JP2001213920A - 不飽和脂肪族ニトリルに基づく架橋したイオン交換体の製造方法 - Google Patents

不飽和脂肪族ニトリルに基づく架橋したイオン交換体の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 均質な網状構造を有するイオン交換体、好適
には弱酸性陽イオン交換体の、皮膜形成性保護コロイド
の存在下での不飽和脂肪族ニトリルに基づく製造法の提
供。 【解決手段】 a)不飽和脂肪族ニトリルが架橋剤とし
てのジ−又はポリビニルエーテルと重合し、そしてまた
種/供給工程においてではなく、保護コロイドの存在下
で懸濁液中で開始剤と重合しビーズ重合体を与え、そし
て b)これらが官能基化されてイオン交換体を与える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、種/供給(see
d/feed)方法でない製造方法であり、皮膜形成性
保護コロイドの存在下における、不飽和脂肪族ニトリル
に基づく均質な網状構造である架橋したイオン交換体の
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】2以上の単量体の共重合は、一般に転化
が増加するにつれてある程度その組成が変わるものにな
る。重合の型に依存して、二つの型の不均一性に分ける
ことができる。
【0003】重合体鎖上の活性基の寿命が重合の持続時
間と同じときには、アニオン重合の場合では鎖に沿って
組成が変化する。重合の間に得られる任意の接合点にお
いては全ての重合体鎖は全体にわたり同じ組成を有す
る。
【0004】重合体鎖上の活性基の寿命が全体の反応時
間より有意に(significantly)小さい場
合には、重合体鎖の組成は重合における転化が進むにつ
れて変化する。不均一性のこの二番目の型は、成長重合
体ラジカルの寿命が約1秒であり、重合時間が約1時間
であるラジカル重合反応の典型的なものである。
【0005】不均一性は多くの適用の場での欠点に関連
づけられる。架橋したビーズ重合体である吸着剤樹脂及
びイオン交換体の場合には、架橋していないか又は非常
に弱く架橋した部分は極めて望まれない。これらは、架
橋剤の取り込みが比率を超え、重合が進むにつれて濃度
がきわだって減少する場合には常に現れる。この典型例
は、アクリロニトリル/ジビニルベンゼンの組み合わせ
である。この組み合わせから製造されるビーズ重合体及
び/又は弱酸性イオン交換体は、かなりの量の非架橋の
(non−croslinked)重合体を含み、それ
はしみ出すことができるため、機械的に及び浸透的に不
安定な製造物を与える。単にゆっくりと取り込まれる二
番目の架橋剤の使用か或いは急激に濃度が落ちる架橋剤
(この場合ジビニルベンゼン)の更なる量の供給によ
り、重合の間の架橋剤の濃度の低下を補う試みが行われ
た。産業界で使用される二番目の架橋剤はジ−又はトリ
アリル化合物、例えば1,7−オクタジエン又はトリビ
ニルシクロヘキサンである。これらの物質は単に不完全
にしか反応せず、そして樹脂がその後に使用される場で
困難を引き起こさないように注意深く取り除かなければ
ならない。架橋剤の更なる量の供給は困難であり、複雑
な供給手順を必要とし、懸濁安定剤の選択を制限する。
粒状重合でよく使用される保護コロイド、例えばゼラチ
ン、ポリビニルアルコール又はセルロース誘導体は、架
橋剤の重合中のビーズへの拡散を妨げるために不適当な
皮膜形成物質である(欧州特許出願(EP−A)第0,
098,130号)。
【0006】それゆえ、上述した欠点のない方法が大き
な興味をもたれている。驚くべきことに、不飽和脂肪族
ニトリル、例えばアクリロニトリルとアルカンジオール
又はグリコールのジ−及びポリビニルエーテルとの組み
合わせが非常に均質な網状構造を形成し、上述の欠点を
もたない生成物を与えることが見いだされた。架橋剤の
更なる供給及び二番目の架橋剤の使用を不要にすること
が可能である。
【0007】架橋剤としてのジ−及びポリビニルエーテ
ルの使用は従来技術である。
【0008】欧州特許出願(EP−A)第0,010,
265号はモノ−及びポリビニル化合物の架橋した共重
合体に基づく合成樹脂の製造について記載している。そ
の発明の本質的な特徴は、要約で明快に述べられるよう
に二つの架橋剤を共同(joint)使用することであ
る。多価アルコールのメタクリル酸エステル及び/又は
芳香族ポリビニル化合物及び分子内に少なくとも二つの
アリル基を有する不飽和炭化水素及び/又は多価アルコ
ールのポリビニルエーテルである。ビーズ重合体におけ
るアクリロニトリルの使用も示されているが、加水分解
に対する感受性がアクリロニトリルに基づく既知の合成
樹脂の重大な欠点であるとして本文に記載されている。
