DE848256C - Verfahren zur Herstellung unloeslicher Ionenharzaustauscher - Google Patents

Verfahren zur Herstellung unloeslicher Ionenharzaustauscher

Info

Publication number
DE848256C
DE848256C DER1113A DER0001113A DE848256C DE 848256 C DE848256 C DE 848256C DE R1113 A DER1113 A DE R1113A DE R0001113 A DER0001113 A DE R0001113A DE 848256 C DE848256 C DE 848256C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
polymer
resin
beads
mixture
cross
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DER1113A
Other languages
English (en)
Inventor
Charles Hamilton Mcburney
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohm and Haas Co
Original Assignee
Rohm and Haas Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohm and Haas Co filed Critical Rohm and Haas Co
Application granted granted Critical
Publication of DE848256C publication Critical patent/DE848256C/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J41/00Anion exchange; Use of material as anion exchangers; Treatment of material for improving the anion exchange properties
    • B01J41/08Use of material as anion exchangers; Treatment of material for improving the anion exchange properties
    • B01J41/12Macromolecular compounds
    • B01J41/14Macromolecular compounds obtained by reactions only involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F8/00Chemical modification by after-treatment
    • C08F8/44Preparation of metal salts or ammonium salts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Description

  • Verfahren zur Herstellung unlöslicher Ionenharzaustauscher Zusatz zum Patent 841 796 Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Amonenharzaustauschern. Sie betrifft Stickstoffharze, die in waßrigen Lösungen von Säuren, Basen und Salzen unloslich und für einen wiederholten Amonenaustausch aus Flüssigkeiten besonders geeignet sind.
  • Die den Gegenstand der Erfindung bildenden Harze sind quer gebundene Polymere aromatischer Vinylverbindungen, deren aromatische Ringe Substituenten der allgemeinen Formel aufweisen. In dieser Formel bedeuten R1, R2 und R3 Kohlenwasserstoffgruppen und Y ein anion, wie Chlorid. Sulfat oder Hydroxyl, Diese Harze sind quaternäre Ammoniumverbindungen, in denen die quaternaren Ammoniumgruppen durch eine Methylengruppe an ein quer gebundenes, unlösliches, aromatisches Kohlenwasserstoffpolymer gehunden sind. Das quer gebundene basischePolymer verleiht der Verbindung die fur einen Anionenharzaustauscher erforderliche Unlöslichkeit, und die quaternaren Ammoniumgruppen stellen die polaren Gruppen, an denen der Ionenaustausch stattfindet.
  • Gegenstand der vrliegenden Erfindung bildet ein Verfahren zur Herstellung quaternärer ammoniumharze fur den Anionenaustausch, das darin besteht, daß man in Form kleiner Teilchen ein Polymer eines armatischen Monovinylkohlenwasserstoffes herstellt, dieses Polymer mit einer vorher bereiteten Mischung von Chlormethyläther und einem Friedel-Craftsschen Kondensierungsmittel bebandelt, so daß im Polymer unter gleichzeitiger Chlormethylierung Querbindungen entstehen, und schließlich das auf diese Weise chlormethylierte Polymer mit einem tertiären Amin umsetzt.
  • Solche Harze lassen sch leicht herstellen, indem man zuerst das basische Polymerisat bildet, dieses dann halogenmethyliert und schließlich das halogenmethylierte basische Polymerisat mit einem geeigneten tertiären Amin umsetzt.
  • Am zweckmäßigsten gewinnt man das basische Polymerisat aus Styrol und Divinylbenzol. Beide Ausgangsverbindungen sind leicht zugänglich und einfach nach wohlbekannten Verfahren gemeinsam in ein unlösliches Mischpolymer überzuführen, das ausgezeichnete physikalische und chemische Eigenschaften besitzt. Die Divinylbenzlkomponente erzeugt hierbei in dem polymerisierten Molekül eine quer gebundene Struktur, die den verschränkten Molekülaufbau erheblich unterstützt und die Löslichkeit oder Verträglichkeit des erzeugten Polymers mit anderen Stoffen verringert. Durch Veränderung des Divinylbenzolanteils bei der Herstellung können die physikalischen Eigenschaften des polymerisierten Harzes in einer Weise geändert werden, die sich bis auf den Charakter des fertigen Harzaustauschers auswirkt und seine Brauchbarkeit deutlich beeinflußt. Im allgemeinen kann der Anteil der Divinylbenzolkomponente in der gesamten zu polymerisierenden Mischung auf molarer Basis von 0.1 bis 40%schwanken. In der Praxis ist es im allgemeinen angezeigt, wenigstens 0.5% zu verwenden, ohne daß für die meisten Zwecke ein Vorteil durch Benutzung eines größeren Prozentsatzes als 8% erreicht wird. Mischpolymerisate mit einem Prozentsatz von 0,5 bis 2% Divinylbenzol ergaben fertige Harzaustauscher von geringer Dichte und hoher Porosität. Durch Vergrößerung des Prozentsatzes von Divinylbenzol im Mischpolymerisat, vorzugsweise auf 4 bis 8%. erhält man dichtere Harze von niedrigerer Porosität.
  • An Stelle von Styrol können auch andere aromatische Monovinylverbindungen und an Stelle von Divinylbenzol andere aromatische Polyvinylverbindungen benutzt werden. Beispielsweise sind Ortho-, Meta- und Paramethylstyrole, Ortho-, Meta- und Paraäthylstyrole sowie Vinylnaphthalin geeignete aromatische Monovinylverbindungen.
  • Desgleichen sind Divinyltoluole, -naphthaline und -xylole chenso wie Divinyläthylbenzol und Trivinylbenzol brauchbare, Querbindungen erzeugende aromatische Polyvinylverbindungen. Was oben hinsichtlich geeigneter Prozentsätze von Divinylbenzol zur Beeinflussung der Querbindungen gesagt wurde, hat auch für diese Verbindungen Geltung.
