JPH03210304A - ポリマーの処理工程 - Google Patents

ポリマーの処理工程

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JPH03210304A
JPH03210304A JP2315275A JP31527590A JPH03210304A JP H03210304 A JPH03210304 A JP H03210304A JP 2315275 A JP2315275 A JP 2315275A JP 31527590 A JP31527590 A JP 31527590A JP H03210304 A JPH03210304 A JP H03210304A
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08CTREATMENT OR CHEMICAL MODIFICATION OF RUBBERS
    • C08C2/00Treatment of rubber solutions
    • C08C2/02Purification
    • C08C2/04Removal of catalyst residues

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は、水素化ニトリルゴムからロジウム触媒残渣
を除去する工程を提供する。
発明の背景 ポリマーの水素化及び引続いてそのポリマーから水素化
触媒を分離することは、両方とも(例えば)米国特許4
,396.761;4.sio。
293及び4,595,749に引用されているように
、単位操作として十分に知られている。
更に具体的にいうと、あるロジウムを含んだ触媒はニト
リルゴムの“選択的な”水素化には特に適していること
が知られている。(即ち、炭素−窒素三重結合の水素化
が行なわれず、炭素−炭素二重結合の選択的水素化か行
なわれる)。
英国特許1,558,491には不飽和ニトリルゴムを
水素化する工程において、クロロロジウム(トリストリ
フェニルホスフィン) 、RhC1(PPh=)sの使
用を教示している。米国特許4,464.515は不飽
和ニトリルゴムの選択的水素化の工程において、ヒドリ
ドロジウムテトラキス(トリフェニルホスフィン)触媒
、HRh(PPha) 4の使用を教示している。これ
らの公知の工程は両方とも、最初に不飽和ニトリルゴム
は粘稠なゴム溶液を供給するため適当な溶媒に溶かす。
次いで触媒をゴム溶液に溶かす。これらの水素化工程は
、基質と触媒か同一相に含まれるため、均一であるとい
われている。
上述の均一な水素化工程のどちらか一方て作られる選択
的に水素化されたニトリルゴムは不飽和ニトリルゴムに
比へて熱誘導分解を受けにくくなる。上述の均一な工程
の一つの長所は、この工程が炭素−炭素二重結合の水素
化の触媒作用に必要な触媒は最小量で効果的であるとい
うことである。
反対に均一な触媒工程の不利な点は、反応が終った時に
その系から触媒を除去することが概して全く困難である
ことである。(不均一な工程と比べると、不均一系は触
媒は溶解せず、従って濾過または遠心分離によって容易
に分離できる。)ロジウムは活性な触媒金属であるので
、最終生成物の品質を向上させるため水素化ゴムからそ
れを除去することが望ましい。さらにロジウムが大変高
価なため、ロジウムの回収に経済的な刺激を与えている
。水素化ゴムからロジウムの回収を促している先行技術
はほとんどない。例外として米国の同時係属出願226
,883 (1988年8月出願)には、水素化ゴムか
ら得たロジウムを含む溶液を処理する方法が教示されて
いる。しかし前述の願書の方法は、細かく分割した有機
添加物の使用を要求しており、その添加物はもしそれが
十分に除去されないと水素化ニトリルゴム生成物を汚染
するポテンシャルを有している。
さらにイオン交換樹脂を用いて非粘稠な化学生産工程の
流れからロジウム複谷体を回収することも知られている