【0009】米国特許(US−A)第3,586,64
6号は、ポロゲン(porogen:単量体を溶解する
が重合体にとっては沈殿剤となる有機溶媒)の存在下に
おける、スルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基及びホ
スホン酸基からなる種類から選択された基を有するスポ
ンジ状の陽イオン交換体の製造のためのジビニルエーテ
ルの使用について記載している。しかしながら米国特許
(US−A)第3,586,646号はビーズ重合体に
おける不飽和ニトリルの使用については記載していな
い。
【0010】欧州特許出願(EP−A)第0,098,
130号は、種/供給方法による架橋した共重合体ビー
ズの製造を記載し、そして共重合体ビーズそれ自体及び
それらの吸着剤としての又は官能基の導入若しくは付加
の後でイオン交換樹脂としての使用について記載してい
る。種及び/又は供給のために言及できる単量体は、ア
クリル酸及び/又はメタクリル酸のニトリルを含み、そ
して言及できる架橋剤はグリコール、グリセロール、ペ
ンタエリスリトール、レゾルシン又はグリコールのモノ
チオ−若しくはジチオ誘導体のポリビニルエーテルを含
む。種/供給粒子の製造は、種粒子による供給成分の吸
収を妨げるか又は極端に減少させる保護コロイドが存在
しないこと又はこれらの量の劇的な減少が必要である。
欧州特許出願(EP−A)第0,098,130号によ
り製造された粒子は、トルエン中で多段の膨潤挙動及び
偏光下でマルテズ十字(maltese cross)
の形態で複屈折を示す。
【0011】引用された特許出願/特許は、均質な網状
構造を有する架橋したビーズ重合体を、特に皮膜形成性
保護コロイドの存在下において得るために、単量体と架
橋剤がどのように選択されなければならないかについて
いずれも何も示唆していない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、均質
な網状構造を有し、皮膜形成性保護コロイドの存在下で
不飽和脂肪族ニトリルに基づくイオン交換体、好適には
弱酸性陽イオン交換体を製造することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明はこの目的を、 a)不飽和脂肪族ニトリルを架橋剤としてのジ−又はポ
リビニルエーテルと、そして開始剤と、保護コロイドの
存在下で懸濁液中で、種/供給工程においてではなく、
重合させてビーズ重合体を与え、そして b)これらが官能基化されてイオン交換体を与えること
を特徴とする、架橋したイオン交換体の製造方法を提供
することによって達成する。
【0014】所望の場合には、他のモノビニル化合物及
び/又は他の架橋剤及び/又はポロゲンを重合反応混合
物に加えてもよい。
【0015】段階a)によって製造されたビーズ重合体
も本発明により同様に提供される。それらは均質な網状
構造を有し、吸着剤樹脂として使用することができる。
【0016】段階b)においてビーズ重合体は当業者に
既知の通常の方法によって官能基化され、イオン交換
体、特に弱酸性陽イオン交換体が得られる。
【0017】弱酸性陽イオン交換体の製造のためには、
段階a)で得られるビーズ重合体はアルカリ性条件下で
加水分解され、所望の場合にはイオン交換され、そして
精製される。アルカリ加水分解は特に有効で経済的に実
用的な方法であることが証明されている。好適には新規
の方法で得られた弱酸性陽イオン交換体は特に高い容量
(capacity)を示す。
【0018】本発明の段階a)の目的のためには、不飽
和脂肪族ニトリルは一般式(I)
【0019】
【化3】
【0020】[式中、A,B及びCはそれぞれ他のもの
から独立して水素、アルキル又はハロゲンを表す]で定
義(define)される。
【0021】本発明の目的のためには、アルキルは,炭
素原子1−8個、好適には炭素原子1−4個の直鎖又は
分枝のアルキルである。本発明の目的のためには、ハロ
ゲンは塩素、フッ素又は臭素である。
【0022】本発明の目的のためには、好適なニトリル
はアクリロニトリル及びメタクリロニトリルであり、ア
クリロニトリルの使用が特に好適である。
【0023】本発明の段階a)の目的のためには、適当
なジビニルエーテルは一般式(II)
【0024】
【化4】
【0025】[式中、RはCn2n,(Cm2m-O)p-
m2m又はCH2−C64−CH2並びにn≧2,m=
2−8、及びp≧2である]の化合物である。
【0026】本発明の段階a)の目的のためには、適当
なポリビニルエーテルは、グリセロール又はトリメチロ
ールプロパンのトリビニルエーテル又はペンタエリトリ
トールのテトラビニルエーテルである。
【0027】エチレングリコール、ジ−、テトラ−若し
くはポリエチレングリコール又はブタンジオール又はポ