  • Wenn es auch sehr zweckmäßig ist, zur Erzeugung der querbindungen im polymerisierten Molekül eine aromatische Polyvinylverbindung zu benutzen, kann man das Zustandekommen der Querbindungen auch auf andere Weise erreichen, beispielsweise durch Einfuhrung von Methylenbrücken zwischen den aromatischen Kernen linearer Polymere aromatischer Monovinylverbindungen.
  • Diese Art der Querbindung wird im Verfahrenszuge der Halogenmethylierung des polymerisierten Materials bewirkt und im nachstehenden im einzelnen erläutert.
  • Die Herstellung des basischen Polymerisates erfolgt nach irgendeinem bekannten Polymerisierungsverfahren, beispielsweise durch eine Polymerisierung im Gemenge, in Lösungsmitteln des monomeren Ausgangsmaterials oder in Form einer Emulsion oder Suspension in einer Flässigkeit, die das monomere Ausgangsmaterial nicht löst. Der letzte Weg ist der geeignetste, weil das Polymerisat unmittelbar in Form kleiner Kügelchen oder Perlen entstcht, deren Größe geregelt und bestimmt werden kann. Da das quer gebundene basische Polymerisat in den üblichen Lösungsmitteln unlöslich ist, müssen die anschließenden Umsetzungen in einem Zweiphasensystem durchgeführt werden. Da endlich der Harzaustauscher in seiner fertigen Form kleine Teilchengröße besitzen muß, ist es zw@@kmäßig, bereits die verschiedenen Verfahrensgänge mit einer solchen Teilchengröße des Harzes durchzuführen, die zu der gewünschten Teilchengröße des fertigen Harzes führt. Durch Einstellungen in der Zusammensetzung des suspendierenden Mediums und Wahl einer entsprechenden Rührgeschwindigkeit während der Polymerisation in suspendiertem Zustand kann dieser Prozeß so geleitet werden, daß man Kugeln oder Perlen von einer effektiven Teilchengroße zwischen 5 und 325 Maschen erhält. Für manche lonenaustauschprozesse ist eine außerordentlich feine Teilchengröße mit einem Teilchendurchmesser von etwa 40 bis 150 besonders zweckmäßig. Bei anderen Verfahren ist wiederum eine größere Teilchengröße zweckmäßiger, beispielsweise eine, die noch eine Maschengröße von 30, aber nicht mehr eine Maschengröße von 50 passieren wurde. Die Durchführungsweise der weiteren Verfahrensschritte der Chlormethylierung und Üherfuhrung in ein Amin hängt bis zu einem gewissen Grade von der Teilchengröße des basischen Harzpolymers und auch von seiner Porosität ab. Kleine poröse teilchen lassen sich leichter halogenmethylieren und in die Form des quaternären Ammoniumderivates überführen als größere dichtere Teilchen.
  • Wie bereits oben gesagt, richtet sich die Porosität des Harzes in starkem Maß nach dem Prozentsatz der Querbindungskomponente im basischen Polymerisat. Ein poröseres Harz entsteht auch dann, wenn man ein intertes mit der Suspensionsflüssigkeit nicht mischbares Lösungsmittel fur die monomeren Komponenten diesen aufügt und nach erfolgter Polymerisation durch Herauslosen, Trocknen oder Destillieren aus den harten polymerisierten Teilchen entfernt.
  • Die Polymerisierung der Vinylverbindungen wird durch wohlbekannte Katalysatoren beschl@unigt, die Sauerstoff liefern. Solche Katalysatoren sind Ozon, organische peroxydische Stoffe, wie Ozonide.
  • Peroxyde, wie Acetylperoxyd, Laurylperxyd, Stearylperoxyd, tertiäres Butylhydroperoxyd, Benzoylperoxyd, tertiares Butylperbenzoat, ditertiäres Butyldiperphthalat, ditertiäres butylperxyd und das Bariumsalz des tertiären Butylhydroperoxydes, weiter anorganische Mittel, wie Bariumperoxyd, Natriumperoxyd, Wasserstoffperoxyd und die sog.
  • Persalze, wie wasserlösliche Perborate, Persulfate und Perchlorate. Die Katalysatoren werden in einem geeigneten Prozentsatz von 0.1 bis etwa 2% zugesetzt, berechnet auf das Gewicht des monomeren Ausgangsstoffes, der polymerisiert werden soll.
  • In der nachsten Verfahrensstufe werden die Teilchen der polymerisierten aromatischen Kohlenwasserstoffe halogenmethyliert. Hierfür können an sich verschiedene Chlor- und Brommethylierungsmittel Verwedung finden; gemäß der Erfindung erfolgt jedoch die Behandlung der Harzteilchen mit Chlorm@thyl@ther und einem Friedel-Craftsschen Katalysator. Wahrend dieses Verfahrensschrittes findet eine weitere Bildung von Querbindungen im Polymerisat unter dem Einfluß des Halogenmethylierungsmittels statt; der Umfang dieser Bildung von Querbindungen scheint umgekehrt proportional der Anzahl von querbindungen zu sein, die schon vor der Halogenmethylierung vorhanden sind.
  • Wenn das zu behandelnde Polymerisat bereits quer gebunden und vollständig unlöslich ist, kann man zweckmäßig die Harzteilchen in Chlormethyläther stehenlassen, bis sie quellen, worauf ein Kondensationsmittel nach Friedel-Craftszugefügt wird. Dieses Einweichen und Aufquellen der Harzteilchen erleichtert die Chlormethylierung innerhalb der Teilchenporen, wenn der Friedel-Crafts-Katalysator zugesetzt wird.
