JPH10277404A - エチレンオキサイドを用いた強塩基性アニオン交換体製造方法 - Google Patents

エチレンオキサイドを用いた強塩基性アニオン交換体製造方法

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JPH10277404A
JPH10277404A JP10107144A JP10714498A JPH10277404A JP H10277404 A JPH10277404 A JP H10277404A JP 10107144 A JP10107144 A JP 10107144A JP 10714498 A JP10714498 A JP 10714498A JP H10277404 A JPH10277404 A JP H10277404A
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ethylene oxide
acid
basic anionic
anionic exchanger
anion exchanger
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ホルガー・リユトイエンス
Axel Dr Ingendoh
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Karl-Rudolf Dr Gassen
カール−ルドルフ・ガツセン
Peter Dr Wenzl
ペーター・ベンツル
Klaus Dr Rall
クラウス・ラル
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    • C08F8/44Preparation of metal salts or ammonium salts
    • 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
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    • B01J41/05Processes using organic exchangers in the strongly basic form
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エチレンオキサイドを用いた強塩基性アニオ
ン交換体製造方法。 【解決手段】 第三級アミノ基を有する弱塩基性アニオ
ン交換体とエチレンオキサイドを酸添加pH管理下で反
応させると、優れた強塩基性アニオン交換体が生じる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、第三級アミノ基を有する弱塩基
性アニオン交換体とエチレンオキサイドを限定条件下で
反応させることで架橋ビニル芳香族ポリマー類を基とす
る強塩基性アニオン交換体を製造する方法に関する。
【0002】弱塩基性のアニオン交換体は、第一級およ
び/または第二級および/または第三級アミノ基を含む
水に不溶なポリマー類であり、第一級アミノ基を含むア
ニオン交換体は、第二級もしくは第三級アミノ基を含む
アニオン交換体または第四級アンモニウム基を含むアニ
オン交換体の製造で出発材料として働き得る。
【0003】強塩基性アニオン交換体は、第四級アンモ
ニウム基、好適にはI型:
【0004】
【化1】
【0005】またはII型
【0006】
【化2】
【0007】の第四級アンモニウム基を含み、ここで、
-は各場合ともアニオン、例えばヒドロキシル、塩化
物、臭化物、ヨウ化物、フッ化物、硫酸塩、硫化物、水
素硫酸塩、水素硫化物、燐酸塩、二燐酸塩、一燐酸塩、
炭酸塩、水素炭酸塩、クエン酸塩、酒石酸塩、フタル酸
塩などを表す。
【0008】この2つの型は塩基性が異なり、そしてア
ニオン交換体の場合の樹脂の選択は、満たすべき目標の
種類に応じて、またその他の通常のイオン交換体技術の
場合と同様に、それの塩基性に応じて行われる。I型ア
ニオン交換体の合成は第一級アミノ基を有する樹脂と通
常のアルキル化剤、例えば塩化メチルなどを反応させる
ことで実施され得る一方、II型のアニオン交換体は、
第三級アミノ基を有する樹脂とクロロエタノールを反応
させると得られる。このII型の反応は、例えばドイツ
