DE2428096C2 - Verfahren zur Polymerisation einer Zusammensetzung, die ein Allylaminsalz einer starken Säure enthält - Google Patents
Verfahren zur Polymerisation einer Zusammensetzung, die ein Allylaminsalz einer starken Säure enthältInfo
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Description
Es Ist bekannt, daß Allylverblndungen unter der Einwirkung
von radikalischen Initiatoren nur schwierig polymerisieren, wobei niedrigmolekulare Produkte erhalten
werden (R.C. Laible, Chem. Rev. 58 [5|. 807 [1958]).
Bei dieser Reaktion wird die Polymerisation hauptsächlich
durch Kettenübertragungsreaktionen, z. B. einer abbauenden Kettenübertragung, verhindert. Wegen dieser
Eigenschaften sind Im allgemeinen bei allen Allyl-Polymerisationen
große Mengen Initiator erforderlich, besitzen die resultierenden Polymeren ein niedriges
Molekulargewicht und enthalten verhältnismäßig große Mengen endständiger Initiatorreste.
Die radikalische Polymerisation von Allylvcrblndungen, z. B. der Dl- und Trlallylmonomere. führt durch
eine Intramolekulare Polymerisation 7U cyclischen Strukturen
und auch zu einer Net7werkblldung. Der andere
Haupimcchanlsnius, der für Allylpolymerlsatlonen charakteristisch
Ist. nämlich die abbauende Übertragung. Ist
ebenfalls wirksam. Infolgedessen werden vernetzte Polymere erhalten, die eine restliche Unsältlgung wie auch
meßbare Mengen Initiatorreste enthalten (Encyclopedia of Polymer Science and Technology, 1. AuIL, Bd. 1, Seite
755 ff.).
Die Einführung von Aminogruppen in Allylmonomere verringert welter die Reaktivität der Allylbindung bei
Polymerisationsreaktionen. So können zwar Allylester durch Erhitzen in Gegenwart von Luft polymerisiert werden,
aber Allylamin, Diallylamln und Triallylamin polymerisieren
unter solchen Bedingungen nicht, die für Allylester anwendbar sind.
Es 1st jedoch bekannt, daß Allylamine unter speziellen Bedingungen polymerisiert werden können, beispielsweise
In der Gasphase (US-PS 30 62 798), odu mlschpolymerislert
werden können, wenn Diacylperoxide als Katalysatoren gemeinsam mit ausgewählten Lösungsmitteln
verwendet werden (US-PS 30 57 833).
In der GB-PS 9 07 079 Ist die Herstellung von Homopolymeren
und Mischpolymeren von N-Trlallylamlnsalzen
und N-Tetraallylammonlumsalzen unter Verwendung
von großen Initiatormengen beschrieben. Anionenaustauschharze können insbesondere durch Polymerisation
von TetraaHylammoniumchlorld und Trlallylamlnhydrochlorld
mit großen Mengen eines radlkallschcn Initiators
(GB-PS 9 39 518) hergestellt werden.
Diese bekannten Polymeren und Verfahren besitzen verschiedene Nachteile. Es sind hohe Inltiaiordosen
erforderlich, beispielsweise 5 bis 20 Teile je 100 Teile Monomer (GB-PS 9 39 518), weshalb große Mengen von
Heteroatomen Im Polymer festgehalten werden, z. B. 1 bis 2 Gew-% chemisch gebundener Schwefel, vermutlich
überwiegend In Form von Gruppen der Formel -SOiH.
Dies bedeutet 0,3 bis 0,6 meq/g einer restlichen Säurefunktion,
die In einem basischen Harz unerwünscht Ist.
In Übereinstimmung damit besitzen so hergestellte Polytriallylamlnharze eine Neutralisalionskapazltät von
weniger al- 5,5 meq/g, was beträchtlich unterhalb der theoretischen Kapazität von 7,2 meq/g liegt. Außerdem
zeigen diese bekannten Trlallylamlne zwei weitere Eigenschaften, die für ein Polymer aus einer dreifach ungesättigten
Verbindung etwas überraschend sind: sie besitzen einen niedrigeren Grad von Vernetzung und einen höheren
Grad von Unsättigung als erwartet. Dies wird zumindest
qualitativ von Butler erklärt. Er konnte zeigen (J.A.C.S., 77, 1767-9 [1955]), daß Monomere, die zwei
Allylgruppen enthalten, einer cyclischen Polymerisation unterliegen, bei der beide Allylgruppen verbraucht werden
und ein überwiegend lineares Polymer entsteht, d. h.
also, daß sich die Dlallylverblndungen so verhalten, als wären sie monofunktlonell und nicht dlfunktlonell. Mindestens
drei Allylgruppen sind somit je Monomereinheit erforderlich, um eine Vernetzung und eine Unlöslichkeit
zu erzielen. Für die letzteren Trlallylharze wurde weiterhin postuliert, daß eine »Inzestöse« Neigung zur Interpolymerisation
existiert (R.C. LaIbIe, Enc. of Polymer Science and Technology I, S. 758), welche eine Verringerung
In der Anzahl der für die Vernetzung verfügbaren Doppelbindungen verursacht.