  • Weist das Polymerisat nur lineare Kettenbindungen auf, beispielsweise wenn es nur durch ein Polystyrol allein gebildet wird, oder bestehen Querhindungen nur im geringem Umfang entsprechend einem Zusatz von nur etwa 0,1% einer Divinylkomponente zur Polymerisation, so entstehen bei der Belandlung mit dem Halogenalkylierungsmittel. besonders wenn Chlormethyläther benutzt wird, unter gleichzeitiger Halogenmethylierung Querbindungen, infolge deren das Polymerisat unloslich wird. In diesem Fall binden Methylenbrucken die Molekule des Polymers miteinander. Das Verfahren einer gleichzeitigen Erzeugung von Querbindungen und Chlormethylierung wird am @@sten so durchgeführt, daß zuerst der Chlormethyläther mit dem Kondensationsmittel nach Friedel-Crafts für sich gemischt und dann die Teilchen des aromatischen Kohlenwasserstoffpolymers, wie Polystyrol, zugesetzt oder mit der Mischung behandelt werden. Lineare Polymere, wie Polystyrol, crweichen und losen sich schnell in Chlorm@thylather allein; ist aber ein Friedel-Craftsscher Katalysater zugegen, erfolgt die Bildung von Querbindungen und die Unlöslichmachung des Polymers so schnell, daß die Polystyrolteilchen nicht mehr dazu kommen, sich zu lösen oder weich zu werden und ineinanderzulaufen. Wird Polystyrol auf diese Weise behandelt, so erhält es alle Eigenschaften eines unlöslichen, unschmelzbaren, quer gebundenen Polymers. Der Umfang der Querbindungen scheint in einem solchen Fall tatshchlich höher zu liegen als bei einem ebenso behandelten Polystyrol, in welchem die Querbindungen vorher mit Hilfe eines zusatzes von 1% Divinylbenzol erzeugt wurden, andererseits aber nicht so hoch wie bei einem chlormethylierten Mischpolymerisat von Polystyrol, dessen Querbindungen durch einen Zusatz von 6% Divinylbenzol hervorgerufen wurden.
  • Der Umfang der Halogenmethylierung wird am besten mit Hilfe einer Halogenanalyse festgestellt.
  • Es sollen möglichst viel Halogenmethylgruppen in das unlösliche Mischpolymer eingeführt werden, weil die Zahl dieser Gruppen die Anzahl quaternärer Ammoniumgruppen bestimmt, die im Endprodukt anwesend sind und die Adsorptionsfähigkeit des Harzes für Anionen bestimmen. Obwohl diese Fähigkeit bereits bei Harzen vorhanden ist, die verhältnismäßig wenig quaternäre ammoniumgruppen enthalten, ist es vom Gesichtspunkt der Praxis notwendig, daß eine erhebliche Anzahl solcher Gruppen vorhanden ist, damit das Harz eine den Ansprüchen der Praxis genügend hohe Kapazität besitzt. Wenigstens soll auf je 15 aromatische Kohlenwasserstoffkerne eine quaternäre Ammoniumgruppe im Polymer kommen. Im Fall eines chlormethylierten Mischpolymers aus Styrol mit 1% Divinylbenzol würde das chlormethylierte Harz bei einem solchen Verhältnis 2% Chlor in der Analyse ergeben. Die oberste Grenze der Halogenmethylierung ist erreicht, wenn jede verfügbare Stellung der aromatischen Kerne halogenmethyliert ist. Manerhält aber auch bereits zufriedenstellende Harzprodukte von hohem Austauschvermögen, wenn die Zahl der Halogenmethylgruppen und infolgedessen auch der quaternären Ammoniumgruppen unterhalb des theoretischen Maximums liegt. So erhält man wertvolle Harzaustauscher, wenn man mit einem tertiären Amin Mischpolymere in amine überführt, die auf je vier aromatische Kohlenwasserstoffkerne eine bis sechs Halogenmethylgruppen enthalten.
  • Der nächste Verfahrensschritt für die herstellung des Anionenharzaustauschers ist die Überführung des halogenmethylierten Polymers in ein amin mit Hilfe eines tertiären Amins. Zu diesem Zweck wird das Amin am besten dem halogenmethylierten Polymer zugesetzt, während dieses unter Umrühren in einer Flüssigkeit suspendiert ist, die ein Lösungsmittel für das Amin ist. Dieser Verfahrensschritt findet entweder bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur statt, worauf das nun quaternäre Ammoniumsalzgruppen enthaltende Harz von der Flüssigkeit getrennt wird.
  • Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß halogenmethylierte Polymer vor seiner Umsetzung mit dem tertiären Amin quellen zu lassen. Eine solche Aufquellung erleichtert die folgende Um- setzung und erfolgt z. B. durch Einweichen des Polymers in einer geeigneten Flssigkeit, beispielsweise in einem aromatischen Kohlenwasserstoff, wie Benzol oder Toluol. Häufig wird hierbei das Volumen des Polymers bis um 100% zunchmen, obwohl das Quellvermögen in starkem Umfang von dem Umfang der Querbindungen abhängt, die bei der Herstellung des ursprünglichen Polymers entstanden. Im allgemeinen ist der Grad der Aufquellung umgekehrt proportional dem Umfang der Querbindungen.