ケミカルアブストラクト(“CA”)以下(CA)とい
う。75:10 879f (1971)には、イオン
交換樹脂を用いてオキソ反応工程の流れからロジウム含
有触媒を分離することが述べられている。
CA35:588K(1976)には、チオールで官能
性化された(functional 1zed)樹脂を
用いて触媒を含む使用済の有機溶液から第7族の金属を
回収することが教示されている。
CA37:26590p (1977)には、二段工程
即ち(i)貴金属含有の水溶液を触媒担体から金属を抽
出して作り、(ii)貴金属をイオン交換樹脂で吸着さ
せることか述べられている。
CA95:10502r (1981)は、塩酸及び硝
酸を用いて使用済触媒から金属を抽出して白金及びロジ
ウムを回収し、引続いてイオン交換塔を用いて金属を分
離することに関連する。
今までは、選択されたイオン交換樹脂を用いて水素化さ
れたニトリルゴム溶液からのロジウムの除去は開示され
なかった。この方法は細かく分割した添加物を必要とせ
ず、すぐれた回収効率を提供する。
発明の要約 水素化ニトリルゴムからロジウム含有の触媒残渣を除去
する改善された工程は、イオン交換樹脂に炭化水素相か
接触していることから成り、前記炭化水素相は i)水素化ニトリルゴム ii)ロジウム含有の触媒残渣及び ii)炭化水素溶剤を含み、前記イオン交換樹脂は a)第一級アミン b)第二級アミン C)チオール d)カルボジチオエート e)チオ尿素及び f)ジチオカルバメート から選択された官能基を有する巨大網状樹脂であること
を特徴とする。
発明の詳細な説明 ここで用いられているように、“水素化ニトリルゴム”
という用語は、不飽和ニトリルゴムに含まれている元の
炭素−炭素二重結合の少なくとも80%、望ましくは9
0から99.5モル%の水素化によって得られた生成物
をいっている。不飽和ニトリルゴムはC2−、α、β不
飽和ニトリルモノマーとC41共役ジエンモノマーとの
共重合体である。代表的な例としてはアクリロニトリル
−ブタジェンゴムかあるが、普通はNBRといわれてい
る。不飽和ニトリルゴムは周知の遊離基乳化重合工程に
よって作られる。アクリロニトリルとブタジェンの重合
によって作られた代表的な不飽和ニトリルゴムには、2
0から50重量%の結合アクリロニトリル単位と結合ブ
タジェンがバランスして含まれている。多くの費用のか
からない卑金属触媒(例えばラネーニッケル、コバルト
アルキル及びアルミニウムアルキル)はニトリルゴムの
水素化の触媒作用には十分活性ではなく及び/または選
択的でない(即ちそれらは又炭素−窒素三重結合の還元
に触媒作用を及ぼす。)ので、ロジウム3育触媒により
水素化ニトリルゴムを製造することが好ましい。水素化
ニトリルゴムの触媒としてロジウム含有複合体が使用さ
れることは、米国特許4,464.515及び英国特許
1,558゜491に述べられており、その特許は開示
され3用される。
この発明の工程は選択された官能基を有する巨大網状樹
脂の使用を必要としている。“巨大網状”の用語はイオ
ン交換の専門用語においてありふれた平凡な意図を伝達
することを意味している。
即ち多孔質のイオン交換樹脂は平均して0.7mN/g
以上の細孔容積を有している。商業的に利用できる巨大
網状樹脂は100rd/g又はそれ以上の表面積を有す
る。その樹脂として代表的なものは、架橋した共重合体
、特にスチレン−ジビニルベンゼン共重合体を含む。
イオン交換樹脂にとって巨大網状であることは必要では
あるが、この条件はそれ自体十分ではない。ふされしい
イオン交換樹脂はさらにa)第一級アミン b)第二級アミン C)チオール d)カルボジチオエート e)チオ尿素及び f)ジチオカルバメート から選択された官能基を有することによって特徴づけら
れている。
望ましい樹脂はさらに45%以上の気孔率(水銀細孔針
法で測定)を有し、かつ250オングストロ一ム単位以
上の平均孔径を有することによって特徴づけられる。望
