DE3342694A1 - Herstellung sulfonsaeuregruppenhaltiger acrylnitrilpolymerisate und monomere dazu - Google Patents
Herstellung sulfonsaeuregruppenhaltiger acrylnitrilpolymerisate und monomere dazuInfo
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- C08F220/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
- C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
- C08F220/42—Nitriles
- C08F220/44—Acrylonitrile
- C08F220/46—Acrylonitrile with carboxylic acids, sulfonic acids or salts thereof
Description
BAYER AKTIENGESELLSCHAFT 5090 Leverkusen, Bayerwerk
Zentralbereich OA 11 83
Patente, Marken und Lizenzen Jo/bo/c 4 *. U«
Herstellung sulfonsäuregruppenhaltiger Acrylnitrilpolymerisate und Monomere dazu
In der DE-OS 2 833 143 ist beschrieben. Acrylnitril alleine
oder in Gegenwart von weiteren copolymerisation fähigen Monomeren bei Temperaturen von 0 - 6O0C in einem
aliphatischen Kohlenwasserstoff mit einem Siedepunkt zwisehen -10 und 8O0C oder in Gemischen von aliphatischen
Kohlenwasserstoffen mit Siedebereichen zwischen -10 und
8O0C zu polymerisieren unter Verwendung eines Startersystems,
das aus 0,1 bis 8,0 Mol-% Schwefeldioxid, 0,1 bis 2,0 Mol-% eines im Reaktionsmedium löslichen Hydroperoxids
sowie 0,01 bis 1,0 Mol-% einer im Reaktionssystem löslichen Säure besteht (jeweils bezogen auf die
eingesetzte Monomermenge).
Es hat sich gezeigt, daß das Färbeverhalten der aus diesen Polymeren hergestellten Fasern und Fäden noch nicht
allen Anforderungen genügt.
Da die Copolymerisation von sulfonsäure- und sulfonatgruppenhaltigen
Comonomeren mit Acrylnitril in aliphatischen Kohlenwasserstoffen nicht gelingt, war die
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. 3·
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung sulfonsäure- und sulfonatgruppenhaltiger
Acrylnitrilpolymerisate durch Polymerisation in aliphatischen Kohlenwasserstoffen bereitzustellen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
von sulfonsäure- und sulfonatgruppenhaltigen Acrylnitrilcopolymerisaten
durch Copolymerisation von 75 bis 99,95 Gew.-%, vorzugsweise 85 bis 95 Gew.-% Acrylnitril,
bis zu 24,95, vorzugsweise bis zu 14,9 Gew.-% weiterer, copolymerisationsfähiger, von ionischen oder Sulfonsäureestergruppen
freier Monomerer und 0,05 bis 8 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 6 Gew.-% einer dritten Komponente in
aliphatischen Kohlenwasserstoffen unter Verwendung eines Redoxkatalysators, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte
Komponente ein von Carbonsäure- und Carbonsäureestergruppen freier, ethylenisch ungesättigter Sulfonsäureester
ist una die Sulfonsäureestergruppen des Copolymerisate vor, während oder nach der Formgebung verseift werden,
wobei sich die Prozentangaben auf Gesamtmonomermenge beziehen.
Die aus diesen Polymeren erzeugten Fäden oder Fasern zeichnen sich durch ein sehr gutes Aufnahmevermögen für
basische Farbstoffe aus.
Die Fäden und Fasern werden durch übliche Spinnverfahren hergestellt.
Geeignete ungesättigte Sulfonsäureester sind Ester der Vinylsulfonsäure wie Vinylsulfonsäuremethylester, Vinyl-
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-/- 33A2694
sulfonsäureeethylester, Vinylsulfonsäurebutylester, Ester
der Allyl- und Methallylsulfonsäure wie Allylsulfonsäuremethylester, Allylsulfonsäureethylester, Methallylsulfonsäuremethylester,
Methallylsulfonsäureethylester, Ester der Styrolsulfonsäure wie Styrolsulfonsäuremethylester,
Styrolsulfonsäureethylester, Styrolsulfonsäurepropylester,
Styrolsulfonsäurebutylester, Styrolsulfonsäureisobutylester
oder Styrolsulfonsäurehexylester, Ester der 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure
wie 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäuremethylester
oder 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäureethylester.
