DE2405284C2 - Verfahren zur Herstellung von Polymaleinsäureanhydrid - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von PolymaleinsäureanhydridInfo
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Description
Die GB-PS 11 93 146 beschreibt eine Herstellung von
Polymaleinsäureanhydrid durch Behandeln von Maleinsäureanhydrid bei 70° bis 120° mindestens 3 Stunden
lang, wobei Toluol als Lösungsmittel und 0,02 bis 0,2 Mol Benzoylperoxid als Polymerisationsinitiator pro
Mol Maleinsäureanhydrid-Beschickung verwendet werden. Verschiedene Lösungsmittel wurden erprobt. Mit
Toluol erhielt man aber die besten Ausbeuten. Beispielsweise wurde mit Toluol eine Ausbeute von 104% erzielt,
während unter den gleichen Bedingungen mit Xylol als Lösungsmittel nur 41% erreicht werden. Ein schwerwiegender
Nachteil dieses Verfahrens ist, daß das Polymere als schwarzer Teer erhalten wird, der an den Wänden
des Reaktionsgefäßes haftet.
Die GB-PS 10 24 725 beschreibt die Herstellung von Polymaleinsäureanhydrid unter Verwendung eines inerten
organischen Lösungsmittels und eines freie Radikale bildenden Polymerisationskatalysators. Innerte organische
Lösungsmittel sind solche, die nicht mit Maleinsäureanhydrid unter den Polymerisationsbedingungen reagieren.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß wenn nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gearbeitet
wird, das Polymaleinsäureanhydrid in guten Ausbeuten und in flüssiger Form erhalten wird, wodurch es
leicht aus der Reaktionsmischung abgetrennt werden kann.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polymaleinsäureanhydrid mit einem Molekulargewicht
von 300 bis 1000 durch Polymerisation von Maleinsäureanhydrid in Xylol wobei das Gewichtsverhältnis
von Maleinsäureanhydrid zu Xylol von 1:1 bis 1 : 3 beträgt, unter Verwendung eines freie Radikale bildenden
Polymerisationskatalysators, dadurch gekennzeichnet, daß man Xylol verwendet, dessen ortho·Isomerengehalt
bis zu 99 Gew.-% beträgt und das bis zu 30Gew.-% Athylbenzol enthalten kann, man als freie
Radikale bildenden Katalysator Di-tert.-butyl-peroxid in einer Menge von 15 bis 40 Gew.-% bezogen auf Maleinsäureanhydrid
verwendet und man die Polymerisationsreaktion bei 120 bis 145° C durchführt
Das Xylol kann handelsübliches Xylol sein, dessen ortho-lsomerengehalt über 70% beträgt
Das Verhältnis von meta- zu para-lsomeren ist nicht kritisch.
Das Verhältnis von meta- zu para-lsomeren ist nicht kritisch.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren trennt sich das Polymere von dem Reaktionsmedium als blaßbraunes
öl, das bei Temperaturen über 65° C beweglich ist
ίο und das daher leicht isoliert werden kann. In einigen
Fällen ist das Polymere bei Temperaturen unter 65° C beweglich, z. B. bei Temperaturen über 50° C, über 65° C
sind aber alle Reaktionsprodukte beweglich.
Das Verhältnis von Maleinsäureanhydrid zu der Geis samtmenge des verwendeten XyIoIs in der Reaktion
beträgt 1:1 bis 1 :3 Gewichtsteile, insbesondere 1 :13
bis 1 :2,5 und ganz besonders 1 :1, 5 bis 1 :2,5 Gewichtsteile.
Die Menge an Di-tert-butylperoxid-Polymerisationsinitiator
beträgt 15 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte Maleinsäureanhydrid; bevorzugt
sind 20 bis 35Gew.-%. Der Polymerisationsinitiator kann langsam in einer Zeitspanne von z. B. bis zu
2 '/2 Stunden, bevorzugt in Mischung mit einem Teil des
XyIoIs, das für die Reaktion als Lösungsmittel verwendet wird, zugegeben werden.
Die Polymerisationsreaktion wird bei einer Temperatur von 120°C bis 145° C, vorzugsweise bei 130° C bis
145° C, durchgeführt. Die Reaktionszeiten können in einem
weiten Bereich variieren. Zeiten von 4 bis 7 Stunden, vorzugsweise 5 bis 6 Stunden, sind besonders geeignet.
Das Polymere, das erfindungsgemäß erhalten wird, hat ein Molekulargewicht von 300 bis 1000, gemessen in
einer Dioxan- oder 2-Butanon-Lösung mit einem Dampfdruckosmometer.