リTHFのジビニルエーテル、又はトリ−若しくはテト
ラビニルエーテルの使用が好適である。ブタンジオール
及びジエチレングリコールのジビニルエーテルが特に好
適である。
【0028】所望の場合には、他のモノビニル化合物及
び/又は他の架橋剤も使用できる。
【0029】本発明の目的のためには、適当な単量体は
スチレン及びスチレン誘導体、アクリル酸及びメタクリ
ル酸及びそれらのエステル、アミド及び無水物、塩化ビ
ニル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル並びにビニルピロリ
ドンである。
【0030】本発明の目的のためには、適当な他の架橋
剤はジビニルベンゼン、グリコールのジ−及びポリ(メ
タ)クリルエステル、3個以上の炭素原子を有するアル
カンジオール、グリセロール、トリメチロールプロパン
又はペンタエリトリトールのジ−及びポリ(メタ)クリ
ルエステル、1,7−オクタジエン並びにトリビニルシ
クロヘキサンである。ジビニルベンゼンが好適である。
ビーズの多孔度を増すためには、ポロゲンを使用しても
よい。新規な方法における適当なポロゲンは、単量体を
溶解し、そして製造された生成物に関してはそれぞれ、
貧(poor)溶媒であり、膨潤剤である有機溶媒であ
る。これらの化合物の例としては、ケトン、例えばメチ
ルイソブチルケトン、メチルエチルケトンの群から、又
は炭化水素、例えばヘキサン、オクタン、イソオクタン
及びイソドデカンからなる群から、又は4個以上の炭素
原子を有するアルコール、例えばブタノールからなる群
から選択されるこれらのものである(Farbenfa
briken Bayer,DBP 1 045 10
2[1957] DBP 1 113 570[195
7])。
【0031】本発明による好適な弱酸性陽イオン交換体
の製造は、 α)一般式(I)の不飽和脂肪族ニトリルとジ−又はポ
リビニルエーテル、所望の場合はさらなる架橋剤並びに
開始剤とを保護コロイドの存在下で懸濁液中において重
合させてビーズ重合体を得、 β)ビーズ重合体をアルカリ加水分解、好適にはオート
クレーブ中で行い、そして γ)ビーズ重合体を、塩型、好適にはNa型から希釈鉱
酸、好適には10%濃度H2SO4によりH型へ、好適に
はカラム中でイオン交換を行い、 δ)所望の場合にはH型をオートクレーブ中で精製しそ
して、最後には ε)所望の場合にはカラム中の分級により、所望の粒径
範囲を得る、段階により特徴づけられる。
【0032】必要な場合には、ビーズ重合体はふるい分
け(screen)られてもよい。
【0033】本発明の懸濁重合は保護コロイドの存在下
において、そして所望の場合には分散剤の存在下におい
て行われる。塩の存在下で安定な化合物、例えばハロ水
素酸(hydrohalic acids)又は硫酸の
アルカリ金属又はアルカリ土類金属塩、特に好ましくは
NaCl,Na2SO4又はCaCl2の存在下において
安定なヒドロキシエチルセルロース又はアルデヒドとナ
フタレンスルホン酸の縮合生成物を使用することが賢明
である。塩は水性相において単量体の溶解性を減少す
る。凝集を減少させるためにはホウ酸塩又はリン酸塩か
ら作られるpH緩衝液を加えることができる。本発明の
目的のためには、適当なラジカル開始剤は過酸化物、ヒ
ドロペルオキシド、過酸エステル、アゾ開始剤及び60
から140℃で半減期t1/2が1時間である他の開始剤
(AKZO Nobel company出版物:高重
合体のための開始剤)である。新規な方法のために適す
る好適な開始剤の例はペルオキシ化合物、例えばジベン
ゾイルペルオキシド、ジラウロイルペルオキシド、ビス
−(p−クロロベンゾイル)ペルオキシド、ジシクロヘ
キシルペルオキシジカルボナート(dicyclohe
xylperoxydicarobnate)、t−ブ
チルペルオクトエート、t−ブチルペルオキシ−2−エ
チルヘキサノエート、2,5−ビス(2−エチルヘキサ
ノイルペルオキシ)−2,5−ジメチルヘキサン又はt
−アミルペルオキシ−2−エチルヘキサン、又は他にア
ゾ化合物、例えば2,2’−アゾビス(イソブチロニト
リル)又は2,2’−アゾビス(2−メチルイソブチロ
ニトリル)である。好適な開始剤は75から110℃で
半減期t1/2が1時間である。ジベンゾイルペルオキシ
ド、t−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート
又はアゾイソブチロニトリルが特に好適である。
【0034】重合は好適には二段階で行われる。主反応
は、50から80℃の温度で最初に終了し、その後昇温
下で完了する。65から75℃で重合を行い、続いて8
5から100℃まで温度を増加させることが特に好適で
ある。
【0035】本発明による好適な弱酸性陽イオン交換体