ましい樹脂はさらに乾燥量基準で0.2から2.5mの
間の粒度分布を有し、600から900g/iの間のか
さ密度(湿量基準)を育することによって特徴づけられ
る。
官能基を有するイオン交換樹脂はよく知られており、商
業的にも利用できる。しかし多くの商業的に利用でき、
官能性化(以下、官能化という)された樹脂は巨大網状
でなくしたがってこの発明の使用には適していない。そ
れゆえに官能基を有するイオン交換樹脂か提供するいろ
いろな技術の説明は添付実施例で示す。
この発明の好ましい実施態様において、適したイオン交
換樹脂は床式に配置、特に“カラム”(即ちイオン交換
樹脂の粒子に合った円筒形の容器)の中に樹脂を充てん
して組み立てる。さらに具体的にいうと、平均粒子直径
が0.2から2.58の間にあり湿式かさ密度か600
から9oog/lの間にあるイオン交換樹脂を細かいメ
ツシュ篩を通してカラム床に入れ用いられるのが望まし
い。
一方ロジウム含有の水素化ニトリルゴムの溶液はカラム
を通過させる。
ゴム溶液は0.5から20重重量型量%ゴム(望ましく
は3から9%)を含み、したかつて粘稠である。驚いた
ことにロジウムを10ppmCロジウム重量/溶液重量
基準)未満含んだ粘稠なゴム溶液はイオン交換樹脂塔(
即ち適切な樹脂で充てんされた)を用いて処理するとう
まくいくということが発見された。特に温度が60’C
から140’cの間の時である。60℃以下の温度で用
いることはできるが低い工程効率が得られる。160℃
以上の温度では、イオン交換樹脂の部分分解のポテンシ
ャルのため用いられるへきてはない操作温度は90から
120℃か非常に望ましい。
当業者によって正当に評価されるだろうか、本質的な圧
力低下は小さな粒子の床を通過する溶液の流れによって
もたらされる。この現象は、溶液か粘稠て、粒子か大変
細かい時に特に著しい。この発明の大変望ましい実施態
様においては、イオン交換樹脂床を通過するロジウム含
有の水素化ニトリルゴム溶液の流れの結果の圧力低下は
床高1フイートに付0.5から30ボンド/平方インチ
ゲージ(psig)でありまた全圧力低下は10psi
gから180psigである。さらに発明の詳細は下記
の限定されない実施例によって提供する。
実施例 1 この実施例はアミンで官能化もされた巨大網状樹脂の調
製とその樹脂の使用を具体的に説明している。
巨大網状m1lfrは架橋したジビニルベンゼン−スチ
レン共重合体で、800rrr/gの表面積を有し、バ
イオラッドラボラトリーズ(Bio Rad Labo
ra−tories)でバイオビーズS旧6 (Bio
 Beads 5M16)の商標名で市販されている。
(別設の記述がない限り、ここ及び下記の実施例で用い
られる基礎になる樹脂は“プロセス”級(“Proce
ssed”grade)で、即ち樹脂メーカーによって
洗浄し篩別されたものである。)入手した樹脂は使用前
に減圧で60℃で乾燥した。
発明の実験10及び11に用いられた樹脂は、最初に次
のようにクロロメチル化を行なった。
31gの樹脂、100−の塩化メチレン及び50gのク
ロロメチルエチルエーテルを最初に攪拌されている50
0−の三ロフラスコに入れた。次いで反応混合物をOか
ら5℃の間に冷却し、引続いて325m1の無水塩化ス
ズをゆっくりと加えた。室温で24時間攪拌した後、樹
脂を濾過して集め、テトうヒドロフラン(“THF”)
/水(1/l容積比):THF/水+塩酸(10%濃度
の塩酸を含む1/1容積比)、水、 THF 、  メ
タノール及び塩化メチレンで洗浄した。樹脂はさらにソ
ックスレー抽出器で溶剤として塩化メチレンを用い12
−14時間洗浄した。60’Cで真空下に乾燥の後、灰
色かかった色の樹脂(39g)が得られた。
実験1oでは、第一級アミンの官能性 (−CH2NH1)を有する樹脂を、上述したクロロメ
チル化樹脂にフタルイミドカリウムを反応させて調製し
た。得られたフタルイミドメチル樹脂はヒドラジン水和
物を用いて処理し、第一級アミン基を与えた。