Da das Polymere als bewegliches öl bei Temperaturen über 65° C erhalten wird, kann es leicht von dem
Reaktionsmedium durch Dekantieren oder in einem Gefäß, das im Boden einen Hahn hat, durch den es abgelassen
werden kann, abgetrennt werden.
Bevorzugt wird die Trennung bei 6O0C bis 90° C
durchgeführt. Das erfindungsgemäße erhaltene Polymere ist relativ wenig durch nicht umgesetztes Maleinsäureanhydrid
verunreinigt. Das Maleinsäureanhydrid und gemischte Isomere von S-Tolyl-l^-propan-dicarbonsäureanhydrid,
die Nebenprodukte der Reaktion sind, bleiben in Lösung in der Xylolschicht.
Eine typische Dünnschichtchromatographieanalyse eines ungereinigten erfindungsgemäß erhaltenen PoIymeren,
das mit Wasser hydrolysiert war, zeigt daß das Polymere nur 2% Maleinsäureanhydrid und 1% gemischte
Isomere von S-Tolyl-l^-propan-dicarbonsäureanhydrid
enthält.
Polymaleinsäureanhydrid und Derivate davon sind für viele wichtige Zwecke nützlich. Zum Beispiel zeigen Polymaleinsäure und besonders ihre wasserlöslichen Salze Schwellenwert- und Kristall-modifizierende Wirkungen, die zur Kontrolle von Kesselstein verwendet werden können, wie er sich z. B. in Boilern, Verdampfern und industriellen Kühlanlagen bildet. Sie sind auch wertvolle chemische Zwischenprodukte, Additive für andere Polymersysteme und Korrosionsinhibitoren für Metalloberflächen, besonders in Gegenwart von Zinksalzen. Sie können auch als Detergentienstoffe verwendet werden.
Polymaleinsäureanhydrid und Derivate davon sind für viele wichtige Zwecke nützlich. Zum Beispiel zeigen Polymaleinsäure und besonders ihre wasserlöslichen Salze Schwellenwert- und Kristall-modifizierende Wirkungen, die zur Kontrolle von Kesselstein verwendet werden können, wie er sich z. B. in Boilern, Verdampfern und industriellen Kühlanlagen bildet. Sie sind auch wertvolle chemische Zwischenprodukte, Additive für andere Polymersysteme und Korrosionsinhibitoren für Metalloberflächen, besonders in Gegenwart von Zinksalzen. Sie können auch als Detergentienstoffe verwendet werden.
Die Erfindung soll anhand der folgenden Beispiele erläutert werden. Teile und % sind auf Gewicht bezogen.
Line typische Analyse von handelsüblichem Xylol,
wie es in einigen der Beispiele verwendet wird, ist:
o-Xylol
m/p-Xylol
63,5%
21,5%
21,5%
Mi]:
Ji
Ji
mit Spuren Benzol und Toluol.
100 Teile Maleinsäureanhydrid und 100 Teile handelsübliches Xylol werden auf 1200C erhitzt Eine Lösung von 20 Teilen Di-tertiär-butyl-peroxid in 50 Teilen
handelsüblichem Xylol werden unter Rühren innerhalb von 15 Minuten zugegeben. Die Temperatur der Reaktionsmischung steigt dann auf 1300C und wird 5 Stunden so gehalten. Dann wird mit Heizen und Rühren
aufgehört und das Polymere von dem Xylol abtrennen gelassen. Ist die Temperatur der Reaktionsmischung auf
85° C gefallen, wird die untere Polymerenschicht von der oberen Xylolschicht abgetrennt. 81 Teile (81 % Ausbeute bezogen auf Maleinsäureanhydrid) Polymeres
werden erhalten.
Das Polymere wird weiter gereinigt durch Zugabe von 15 Teilen 2-Butanon oder 1,4-Dioxan als Verdünner.
Das Polymere wird durch Zugabe der Polymerlösungen zu 500 Volumenteilen Toluol, das mit einem Hochgeschwindigkeitshomogenisator gerührt wird, ausgefällt.
Nach Filtrieren und Trocknen im Vakuum bei 500C werden 78 Teile (78% Ausbeute bezogen auf eingesetztes Maleinsäureanhydrid) Polymeres als cremefarbenes
Pulver erhalten.
Dieses Polymere hat ein Molekulargewicht von 580, gemessen in 2-Butanon mit einem Dampfdruckosmometer.
Wird dieses Beispiel wiederholt und das Polymere bei >70°C anstatt bei 85°C abgetrennt, so erhöht sich die
Ausbeute auf 91%.