の製造のためには、ビーズ重合体はオートクレーブ中で
水酸化ナトリウム水溶液で加水分解される。水性/メタ
ノール性水酸化ナトリウムでのアルカリ加水分解が好適
である。他の可能性は水性/メタノール性水酸化ナトリ
ウムによる大気圧下でのアルカリ加水分解である。しか
しながら、従来の技術に基づく鉱酸による酸加水分解も
可能である。過圧下での加水分解の実行に関しては、欧
州特許出願(EP−A)第0,406,648号が参照
される。ビーズ重合体が最初の導入を形成し、水酸化ナ
トリウム水溶液が供給される手順1が好適である。ひと
たび加水分解が完了したら樹脂を十分に洗浄し、90℃
で10%濃度のH2SO4を用いてイオン交換を行い、そ
の後中性まで洗浄する。精製のために、樹脂は水で又は
昇温下での蒸気でそれぞれ処理される。微粒子成分を分
級カラムで取り除いてもよい。
【0036】段階a)及びα)からのそれぞれの新規な
ビーズ重合体は吸着剤として広い用途を有する。
【0037】新規な弱酸性マクロ細孔陽イオン交換体
は、例えば食物又は飲料産業又は飲料水の処理のために
使用できる。それらは飲料水からの陽イオン/硬さの除
去、例えば家庭での濾過、そして飲料水からの炭素の除
去、或いは他に食べ物又は飲み物としての使用若しくは
食べ物又は飲み物の製造における液体からの炭素の除去
に特に適している。他の重要な適用は、糖溶液又は有機
生成物の溶液、例えばそれぞれ、てんさい糖、甘蔗糖、
澱粉糖(starch sugar)又はグリセロー
ル、ゼラチン、等から陽イオン/硬さの除去、超高純水
(ultrahigh−purity water)の
製造間の水の塩分除去、(並流工程における)水道水
(service water)の炭素除去である。強
酸陽イオン交換体に関しては産業の蒸気発生の水の塩分
除去のための、塩分除去プラントからの再発生排水の中
和における、カルシウムイオン及び錯化剤の非存在下で
の、pH>5である溶液から重金属、例えば銅、ニッケ
ル又は亜鉛の結合のためのナトリウム型においてのアル
カリ金属イオンを結合するための塩分除去プラントの下
流向き(downstream)の緩衝フィルターとし
ての用途である。
【0038】それらは、化学産業、電子産業、食物又は
飲物産業、廃棄物処理業又は廃棄物再利用産業からの水
性若しくは有機性溶液から極性若しくは非極性化合物又
は重金属を取り除くことにも使用できる。
【0039】新規なビーズ重合体及び/又はイオン交換
体は特には、 −水性又は有機性溶液からの極性化合物の除去 −化学産業からの蒸気工程からの極性化合物の除去 −水性溶液又はガス、例えばアセトン又はクロロベンゼ
ンからの有機化合物の除去 −水性溶液からの重金属又は貴金属、又はヒ素又はセレ
ンの除去に使用できる。
【0040】本発明の目的のためには、重金属又は貴金
属は、周期表の22から30、42から50、そしてま
た74から83のシリアル番号の元素である。
【0041】新規なイオン交換体及びビーズ重合体はさ
らに、化学産業又は電子産業からの、又は他に食物又は
飲物産業からの水を精製又は処理すること、特に超高純
水、超高純度化学製品の製造、又は澱粉又はそれらの加
水分解製造物の製造に特に使用される。
【0042】新規なイオン交換体及びビーズ重合体はさ
らに、化学産業からの、又は他に廃棄物焼却産業からの
廃水の流れの精製に使用される。新規吸着剤の他の適用
用途としては、埋立ゴミ処理地の流出水の精製である。
【0043】新規なイオン交換体及びビーズ重合体は飲
料水又は地下水の処理にも使用できる。
【0044】しかしながら、新規のビーズ重合体及び/
又はイオン交換体は、例えば: −1−N,N−ジメチルアミノ−3−アミノプロパン
(amineZ)と反応しアクリルアミド樹脂を与え
る。生成物は部分的に又は完全に4級化していてもよく
そして水又は糖の処理として作用してもよい、 −ポリアミン、例えばジエチレントリアミン又はトリエ
チレンテトラミンと反応し、高度に硫酸塩選択性(su
lphate−selective)の樹脂を与える、 −アミノ糖(例えば、N−メチルグルカミン)と反応
し、ボロン−選択性(boron−selectiv
e)の樹脂を与える、のような反応により、他のポリ
(メタ)クリル酸誘導体のための出発物質としても作用
する。
【0045】新規イオン交換体はいくつかの段階により
製造され、そしていくつかの以下の実施例を用いて例示
される。
【0046】
【実施例】実施例1 重合は、広い平らなフランジ継手
の容器撹拌子(flat−flange−jointe
d vessel stirrer)、Pt 100の
温度検出器、還流冷却器、500mlの滴下漏斗及び制
御部付温度調節器を備えた、3リットルの平らなフラン
ジ継手のガラス容器中で行われた。
【0047】
【表1】
【0048】