実験11では、第二級アミンの官能性 (CH,−(NHCHzCH2)−−Nt(CH2CH
tC1)を有する樹脂を、クロロメチル化樹脂に2−メ
チル−2オキサゾリンとヨウ化カリウムを反応させて調
製した。
得られた樹脂は単離し、次いでカセイソーダ水溶液で処
理し、官能基を得た。
アミンで官能化した樹脂か水素化ニトリルゴムの溶液か
らロジウムを除去する能力は、下に述べる方法で測定さ
れた。
8から14%(重量/重量基準)のゴムを含む水素化ニ
トリルゴムのモノクロロベンゼン溶液!!、米国特許4
,464.515の工程により得られたロジウム含有触
媒及びトリフェニルホスフィン補触媒の存在下にアクリ
ロニトリル−ブタジェンゴムを水素化して調製した。
6%の水素化ニトリルゴムを含む“標準”ゴム溶液はモ
ノクロロベンゼンで希釈して調製した。
(ここ及び下記の実施例で用いられる“標準ゴム溶液”
の用語はこの溶液をいう。) 150dの標準ゴム溶液は第1表で示した0、5gの樹
脂と共に、攪拌されている5 00rnl三つロフラス
コに加えた。この反応混合物は攪拌し、窒素ガスを用い
5時間還流させた。次いで樹脂は濾過によって混合物か
ら除去した。ゴムは回転蒸発器を用い溶剤を蒸発させ回
収し、引続いて減圧下オーブンで60℃で乾燥した。回
収したゴムのサンプルは、原子吸光分析法によりロジウ
ム含量を分析した。その結果は第1表に示す。
比較実験12では、処理をしない150−の標準のゴム
溶液からゴムを上述の蒸気/乾燥方法により回収した。
対照実験からのゴムは原子吸光分析法で分析した結果1
04 ppmを含むことが分かった。
実験lO及び11で回収したゴムのロジウム含量はそれ
ぞれ27ppmであり、74%のロジウム(即ち比較実
験3のゴムのロジウム含量に比べて)が回収されたこと
を示している。実験lO及び11で回収されたゴムのト
リフェニルホスフィン分析はそれぞれ0.71及び1.
31重量%で、これらのイオン交換樹脂は驚いたことに
遊離のトリフェニルホスフィンの存在下にも効果的であ
ることを具体的に説明している。
実施例 2(比較例) これは比較例で、そこでは官能化されない巨大網状樹脂
が水素化ニトリルゴムのロジウム含有のモノクロロベン
ゼン溶液からロジウムを除去する試みに用いられた。
下に述べる例外は別として、この実施例で用いられる条
件は実施例1のと全く同一であった。
i)2gの官能化されていない巨大網状樹脂(実施例1
の実験10及び11に用いた0、 5 gの官能化され
た樹脂の代りに)を用いた。
ii)この実施例に用いたゴム溶液のロジウム濃度はぎ
りぎりに低かった。(実施例1で述べた1 04 pp
mのロジウムの代りに89 ppm )この実施例の実
験から回収したゴムには、ロジウムを79ppm含んで
いることが分った。これはロジウムのわずか11%回酸
回収ていないことを示している。
実施例 3 カルボジチオエートの官能性を有する巨大網状樹脂は下
記に述べるような臭素化、リチウム化及び二硫化炭素と
の反応によって調製された。
最初の臭素化反応は、還流冷却器、機械的攪拌機及び滴
下漏斗を備えた三つ口のllフラスコで達成した。実施
例1で述べた20gの巨大網状樹脂を300−の塩化メ
チレン及び0.5 gの塩化第二鉄と共にフラスコに加
えた。混合物を暗所で30分攪拌し、引続いて30.3
gの臭素を(55mlの塩化メチレンに溶かし)滴下し
た。
さらに1時間暗所で攪拌した後、混合物は加熱し4.5
時間還流させ次いで室温で一晩攪拌した。
反応混合物は過剰の遊離の臭素により依然として赤色で
あった。亜硫酸水素ナトリウム水溶液(5%、100r
nl)を注意深く攪拌しながら溶液に加えた。樹脂は濾
過で集め、塩化メチレン、アセトン、アセトン−水(2
:1)、アセトン、ベンゼン及びメタノールで洗浄し次
いでソックスレー抽出器で溶剤として塩化メチレンを用
いて一晩洗浄した。真空下60″Cで乾燥後、28.6
gの淡いベージュ色の樹脂が得られた。
臭素化樹脂を分析した所、30.5重量%の臭素を含有
していることを示した。