Vergleich
Werden Lösungsmittel mit >99% ortho-XyIoI-Gehalt in diesem Beispiel verwendet, so werden Polymere
erhalten, die bei > 700C fest werden. Wird reines ortho-XyIoI als Lösungsmittel verwendet, so wird ein Polymer
erhalten, das selbst bei einer Temperatur von 120° C fest
ist.
300 Teile Maleinsäureanhydrid und 300 Teile handelsübliches Xylol werden bis zum Rückfluß, 142° C, erhitzt.
Eine Lösung von 100 Teilen Di-tertiär-butyl-peroxid in 150 Teilen handelsübliches Xylol wird innerhalb von
2 Stunden unter Rühren zugegeben.
Die Mischung wird weitere 4 Stunden unter Rückfluß erhitzt und dann auf 85°C abgekühlt Das Rühren wird
beendet, und das Polymere trennt sich ab. Eine Probe des Polymeren zeigt auf dieser Stufe ein Molekulargewicht von 440, gemessen in 2-Butanon mit einem
Dampfdruckosmometer.
Die untere Polymerschicht wird in 300 Teile Wasser bei 80° C abgelassen. Die Mischung wird bei dieser Temperatur V2 Stunde gerührt, wobei das Polymere hydrolysiert und sich löst.
Spuren von Xylol zu entfernen. 612 Teile einer 50%
GewVGew. wäßrigen Lösung der Polymaleinsäuren werden erhalten (= 86.2% Ausbeute bezogen auf eingesetztes Maleinsäureanhydrid).
Dünnschichtchromatographie zeigt, daß die Lösung 2% Maleinsäure und 1 % gemischte Isomere von 3-Tolyl-1.2-propan-dicarbonsäure als Verunreinigung enthält
Wird dieses Beispiel 2 wiederholt und das Polymere bei >70°C anstatt bei 85° C abgetrennt, so steigt die
Ausbeute auf 96%.
100 Teile Maleinsäureanhydrid werden in 100 Teilen folgender Lösungsmittelmisehung gelöst:
70% o-Xylol,
10%m-Xylol,
10% p-Xylol,
10% Äthyl-benzol
indem die Mischung auf 1200C erwärmt wird. Eine Lösung von 20 Teilen Di-tertiär-butyl-peroxid in 50 Teilen
obiger Lösungsmittelmisehung wird tropfenweise unter Rühren innerhalb von 15 Minuten zugegeben. Die Temperatur der Mischung wird auf 130° C erhöht und so
5 Stunden gehalten. Dann wird die Reaktionsmischung auf 70° C gekühlt Das Rühren wird beendet und die
untere Polymerschicht trennt sich ab. Über einen Hahn im Boden des Gefäßes wird das Polymere abgelassen.
109 Teile Polymeres werden erhalten, das bei einer Temperatur von
>50°C beweglich ist und ein Molekulargewicht von 725 hat, bestimmt durch Osmometrie
entweder in Dioxan oder 2-Butanon als Lösungsmittel.
Beispiel 3 wird mit folgender Lösungsmittelmisehung wiederholt:
80% o-Xylol,
10% Äthyl-benzol,
5% m-Xylol und
5% p-Xylol.
108 Teile Polymeres werden erhalten, das bei einer Temperatur von
>60°C beweglich ist und ein Molekulargewicht von 700 hat.
Beispiel 3 wird mit folgender Lösungsmittelmisehung wiederholt:
85% o-Xylol,
5% m-Xylol,
5% p-Xylol und
5% Äthyl-benzol.
107 Teile Polymeres werden erhalten, Molekulargewicht 625, beweglich bei einer Temperatur von
> 64° C.
B e i s ρ i e 1 6
Beispiel 3 wird mit folgender Lösungsmittelmisehung wiederholt:
90%
5%
o-Xylol
m-Xylol,
p-Xylol und
Äthyl-benzoL
m-Xylol,
p-Xylol und
Äthyl-benzoL
Teile Polymeres werden erhalten, beweglich bei einer Temperatur von
> 60° C, Molekulargewicht 625.
Beispiel 3 wird wiederholt mit folgender Lösungsmittelmischung:
90% o-Xylol,
3.75%m-Xylol,
3,75% p-Xylol und
2,05% Äthyl-benzoL
3.75%m-Xylol,
3,75% p-Xylol und
2,05% Äthyl-benzoL
Teile Polymeres werden erhalten, beweglich bei einer Temperatur von
>58°C, Molekulargewicht 625.
Beispiel 3 wird wiederholt mit folgender Lösungsmitteimischung:
95% o-Xylol,
1,25% m-Xylol,
1,25% p-Xylol und
2,05% Äthyl-benzol
1,25% m-Xylol,
1,25% p-Xylol und
2,05% Äthyl-benzol
Teile Polymeres werden erhalten, Molekulargewicht 630, beweglich bei einer Temperatur von
> 65° C.