Für gewisse Anwendungen Ist die Anwesenheit vonnur verhältnismäßig kleinen Mengen anionlscher Gruppen
In den Amlnharzen schädlich.
Vom Standpunkt der Verwendung dieser Polymere Im sog. Slrotherm®-Verfahren (ein thermisch regenerierbares
Ionenaustauschharz), welches In den folgenden Veröffentlichungen
beschrieben Ist:
»The ,Slrotherm' Deminerallsatlon Process - an Ion
Exchance Process with Thermal Regeneration«, Tell 1, J.
Inst. Engr. Aust. [19651 37, 193; »An Ion Exchange Process
with Thermal Regeneration«, Aust. J. Chem. [1966], 19, 561 (Tell II), 589 (Tell III), 765 (Tell IV) und 791
(Teil V); »Thermally Regenerated Ion Exchange Process - An Aid to Water Management«, J. Water Poll. Control
Fed 11966], 38, 1782; und AUS-PS 2 74 029;
1st es sogar noch wichtiger, daß Polymere von Trlallylaminen, die gemäß dem Stande der Technik hergestellt
worden sind, beispielsweise gemäß GB-PS 9 39 518, unzufriedenstellend sind. Sie besitzen niedrige Kapazitä-'
ten und, was noch wichtiger ist, erfüilen nicht die Kriterien für ein zufriedenstellendes anionisches »Sirotherm«-
Harz, daß die Titrationskurve (pH-Kurve), die bei einer Neutralisation mit einer starken Säure unter Standardbedingungen erhallen wird, ein pH-Plateau aufweist, d. h. ■
also, einen nahezu stetigen pH-Wert über einen größeren Teil der Titrationskurve (AUS-PS 2 74 029). Weiss (Australien Journal of Chemistry, 1968, Bd. 21 S. 2703 bis
2710, »An Ion Exchange Process wUh Thermal Regeneration«, Tell Vi), hat gezeigt, daß nur Harze mit diesen
Eigenschaften für diesen Thermocyclus brauchbar sind. Es wird angenommen, daß die Anwesenheit von Initiatorresten, beispielsweise der restlichen Sulfönsäuregruppen. Ionische Gitter erzeugen kann, welche den Zugang
und den Ionenaustausch inhibieren und somit die Kapazität beeinllussen.
Es wurde nunmehr gefunden, daß AHylaminsalze von starken Säuren leicht polymerisiert werden können, wenn
man spezielle radikalische Initiatoren verwendet.
Gegenstand der Erfindung Ist also ein Verfahren zur
Polymerisation einer Zusammensetzung, die ein AlIyI-amlnsalz einer starken Säure enthält, wobei das Allylamln zwei oder mehr Allylgruppen enthält In Gegenwart
eines radlkallschen Initiators bei einer Temperatur zwischen -20 und 80 C bei einem pH zwischen 0 und 5 In
Abwesenheit von Sauerstoff, weiches dadurch gekennzeichnet Ist, daß man einen radlkallschen Initiator verwendet, aus dem während der Reaktion keine geladenen
Fragmente gebildet werden.
Die Natur des radlkallschen Initiators ist nicht kritisch,
solange während der Reaktion kilne geladenen Fragmente gebildet werden. Vorzugsweise ist der radikalischc
Initiator Im Reaktionsgemisch löslich und ergibt nur
nicht-polare Fragmente. Geeignete bekannte radikalische Initiatoren sind beispielsweise Wasserstoffperoxid,
Acelylperoxld, Bis-d-hydrocyciohexylperoxld), tert.-Butylhydroperoxld. 2,2-Azoblsisobutyronltril und 2,5-Dlperoxybenzoat.
Vorzugswelse wird die Reaktion bei Raumtemperatur
ausgeführt, d. h. bei einer Temperatur Im Bereich von 10
bis 30" C.
Vorzugswelse Ist der radikalische Initiator ein
Redoxsystem aus einem Übergangsmetallion, wie Fe"
oder Ti4**, mit Wasserstoffperoxid, Hydroxylamin oder einem organischen Hydroperoxid, wie tert.-Butyl-hydroperoxid.
Der Molprozentsatz der durch den Initiator erzeugten
freien Radikale, bezogen auf das Monomer, liegt vorzugsweise
im Bereich von 0,1 bis 10%, insbesondere im
Bereich von 0,5 bis 3%.
Die Natur des Allylaminsal/.es ist nicht kritisch.
Geeignete AHylaminsalze. die zwei oder mehr Allylgruppen
enthalten, sind z. B. '
Salze von Triallylamin.
1.4-Bis( N.N-PialU laminomcthyl lbcn/ol.
1.3.5-Tris-(N.N-Diallyl;iminomeihy l)-ben/ol.
N-(4-Dlmcthylbcn/yl)-diall\ lamin.
N-(4-N.N-Dimeihylaminiimethylhen/ylidiallyl;imin.
N-(4-N,N-Diallylaminomelhylben/yl)diallylamln.
N-(4-N.N-Dipropvlaminomethvlben/yl)diallylamin.
diallylamin,
Alkyldlallylamin und
Bis-(N,N-diallylamino)-alkane,
wie i. B. l,6-Bis-(N,N-diallylamlno)hexan, mit starken-.,
Säuren, wie z. B. Salz-, Schwefel-, Salpeter- oder Phosphorsäure.