次いで臭素化樹脂のリチウム化は次のようにして達成し
た。8.0gの上述の臭素化樹脂と100dの乾燥テト
ラヒドロフラン(THF) (以下THFという)の混
合物を、機械的攪拌器、冷却器及びゴム製隔膜を備えた
500−の三つロフラスコに入れた。系は窒素ガスで置
換し、反応中は窒素ガスの下に保持した。混合物はO″
Cに冷却し、n−ブチルリチウムへキサン溶液(ヘキサ
ン中2.5M。
30−)を注射器を用いて滴下した。反応混合物は0℃
て30分間、次いで室温で1時間攪拌した。
このリチウム化した樹脂は単離することなく次のステッ
プに用いた。
次いでリチウムカルボジチオエート (−C,S、−Li” )の官能性を有する樹脂は下記
のよにして調製した。
臭化第一銅と臭化リチウムのTHFの溶液を上述のリチ
ウム化樹脂に加え、混合物を0″Cに保持した。次いで
二硫化炭素を混合物に加え所望の官能性をもたらした。
上述のカルボジチオエートで官能化した樹脂が水素化ニ
トリルゴムの溶液からロジウムを除去する能力は、実施
例1で述べた方法により実験4Iで測定した。実験41
で回収されたゴムのロジウム含量は9.2 ppmと測
定された。これはロジウムの91%が除去されたことを
示す。
次いで上述の方法(即ちカルボジチオエートで官能化し
た樹脂の調製及び標準ゴム溶液からロジウムを除去する
ための樹脂の使用)はくり返された。この“複製された
”カルボジチオエートで官能化された樹脂は実験42で
使用した。実験42から回収したゴムのロジウム含量は
、原子吸光分析法で5.8ppmと測定された。これは
ロジウムの94%が除去されたことを示す。
最後に、カルボジチオエートで官能化された樹脂は出発
樹脂として“未加工”(“un−processed”
)級の樹脂で調製した。(即ち基礎となる樹脂は同じメ
ーカー、即ちバイオ−ラッドラボラトリーズ(Bio−
Rad Laboratories )から入手したが
出荷前にメーカーによって予洗(pre−wash )
及び分別は行われなかった。)この“未加工”樹脂は上
述の方法を用いて臭素化、リチウム化し二硫化炭素と反
応させた。その結果得たカルボジチオニー)・は実施例
1で述べたように標準の水素化ゴム溶液と類似の溶液か
らロジウムを除去する。(その違いは実験43の溶液は
たった87ppmのロジウムを含んでいることである。
)実験43から回収されたゴムのロジウム含lは原子吸
光分析法により7、9 ppmと測定された。(ロジウ
ム87%除去) 実施例 4(比較例) これは官能化された非巨大網状樹脂が調製され、水素化
ニトリルゴムのロジウム含有溶液からロジウムを除去す
る試みに用いられた比較例である。
出発樹脂は非巨大網状のポリスチレン/ジビニルベンゼ
ンイオン交換樹脂でダウケミカル社(Dow Chem
ical Company)からDOW−PSDVBの
名称で市販されている。リチウムカルボジチオエートの
官能性は実施例3で述べた方法によって樹脂に導入され
てきた。(即ち臭素化、リチウム化及び二硫化炭素との
処理。) 0.5gの官能化された非巨大網状樹脂は実施例1に述
べた方法により、水素化ニトリルゴム(ゴムの〔ロジウ
ム)=61ppm)の溶液を処理するのに用いられた。
この実施例の実験から回収されたゴムは、57ppmの
ロジウムを含有し、これはロジウムの7%未満が樹脂に
よって除去されたことを示す。
実施例 5 この実施例はさらに硫黄を含有した官能性を育する巨大
網状樹脂の調製と使用を具体的に説明している。
実施例1の実験lOで用いた第一級アミンで官能化され
た樹脂(即ち−CF(、Nl2の官能性を有する)はこ
の実施例の実験51及び52で出発樹脂として用いられ
た。
実験51では上述の第一級アミンで官能化された樹脂は
アルキルイソチオシアナートと反応してチオ尿素で官能
化された巨大網状樹脂を提供した。
実験52ではカルバメートで官能化された樹脂は二硫化
炭素を第一級アミンで官能化された樹脂と反応して調製
された。
実験53ではチオール官能基を有する巨大網状樹脂が用