特許第1 054 715号の実施例6に記述されてお
り、そこではジメチルアミノ基を有する弱塩基性アニオ
ン交換体と希硫酸の混合物にエチレンオキサイドを30
℃で通している。
【0009】しかしながら、そのような強塩基性アニオ
ン交換体はそれらに課せられた仕事を満足させはするが
それらの製造に由来するか或は使用中に生じる不純物が
環境に放出されることが認められている。従って、本発
明の目的は、上記に関して従来技術のイオン交換体より
も優れているII型の強塩基性アニオン交換体を提供す
ることであった。
【0010】過去において、水を用いた洗浄を繰り返し
行うことでイオン交換体製造中に生じた化合物(これら
が未反応の出発材料であるか或は低分子量の未架橋ポリ
マー類であるかに拘らず)を除去する試みが行われてき
たが、このような試みは複雑でありかつそれの成功度は
ある程度のみであった。
【0011】第四級化中に特定の温度およびpH条件を
用いると、驚くべきことに、優れたII型強塩基性アニ
オン交換体が生じることをここに見い出した。
【0012】従って、本発明は、第三級アミノ基を有す
る弱塩基性アニオン交換体とエチレンオキサイドを反応
させることで架橋ビニル芳香族ポリマー類を基とする強
塩基性アニオン交換体を製造する方法に関し、この方法
は、上記弱塩基性アニオン交換体とエチレンオキサイド
を70から75℃において7から11、好適には8から
10のpHで反応させることを特徴とする。
【0013】上記イオン交換体の基礎となるビニル芳香
族ポリマー類は、ビニル芳香族、例えばスチレン、ビニ
ルトルエン、エチルスチレン、α−メチルスチレン、ク
ロロスチレン、o−クロロメチルスチレン、m−クロロ
メチルスチレン、p−クロロメチルスチレン、ビニルピ
リジン、ビニルナフタレンなどを基とするポリマー類で
ある。また、共重合性二重結合を1分子当たり1個含む
非芳香族モノマー類を製造で一緒に用いたポリマー類を
使用することも可能である。このようなモノマー類に
は、例えばアクリル酸、メタアクリル酸、アクリレート
類、メタアクリレート類、アクリロニトリル、メタアク
リロニトリル、アクリルアミド、メタアクリルアミド、
塩化ビニル、塩化ビニリデン、酢酸ビニルなどが含まれ
る。このビニル芳香族ポリマー類の製造では、モノエチ
レン系不飽和モノマー類に含める上記非芳香族モノマー
類の量を好適には全モノマー重量を基準にして10重量
%以下にする。
【0014】好ましくは、共重合性C=C二重結合
(類)を1分子当たり2個以上、好適には2または3個
有する架橋用モノマー類と一緒に共重合させることによ
り、上記ビニル芳香族ポリマー類を架橋させる。このよ
うな架橋用モノマー類には、例えば多官能ビニル芳香
族、例えばジ−およびトリビニルベンゼン類、ジビニル
エチルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルキシレ
ン、ジビニルナフタレンなど、多官能アリル芳香族、例
えばジアリルベンゼン類およびトリアリルベンゼン類な
ど、シアヌレート類およびイソシアヌレート類、例えば
シアヌール酸トリビニル、シアヌール酸トリアリル、イ
ソシアヌール酸トリビニルおよびイソシアヌール酸トリ
アリルなど、N,N’−C1−C6−アルキレンジアクリ
ルアミド類および−ジメタアクリルアミド類、例えば
N,N’−メチレンジアクリルアミドおよび−ジメタア
クリルアミド、N,N’−エチレンジアクリルアミドお
よび−ジメタアクリルアミドなど、OH基を1分子当た
り2から4個有する飽和C2−C20−ポリオール類のポ
リビニルエーテル類およびポリアリルエーテル類、例え
ばエチレングリコールのジビニルエーテル、エチレング
リコールのジアリルエーテル、ジエチレングリコールの
ジビニルエーテルおよびジエチレングリコールのジアリ
ルエーテルなど、OH基を1分子当たり2から4個有す
る飽和C2−C20−ポリオール類または不飽和C3−C12
−アルコール類でアクリル酸およびメタアクリル酸をエ
ステル化したエステル類、例えばメタアクリル酸アリ
ル、エチレングリコールのジ(メタ)アクリレート、グ
リセロールのトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリス
リトールのテトラ(メタ)アクリレートなど、そしてジ
ビニルエチレン尿素およびジビニルプロピレン尿素、ア