Beispiel 3 wird wiederholt mit folgender Lösungsmittelmischung:
99% o-Xylol und
1% m-Xylol.
1% m-Xylol.
Teile Polymeres werden erhalten, beweglich bei einer Temperatur von
>55°C Molekulargewicht 690. Vergleich
Wird reines ortho-Xylol als Lösungsmittel in Beispiel
3 verwendet so wird das Polymere, das in 118% Ausbeute erhalten wird, bei 120° C fest zu einem bröckligen
Harz, Molekulargewicht 600.
Beispiel 12
100 Teile Maleinsäureanhydrid werden in 100 Teilen folgender Lösungsmittelmischung gelöst:
6% o-Xylol.
53% m-Xylol,
17% p-Xylol und
24% Äthyl-benzol,
53% m-Xylol,
17% p-Xylol und
24% Äthyl-benzol,
indem auf 120° C erwärmt wird. Eine Lösung von 20 Teilen
Di-tertiär-butyl-peroxid in 50 Teilen obigen Lösungsmittels wird tropfenweise unter Rühren innerhalb
von 15 Minuten zugegeben. Die Temperatur der Mischung steigt auf 130° C und wird 5 Stunden so gehalten.
Die Reaktionsmischung wird auf 70° C gekühlt Das Rühren wird beendet die untere Polymerschicht trennt
sich ab und wird durch einen Hahn am Boden des Gefäßes abgelassen.
113 Teile Polymeres werden erhalten, beweglich bei einer Temperatur von
>40°C, Molekulargewicht 560, bestimmt durch Osmometrie in Dioxan oder 2-Butanon
als Lösungsmittel.
Beispiel 11
Beispiel 3 wird wiederholt mit folgender Lösungsmittelmischung:
99% o-Xylol und
1% Äthyl-benzol.
1% Äthyl-benzol.
Teile Polymeres werden erhalten, Molekulargewicht 800. beweglich bei einer Temperatur von
>45°C. Beispiel 13
Beispiel 12 wird
schung wiederholt:
schung wiederholt:
mit folgender Lösungsmittelmi-
40
45
Beispiel 10
Beispiel 3 wird wiederholt mit folgender Lösungsmittelmischung:
99% o-Xylol und
1% p-Xylol.
1% p-Xylol.
Teile Polymeres werden erhalten, beweglich bei einer Temperatur von
> 55° C, Molekulargewicht 700. 12% o-Xylol,
49% m-Xylol,
9% p-Xylol und
30% Äthyl-benzol.
49% m-Xylol,
9% p-Xylol und
30% Äthyl-benzol.
117 Teile Polymeres werden erhalten, beweglich bei
einer Temperatur von >45°C, Molekulargewicht 510.
Beispiel 14
Beispiel 12 wird wiederholt mit folgender Lösungsmittelmischung:
18% o-Xylol,
44% m-Xylol,
19% p-Xylol und
19% Äthyl-benzol.
44% m-Xylol,
19% p-Xylol und
19% Äthyl-benzol.
115 Teile Polymeres werden erhalten, Molekulargewicht
598, beweglich bei einer Temperatur von > 40° C.
Aus den Ausbeuten an Polymeren in den vorstehenden Beispielen ergibt sich, daß etwas von dem Xylollösungsmittel
in das Polymere gelangt.
60
b5
Claims (3)
1. Verfahren zur Heriellung von Polymaleinsäureanhydrid
mit einem Molekulargewicht von 300 bis 1000 durch Polymerisation von Maleinsäureanhydrid
in Xylol, wobei das Gewichtsverhältnis von Maleinsäureanhydrid zu Xylol von IrI bis 1:3 beträgt,
unter Verwendung eines freie Radikale bildenden Polymerisationskatalysators, dadurch gekennzeichnet,
daß man Xylol verwendet, dessen ortho-Isomerengehalt bis zu 99 Gew.-% beträgt
und das bis zu 30 Gew.-% Athylbenzol enthalten kann, man als freie Radikale bildenden Katalysator
Di-tert-butyl-peroxid in einer Menge von 15 bis 40 Gew.-% bezogen auf Maleinsäureanhydrid verwendet
und man die Polymerisationsreaktion bei 120 bis 145° C durchführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Di-tert-butylperoxid 20
bis 35 Gew.-%, bezogen auf Maleinsäureanhydrid, beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisationsreaktion bei
130° bis 145° C durchgeführt wird.
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