Die AHylaminsalze können allein oder in Mischung verwendet werden. Zur Erzielung einer ausreichenden
Vernetzung ist es nötig, ein Vernetzungsmittel zuzugeben, wenn Amine verwendet werden, die nur zwei Allylgruppen enthalten. Geeignete Vernetzungsmittel sind in
der Technik bekannt. Beispiele hierfür sind Äthylenglykol-dimethacrylat, 1 J-Butylenglykol-dimethacrylat,
Divlnylbenzol, Triallylcyanurat und Triallyläther von Pentaerythrit.
Vorzugsweise ist das Vernetzungsmittel ein Salz von Triallylamin oder eines Bls-(diallylamino)alkans, worin
die Kette 2 bis 8 Kohlenstoffatome enthält.
Die Konzentratfon des Aminsalzes in der Reaktion
kontrolliert in gewissem Ausmaß die Menge der während der Reaktion auftretenden Vernetzung. Es wurde gefunden, di>.ß eine hohe Konzentration zu einer höheren Vernetzung im Produkt führt. Es wird bevorzugt, daß die
Monomerkonzentration im Reaktionsgemisch größer als 40 Gew.-"«, Ist und vorzugsweise im Bereich von 50 bis 70
Gew.-% ΙΐεΉ.
Die Reaktion wird in einer Inerten Atmosphäre, z. B. Stickstoff oder Argon, ausgeführt. Die Anwesenheit von
Luft unterbricht zwar die Polymerisation nicht, führt aber zu einer Verringerung der Ausbeute und Kapazität.
Für die Verwendung als Ionenaustauschharze müssen die Polymeren und Mischpolymeren so hergestellt werden,
daß sie einen bestimmten Teilchengrößenbereich aufweisen. Für diesen Zweck wird eine Fällungspolymerisation
und eine Dispersionspolymerisation bevorzugt.
Bei der Dlspersionspolymerlsailon eines Allylaminsalzes, z. B. des Hydrochlorlds. wird eine Lösung des Monomers in einem Lösungsmittel, z. B. Wasser, in einem
Suspensionsmedium, z. B. Peiroläther oder ein aromatisches Lösungsmittel, dlsperglcrt. Dies führt zu einem
Produkt, das aus gleichförmigen sphärischen Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von 0.5 bis 50 μ
besteht. Normalerwelse wird ein Stabilisator zugegeben.
Geeignete Lösungsmittel für das Monomer sind bei spielsweise Wasser. Methanol, Äthanol. Dimethylform
amid, Dlmethylsulloxid und andere aprotischc Lösungsmittel.
Die Größe der Perlen hängt von der Konzentration des
Stabilisators, der Monomerlösung, der Rührgeschwlndlg-
keit und der Geometrie des Reaktionsbehälter ab. Perlen
mit einer Größe zwischen 0.075 mm und 1.7 mm können leicht erhalten werden. Die Auswahl des Suspenslonsmedlums
Ist nicht kritisch, vorausgesetzt, daß das Medium
mit den Monomerlösungen unmischbar ist Die Auswahl des Katalysators Ist ebenfalls nicht kritisch. Die meisten
oberflächenaktiven Mittel, die In Dlspersionspolymerlsatlonen
verwendet werden, sind auch hler geeignet. z. B. in Kohlenwasserstoff lösliche Amine oder oberlläehenak-
tlve Mittel, die quaiernare Ammoniumabschlußgruppen
enthalten, sowie Celluloseether. Mischpolymere mit ähnlicher
Teilchengröße können in ähnlichen Systemen in der gleichen Weise hergestellt werden, wie es tür das
Homopolymer beschrieben wurde.
I)Ic beim erllndungsgemäßen Verfuhren erhaltenen
Polymerperlen können als basische Komponente der 7 u sam mengesei/ic η lonenausiauschicilchen verwendet
werden, die In der I1S-PS 3d 45 922 beschrieben sind
Hierfür sollte die Größe der Perlen zwischen 0,1 und 20 μ, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 3 μ, liegen. Es
ist ein sehr wesentliches Merkmal der Erfindung, daß Perlen in diesem Größenbereich ohne Schwierigkeiten
hergestellt werden können.
Die Erfindung wird nunmehr durch die folgenden Beispiele näher erläutert:
Dieses Beispiel demonstriert die Polymerisation von Trtallylamln-hydrochlorid unter Verwendung von Wasserstoffperoxid
und einer Spur ElsendID-chlorid als Initiator.
Ein Gemisch aus 6,2 g einer 70%igen Triallylamlnhydrochlorid-Lösung
in Wasser. 0,28 g einer 30%igen Wasserstoffperoxidlösung und 0,036 g einer 15*igen
ElsendlO-chloridlösung wurde in einen 25-ml-Kolben
unter Stickstoff eingeschlossen und 4 Std. auf 50' C erhitzt. Während dieser Zelt polymerisierte das Gemisch
in ein festes Gei.
