industry 21,(1959) S. 1490 bis 14v>l. Mit Epichlorhydrin als Vernetzungsmitlei enthä'i das Copolymer Vernetzungen wie

-CH₂CHOHtH₂-mit 1,2 :3,4-Diepoxybutan wie

-CH₂CHOHCHOHCH₂-mit Bis-epoxypropyläther wie

-CH₂CHOHCh₂OCH₂CHOHCH₂-

In entsprechender Weise bestehen die Vernetzungen bei Verwendung von Äthylengiykol-bis-epoxypropyläther aus

-CH₂CHOHCH₂OCH₂CH₂OCh₂CHOHCH₂-

und im Falle von 1.4-Butandiol-bis-epoxypropyläther aus

-CH₂CHOHCH₂O(CH₂M)CH₂CHOHCh₂-

Die vernetzten Copolymerprodukte enthalten also einen Rest aus einer aliphatischen Gruppe mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen. Der Gehalt des vernetzenden Anteiles, ausgedrückt in Gewichtsprozent Copolymer, beträgt wenigstens 10%, vorzugsweise wenigstens 14% und kann in manchen Fällen 47% oder mehr erreichen.

Die Stufe (c) des Verfahrens wird vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 40 bis 100⁰C bei Atmosphärendruck durchgeführt Wird die Stufe (c) bei höhe* reri Drücken als Atmosphärendruck durchgeführt, so kann die ReäktionsternperäUir höher gewählt werden, Beispielsweise kann man bei der Kesseltemperatur arbeiten, die die Mischung zum azeotropen Rückfluß bringt.

Das Molverhältnis von Pdlyäthylenpolyamin zu bifunktioneller Substanz B) soll vorzugsweise bei etwa 1 :2,5 liegen. Das Verhältnis ist jedoch innerhalb des Bereiches von etwa 1 :6 bis 1 :1,3 veränderlich. Das Gewichtsverhältnis von Wasser zu Polyäthylenpolyamin kann im Bereich von etwa 1,5 :1 bis 6 :1 verändert werden und soll vorzugsweise bei etwa 4 :1 liegen. Das bevorzugte Volumenverhältnis von hydrophobem Lösungsmittel zu Wasser liegt bei etwa 5:1. Auch dieses Verhältnis kann jedoch im Bereich von etwa 3:1 bis 13:1 verändert werden.

ίο Das vorzugsweise eingesetzte hydrophobe Lösungsmittel ist Toluol. Gegebenenfalls können auch andere aromatische Kohlenwasserstoffe oder chlorierte Kohlenwasserstoffe verwendet werden. Solche anderen Lösungsmittel können beispielsweise Xylol, Äthylbenzol, Cuuiol, Chlorbenzol, Benzol, Naphthalin, 1-Chlornaphthalin, Dichlorbenzol, Methylenchlorid oder 1,2-Dichloräthan sein.

Ein wesentlicher Faktor der Erfindung liegt in dem Gleichgewicht, das zwischen der Menge des oberflächenaktiven Mittels, welches eingesetzt wird, und dem Ausmaß des Rührens der Mischung besteht. Die Tröpfchengröße der dispergierten Phase und damit die Teilchengröße des Produktes verringert sich, wenn die Menge an oberflächenaktivem Mittel erhöht wird oder wenn das Ausmaß des Rührens erhöht wird. Infolgedessen müssen die Menge des oberflächenaktiven Mittels und die Stärke gos Rührens so reguliert werden, daß die Teilchengröße eine Abtrennung des Produktes, z. B. durch Filiration, innerhalb einer vernüftigen Zeitspanne erlaubt.

Das Ausmaß des Rührens hängt von verschiedenen Faktoren, so beispielsweise von der Größe und der Form des Reaktionsgefäßes, dem Verhältnis des Durchmessers der Rührflügel zu dem Durchmesser des Kes-

ji sels und der Art des Rührflügels ab. Der Fachmann kann im Einzelfall für jedes Reaktionsgefäß und jeden Rührer die geeignete Geschwindigkeit des Rührers bestimmen.

Bei den oberflächenaktiven Mitte!.., die beim er-

4n findungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, handelt es sich um Alkalimetallsalze, z. B. Natrium-, Lithiumoder Kaliumsalze, von Alkylarylsulfonsäuren, die in der Alkylgruppe 10 bis 18 Kohlenstoffatome aufweisen: es kann sich auch um Mischungen dieser Verbindungen handeln. Beispiele füi geeignete oberflächenaktive Mittel sind: Natriumdecylbenzolsulfonat, Natriumundecylbenzolsulfonat, Natriumdodecylbenzolsulfonat. Kaliumtridecylbenzolsulfonat. Natriumoctadecylben/olsiilfo nat. Wie weiter vorn bereits gesagt, kann die optimale

so Menge an oberflächenaktivem Mittel vom Fachmann im Einzelfall leicht bestimmt werden, wobei das Ausmaß des Rührens und die Größe und die Form des Reaktionsgefäßes mit berücksichtigt werden müssen. In den meisten Fällen liegt die Menge an oberflächenaktivem Mittel zwischen etwa 0,3 und 12 g pro Kilogramm Polyalkylenpolyamin, welches in der Reaktion verwendet wird.