  • Die Stabilität des unlöslichen quaternären Ammoniumharzes im praktischen Gebrauch hängt weitgehend von der Art der Kohlenwasserstoffradikale in den quaternären Ammoniumgruppen ab. Am stabilsten sind diejenigen quaternären ammoniumgruppen, bei denen die Kohlenwasserstoffsubstituenten durch Methyl-, Benzyl- oder Phenylgruppen einschließlich alkylsubstituierter Benzyl- und Pheuylgruppen gebildet werden. Das mit dem halogenmethylierten quer gebundenen Mischpolymer zur Umsetzung gebrachte tertiäre Amin sollte deshalb am besten Trimethylamin, Dimethylbenzylamin, Dibenzylmethylamin, Dimethylanilin oder Benzylphenylmethylamin sein. Von diesen Verbindungen ist Trimethylamin am wirtschaftlichsten und bequemsten und besitzt den weiteren Vorteil der kleinsten Molekulargröße, Tertiäre Amine mit Äthyl-, Propyl- oder noch höheren aliphatischen Gruppen, wie Triäthylamin, Tripropylamin oder Dimethyläthylamin, ergeben Produkte mit entsprechenden quaternären ammoniumgruppen, die jedoch im Endprodukt etwas weniger stabil sind als die, die die zuerst genannten Substituenten entbalten.
  • Wie bereits gesagt, bilden die erfindungsgemäß hergestellten Produkte unlösliche, unschmelzbare, quaternäre Ammoniumverbindungen. Sie fallen bei dem beschriebenen Herstellungsverfahren als quaternäre Ammoniumsalze an; diese lassen sich durch Waschen mit Alkalihydrxyd leicht in quaternäre Ammoniumhydroxyde überführen.
  • In den folgenden Beispielen sind zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht.
  • B e i s p i e l 1 A. In einen dreihalsigen Kugelkolben, der mit Thermometer, Rührvorrichtung und Rückflußkuhler ausgestattet ist, gießt man 400 ccm Wasser und 34 ccm einer 1,5%igen wäßrigen Aufschwemmung von Magnesiumsilicat. Die Rührvorrichtng wird in Tätigkeit gesetzt und dem Inhalt des Kolbens eine Lösung, bestehend aus 97.5g Styrol, @ g Divinylbenzol und 1,5 g Äthylstyrol, in der 1 g Benzoylperoxyd gelöst ist, zugefügt. Die Mischung wird unter Rühren auf 90° erhitzt und auf dieser Temperatur 1½ Stunden gehalten. Danach wird die Mischung noch weitere 1½ Stunden am Rückflußkühler gekocht. Das Reaktionsprodukt wird auf Raumtemperatur abgekühlt. Die festen Kügelchen des Harzmischpolymers werden von der Flussigkeit durch Abgießen und Filtrieren getrennt, zunächst an der Luft und dann für 2 Stunden bei 125° im Trockenofe getrocknet.
  • In gleicher Weise lassen sich Mischpolymere unter Benutzung größerer Anteile von Divinylbenzol herstellen.
  • B. 50 g der nach Abschnitt A bergestellten Harzteilchen werden in einen Kugelkolben von 1 1 Inhalt gebracht, der drei Hälse besitzt und mit Thermometer, Rührvorrichtung und Rückflußkühler ausgestattet ist. Die angegebenen Menge entspricht 0,5 Mol Styrol in Form seines quer gebundenen Mischpolymers. 100 g (1,25 Mol) Chlormethyläther von der Formel CH3-O-CH2Cl werden der Mischung zugesetzt und diese bei Raumtemperatur 15 Minuten stehenelassen, während deren die Harzkügelchen quellen. Die Mischung wird dann mit 115 ccm Petroläther (Sdp. 30 bis 60 ) verdünnt und die Rührvorrichtung in Tätigkeit gesetzt. Das Reaktionsgemisch wird mit Hilfe eines Eissalzbades auf 0@ abgekühlt und dann 30 g (0.23 Mol) wasserfreies gepulvertes Aluminiumchlorid in kleinen Anteilen während 1 Stunde zugesetzt. Das Gemisch wird bei 0° 2 Stunden kräftig gerührt. Nun werden 500 ccm Eiswasser langsam zugefügt, um überschüssiges Aluminiumchlorid und Chlormethyläther zu zersetzen. Das anfallende Gemisch wird noch 30 Minuten gerührt und filtriert.
  • Die Kügelchen werden zuerst an der Luft getrocknet, dann wiederholt mit Wasser gewaschen und schließlich in einem Trockenofen bei 125@ 2 Stunden getrocknet.
  • Die Analyse ergibt einen Chlorgehalt der Kügelchen von 21.97%.
  • C. In einen dreihalsigen Kugelkolben von 500 ccm Inhalt, der mit Rührvorrichtung, Rückflußkühler, Thermometer und einem Gaseinführungsrohr ausgestattet ist, bringt man 115 ccm Benzol und 50 g der chlormethylierten Kügelchen nach Abschnitt B. Die Rührvorrichtung wird in Tätigkeit gesetzt und die Mischung 30 Minuten am Rückflußkühler gekocht, während welcher die Kügelchen quellen. Die Mischung wird auf 30 abgekühlt und mit gasförmigem, wasserfreiem Trimethylamin gesättigt. Dann wird die Temperatur auf 50 bis 55 erhöht und für 4 Stunden gehalten, während ein ständiger Gasstrom von Trimethylamin durchgeleitet wird. Man kühlt die Mischung dann auf Raumtemperatur ab, läßt uber Nacht stehen, filtriert die Kügelchen ab, wscht zweimal mit Benzol und trocknet an der Luft. Die von Benzol befreiten, getrockneten Kügelchen werden 2 Stunden in eine 10%ige wäßrige Lösung von Schwefelsäure gelegt und dann gründlich gewaschen. Schließlich werden sie in das quaternäre Ammoniumhydroxyd übergeführt, indem sie kräftig in einer 15%igen waßrigen Lösung von Natriumhydroxyd umgerührt werden.
  • Das fertige Erzeugnis wird mit Wasser gewaschen, bis das Waschwasser mit Phenolphthalein keine rötliche Färbung mehr gibt.