Das Gel wurde in einen Mischer überführt und mit einer 1-m-Salzsäure durchgearbeitet. Der durch Filtration
der Aufschlämmung erhaltene feste Kuchen wurde sorgfältig mit 1-m-Salzsäure gewaschen, worauf sich ein längeres
Waschen mit einer 1-m-Natriumhydroxidlösung anschloß, bis aus dem Harz kein weiteres Chlorldlon
mehr herausgelaugt werden konnte. Das Harz wurde abschließend mit Wasser von Natriumhydroxid freigewaschen
und getrocknet.
Das auf diese Weise in 60%iger Ausbeute tihahene
Polymer besaß eine anionische Ionenaustauschkapazität von 6,5 meq/g und ein Quellverhältnis von 2,2. Die pH-Tltratlon
ergab eine Hache Kurve mit einem pH bei aer
halben Neutralisation von 7,9. Die Änderung des pH (ΔρΗ) zwischen einer lO^lgen Neutralisation und einer
60%igen Neutralisation betrug 0,3 Einheiten.
Dieses Beispiel demonstriert die Polymerisation von rrlallylamln-hydrochlorld unter Verwendung von Wasserstoffperoxid
und Tltantrlchlorid als Initiator.
10
Ein Gemisch aus 150 g einer 70%'gen Trlyllylaminhydrochlorid-Lösung
in Wasser (pH 2) und 7,2 ml einer 6%lgen wäßrigen Titantrichloridlösung wurde in Form
von Tröpfchen In UOO ml Petroläther (30 bis 40" C) dlspergiert,
welcher 4,5 g Sorbltan-mono-oleat enthielt.
20 ml einer wäßrigen 3%igen Wasserstoffperoxidlösung
wurde tropfenweise zur heftig gerührten Dispersion bei Raumtemperatur zugegeben. Am Ende der Zugabe
wurde das Gemisch orange. Die Produktperlen wurden abfiltriert und mit 1-m HCl epwaschen, bis die gesamte
Farbe entfernt war. Die Ausbeute an Polymer-hydrochlorid war 62%.
Das in Beispiel 2 beschriebene Verfahren wurde bei verschiedenen Temperaturen wirderholt. Die Resultate
sind in der folgenden Tabelle angegeben:
20 Temperatur | Kapazität | ΔρΗ |
(0C) | (meq/g) | |
20 | 7,1 | 0,0 |
25 30 | 7,1 | 0,1 |
40 | 6.8 | 0.3 |
70 | 6,7 | 0,6 |
Das in Beispiel 2 beschriebene Verfahren wurde bei pH 7 wiederholt. Das bei pH 7 isolierte Polymer war nur
schwach vernetzt und hatte unzureichende mechanische Eigenschaften. Die bei pH 1 und 5 erhaltenen Polymere
hatten vernünftige Eigenschaften, waren aber schlechter als die bei pH 2 erhaltenen Polymere.
Das In Beispiel 2 beschriebene Verfahren wurde unter
Verwendung verschiedener Monomerkonzentrationen wiederholt. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle
angegeben.
Monomer- | Initiator | Initiator | Ausbeute | Kapa;ität | QV-) | pH,") | Δ pH') |
konzen- | konzen | ||||||
i ration | tration | ||||||
(Gcw.-%) | (Gew.-%) | <%) | (meq/g) | ||||
70 h) | wie Beispiel 2 | 1,7 | 58 | 7,1 | 2,0 | 7,5 | 0,0 |
60 | wie Beispiel 2 | 1,7 | 50 | 6,8 | 1,5 | 7,6 | 0,3 |
50 | wie Beispie! 7 | 1,7 | 60 | 7,0 | i,4 | 7,4 | 0,6 |
40 | wie Beispiel 2 | 1,7 | 54 | 6,8 | 1,7 | 7,6 | 0,4 |
12") | wie Beispiel 2 | 11,0 | 54 | 7,0 | 1,7 | 7,7 | 0,6 |
J) Lösungsmittel - 80% Aceton
hl Dies sind die Resultate von Heispiel 2
') QucllverhaUnis
") pH der halben Neutralisation
' ι Änderung des pH /wischen einer Id'Vigen und einet M.
,gen Neutralisation
Beispiel 6
Dieses Beispiel demonstriert die Polymerisation von Trlallylamln-hydrochlorid unter Verwendung von Hydroxylamin und Tltantrlchlorid.
Ein Gemisch aus 10 g einer 70%lßen wäßrigen Lösung
Dieses Beispiel demonstriert die Polymerisation von Trlallylamln-hydrochlorid unter Verwendung von Hydroxylamin und Tltantrlchlorid.
Ein Gemisch aus 10 g einer 70%lßen wäßrigen Lösung
von Trlallylamln-hydrochlorld und 1,8 ml einer 6"t,lgcn
wäßrigen Lösung von Tltanirlchlorld wurde In 50 ml
Benzol, welches 0,5 g Sorbltan-niono-oleat enthielt, dlsperglert,
und das Gemisch wurde mit Stickstoff entgast. 0,36 g Hydroxylamln-hydrochlorld wurden In der
gerlngslmögllchen Menge Wasser aufgelöst und langsam zur gerührten Dispersion zugegeben. Die Polymerperlen
wurden wie In Beispiel 1 gewaschen. Die Perlen wurden
In einer 42%lgen Ausbeute erhalten und besaßen ein
Quellverhältnis von 1,3. Der pH bei der halben Neutralisation
bestimmt aus der pH-Tltratlonskurve. war 7,7. Es land keine Änderung des pH zwischen einer 10%lgen
und einer 60%lgen Neutralisation stau.