Die Menge an Alkalimetallhydroxid hängt von der eingesetzten Menge der Verbindung B) ab Das bevorzugle Molverhältnis von Natriumhydroxid zu Verbindung B) liegt bei etwa 0,6 i Ij jedoch kann das Verhältnis im Bereich von etwa 0,1 :1 bis 1:1 verändert werden.
Das Copolymere wird aus dem Reaktionsgemisch

vorzugsweise abfÜtriertj es sind auch andere Formen der Abtrennung, z, B, die Abzenlrifugation, möglich,

Die auf die vorstehend beschriebene Weise herge* stellten Polymeren besitzen phafrhakologische Wir-

kung bei Tieren einschließlich Säugetieren. Beispielsweise ist das Polymere, welches durch Umsetzung von Tetraäthylenpentamin mit Epichlorhydrin gewonnen wird, ein hypocholesterämisches Mittel, wenn es Hähnchen in Mengen von 116 bis 5139 mg/kg/Tag verabreicht wird. Das folgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel

In einen ummantelten, glas-ausgekleideten Reaktor mit einem Fassungsvermögen von 3790 1, der mit Prellblechen und einem zweistufigen (67 und 135 Umdrehungen pro Minute) Umkehrflügelrührer ausgestattet war, gab man 200 g einer 60%igen wäßrigen Aufschlämmung von Natriumsalzen von Alkylbenzolsulfonsäuren und 364! entionisiertes Wasser; anschließend wurden 90,5 kg Tetraäthylenpentamin mit 18,9 1 Toluol eingespült. Die Lösung wurde bei der geringeren Geschwindigkeit gerührt; dabei wurden 13901 Toluol zugesetzt, so daß sich eine Dispersion bildete. Zu der Dispersion gab man unter weiterem Rühren 109 kg Epichlorhydrin, welches mit 18,9 1 Toluol eingespült wurde. Die so gewonnene Mischung wurde 2 Stunden zum Rückfluß erhitzt Das Reaktionsgemisch wurde dann auf etwa 2O⁰C abgekühlt und mit 58,5 kg einer filtrierten 50%igen wäßrigen Natriumhydroxidlösung behandelt Die Mischung wurde aus dem Reaktor entfernt und filtriert: das Copolymer wurde aufgefangen und getrocknet, indem man es zunächst mit heißem (75 bis 80°C) filtriertem Stickstoff und dann mit einem 80°C-warmen Luftstrom behandelte. Das auf diese Weise gewonnene Rohprodukt wurde in den Reaktor zurückgegeben, ausgiebig mit filtriertem entionisiertem Wasser gewaschen (bei der niedrigeren Geschwindigkeit), mit einem 80° C-vvarmen Luftstrom getrocknet und schließlich durchew andergemischt, bis eine homogene Masse vorlag. Man erhielt auf diese Weise etwa 155 kg eines trockenen Tetraäthylenpentamin-Epichlorhydrin-Copolymerisates in Form des Hydrochlorides, welches einen Teilchendurchmesser von 0,0051—0,051 cm aufwies.

Das in der vorstehend beschriebenen Weise gewonnene Copolymer- Hydrochlorid wies folgende typische Analysenwerte auf (wobei von Ansatz zu Ansatz innerhalb der genannten Grenzen Variationen möglich sind):

Elementaranalyse:

C = 50,3-5Z7%

*> H = 9.0-11.0%

Cl = 7J- 9,3%

N = 17.0-19.0%

Aschegehalt:
nicht mehr als 0,5%

Feuchtigkeit:

nicht mehr als 1,0%

Teilchendurchmesser:
jo 0,0025-0,076 cm.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Copolymeren aus A) einem Polyäthylenpolyamin, welches 2 bis 10 Äthyleneinheiten enthält, und B) einer der Verbindungen Epichlorhydrin, Glycerin- 1,3-dichlorhydrin, 1,2 :3,4-Diepoxybutan, Bis-epoxypropyläther, Äthy-Ienglykol-bis-epoxypropyläther oder 1,4-ButandioI-bis-epoxypropyläther, in Form von Kügelchen, d a durchgekennzeichnet, daß man

(a) unter mechanischem Rühren eine wäßrige Lösung des Polyäthylenpolyamins zusammen mit Alkalimetallsalzen von Alkylarylsulfonsäuren, in welchen die Alkylgruppen 10 bis 18 Kohlenstof fatome aufweisen, in einem hydrophoben Lösungsmittel, welches aus aromatischen Kohlenwasserstoffen oder chlorierten Kohlenwasserstoffen besteht, dispergiert,

(b) die Verbindung B) dieser so hergestellten Dispersion zusetzt,

(c) die entstandene Mischung 1 bis 5 Stunden erhitzt,

(d) das gemäß (c) gewonnene Reaktionsgemisch mit einer wäßrigen Lösung eines Alkalimetallhvdroxides behandelt und

(e) das Copolymere aus dem Reaktionsgemisch abtrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophobe Lösungsmittel aus Toluol besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren bei Atmosphärendruck und einer Temperatur zwischen 40 und 100"C durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren bei einem über Atmosphärendruck liegenden Druck und bei einer Temperatur, bei der die Mischung unter Rückfluß azeotropisch siedet, durchgeführt wird.