  • Die getrockneten Kügelchen entbalten laut Analyse 5,68% Stickstoff. Sie haben ein hohes Adsorptionsvermögen für Anionen und physikalische Eigenschaften, die sie besonders brauchbar für eine Verwendung in den handelsüblichen Wasserbehandlungsvorrichtunge machen. Das Produkt läßt sich wiederholt für den lonenaustausch benutzen und regenerieren.
  • B e i s p i e l 2 A. In einen Kugelkolben von 5 1 Inhalt, der drei Hälse besitzt und mit Thermometer. Rührvorrichtung und Ruckflußkuhler ausgerüstet ist, gießt man 1.81 Wasser, das als dispergierungsmittel 27 g einer 20%igen Lösung eines Mischpolymers aus etwa gleichen Teilen Styrol und Maleinsäure in wäßrigem Ammoniak enthält. Die Rührvorrichtung wird in Tätigkeit gesetzt und dem Inhalt des Kolbens eine Losung von 10.8 g Benzoylperoxyd in 1080 g Styrol zugegeben. Der Kolbeninhalt wird unter Umruhren auf 85 bis 90 erhitzt und auf dieser Temperatur 4½ Stunden gehalten. Durch Zugabe kalten Wassers wird das Reaktionsgemisch auf Raumtemperatur abgekühlt, die Polystyrolkügelchen von der Flüssigkeit durch Abgießen und Filtrieren getrennt und über Nacht an der Luft getrocknet.
  • Die Ausbeute an Polystyrol ist quantitativ. Zu diesem Verfahrenszeitpunkt sind die Polystyrolteilchen schmelzbar und in allen üblichen Polystvrollosungsmitteln löslich.
  • B. 43 g Chlormethyläther von der Formel CH3-O-CH2Cl, in denen 13.12 g (0,1 Mol) wasserfreies gepulvertes Aluminiumchlorid gelöst sind, werden in einen Kugelkolben von 11 Inhalt mit drei Halsen gebracht, der mit Thermometer, mechanischer Rührvorrichtung und Rückflußkühler ausgestattet ist. Der Kollben wird in einem Eissalzbad mit Inhalt auf 0 abgekuhlt, und 100 ccm Petrolather (Sdp. 30 bis 60 ) werden zugesetzt. Die Ruhrvorrichtung wird in Tatigkeit gesetzt. 25 g Polystyrolteilchen, die nach Abschnitt A hergestellt sind, werden uber 30 Minuten in kleinen Anteilen zugesetzt und das Eisbad dann entfernt. Das Reaktionsgemisch wird 3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Das Gemisch wird dann mit Hilfe eines Eissalzbades wieder aufo beruntergekühlt, 125 ccm Eiswasser werden langsam zugegeben, um überschüssiges Aluminiumchlorid und Chlormethyläther zu zersetzen. Das Gemisch wird dann noch 1 Stunde gerührt und filtriert. Die Kügelchen werden 2 Stunden lang mit Wasser nachgewaschen, filtriert und in einem trockenofen bei 125 2 Stunden getrocknet.
  • Zu diesem Verfahrenszeitpunkt sind die Kügelchen unschmelzbar und in allen ublichen Lösungsmitteln fur Polystyrol unlöslich. Die Anhalyse der kugelchen ergab 18,16% Chlor.
  • C. In einen Kugelkolben von 11 Inhalt mit drei Hälsen, der mit Ruhrvorrichtung, Rückflußkühler, Thermometer und einem Gaseinführungsrohr ausgestattet ist, bringt man 250 ccm Toluol und 30 g der nach Abschnitt B chlormethylierten Harzkügelchen. Man laßt die Mischung bei Raumtemperatur 1 Stunde stehen, in der die Kügelchen quellen.
  • Die Rührvorrichtung wird in Tätigkeit gesetzt, das Gemisch auf 20 aligekuhlt und mit wasserfreiem. gasförmigem Trimethylamin gesättigt. Man läßt die Mischung Raumtemperatur annehmen und ruhrt 4 Stunden lang. Die Rührvorrichtung wird dann stillgesetzt und die Kügelchen durch Filtration abgetrennt. Die noch toluolfeuchten Kügelchen werden 1 Stunde lang in zwei Portionen Methanol von je 200 ccm gerührt, um die letzten Spuren von Toluol zu entfernen. Dann werden die Kügelchen durch Filtration abgetrennt, mit Wasser gewaschen und 2 Stunden in 500 ccm 10%iger Chlorwasserstoffsäure kräftig gerührt (eine Analyse der Kügelchen zu diesem Zeitpunkt ergab 4,27% N und 10,97% Cl). Die mit Säure getränkten Kügelchen werden gründlich mit Wasser ausgewaschen und schließlich in die Form des quaternären Ammoniumhydroxydes übergeführt, indem man sie in einer Säule mit einer 5- bis 10%igen wäßrigen Lösung von Natriumhydroxyd wäscht, bis eine positive Chlorionenreaktion nicht mehr erzielbar ist. Das fertige Produkt wird mit Wasser nachgewaschen, bis das Waschwasser mit Phenolphthalein keine rötliche Färbung mehr gibt.