Der Versuch wurde unter Verwendung von tert.-Butylhydroperoxld
anstelle von Hydroxylamin mit den lolgenden Resultaten wiederholt.
Monomerkonzen
tration
tration
(Gew.-Vo)
Initiator
Initiatorkonzen
tration
tration
(Gew.-7.)
Ausbeute Kapazität QV
(meq/g)
pH*
ΔρΙΙ
70
Ti-1VtBuOOH 3,5
7,0
2,3
7,5
0,5
Dieses Beispiel demonstriert die Polymerisation von Trlallylamln-hydrochlorld mit Elsen(ll)-Ionen und Wasserstoffperoxid.
Ein Gemisch aus 12,3 g 70%igem Trlallylamlnhydrochlorld
(pH 3), 0,1 g ElsendD-sulfat und 5,7 g Wasser wurde zur Entfernung von Sauerstoff entgast, worauf
0,2 ml einer 30%lgen Wasserstoffperoxidlösung zugegeben wurden und der Reaktionsbehälter auf 45" C gehalten
wurde.
Nach 1 Std. wurde das Polymergel entnommen und wie In Beispiel 1 behandelt.
Das Polymer wurde In einer Ausbeute von 43% erhalten.
Es besaß ein Quellverhältnis von 2,2 und eine Kapazität von 6,7 meq/g. Der pH der halben Neutralisation
war 7,8, und die Änderung des pH zwischen einer 10%lgeri und einer 6096lgen Neutralisation war 0,3 Einheiten.
Dieses Beispiel demonstriert die Polymerisation von Trlallylamin-hydrochlorid unter Verwendung einer Kombination
aus TltanUID-chlorld/Wasserstoffperoxid und
Azodllsobutyronltrll als Initiatoren in Petroläther.
7 g einer 70%igen Lösung von Trlallylamin-hydrochlorid,
welche 0,35 ml einer 6%lgen Tltantrlchloridlösung (1 Gew.-%, bezogen auf das Monomer) enthielt, wurden
in 50 ml Petroläther (80 bis 100° C, frei von Aromaten), welcher 0,2 g Sorbltan-mono-oleat enthielt, dlsperglert.
Durch die Dispersion wurde Stickstoff hindurchgeblasen,
lind O.fi ml einer 3%igen Wasserstoffperoxldlftsung
wurden langsam unter heftigem Rühren zugegeben. Nach 5 min wurden Polymerperlen gebildet.
Wasser wurde aus dem System durch Erhitzen des Reaktionsgemische unter Rückfluß und unter Verwendung
einer Dean-Stark-Falle entfernt. 0,15 g Azodiisobutyronltrtl
wurden in dem Petroläther aufgelöst, und die Dispersion wurde 16 Std. auf 80° C erhitzt.
Das Polymer wurde durch Filtration gesammelt und gewaschen, wie es in Beispiel 1 beschrieben Ist. Dieses
Verfahren ergab ein Polymer In einer Ausbeute von 61%
mit einem Quellverhältnis von 1,1 und einer anionischen lonenaustauschkapazltät von 6,1 meq/g. Der pH am halben
Äquivalenzpunkt, bestimmt aus der pH-Tltratlonskurve,
war 7,3, und die Änderung des pH zwischen einer 1096lgen und einer 60%lgen Neutralisation war 0,3 Ein-
jo helten.
Dieses Beispiel erläutert die Mischpolymerisation von ir>
BIs-(N,N-diallylamlno)-l,6-hexan und Methyl-dlallylamin.
Ein Gemisch aus 4 g einer 50%lgen wäßrigen Lösung
von BiS-(N,N-dlallylamino)-l,6-hexan, 1 g einer 50%lgen
wäßrigen Lösung von Methyldlallylamin und 0,7 g einer 6%lgen wäßrigen Lösung von Tltantrichlorld wurde In
25 ml Benzol und 0,25 g Äthylcellulose dlsperglert.
0,16 g einer 30%lgen Wasserstoffperoxidlösung wurden
unter Rühren bei Raumtemperatur zugegeben, und das Reaktionsgemisch wurde weitere 2 Std. gerührt. Die Perlen
(1,3 g) wurden wie in Beispiel 1 gewonnen.
Das Quellverhältnis (QV) war 1,1, die anionische Ionenaustauschkapazität war 6,5 meq/g, und die Perlengröße
war 50 bis 200 μ. Der pH bei der halben Neutralisation
(ΔρΗΙ/2), welcher aus der Titrationskurve
bestimmt wurde, war 7,2. Die Änderung des pH (ΔρΗ) zwischen einer 10%igen und einer 60%lgen Neutralisation
war 0,3 Einheiten.
Der Versuch wurde unter Verwendung der welter unten aufgeführten Dlallylverblndungen mit den angegebenen
Mengen von Bis-(N,N-diallylamino)-6-hexan wiederholt.