【表2】
【0049】ヒドロキシエチルセルロースを脱イオン水
へまき散らし、少なくとも8時間水相を得るまで撹拌す
る。塩化ナトリウム水溶液を重合容器中へ最初に加え
る。ヒドロキシエチルセルロース溶液を塩化ナトリウム
溶液へ加える。スルホン酸溶液を15分間撹拌しその後
重合容器に加える。水相全体をさらに30分間撹拌す
る。
【0050】有機相を室温で15分間撹拌しその後撹拌
機を止め、水相を加える。混合物をその後撹拌せずに2
0分間静置し、そしてその後室温で170rpmで20
分間撹拌する。
【0051】混合物を撹拌しながら90分間かけて72
℃まで加熱する。反応の開始は、色の変化(曇り(cl
oudy)から乳白色へ)によって確認できる。発生し
た反応の熱は、温度調節器に接続されているガラス容器
のジャケットを介して消失させる。反応のピークを冷水
の添加割合により防ぐ。全体の反応時間は72℃で5時
間である。混合物をその後1時間かけて90℃まで加熱
し、この温度で5時間維持する。混合物をその後冷却
し、10%濃度の亜硫酸水素ナトリウム溶液300ml
と混合し、80℃で1時間撹拌する。樹脂をその後10
0メッシュのスクリーンで脱イオン水を用いて洗浄す
る。 収率:樹脂1180ml、乾燥収率:98.4% 有効粒子径(effective particle
size):0.278mm、均等係数:1.625
(光電子工学的に決定)実施例2 アルカリ加水分解の前に、実施例1のように
製造された樹脂500mlを加熱できるガラスフリット
(glas−frit)カラムへ移し、続いて80℃で
1時間焼なます(annealing)。樹脂をその
後、1カラム体積(BV)の熱脱イオン水で80℃で3
0分かけて溶出し、続いてさらに1時間焼きなます。焼
なましを4回繰り返し、溶出を3回繰り返す。
【0052】このように処理された樹脂を3リットルV
4Aオートクレーブ中で撹拌及び温度制御しながら加水
分解する。
【0053】
【表3】
【0054】樹脂及び水をオートクレーブ中に最初に導
入し、150℃まで加熱する。NaOHの最初の部分を
120分間かけて注入する。NaOHの二番目の部分を
その後100分間かけて加え、その後すぐに150ml
の水を加える。混合物の撹拌を150℃で3.5時間続
ける。注入及び撹拌を続けている間、圧力は4.5ba
rよりも高くならないように維持する。生産されたアン
モニアは水が導入されたガラス受け器を介して放出す
る。ひとたび連続撹拌が終了したら、混合物を100℃
まで冷却し、その後40分間かけて圧力を放出する。バ
ルブを開放しながら、670mlの水を注入する。最後
に混合物は再び100℃で1時間バルブを開放したまま
撹拌する。室温まで冷却した後、樹脂を取り除き、スク
リーン上で洗浄する。
【0055】樹脂をその後加熱できるカラムへ移す。H
型への転化を2BVsの10%濃度H2SO4を用いて9
0℃で行う。最初のBVを1時間かけて加え、二番目の
BVは4時間樹脂中にとどまらせる(stand o
n)。樹脂をその後90℃で中性になるまで洗浄する。 H型の容積(1050ml) 有効粒子径:0.49mm、均等係数:1.67。 全容量:4.76eq/l 体積変化:H/Na型(66%)、H/Ca型(−2
%)。 膨潤水:49.7%、乾燥重量:371g/l、嵩密
度:738g/l。
【0056】更なる精製のためには濾過からの樹脂水分
を、同じ容積の脱イオン水とともにオートクレーブ(V
4A)中で150℃まで加熱し、この温度で5時間撹拌
する。オートクレーブ中に存在する水はフリット管(f
rit tube)を通じて圧力下で取り除かれ、そし
て撹拌を止めながら同量の清水で吸引により置き換えら
れる。これを再び150℃まで加熱し、撹拌しながら精
製を繰り返す。樹脂は合計水で3回(3x)、150℃
で、それぞれ5時間行われ、室温まで冷却されスクリー
ン上で樹脂を洗浄する。
【0057】実施例3 樹脂を以下のように変え、実施
例1に記載したように重合する。
【0058】架橋剤:ジエチレングリコールジビニルエ
ーテル38g及びジビニルベンゼン(81%濃度)2
9.6g 重合温度第一段階:70℃、 撹拌器回転速度:160rpm、 収率:樹脂1120ml、乾燥収率:90.6%。 有効粒子径:0.421mm、均等係数1.585(光
電子工学的に決定) 加水分解を実施例2のように、濾過からの樹脂水分75
0mlを伴って行う。 H型の容積(1420ml) 有効粒子径:0.56mm、均等係数:1.48。 全容量:4.62eq/l 体積変化:H/Na型(68%)、H/Ca型(2
%)。 有効容積:1.95eq/l(レバークーセン(Lev
erkusen)幹線水(mains water)、
90g/lのHClの再生を用いての並流法)実施例4 樹脂を以下のように変え、実施例1に記載し