  • B e i s p i e l 3 A. In einen dreihalsigen Kugelkolben von 1 1 Inhalt, der mit Thermometer, Rührvorrichtung und Rückflußkühler ausgestattet ist, gießt man 400 ccm Wasser und 34 ccm einer 1,5%igen wäßrigen Aufschwennung von Magnesiumsilicat. Die Rührvorrichtung wird in Tätigkeit gesetzt und eine Lösung von 88,77 g Styrol, 11,23 g einer handelsüblichen Lösung von Divinylbenzol (mit einem Gehalt von 53,4% Divinylbenzol und 46,6% Äthylvinylbenzol) nut 1 g darin gelöstem Benzoylperoxyd dem Inhalt des Kolbens zugefügt. Die Mischung wird unter Rühren auf 90@ erhitzt und auf dieser Temperatur 1½ Stunden gehalten. Dann wird die Mischung am Rückflußkühler weitere 1½ Stunden zum Sieden erhitzt. Das Reaktionsgemisch wird auf Raumtemperatur abgekühlt. Die festen Kügelchen des Mischpolymerisates werden von der Flussigkeit durch Abgießen und Filtrieren getrennt und in einem Ofen 8 Stunden bei 125@ getrocknet.
  • B. 80 g der nach Abschnitt A hergestellten Harzkgelchen werden in einen dreihalsigen Kugelkolben von 1 1 Inhalt gebracht, der mit Thermometer, Ruhrvorrichtung und Rückflußkühler ausgestattet ist. Diese Menge entspricht 0,744 Mol Styrol in Form seines quer gebundenen Mischpolymers. 137,5 g (1,71 Mol) Chlormethyläther von der Formel CH3-O-CH2Cl werden zugefügt und die Mischung bei Raumtemperatur 1 Stunde stehengelassen, in der die Harzteilchen quellen. Die Mischung wird dann mit 105,5 g eines aliphatischen Kohlenwasserstofflösungsmittels (Sdp. 110 bis 116,67 ) verdünnt und die Rührvorrichtung in Tätigkeit gesetzt. Das Reaktionsgemisch wird durch entsprechende Kühlung bei etwa 37 gehalten, während man 42 g (0,316 Mol) wasserfreies Aluminiumchlorid in kleinen Mengen über 1 Stunde zugibt, worauf die Mischung bei 37° noch 8 Stunden geruhrt wird. Dann setzt man 500 ccm kaltes Wasser langsam zu, um das überschüssige aluminiumchlorid und Chlormethyläther zu zersetzen.
  • Das verbleibende Gemisch wird weitere 30 Min uten gerührt und filtriert. Die Kügelchen werden dann mehrere Male mit Wasser gewaschen und schließlich in einem Trockenofen 12 Stunden bei 125° getrocknet.
  • Die Analyse ergibt einen Chlorgehalt der Harzkugelchen von 14.0%.
  • C. In einen dreihalsigen Kugelkolben von 1 1 Inhalt, der mit Rührvorrichtung, Rückflußkühler, Thermometer und einem Gaseinleitungsrohr ausgestattet ist, bringt man 320 g Toluol und 91 g der nach Abschnitt B chlormethylierten Harzkügelchen.
  • Die Ruhrvorrichtung wird in Tätigkeit gesetzt und die Mischung 1 Stunde lang auf 80° erhitzt. In dieser Zeit quellen die Harzkügelchen. Die Mischung wird dann auf Raumtemperatur abgekühlt und 112 g Trimethylamin in Gasform allmählich in denKolben eingeleitet. Dabei vollzieht sich eine leicht exotherme Reaktion. Die Mischung wird gekühlt und bei einer Temperatur von 35 bis 40@ für 5 Stunden belassen. Dann wird die Mischung auf 25° abgekühlt. Die Kügelchen werden durch Filtration abgetrennt, einmal mit Toluol nachgewaschen und dann einer Dampfdestillation unterworfen, um die letzten Spuren von Toluol zu beseitigen.
  • Die Kügelchen werden dann mit Wasser gewaschen und durch Rühren in einer 4%igen Natriumhydroxydlösung in ihre Hydroxydform übergeführt. Das fertige Produkt wird mit Wasser nachgewaschen, bis das Waschwasser mit Phenolphthalein keine rötliche Färbung mehr gibt.
  • Die Analyse ergab einen Stickstoffgehalt der getrockneten Kügelchen von 4,17%. Sie besaßen eine quaternäre Kapazität von 3,24 meq/g (Milleäquivalent/g) bzw, 1,29 meq/ccm und eine Dichte von 0,40 g/ccm.
  • Die erfindungsgemäß hergestellten Harze sind durch ihre quaternären Ammoniumgruppen gekennzeichnet. Sie sind tatsächlich unlösliche starke Elektrolyte, die über einen sehr breiten pH-Bereich als Anioneuaustauscher arbeiten. In Form ihres Hydroxydes sind sie sehr starke Basen, die Säuren neutralisieren und Salze aufspalten. Ihre Basizität liegt in der Größenordnung der von Natriumhydroxyd. Sie sind in der Lage, ihre Hydroxylionen gegen anionen von Salzen sogar noch in alkalischen Lösungen Auszutauschen, deren pH-Wert zwischen 7 und 10 liegt. werden die neuen Harze in ihrer Salzform im Rahmen eines normalen Ionenaustauschverfahrens benutzt, so tauschen die Harze ihre eigenen Anionen leicht gegen die in der Lösung.
  • Die vorstehenden Beispiele veranschaulichen drei Harzsorten, die in den Rahmen der Erfindung fallen. Das Harz des Beispiels 1 ist im Vergleich zu den beiden anderen verhältnismäßig porös.
  • Dieses Harz veranschaulicht Harzaustauscher, die mit einem Gehalt von 0,5 bis 2% Divinylbenzol oder der entsprechenden Menge eines anderen quer bindenden aromatischen Kohlenwasserstoffes hergestellt sind. Harze dieses Type adsorbieren sämtliche anionen, die auch von den dichteren Harzen aufgenommen werden, doch ist natürlich ihre Kapazität pro Volumeinheit erheblich niedriger als die eines Harzes, das etwa entsprechend Beispiel 3 mit einem Zusatz von 4 bis 8% Divinylbenzol hergestellt ist. Beispiel 3 veranschaulicht ein verhältnismäßig dichtes Harz, wie es mit einer Zusatzmenge von 4 bis 8% Divinylbenzol oder einer entsprechenden Menge eines anderen quer bindenden aromatischen Kohlenwasserstoffes erhalten wird.