Diallylverbindung
Konzentration der
Bis-diallylverbindung
Bis-diallylverbindung
(Gew.-%)
Initiatorkonzen
tration
tration
(Gew.-%)
Ausbeute Kapazität QV
(meq/g)
pH«
ΔρΗ
DAA
DAA
10
20
20
8,4
7.4
2,1
9,3
8.4
0,8
1,3
Fortsetzung
I)AA Diallylamin
MeDAA N-Methyldiallylamin
IuL)AA N-Äthyldiallylamin
PrDAA N-(n-Propyl)diallylamin
BuDAA N-(n-Bulyl)diallylamin
Diallyl- verbindung |
Konzen tration der Bis-diallyl- verbindung |
Initiator konzen tration |
Ausbeute | Kapazität | QV | pH* | ΔρΗ |
(Gew.-%) | (Gew.-%) | (%) | (meq/g) | ||||
MeDAA | 10 | 6 | 56 | 8,4 | 3,0 | 8,8 | 0,4 |
ElDAA | 10 | 6 | 50 | 7,8 | 3,1 | 8,9 | 0,3 |
EtDAA | 20 | 6 | 48 | 7,1 | - | 8,7 | 0,4 |
PrDAA | 10 | 6 | 52 | 6,7 | 2,7 | 8,3 | 0,0 |
BuDAA | 20 | 6 | 55 | 5,5 | 2,5 | 8,0 | 0,1 |
Beispiel 10
Dieses Beispiel demonstriert die Polymerisation von Bls-dlallylamlno-l,6-hexan unter Verwendung von
Tltantrlchlorld und Wasserstoffperoxid In einem gerührten
System.
Ein Gemisch aus 10 g einer 50%lgen Lösung von BIsdlallylam!no-l,6-hexan-hydrochlorld
und 1,7 g einer 6%lgen Lösung von Titantrlchlorld wurde In 50 ml Benzol,
das 0,5 g N-100-Äthylcellulose enthielt, dlsperglert.
Der Behälter wurde mit Stickstoff gespült, und 0,18 g einer 30%lgen Wasserstoffperoxidlösung wurden langsam
zugegeben, währenddessen die Dispersion heftig gerührt
wurde.
Nach 4 Std. wurde das Polymer durch Filtration lso-Ilen
und sorgfältig wie In Beispiel 1 gewaschen.
Das Polymer wurde In einer Ausbeute von 75% erhalten.
Es besaß ein Quellverhältnis von 1,1 und eine anlonlsche Ionenaustauschkapazität von 5,9 meq/g. Der pH
bei der halben Neutralisation, bestimmt aus der pH-Tl- «<
> trationskurve. war 7,2. Zwischen einer lO^lgcn und einer
60%lgen Neutralisation fand keine Änderung des pH statt.
Beispiel 11
Dieses Beispiel demonstriert die Mischpolymerisation von Bls-dlallylamln-l^-hexan-hydrochlorid und N-Methyldlallylamln-hydrochlorld
unter Verwendung von Tltantrlchlorid und Wasserstoffperoxid als Initiator In
einem gerührten System.
Ein Gemisch aus 2,5 g einer 50%lgen Bls-dlallylamin-1,6-hexan-hydrochlorld-Lösung,
2,5 g 50%lgem N-Methyldlallylamln-hydrochlorld und 0,7 g einer 696igen
Tltantrichloridlösung wurde In 25 ml Benzol, das 0,25 g
N-100-Äthylcellulose enthielt, dlspergiert. Nach einem Spülen des Systems mit N2 wurden 0,1 g einer 30%lgen
Wasserstoffperoxidlösung zugegeben, worauf das Reaktionsgemlsch 2 Std. gerührt wurde. Hierauf wurde das
Polymer durch Filtration gesammelt und wie In Beispiel
1 gewaschen.
Das Polymer wurde in einer Ausbeute von 55% erhalten. Es besaß ein Quellverhältnis von 1,5 und eine anionische
Ionenaustauschkapazität von 7,75 meq/g. Der pH am halben Äquivalenzpunkt, bestimmt aus der pH-Titratlonskurve,
war 7,6. Die Änderung des pH zwischen einer 10%igen und einer 60%igen Neutralisation war
0.6 Einheiten.
Beispiel 12
Dieses Beispiel demonstriert die Polymerisation von Bis-dlailylam!no-l,6-hexan unter Verwendung von Azobls-lsobutyramldlnlum-hydrochlorid
als Initiator.
0,10 g Azobis-tsobutyramldlnlum-hydrochlorid wurden In 10 g einer 50%lgen Lösung von Bis-dlallylamlno-1,6-hexan-hydrochlorld
aufgelöst. Die Lösung wurde In einem Testrohr unter Stickstoff verschlossen und 16 Std.
auf 60° C erhitzt. Das polymerisate Material wurde wie
in Beispiel 1 behandelt.
Das Polymer wurde In einer 83%igen Ausbeute erhalten.
Es besaß ein Quellverhältnis von 1,0 und eine anlonlsche
Ionenaustauschkapazität von 5,6 meq/g. Der pH am halben Äquivalenzpunkt, bestimmt aus der pH-Tltrationskurve,
war 7,5. Die Änderung des pH zwischen einer 10%lgen und einer 60%lgen Neutralisation war
0.1 Einheiten.
Beispiel 13
Dieses Beispiel erläutert die Mischpolymerisation von . Bis-diallylamlno-l,6-hexan und N-Methyldlallylamln
unter Verwendung von Azobls-Isobutyramldlniumhydrochlorid als Initiator.