Ester des N(Sulfophenyl)-maleinimids wie N(4-Methoxysulfonylphenyl)maleinimid oder
N(4-Ethoxysulfonylphenyl)maleinimid.
Die Verbindungen sind größtenteils bekannt.
Neu sind die Ester des N-(SuIfophenyl)-maleinimids, die
ebenfalls Gegenstand der Erfindung sind, insbesondere die C1-C.-Alkylester.
Geeignete, von ionischen und Sulfonester-Gruppen freie
Monomere sind z.B. Ester der Acryl- und Methacrylsäure,
die Vinylester aliphatischer Carbonsäuren, Styrol, fL·-
Methylstyrol oder 4-tert.-Butylstyrol, sowie Maleinsäureanhydrid
und N-substituierte Maleinsäureimide, wobei der Substituent ein linearer, verzweigter oder cyclischer
Alkylrest mit bis zu 12 C-Atomen, oder ein unsubstituierter oder substituierter aromatischer Ring
ist.
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Die aliphatischen Kohlenwasserstoffe, die rein oder als Gemisch eingesetzt werden, haben Siedepunkte zwischen
-10 und +1350C. Beispiele sind η-Butan, n-Pentan, n-Hexan,
Octangemische, Cyclohexan, Methylcyclohexan, Petrolether,
Leichtbenzin, Ligroin.
Vorzugsweise haben die Kohlenwasserstoffe Siedepunkte
zwischen 90 und 1300C.
Die Polymerisation wird als Fällungspolymerisation bei 0 bis 600C kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt.
Die Umsätze betragen 50 bis 95 Gew.-%, die Konzentration an Monomeren 7 bis 35 Gew.-%.
Ein geeignetes Redoxsystem besteht aus SO2 und einem organischen
Hydroperoxid. Zusätzlich kann eine systemlösliche Säure vorhanden sein.
Das Schwefeldioxid kann sowohl in flüssiger als auch in gasförmiger Form in Mengen von 0,1 bis 8,0 Mol-%, bezogen
auf Monomere, dem Polymerisationsansatz zugeführt werden.
Als im Reaktionsmedium lösliche Hydroperoxide kommen vorzugsweise mit sekundären und tertiären Alkylgruppen substituierte
Typen sowie aralkylgruppenhaltige Typen, in Mengen von 0,1 bis 2 Mol-%, bezogen auf Monomere, zum
Einsatz.
Vorteilhaft ist ein molares Verhältnis SO^/HydrOperoxid
von 1:1 bis 6:1.
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Systeralösliche Säuren, vorzugsweise eingesetzt in Mengen
von 0,01 bis 1,0 Mol-%, bezogen auf Monomere, sind beispielsweise
teil- und perhalogenierte Carbonsäuren mit bis zu 10 C-Atomen, bevorzugt Trichloressigsäure, Perchlorpropionsäure,
Perchlorbuttersäure.
Die Polymerisate werden nach üblicher Aufarbeitung als feinteilige Pulver mit Schüttdichten von 0,1 bis 0,5 g/
cm3 erhalten. Nach üblichen Verfahren wird eine 20 35 gew.-%ige Spinnlösung hergestellt, indem man die Pulver
in geeignete polare Lösungsmittel wie z.B. Dimethylformamid, Dimethylacetamid oder Dimethylsulfoxid einträgt und
in heizbaren Lösekesseln, in Schnecken oder Knetern in Lösung bringt.
Die Umwandlung der in den Polymerisaten vorliegenden
Sulfonsäureester-Gruppierungen in Sulfonsäure- oder
Sulfonat-Gruppen kann durch eine Behandlung mit einem
wäßrigem Medium auf jeder Stufe der Aufarbeitung, des Spinnprozesses, der Nachbehandlung oder beim Färbeprozeß
erfolgen.