  • Bei einem gewichtsmäßigen Vergleich ist die Kapazität beider Harze gleich groß. Weil aber ein Harz nach Anspruch 3 ein bedeutend dichteres Gefüge besitzt, ist seine Volumkapazität, d. h. seine Kapazität pro Volumeinheit, bedeutend höher als die eines Harzes nach Beispiel 1. In allen Fällen, wo beide Harze gebraucht werden können, besitzt das Harz nach Beispiel 3 den Vorteil vor einem Harz nach Beispiel 1, daß die gleiche Austauschleistung mit einer kleineren Apparatur erzielt werden kann.
  • Andererseits wird ein Harztyp nach Beispiel 1 infolge seiner stark porösen Beschaffenheit gewisse komplexe organische lonen austauschen, die von den dichteren Harzen nicht aufgenommen werden können. Man darf annehmen, daß dieser Unterschied durch die relativen Unterschiede der Porengröße in den beiden Harzarten bedingt ist. Die Harze nach Beispiel 1 besitzen Poren von einer Größe, die den Durchtritt großer Anionen gestattet, die nicht ohne weiteres in Teilchen eines Harzes nach Beispiel 3 eindringen können.
  • Dieser Unterschied kann an dem verschiedenartigen Verhalten der Harze gegenuber dem Penicillinmolekül deutlich gemacht werden. ine 1/100-N-Lösung von reinem Penicillin C wird durch Säulen von Harzteilchen in ihrer Chloridform geschickt, die einerseits nach Beispiel 1 und andererseits nach Anspruch 3 hergestellt wurden. Die Benutzung der Harze in ihrer Salzform ist durch die bekannte Unstabilität des Penicillins bedingt. Bis zum Durchtrittszeitpunkt des Penic illins hatte das Harz nach Beispiel 1 0,93 meq Penicillin/ccm Harz aufgenommen, während die Aufnahme eines Harzes nach Beispiel 3 nur 0,012 meq/ccm betrug. Um die Wirkung zu bestimmen, die die Gegenwart anderer Ionen auf das Vermögen eines Harzes nach Beispiel 1 zur Aufnahme von Penicillin haben könnte, wurden Lösungen untersucht, die neben Penicillin verschiedene Salze, wie Natriumchlorid, Natriumsulfat und Mononatriumphosphat, enthielten. Dabei zeigt sich, daß das Chloridion die geringste Einwirkung auf die Adsorption von Penicillin besitzt.
  • Bei der Gewinnung von Penicillin aus einer Kulturlösung kann zuerst ein Harz nach Beispiel 3 in seiner Chloridform gebraucht werden, um alle kleiuen Ionen in der Lösung gegen Chloridionen auszutauschen, wodurch die Lösung für die Penicillinadsorption vorbereitet wird. Dann wird mit Hilfe eines Harzes nach Beispiel 1 in seiner Chloridform das Penicillin gewonnen. Das adsorbierte Penicillin kann mit einer 5- bis 10%igen Natriumchloridlösung oder irgendeiner anderen Salzlösung wieder ausgewaschen werden.
  • Das Harz nach Beispiel 1 hat auch eine sehr hohe Aufnahmekapazitat fur Vitamin B-12 und für Insulin bewiesen, das jedoch mit verdünnter Säure wieder in Freiheit gesetzt werden muß. Endlich entfärbt ein derartiges Harz auch Zuckerlösungen und ist besonders branchbar für die Aufhellung von Rohrzuckersaften.

Claims (3)

  1. P A T E N T A N S P R Ü C H E : 1. Verfahren zur Herstellung quaternärer Ammoniumharze fur den Anionenaustausch nach Patent 841 796, dadurch gekennzeichnet, daß man in Form kleiner Teilchen ein Polymer eines aromatischen Monovinylkohlenwasserstoffes herstellt, das Polymer mit einer zuvor bereiteten Mischung von Chlormethyläther und einem Friedel-Craftsschen Kondensierungsmittel behandelt, so daß im Polymer unter gleichzeitiger Chlormethylierung Querbindungen entstehen, und schließlich dieses chlormethylierte Polymer mit einem tertiären Amin umsetzt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Polystyrol als Polymer Verwendung findet.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung des chlormethylierten Polymers mit Trimethylamin erfolgt.