Ein Gemisch aus 5 g einer 50%lgen Lösung von BIsdlallylamln-l,6-hexan-hydrochlorid
und 5 g einer 50961gen Lösung von N-Methyldiallylamln-hydrochlorld
wurde mit 0,1 g Azobis-isobutyramldlnlum-hydrochlorid in einen Behälter eingebracht.
Die Lösung wurde entgast und 16 Std. auf 60° C erhitzt. Das polymerisierte Material wurde wie in Beispiel
1 behandelt.
Das Mischpolymer wurde in einer 65%lgen Ausbeute erhalten. Es besaß ein Quellverhältnis von 1,1 und eine
anionische Ionenaustauschkapazität von 6,2 meq/g. Der pH am halben Äquivalenzpunkt, bestimmt aus der pH-Titrationskurve,
war 7,5. Die Änderung des pH zwischen einer 10%lgen und einer 60%lgen Neutralisation war
0 Einheiten.
Beispiel 14
Dieses Beispiel demonstriert die Mischpolymerisation
von Triallylamin-hydrochlorld und Bis-dlallylamino-1,6-hexan-hydrochlorld
unter Verwendung von Azobls-lsobutyramidinium-hydrochlorld
als Initiator.
Ein Gemisch von 10 g einer 70%lgen Triallylamln-
hydrochlorld-Lösung, 3,48 g einer 20%lgen Lösung von Bls-diallylamlno-l.ö-hexan-hydrochlorld und 0,40g Azobis-lsobutyramldlnlum-hydrochlorld
wurde in ein entgastes Reagenzglas eingebracht und 16 Std. auf 60 C
erhitzt.
Nach Waschen (wie !n Beispiel 1! wurde das Polymer
In einer Ausbeute von 59% erhalten. Es besaß ein Quellverhültnls
von 1,3 und eine anionische Ionenausiausehkapazltät von 7,3 meq/g. Die Titrationskurve zeigte ein
Haches Plateau beim halben Äquivalenzpunkt, welches '■"
bei einem pH von 7.7 lag. Die Änderung des pH zwischen einer 10%lgen und einer 60%lgen Neutralisation
war 0,25 Einheiten.
Der folgende Versuch, der nicht der Erfindung entspricht (Vergleichsversuch), demonstriert die Polymerl- r>
saiion von Triaiiyiamin-hydrochiond unter Verwendung
von Ammonlumpersulfal und Natrlum-meta-blsulfit als Initiator In einer gerührten Lösung. Es zeigt die schädliche
\. .rvung von geladenen Initiatorfragmenten.
0,5 g N-lOO-Älhylcellulose wurden In 50 ml Benzol -1'
aufgelöst und In einen 250 ml fassenden, einen Flansch aufweisenden Kolben, eingebracht, der mit einem Dekkel,
einem Ankerrührer, einem Nj-Elnleltrohr und einem
Hahn versehen war.
0,42 g Natrlum-metabisulflt wurden in 15 ml 70%lger -<
Trlallylamtn-hydrochlorld-Lösung aufgelöst und In den
Reaktionsbehälter eingebracht. Das Gemisch wurde heftig unter N2 gerührt, und eine gesättigte Lösung von
0,6 g Ammoniumpersulfat in Wasser wurde in einer Portion zugegeben. Das Rühren wurde 24 Std. fortgesetzt, «'
worauf feine weiße Polymerteilchen abfiltriert und wie In Beispiel 1 gewaschen wurden.
Das Polymer wurde in einer Ausbeuie von 78'+· erhalten.
Es besaß eine anionische Ionenaustauschkapazltät von 5,8 meq/g und ein Quellverhältnis von 1.3. Die
Titrationskurve zeigte bei einer halben Neutralisation (pH = 7,3) ein Haches Plateau. Die Änderung des pH zwischen
einer lOsigen und eine: 60%Igen Neutralisation
war 0,1 Einheiten.
Beispiel 15
Dieses Beispiel demonstriert die Polymerisation von Trlallylamln-hydrochlorid In der Masse unter Verwendung
von Azobls-lsobutyramldlnium-hydrochlorld als Initiator.
0,35 g Azobls-lsobutyramldlnium-hydrochlorld wurden
In 10 g einer 70%lgen Lösung von Trlallylamln-hydrochlorld
aufgelöst. Die erhaltene Lösung wurde In ein Reagenzglas unter Stickstoff eingeschlossen und 16 Std.
auf 60° C erhitzt. Das polymerisate Material wurde wie In Beispiel 1 behandelt.
Das In einer Ausbeute von 70% erhaltene Polymer besaß eine anlonlsche Ionenaustauschkapazltät von 6.6
meq/g und ein Quellverhältnis von 1.4. Die Titratlonskurve zeigte bei der halben Neutralisation (pH = 7,5) ein
Haches Plateau. Die Änderung des pH zwischen einer 10%lgen und einer 60%lgen Neutralisation war 0.1 Einheiten.