Bevorzugt wird die Umwandlung der Sulfonsäureester-Gruppierungen in Sulfonsäure- und Sulfonat-Gruppen in wäßrigen
Medien während der Nachbehandlung oder während des Färbeprozesses durchgeführt, da in diesen Fällen keine
zusätzlichen Verfahrensschritte erforderlich sind.
Die in den folgenden Beispielen aufgeführten K-Werte der Polymerisate wurden bei 250C in 0,5 %iger Dimethylform-
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amidlösung nach Fikentscher/ Cellulosechemie J_3, (1932),
S. 58 bestimmt. Die in den Beispielen aufgeführten Grenzviskositätszahlen ffi^I wurden in Dimethylformamid bei
250C gemessen und sind in dl/g angegeben. Das Farbstoffaufnahmevermögen
wurde nach ÜS-PS 4 326 051 mit dem Farbstoff der Formel
HCH,
CH3SO4
0 NH-CH2-CH2-CH2-N(CH3
bestimmt.
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In einem 3-1-Rührtopf mit Wendelrührer und Rückflußkühler
wurde als Vorlage eingetragen:
540 g Methylcyclohexan
33 g Acrylnitril
2,3 g Acrylsäuremethylester
1,1 g AMPS-Methylester (Methylester der 2-Acrylamido-
2-methylpropansulfonsäure)
2,8 g einer 7,5-%igen Lösung von tert.-ButyIhydroper-
ο oxid in Methylcyclohexan
Nach Überleiten von Stickstoff und Erwärmen auf 450C startete
man die Polymerisation durch Zugabe von
20 · g Acrylnitril
1,1 g Acrylsäuremethylester
0,6 g Schwefeldioxid
1,1 g Acrylsäuremethylester
0,6 g Schwefeldioxid
Sofort anschließend dosierte man innerhalb von 5 Stunden bei 450C gleichzeitig und mit konstanter Dosiergeschwindigkeit
die folgenden zwei Lösungen zu:
Lösung 2 | g | Methylcyclohexan |
882 | g | Acrylnitril |
242,5 | g | Acrylsäuremethylester |
16,2 | g | Schwefeldioxid |
5,6 | g | AMPS-Methylester |
3,9 |
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Lösung 3 | g |
858 | g |
242,5 | g |
16,2 | g |
3,9 | g |
25,4 |
Methylcyclohexan
Acrylnitril
Acrylsäuremethylester
AMPS-Methylester
Acrylnitril
Acrylsäuremethylester
AMPS-Methylester
einer 7,5-%igen Lösung von tert. Buty!hydroperoxid
in Methylcyclohexan
Anschließend rührte man 15 Minuten bei 45°C und kühlte dann auf Raumtemperatur ab. Man saugte auf einer Nutsche
ab und wusch den Filterkuchen mit 500 g Methylcyclohexan nach. Nach Trocknen bei 500C isolierte man 472 g Polymerisat
(81,0 % Ausbeute) mit folgenden Eigenschaften:
Gehalt an Acrylsäuremethylester 5,8 Gew.-% Schwefelgehalt 0,44 Gew.-%
K-Wert 79,5
K-Wert 79,5
/%_7"1 ,36 dl/g
Farbstoffaufnahmevermögen 1,56 Gew.-%
Beispiel 1 wurde mit 0,55 g Methallylsulfonsäuremethylester in der Vorlage, und mit jeweils 2,6 g Methallylsulfonsäuremethy!ester
in Lösung 2 und 3 anstelle des AMPS-Methylesters wiederholt. Man isolierte 425 g Polymerisat
(73,3 % Ausbeute) mit folgenden Eigenschaften:
Gehalt an Acrylsäuremethylester 5,9 Gew.-% Schwefelgehalt 0,46 Gew.-%
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-sr-
K-Wert: 77,5 ^_7 : 1,30 dl/g
Farbstoffaufnähmevermögen 2,02 Gew.-%
Beispiel 1 wurde mit folgenden Mengen wiederholt:
Vorlage:
540 g 35,3 g 1,65g-2,6 g
Methylcyclohexan
Acrylnitril
p-Styrolsulfonsäuremethylester
einer 7,5-%igen Lösung von tert. Butylhydroper-
oxid in Methylcyclohexan
21,1 g Acrylnitril
0,5 g Schwefeldioxid
Lösung 2
882 g Methylcyclohexan
258,7 g Acrylnitril
5,2 g p-Styrolsulfonsäuremethylester
4,8 g Schwefeldioxid
Losung 3 | 7 | g |
858 | 2 | ■j |
258, | 5 | g |
5, | g | |
23, | ||
Methylcyclohexan
Acrylnitril
p-Styrolsulfonsäuremethylester
einer 7,5-%igen Lösung von tert.-Butylhydroper-
oxid in Methylcyclohexan
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Man isolierte 445 g Polymerisat (76,0 % Ausbeute) mit folgenden Eigenschaften:
Gehalt an Methoxylgruppen 0,35 Gew.-% Schwefelgehalt: 0,58 Gew.-%
K-Wert: 78,0
/_η_7 1,31 dl/g
Farbstoffaufnahmevermogen 2,16 Gew.-%
K-Wert: 78,0
/_η_7 1,31 dl/g
Farbstoffaufnahmevermogen 2,16 Gew.-%
Nach 1-stündigem Rühren in siedendem Wasser sank der Gehalt
an Methoxygruppen unter 0,1 Gew.-%.
Beispiel 1 wurde mit 1,65 g N(p-Methoxysulfonylphenyl)-maleinimid (hergestellt über N-(p-Chlorsulfonyl)maleinimid
gemäß Sowjet. Patent 711285 (1979) und Houben/Weyl
IX, Seite 663 ff (1955)) in der Vorlage und mit jeweils 5,2 g in Lösung 2 und 3 anstelle des AMPS-Methylesters
wiederholt.
Man isolierte 460 g Polymerisat (78,5 % Ausbeute) mit folgenden Eigenschaften:
Gehalt an Acrylsäuremethylester: 5,8 Gew.-% Schwefelgehalt: 0,48 Gew.-%
K-Wert: 81,7
/£_7 : 1,44 dl/g
Farbstoffaufnahmevermogen: 3,86 Gew.-%
K-Wert: 81,7
/£_7 : 1,44 dl/g
Farbstoffaufnahmevermogen: 3,86 Gew.-%
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Für eine kontinuierlich beschriebene Polymerisation wurden folgende Lösungen eingesetzt:
Vorlage 1 | ,5 | g |
2550 | ,8 | g |
510 | g | |
180 | g | |
11, | g | |
5, | g | |
14 | ||
Me thylcyclohexan eines Acrylnitril/Acrylsäuremethylester-Copolymerisates
(94:6) mit dem K-Wert Acrylnitril Acrylsauremethylester
5,8 g AMPS-Methylester
einer 7,5~%igen Lösung von tert.-Butylhydroperoxid
in Methylcyclohexan
160 g Methylcyclohexan
85 g Acrylnitril
5,5 g Acrylsauremethylester
3 g Schwefeldioxid
Dosierlösung 3 (ausreichend für 10 h Kontibetrieb)
7350 | g | Methy lcyc lohexa ■■ |
2020 | g | Acrylnitril |
135 | g | Acrylsauremethylester |
45 | g | AMPS-Methylester |
44, | ,5 σ | Schwefeldioxid |
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Dosierlösung 4 (ausreichend für 10h Kontibetrieb)
7150 g Methylcyclohexan
2020 g Acrylnitril
2020 g Acrylnitril
135 g Acrylsäuremethylester
45 g AMPS-Methylester
45 g AMPS-Methylester
209 g einer 7,5 %igen Lösung von tert.-Butylhydroperoxid
in Methylcyclohexan
Die Vorlage 1 wurde in einen kontinuierlich betriebenen 5 1-Reaktor eingetragen, der mit einem Gitterrührer,
einem Rückflußkühler und einem am Bodenablaß angeschlossenen überlaufrohr versehen war. Nach überleiten von
Stickstoff und Erwärmen auf 450C startete man die Polymerisation
bei einer Rührgeschwindigkeit von 130 Upm durch Zugabe der Starterlösung 2.