DER1113A 1949-05-28 1950-03-03 Verfahren zur Herstellung unloeslicher Ionenharzaustauscher Expired DE848256C (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US848256XA 1949-05-28 1949-05-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE848256C true DE848256C (de) 1952-09-01

Family

ID=22187445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DER1113A Expired DE848256C (de) 1949-05-28 1950-03-03 Verfahren zur Herstellung unloeslicher Ionenharzaustauscher

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE848256C (de)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1034864B (de) * 1956-01-03 1958-07-24 Dow Chemical Co Verfahren zur Herstellung von Polymeren, die quaternaere Ammoniumgruppen enthalten
DE1043633B (de) * 1957-01-09 1958-11-13 Jiri Cerny Verfahren zur Herstellung von Anionenaustauschern auf Basis von Thiuroniumsalzen
DE1074860B (de) * 1960-02-04 Rohm & Haas G.m.b.H., Darmstadt Verfahren zur Herstellung von Thiolgruppen enthaltenden polymeren Verbindungen auf Grundlage von Monochloressigsäurevinylester
DE1075832B (de) * 1957-07-30 1960-02-18 The Dow Chemical Company, Midland Mich (\ St A) Verfahren zur Herstellung von Sulfonium anionenaustauschharzen
DE1068019B (de) * 1956-11-02 1960-03-31 Rohm a Haas Company, Philadelphia, Pa. (V. St. A.) Verfahren zur Herstellung von quaternären Ammonium-Anionenaustauscherharzen
DE1099741B (de) * 1958-08-08 1961-02-16 Permutit Ag Verfahren zur Herstellung von Anionenaustauschharzen mit primaeren oder tertiaeren Aminoalkylgruppen
DE1110874B (de) * 1960-04-29 1961-07-13 Wolfen Filmfab Veb Verfahren zur Herstellung von Carbonsaeuregruppen tragenden Kationen-austauschern auf Polymerisationsbasis
DE1144007B (de) * 1961-07-27 1963-02-21 Wolfen Filmfab Veb Verfahren zur Herstellung von polyfunktionellen Anionenaustauscherharzen
DE1148970B (de) * 1960-04-02 1963-05-22 Wolfen Filmfab Veb Verfahren zur Herstellung von anionenselektiven Membranen
DE1171619B (de) * 1960-03-25 1964-06-04 Dow Chemical Co Verfahren zur Herstellung von polymeren Verbindungen

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1074860B (de) * 1960-02-04 Rohm & Haas G.m.b.H., Darmstadt Verfahren zur Herstellung von Thiolgruppen enthaltenden polymeren Verbindungen auf Grundlage von Monochloressigsäurevinylester
DE1034864B (de) * 1956-01-03 1958-07-24 Dow Chemical Co Verfahren zur Herstellung von Polymeren, die quaternaere Ammoniumgruppen enthalten
DE1068019B (de) * 1956-11-02 1960-03-31 Rohm a Haas Company, Philadelphia, Pa. (V. St. A.) Verfahren zur Herstellung von quaternären Ammonium-Anionenaustauscherharzen
DE1043633B (de) * 1957-01-09 1958-11-13 Jiri Cerny Verfahren zur Herstellung von Anionenaustauschern auf Basis von Thiuroniumsalzen
DE1075832B (de) * 1957-07-30 1960-02-18 The Dow Chemical Company, Midland Mich (\ St A) Verfahren zur Herstellung von Sulfonium anionenaustauschharzen
DE1099741B (de) * 1958-08-08 1961-02-16 Permutit Ag Verfahren zur Herstellung von Anionenaustauschharzen mit primaeren oder tertiaeren Aminoalkylgruppen
DE1171619B (de) * 1960-03-25 1964-06-04 Dow Chemical Co Verfahren zur Herstellung von polymeren Verbindungen
DE1148970B (de) * 1960-04-02 1963-05-22 Wolfen Filmfab Veb Verfahren zur Herstellung von anionenselektiven Membranen
DE1110874B (de) * 1960-04-29 1961-07-13 Wolfen Filmfab Veb Verfahren zur Herstellung von Carbonsaeuregruppen tragenden Kationen-austauschern auf Polymerisationsbasis
DE1144007B (de) * 1961-07-27 1963-02-21 Wolfen Filmfab Veb Verfahren zur Herstellung von polyfunktionellen Anionenaustauscherharzen

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE841796C (de) Verfahren zur Herstellung unloeslicher Harze fuer Anionenaustausch
DE829223C (de) Verfahren zur Herstellung unloeslicher Anion-Austauschharze
DE2650983A1 (de) Vernetztes makroretikulares harz und verfahren zu seiner herstellung
DE1300244B (de) Verfahren zur Herstellung gekoernter wasserloeslicher Polymerisate und Mischpolymerisate
DE3043766A1 (de) Verfahren zur wiedergewinnung von carbonsaeuren
DE2027065A1 (de) Verfahren zur Reinigung von Gasen und Dämpfen
DE848256C (de) Verfahren zur Herstellung unloeslicher Ionenharzaustauscher
DE2417656A1 (de) Makroretikulare vinylbenzylchloridpolymere
EP1078688A2 (de) Verfahren zur Herstellung von monodispersen Anionenaustauschern
DE2327433A1 (de) Ionenaustauscherharz und verfahren zu seiner herstellung
DE848257C (de) Verfahren zur Herstellung unloeslicher Ionenharzaustauscher
DD249274B5 (de) Verfahren zur herstellung von adsorberpolymeren fuer die haemoperfusion
DE2519949A1 (de) Verfahren zur radikalischen polymerisation von vinylmonomeren in suspension
DE2629146A1 (de) Verfahren zur herstellung eines amphoteren polymeren produkts
DE915267C (de) Verfahren zur Herstellung von synthetischen, polymeren, wasserunloeslichen Sulfonierungsprodukten
EP1078689A2 (de) Verfahren zur Herstellung von monodispersen Anionenaustauschern mit stark basischen funktionellen Gruppen
DE2162508C3 (de) Verfahren zur Herstellung eines vernetzten, porösen Mischpolymerisates
DE951300C (de) Verfahren zur Herstellung einer gut faerbbaren Acrylnitrilkunststoffmasse
DE2056076A1 (de) Vinyl pyridin/Divinylbenzol Copoly mensat, Verfahren zu dessen Herstellung und Anwendung desselben
DE2630134A1 (de) Bis-(vinylbenzyl)-monomere
DE3804646A1 (de) Makroporoese ionenselektive austauscherharze
DE1049097B (de) Verfahren zur Herstellung von unloeslichen, stickstoffhaltigen Mischpolymerisaten der Styrolreihe, die als Ionenaustauscher geeignet sind
DE2402697A1 (de) Vernetztes polymeres harz und verfahren zu seiner herstellung
DE3202479A1 (de) Verfahren zum trennen von gasen oder fluessigkeiten, und mittel zur durchfuehrung des verfahrens
DE2303178A1 (de) Stark basisches anionenaustauscherharz