Der Versuch wurde unter Verwendung der weiter unten gezeigten Monomerkonzentratlon und Initiatorkonzeniratlon
wiederholt. Die Ausbeulen und Eigenschaften des Produkts sind ebenfalls weiter unten angegeben.
Monomer-
konzen-
tration
(Gew.-%)
Initiatorkonzen
tration
tration
(Gew.-%)
Ausbeute
Kapazität
(meq/g) QV
pH,
ΔρΗ
70
60
60
50
50
30
30
15
60
60
50
50
30
30
15
4,5
3,2
4,5
3,2
4,5
3,2
4,5
3,2
3,2
4,5
3,2
4,5
3,2
4,5
3,2
69
68
77
72
77
68
72
72
77
68
72
6,3 6,3 6,4 6,3 6,6 7,0 7,6 1,6
1,5
1,4
2,0
1,6
2,0
2,0
1,5
1,4
2,0
1,6
2,0
2,0
7.6
7.4
7.4
7,7
7,7
8,0
8,1
7.4
7.4
7,7
7,7
8,0
8,1
0,2 0.5 0,6 0,8 0,8 1,0 1,2
lineares Polymer
Beispiel 16
Dieses Beispiel erläutert die Polymerisation von Bis-(dlailylamino)alkan-dlhydrochlorid der allgemeinen Formel (AlIyI)2N(CHj)nN(AlIyI)2 mit Titantrichlorid und
Wasserstoffperoxid unter Verwendung von Petroläther als Dispergiermittel.
Es wurde das folgende allgemeine Verfahren ausgeführt: Ein Gemisch aus 10 g einer 50%igen wäßrigen
Lösung von !,lO-Bls-Wiallylaminoialkan-dihydrochlorid
(pH = 1,0) und 1,1 g einer 14%lgen wäßrigen Lösung von Titantrichlorid wurde in 75 ml Petroläther, welcher 0,3 g
Sorbltan-mono-oleat enthielt, dlspergiert, worauf die Dispersion mit Stickstoff gespült wurde.
Eine 3%ige Wasserstoffperoxidlösung wurde langsam
unter heftigem Rohren zugegeben, bis die Dispersion
leuchtend orange war. Das Produkt wurde durch Filtration Isoliert und wie In den vorhergehenden Beispielen
gewaschen. Die Resultate sind welter unten angegeben.
60
65
Polymer | Ausbeute | Kapazität | pH,, | ΔρΗ | WA") |
(%) | (meq/g) | ||||
η = 2a) | 64 | _ | c) | _ | 1,39 |
η =3 | 65 | 7,75 | 7,55 | 1,00 | 1,45 |
η =4 | 63 | 7,13 | 7,90 | 0,60 | 1,61 |
η =5 | 63 | 6,15 | 7,85 | 0,30 | 1,75 |
η =6 | 64 | 6,13 | 7,65 | 0,30 | 1,86 |
η =7 | 62 | 5,44 | 7,21 | 0,20 | 2,00 |
l-ortsotzung
14
Polymer Ausbeute Kapazität pH*
(%) (meq/g)
Δ pH WA")
η = | « | 61 | 5.42 | 6.90 | 0.15 | 2.17 |
m = | I) | 67 | 4.99 | 6.70 | 0.20 | 2,20 |
η = | 10 | 58 | 4,32 | 6.58 | 0,25 | 2,44 |
■') η ist die An/ühl der ( H-iinhciten in der .-\lk\lengruppe
^) Wasseraufnahme
1) die mil diesem Polymer erhaltene geneigte Kurve macht es unmöglich,
die Kapazität, pH . und Λ pH /u messen
Claims (9)
1. Verfahren zur Polymerisation einer Zusammensetzung,
die ein Allylaminsalz einer starken Säure enthält, wobei das Allylamin zwei oder mehr Allylgruppen
enthält in Gegenwart eines radikalen Initiators bei einer Temperatur zwischen -20 und 80° C bei einem
pH zwischen 0 und 5 in Abwesenheit von Sauerstoff, dadurch gekennzeichnet, daß man einen radikaiischen
Initiator verwendet, aus dem während der Reaktion keine geladenen Fragmente gebildet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß als radikalischer Initiator Wasserstoffperoxid,
Acetylperoxid, BIs-(I-hydrocyclohexyl-peroxid,
(tert.-Butyl-hydroperoxid, 2,2-Azobis-lsobutyronitril
oder 2,5-Diperoxybenzoat verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur zwischen 10 und 300C
liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der radikalische Initiator ein Redoxsystem aus einem Übergangsmetall-Ion mit Wasserstoffperoxid,
Hydroxylamin oder einem organischen Hydroperoxid ist.
5. Verjähren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Übergangsmetall-Ion aus Fe" oder Ti**· besteht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das Allylaminsalz nur zwei Allylgruppen enthalt und daß ein Vernetzungsmittel
mitverwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration
des Allylanilnsalzes Im Reaktionsgemisch mehr als
40 Gew.-% beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration Im Bereich von 50 bis
70 Gew-% liegt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß das Allylamin In einem
Lösungsmittel gelöst und In einem Suspenslonsmedlum
suspendiert ist.
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