いられた。
上述の樹脂は、実施例1で述べられた方法を用いて実施
例1の標準ゴム溶液のサンプルからロジウムを除去する
のに用いられた。結果は第3表に示す。
実施例 に の実施例はこの発明の望ましい実施態様におけるイオン
交換塔の使用を具体的に説明する。
用いられた樹脂は実験53のチオールで官能化された巨
大網状樹脂であった。さらに特徴づけるとこの樹脂は0
.3−1.2mmの粒度分布と約800g/17のかさ
密度を有していた。樹脂の約60g(乾燥重量)は長さ
が約91cm、内径が約1.9@のカラムに充てんされ
た。
吸着実験は水素化ニトリルゴムのロジウムを含有するモ
ノクロロベンゼン溶液を充てんカラム(−回は基準液を
通して)を通して54時間連続して行なわれた。
〔注:いくつかの異なった水素化ゴム溶液はこの実施例
に用いられた。溶液は注意深(標準化されなかった。従
って3つの異なった未処理溶液のサンプルは第4表に示
したように3つの異なった時間に分析した。〕 カラムは80とlOOoCの間で予熱し、ゴム溶液も5
0と70″Cの間で予熱した。ゴム溶液は−般に5.6
と6.4%の間の水素化ニトリルゴム(重量/重量基準
)を含み、これを4と10 g/minの間の流量でカ
ラムに加えた。サンプル1−6はカラムに存在するゴム
のロジウム濃度を定量するために分析した。サンプルC
2,C4及びC6はカラムでの処理に先立ちゴム溶液の
ロジウム濃度を定量するため分析し、これらの比較サン
プルはそれぞれサンプル2,4及び6に先立って取り出
した。
ロジウム分析は実施例1に述べた方法により達成した。
データは第4図に示す。
第4表 4.7 6 4 8.2 6 4 7.5 3 9.0 注: C2,C4,C6は比較例である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)水素化ニトリルゴムからロジウム含有の触媒残渣
    を除去する工程において、前記工程はイオン交換樹脂に
    炭化水素相が接触していることから成り、前記炭化水素
    相は i)水素化ニトリルゴム ii)ロジウム含有の触媒残渣及び iii)炭化水素溶剤を含み、前記イオン交換樹脂はa
    )第一級アミン b)第二級アミン c)チオール d)カルボジチオエート e)チオ尿素及び f)ジチオカルバメート から選択された官能基を有する官能性化巨大網状樹脂で
    あることを特徴とする工程。 (2)官能性化巨大網状樹脂は、45%以上の気孔率、
    0.2から2.5mmの粒度分布及び100m^2/g
    以上の表面積を有することを特徴とする請求項1、に記
    載の工程。(3)官能性化巨大網状樹脂は、スチレン−
    ジビニルベンゼン共重合体樹脂より作られることを特徴
    とする請求項2、に記載の工程。 (4)60℃から120℃の温度で処理することを特徴
    とする請求項3、に記載の工程。(5)官能基は、第一
    級アミンであることを特徴とする請求項1、に記載の工
    程。 (6)官能基は、チオールであることを特徴とする請求
    項1、に記載の工程。 (7)水素化ニトリルゴムは、10から0.5モル%の
    不飽和度を有する水素化アクリルニトリル−ブタジエン
    ゴムであることを特徴とする請求項1、に記載の工程。 (8)遊離のトリフェニルホスフィンの存在下に処理す
    ることを特徴とする請求項1、に記載の工程。 (9)イオン交換カラムの中で処理することを特徴とす
    る請求項1、に記載の工程。 (10)水素化ニトリルゴムは、10から0.5モル%
    の不飽和度を有する水素化アクリルニトリル−ブタジエ
    ンゴムであることを特徴とする請求項9、に記載の工程
    。 (11)カラム中での圧力低下は10から50psig
    であることを特徴とする請求項10、に記載の工程。
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