たように重合した。 架橋剤:ブタンジオールジビニルエーテル32g レゾルシン0.12gを伴った有機相 重合温度第一段階:70℃、 撹拌器回転速度:160rpm、そして70℃で7分後
に180rpmへ増加、 収率:樹脂1290ml、乾燥収率:91.2%。 有効粒子径:0.427mm、均等係数1.575(光
電子工学的に決定) 加水分解を実施例2のように、濾過からの樹脂水分50
0mlを伴って行う。 H型の容積(1060ml) 有効粒子径:0.569mm、均等係数:1.586。 全容量:4.28eq/l 体積変化:H/Na型(66%) 共重合体の特性 共重合体はそれらの共重合体パラメーターriにより最
もよく定義される。運動モデル(kinetic mo
del)においてはパラメーターは重合ラジカル上での
競合する単量体の添加の速度定数の比を表す。
【0059】
【数1】
【0060】対応する運動方程式は:
【0061】
【数2】
【0062】単量体Aと単量体Bの2成分の共重合にお
いては、系は二つの方程式により表される。
【0063】
【数3】
【0064】結果として得られる重合体の即時の(in
stantaneous)組成は:
【0065】
【数4】
【0066】上の方程式は、転化の関数としてのメイヤ
ー−ローリー(Meyer−Lowry)による集積形
(integrated foam)において最もよく
評価される(George Odian,重合の法則
(Principles ofPolymerizat
ion),John Wiley & Sons,19
81年,464頁)。
【0067】単量体Bの代わりに2官能性の架橋剤Vを
用いる架橋共重合の場合には、得られる方程式は以下の
ものである。
【0068】
【数5】
【0069】両方の方程式の因子2は、架橋剤のそれぞ
れの分子が重合において活性な2つの二重結合を有する
事実を考慮に入れたものである。
【0070】全体の反応は、二つの速度定数kAA及びk
VV並びに二つの共重合パラメーターrA及びrVにより表
される。速度定数kAA及びkVVは全体の反応速度に影響
するが重合の組成には影響を及ぼさない。なぜなら、単
量体Aは一般に架橋剤Vに対して過剰量存在し、架橋剤
の取込みの速度は主にパラメーターrAにより決定され
るからである。パラメーターrVの影響は軽視できる程
度の重要性であり、無視することができる。理想的な場
合では、rAは0.5の値を有する。
【0071】
【表4】
【0072】共重合パラメーターrAの決定 重合は以下を変更し、実施例1の特定(specifi
cation)の混合における組成で行なう。 −架橋剤の量:ジエチレングリコールジビニルエーテル
1,2及び4重量%、 −ヒドロキシエチルセルロースの量を35%増加、 −10分間で65℃(重合温度)まで加熱、 −撹拌器回転速度:230rpm、一時間後210−2
20rpm、 −内部標準:トルエン(単量体の全量に基づき1%) 一定の間隔で試料をサンプリングし、5−10倍量のジ
メチルスルホキシド(DMSO)へ取り、撹拌しながら
アイスバスで均質化する。DMSOを含んだ試料を一晩
撹拌し、その後残余の単量体組成を決定するためにガス
クロマトグラフィーで分析した。 −30mの長さ、内径320μm、フィルム厚さ0.2
μmの溶融シリカキャピラリー分離カラム。 −注入ブロック温度:350℃。 −温度調整:50℃で3分、その後20K/分の比率で
250℃まで、そして250℃で5分。
【0073】それぞれの成分の保持時間は: −アクリロトリル 5.60分 −トルエン 6.12分 −DMSO 10.79分 −ジエチレングリコールジビニルエーテル 10.33分 約30%までの重合転化の測定点は推定されたが、それ
はMeyer−Lowryの等式に適合した。このため
に、分子の転化は単量体相の組成に対してプロット(p
lot)された。
【0074】共重合パラメーターrAのために、得られ
た値は0.47±0.015であった。
【0075】一つの単量体(この場合アクリロニトリ
ル、指数A)及び二つの架橋剤(指数1及び2)の三成
分系は以下のパラメーター:
【0076】
【表5】
【0077】によって十分に特徴づけられる。
【0078】架橋剤の濃度が単量体のそれよりも有意に
小さい場合には、系はより簡単になる。共重合体の組成
は実質的に二つのパラメーターrA1及びrA2により決定
される。すなわち、三成分系アクリロニトリル/ジエチ
レングリコールジビニルエーテル/ジビニルベンゼン
は、二つの分離した二成分系、アクリロニトリル/ジエ
チレングリコールジビニルエーテル及びアクリロニトリ
ル/ジビニルベンゼンのように作用する。二つの架橋剤
は実際的に互いに影響を及ぼさない。
【0079】アクリロニトリル/ジエチレングリコール
ジビニルエーテルについては、rA1は0.635±0.