Anschließend wurde die Polymerisation bei 450C durch
gleichmäßiges Dosieren von 1250 ml/h Dosierlösung 3 und 1250 ml/h Dosierlösung 4 über Pumpen fortgesetzt.
Nach Erreichen eines Füllstandes von 4,75 1, der im weiteren Verlauf konstant gehalten wurde, trug man
stündlich ca. 1900 g Suspension aus und arbeitete nach Abkühlen auf 10 - 150C durch Filtration und Wäsche mit
stündlich 1200 g Methylcyclohexan auf.
Nach 4-stündiger Polymerisation wurde bezüglich Feststoff gehalt der Suspension, Umsatz, Polymerisatzusammensetzung
und Molgewicht ein stationärer Zustand erreicht.
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Feststoff der Suspension 18,5 % Ausbeute an Polymerisat nach Trocknung 355 g/h
Umsatz 80,7 % Gehalt an Acrylsäuremethylester 5,9 Gew.-% Schwefelgehalt 0,55 Gew.-%
K-Wert 81,2 UP 1,40 dl/g
Farbstoffaufnahmevermögen.2r75 Gew.-%
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Claims (2)
- Patentansprüche. ..Verfahren zur Herstellung von sulfonsäure- und sulfonatgruppenhaltigen Acrylnitrilcopolymerisaten durch Copolymerisation von 75 bis 99,95 Gew.-% Acrylnitril, bis zu 24,95 Gew.-% weiterer copolymerisationsfähiger, von ionischen oder Sulfonsäureestergruppen freier Monomerer und 0,05 bis 8 Gew.-% einer dritten Komponente in aliphatischen Kohlenwasserstoffen oder in Gemischen von aliphatischen Kohlenwasserstoffen unter Verwendung eines Redoxkatalysatos, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Komponente ein von Carbonsäure- und Carbonsäureestergruppen freier, ethylenisch ungesättigter Sulfonsäureester ist und die Sulfonsäureestergruppen des Copolymerisates vor, während oder nach der Formgebung verseift werden, wobei sich die Prozentangaben auf Gesamtmonomermenge beziehen.
- 2. Ester, insbesondere C..—C»-Alkylester des N-(SuIfO-phenyl)-maleinimids.Le A 22 761
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DE19833342694 DE3342694A1 (de) | 1983-11-25 | 1983-11-25 | Herstellung sulfonsaeuregruppenhaltiger acrylnitrilpolymerisate und monomere dazu |
US06/672,551 US4631317A (en) | 1983-11-25 | 1984-11-19 | Production of sulphonic acid group-containing acrylonitrile polymers and monomers therefor |
JP59246370A JPS60155213A (ja) | 1983-11-25 | 1984-11-22 | スルホン酸基含有アクリロニトリル重合体の製造とそのための単量体 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19833342694 DE3342694A1 (de) | 1983-11-25 | 1983-11-25 | Herstellung sulfonsaeuregruppenhaltiger acrylnitrilpolymerisate und monomere dazu |
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DE3342694A1 true DE3342694A1 (de) | 1985-06-05 |
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- 1983-11-25 DE DE19833342694 patent/DE3342694A1/de not_active Withdrawn
-
1984
- 1984-11-19 US US06/672,551 patent/US4631317A/en not_active Expired - Fee Related
- 1984-11-22 JP JP59246370A patent/JPS60155213A/ja active Pending
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8130 | Withdrawal |