ジピン酸ジビニル、孤立C=C二重結合を2または3個
有する脂肪族および環状脂肪族オレフィン類、例えばヘ
キサ−1,5−ジエン、2,5−ジメチルヘキサ−1,
5−ジエン、オクタ−1,7−ジエン、1,2,4−ト
リビニルシクロヘキサンなどが含まれる。特に有用であ
ることを確認した架橋用モノマー類は、ジビニルベンゼ
ン(異性体混合物として)、およびC=C二重結合を2
または3個含む脂肪族C6−C12−炭化水素とジビニル
ベンゼンの混合物である。この架橋用モノマー類を、使
用する重合性モノマー類の全量を基準にして、一般に2
から20重量%、好適には2から12重量%の量で用い
る。
【0015】この架橋用モノマー類を純粋な形態で用い
る必要はなく、また産業で取り扱われる低純度の混合物
形態で用いることも可能である(例えばジビニルベンゼ
ンをエチルスチレンとの混合物として用いる)。
【0016】上記架橋ビニル芳香族ポリマー類から弱塩
基性アニオン交換体の調製ではクロロメチル化方法また
はアミノメチル化方法を用いることができ、各場合とも
その後にアミノ化を実施する。
【0017】クロロメチル化方法ではクロロメチル基を
含む架橋ビニル芳香族ポリマーが生じ、これを次に第三
級でないアミン類またはポリアミン類と反応させる、例
えば架橋ポリスチレンとモノクロロジメチルエーテルを
反応させた後、ジメチルアミンを用いたアミノ化を行
う。
【0018】それとは対照的に、アミノメチル化方法に
従う場合には架橋ビニル芳香族ポリマー類を反応性フタ
ルイミド誘導体、例えばN−クロロメチルフタルイミド
などと反応させ、その結果として生じたイミド類に加水
分解を受けさせることで、相当する第一級アミン類を生
じさせる。次に、その第一級アミノ基自身を通常のアル
キル化剤、例えば塩化メチルなどと反応させてもよい
か、或はLeuckart−Wallach還元アルキ
ル化でカルボニル化合物と蟻酸を還元剤として用いて反
応させてもよい。
【0019】この第三級アミノ基を有する架橋ビニル芳
香族ポリマー類が本発明に従う方法で用いる出発材料を
代表するものである。これらはアミノ基を芳香族核1個
当たり好適には0.3から2個含む。この出発材料はゲ
ル形態または巨視孔形態であってもよい。
【0020】上記弱塩基性アニオン交換体(=出発材
料)を第三級アミンの形態で水に撹拌しながら懸濁させ
ることを推奨する。一般的には、上記出発材料を添加す
る前に前以て水を意図した反応温度に加熱しておくか、
或は別法として、上記出発材料を水に懸濁させてそれを
意図した反応温度に加熱する。次に、エチレンオキサイ
ドを段階的に導入するか、或は好適には、信頼できる温
度管理を可能にする速度でできるだけ連続的に導入す
る。この期間中pHを連続的に管理するが、適切な無機
強酸、例えば硫酸、燐酸、塩酸、およびpka<2の酸
などを、より正確に好適には反応過程全体に渡って添加
することで、pHを本請求の範囲に従う範囲内に保持す
る。この酸の全添加量は出発材料中のアミノ基を基準に
して一般に0.4から0.6、好適には0.48から
0.52モルである。
【0021】第三級アミノ基から第四級アンモニウム基
への変換をできるだけ定量的に行うことが望まれる場合
には、エチレンオキサイドを第三級アミノ基1モル当た
り3モル以下、好適には1.05から1.5モル用いる
ことを推奨する。このエチレンオキサイドの添加が終了
した後、更に反応させる目的で余分に特定時間経過させ
る。この場合の反応進行はサンプルを取り出して分析す
ることで追跡可能である。反応終了後、残存するエチレ
ンオキサイドを除去し、反応生成物を水そして適宜食塩
水溶液で洗浄した後、塩化物、水酸化物、硫酸塩などの
形態に変換する。本発明に従う方法を用いて達成可能な
第三級アミノ基から第四級アンモニウム基への変換度
は、95%以上、好適には98%以上、特に99%以上
である。
【0022】以下の実施例に示すパーセントは全部重量
を基とするパーセントである。
【0023】
【実施例】実施例1 4000 lの脱イオン水に撹拌しながらN,N−ジメ
チルアミノ−メチル−ポリスチレンを3000 l懸濁
させる。この混合物を70℃に加熱した後、全体で47
7kgのエチレンオキサイドを2時間かけて加える。こ
の期間中、温度を70から75℃の範囲に保持する。こ
のエチレンオキサイド添加中、バッチのpHを連続的に
監視する。同時に250から350 lの96%濃度硫