015であり、アクリロニトリル/ジビニルベンゼン
(m−異性体)については、rA2は0.05±0.00
1であり、そしてアクリロニトリル/ジビニルベンゼン
(p−異性体)については、rA3は0.028±0.0
1であった。
【0080】均質な網状構造の定義 新規なビーズ重合体及びイオン交換体の網状構造は、共
重合パラメーターrAにより決定され、それは実質的に
2官能性架橋剤の理想的な場合には典型的には0.5で
ある。本発明の意味においては均質な網状構造のために
は、rAは0.3から0.8、好適には0.4から0.
65(2官能性架橋剤)である。驚くべきことには、本
発明の意味においては脂肪族ニトリルの添加が理想的な
値である0.5に非常に近い共重合体パラメーターrA
を与え、そのことは網状構造が非常に実際上非常に均質
であることを示す。
【0081】マトリックス(matrices)におけ
るパラメーターの例示 マトリックス(単量体A及び架橋剤Vの二成分共重合の
ための2x2;単量体A及び架橋剤1及び2の三成分共
重合のための3x3)は、二つの重合反応の運動的定義
(kinetic definition)のために必
要とされるパラメーターを図式的に例示することを意図
するのものである。
【0082】重合パラメーターri(2成分)及びri
j(3成分)は、成長している重合体ラジカルへの2、
3又はそれ以上の単量体の添加のための相対速度定数を
表す。この重合体ラジカルの単量体との反応性(速度定
数)は−単純化した仮定によれば−最後に取込まれた単
量体(我々の場合ではアクリロニトリル又は架橋剤)に
よりもっぱら決定される。2成分の共重合の場合では、
2つの重合体ラジカルが、それぞれ2つの単量体(本発
明の場合ではアクリロニトリル及び架橋剤)、を加える
ことができるように存在する。すなわち、4つの速度定
数(2x2)が存在する。3成分系共重合の場合(本発
明の場合ではアクリロニトリル+架橋剤1及び2)にお
いては、3つの重合体ラジカルが3つの単量体(アクリ
ロニトリル+架橋剤1及び2)と反応できるように存在
する。すなわち、9つの速度定数(3x3)がこの場合
には含まれる。
【0083】その重合体ラジカルへの単量体の添加、例
えば、末端アクリロニトリル基を有する重合体ラジカル
へのアクリロニトリルの添加は、組成においては何も変
化を生み出さないが、重合全体の速度を決定する。高い
ki値(2成分)及びkii値(3成分)は速い重合を
意味し、低いki値及びkii値は遅い重合を意味す
る。
【0084】本発明の主たる特徴及び態様は以下の通り
である。
【0085】1. a)不飽和脂肪族ニトリルを架橋剤としてのジ−又はポ
リビニルエーテルと、そして開始剤と、保護コロイドの
存在下で懸濁液中で、但し種/供給工程においてではな
く、重合させてビーズ重合体を与え、そして b)これらが官能基化されてイオン交換体を与えること
を特徴とする、イオン交換体の製造方法。
【0086】2. 他のモノビニル化合物及び/又は架
橋剤及び/又はポロゲンを重合反応混合物に加えること
を特徴とする、上記1に記載の製造方法。
【0087】3. 使用される不飽和脂肪族ニトリル
が、一般式(I)
【0088】
【化5】
【0089】[式中、A,B及びCはそれぞれ他のもの
から独立して水素、アルキル又はハロゲンを表す]を有
するものを含むことを特徴とする、上記1及び2に記載
の製造方法。
【0090】4. 使用されるジビニルエーテルが、一
般式(II)
【0091】
【化6】
【0092】[式中、RはCn2n、(Cm2m-O)p-
m2m及びCH2−C64−CH2、並びにn≧2、m
=2−8、及びp≧2である]の化合物を含むものであ
るか、或いは、使用されるポリビニルエーテルが、グリ
セロール又はトリメチロールプロパンのトリビニルエー
テル或いはペンタエリトリトールのテトラビニルエーテ
ルであることを特徴とする、上記1に記載の製造方法。
【0093】5. α)上記3による一般式(I)の不飽和脂肪族ニトリル
と架橋剤としてのジ−又はポリビニルエーテルとを保護
コロイドの存在下で懸濁液中において重合させてビーズ
重合体を得、 β)ビーズ重合体をアルカリ加水分解し、そして γ)ビーズ重合体を、希釈鉱酸により塩型からH型へイ
オン交換を行う、ことを特徴とする、弱酸性陽イオン交