酸を連続添加することでpHを8から10の範囲に保持
する。エチレンオキサイドの添加が終了した後、この混
合物を70℃で更に2時間撹拌する。窒素を用いたスト
リッピング(stripping)に続いて圧力を約2
00hPaにまで下げることで、未反応のエチレンオキ
サイドをバッチから除去する。次に、この生成物をふる
い板が備わっている洗浄タワーに移して脱イオン水で洗
浄する。20%濃度の食塩水溶液を4000 l加えて
2時間放置する。次に、この生成物を脱イオン水で中性
になるまで洗浄する。全容量(total capac
ity)を1リットル当たりの当量(eq/l)で測定
して、イオン交換樹脂1リットル当たりの塩基性基の当
量(モル)で表す。
【0024】 収量:4,500 l 全容量:1.15eq/l 第四級化度:99.5% 低分子量ポリマーの含有量:検出されず。
【0025】実施例2(pH調節なしの比較) 4000 lの脱イオン水に撹拌しながらN,N−ジメ
チルアミノ−メチル−ポリスチレンを3000 l懸濁
させる。この混合物を70℃に加熱した後、全体で55
0kgのエチレンオキサイドを4時間かけて加える。こ
の期間中、温度を70から75℃の範囲に保持する。窒
素を用いたストリッピングに続いて圧力を約200hP
aにまで下げることで、未反応のエチレンオキサイドを
バッチから除去する。エチレンオキサイドの一部は自己
重合してポリエチレングリコールになることからエチレ
ンオキサイドを過剰量で用いた。イオン交換体が完全に
エトキシル化されるような様式で反応を実施する。
【0026】次に、この生成物をふるい板が備わってい
る洗浄タワーに移して脱イオン水で洗浄する。20%濃
度の食塩水溶液を4000 l加えて2時間放置する。
次に、この生成物を脱イオン水で中性になるまで洗浄す
る。
【0027】 収量:4000 l 全容量:1.00eq/l 第四級化度:88.1% 低分子量の非架橋ポリマーの含有量=2.5g/ml。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カール−ルドルフ・ガツセン ドイツ40882ラテインゲン・アイゼンヒユ ツテンシユトラーセ92 (72)発明者 ペーター・ベンツル ドイツ51061ケルン・フーフエラントシユ トラーセ77 (72)発明者 クラウス・ラル ドイツ51061ケルン・ハーフアーカンプ8

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第三級アミノ基を有する弱塩基性アニオ
    ン交換体とエチレンオキサイドを反応させることで架橋
    ビニル芳香族ポリマー類を基とする強塩基性アニオン交
    換体を製造する方法であって、該弱塩基性アニオン交換
    体とエチレンオキサイドを70から75℃において7か
    ら11のpHで反応させることを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 該pHを反応過程全体に渡って7から1
    1の範囲に保持する請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 該弱塩基性アニオン交換体とエチレンオ
    キサイドを8から10のpHで反応させる請求項1記載
    の方法。
  4. 【請求項4】 該pHを硫酸の連続添加で調整する請求
    項1記載の方法。
JP10107144A 1997-04-09 1998-04-03 エチレンオキサイドを用いた強塩基性アニオン交換体製造方法 Pending JPH10277404A (ja)

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DE19714582.5 1997-04-09

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EP0870544B1 (de) 2003-02-05
HUP9800837A3 (en) 2002-02-28
EP0870544A1 (de) 1998-10-14
HU221180B1 (en) 2002-08-28
HUP9800837A2 (hu) 1999-06-28
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