換体の製造方法。
【0094】6. 上記1に記載の段階a)により製造
されたビーズ重合体。
【0095】7. 上記6に記載のビーズ重合体の吸着
剤樹脂としての使用。
【0096】8. 上記1に記載の製造方法により製造
されたイオン交換体。
【0097】9. 上記5に記載の製造方法により製造
された弱酸性陽イオン交換体。
【0098】10. 飲料水又は地下水の処理のため、
他のポリ(メタ)クリル酸誘導体のための出発物質とし
ての、或いは他に化学産業、電子産業、食物若しくは飲
物産業、廃棄物処理業又は廃棄物再利用産業からの水性
若しくは有機性溶液から、極性若しくは非極性化合物又
は重金属若しくは貴金属又はヒ素若しくはセレンを取り
除くための、上記6に記載のビーズ重合体及び上記8に
記載のイオン交換体の使用。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C08F 8/12 C08F 8/12 216/14 216/14 (72)発明者 ラルフ−ユルゲン・ボルン ドイツ40764ランゲンフエルト・リカルダ −フーフ−シユトラーセ80 (72)発明者 ラインホルト・クリツパー ドイツ50933ケルン・ガイレンキルヒヤー シユトラーセ29 (72)発明者 ウルリヒ・シユネツグ ドイツ51377レーフエルクーゼン・ニーツ シエシユトラーセ8 (72)発明者 ハンス−カール・ゼスト ドイツ51147ケルン・イムビーネンガルテ ン21 (72)発明者 ボルフガング・ツアルゲス ドイツ51069ケルン・アムバルトビンケル 4

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 a)不飽和脂肪族ニトリルを架橋剤とし
    てのジ−又はポリビニルエーテルと、そして開始剤と、
    保護コロイドの存在下で懸濁液中で、但し種/供給工程
    においてではなく、重合させてビーズ重合体を与え、そ
    して b)これらが官能基化されてイオン交換体を与えること
    を特徴とする、イオン交換体の製造方法。
  2. 【請求項2】 他のモノビニル化合物及び/又は架橋剤
    及び/又はポロゲンを重合反応混合物に加えることを特
    徴とする、請求項1に記載の製造方法。
  3. 【請求項3】 使用される不飽和脂肪族ニトリルが、一
    般式(I) 【化1】 [式中、A,B及びCはそれぞれ他のものから独立して
    水素、アルキル又はハロゲンを表す]を有するものを含
    むことを特徴とする、請求項1及び2に記載の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 使用されるジビニルエーテルが、一般式
    (II) 【化2】 [式中、RはCn2n、(Cm2m-O)p-Cm2m及びC
    2−C64−CH2、並びにn≧2、m=2−8、及び
    p≧2である]の化合物を含むものであるか、或いは、
    使用されるポリビニルエーテルが、グリセロール又はト
    リメチロールプロパンのトリビニルエーテル或いはペン
    タエリトリトールのテトラビニルエーテルであることを
    特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
  5. 【請求項5】 α)請求項3に記載の一般式(I)の不
    飽和脂肪族ニトリルと架橋剤としてのジ−又はポリビニ
    ルエーテルとを保護コロイドの存在下で懸濁液中におい
    て重合させてビーズ重合体を得、 β)ビーズ重合体をアルカリ加水分解し、そして γ)ビーズ重合体を、希釈鉱酸により塩型からH型へイ
    オン交換を行う、ことを特徴とする、弱酸性陽イオン交
    換体の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載の段階a)により製造さ
    れたビーズ重合体。
  7. 【請求項7】 請求項1に記載の製造方法により製造さ
    れたイオン交換体。
  8. 【請求項8】 請求項5に記載の製造方法により製造さ
    れた弱酸性陽イオン交換体。
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