WO2016058640A1 - Cross-linked copolymerisates, process for the efficient production of a low-swelling pearl polymer and use thereof - Google Patents

Cross-linked copolymerisates, process for the efficient production of a low-swelling pearl polymer and use thereof Download PDF

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WO2016058640A1
WO2016058640A1 PCT/EP2014/072140 EP2014072140W WO2016058640A1 WO 2016058640 A1 WO2016058640 A1 WO 2016058640A1 EP 2014072140 W EP2014072140 W EP 2014072140W WO 2016058640 A1 WO2016058640 A1 WO 2016058640A1
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copolymer
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hydrogen
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PCT/EP2014/072140
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Michael DR. KATZBERG
Helmut Ritter
Georg MEISWINKEL
Klaus KÜHLEIN
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Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag
Thyssenkrupp Ag
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    • C08F212/36Divinylbenzene
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    • C08F226/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen
    • C08F226/06Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen by a heterocyclic ring containing nitrogen

Definitions

  • the present invention relates to a crosslinked copolymer in the form of spherical particles derived from ring nitrogen-containing heterocycles, a process for their preparation and their use for the adsorption and purification of acidic compounds, in particular of organic carboxylic acids.
  • DE 3 043 766 A1 discloses a process for recovering carboxylic acid from an aqueous solution.
  • the sorbent consists of pyridine units and is prepared by suspension polymerization.
  • Crosslinkers are divinylbenzene, divinyl phthalate and ethylene glycol diacrylate.
  • the sorbent material has a low capacity and has a strong swelling.
  • U.S. Patent Nos. 4,552,905 and 4,576,973 The adsorption of organic acids from aqueous solutions is also described in U.S. Patent Nos. 4,552,905 and 4,576,973.
  • U.S. Patent No. 4,552,905 describes an exchange resin based on 4-vinylpyridine.
  • US Pat. No. 4,576,973 describes an exchange resin based on N-vinylimidazole.
  • the crosslinkers used are predominantly difunctional water-soluble acrylamides, such as ⁇ , ⁇ -methylenebisacrylamide, or diacrylates or dimethacrylates.
  • the exchange resin is obtained by an inverse suspension polymerization by 4-vinylpyridine or N-vinylimidazole is dissolved together with the crosslinker and the initiator in water and the aqueous phase is then suspended in a hydrophobic inert solvent by the addition of an emulsifier.
  • non-water-soluble crosslinkers such as divinylbenzene
  • other usable monomers such as N-vinylformamide or N-vinylacetamide may be mentioned.
  • 50-95% of the basic monomer and 5-50% crosslinker are used.
  • the copolymer is in the form of beads having a diameter in the range of 0.04 to 0.15 mm.
  • the thus-synthesized exchange resin has a high adsorption capacity compared to conventional ion exchangers. Information on the degree of swelling can not be found.
  • N-vinylimidazole and divinylbenzene-based exchange resins, as well as 4-vinylpyridine-divinylbenzene-based resins and their application is described in various patent documents and scientific publications. Fontanals et al. describe in J. Polym. Science (A), 42, 2019-25 (2004) and in J. Chromat. A, 1030 (2004) 63-8 and in J. Chromat. A, 1035 (2004) 281-84 describe the synthesis of such exchange resins for solid-phase extraction of polymeric substances by suspension polymerization.
  • N-vinylimidazole, divinylbenzene and 2,2'-azobis (2-methylpropionitrile) (AIBN) in toluene or a toluene / dibutyl phthalate mixture with the aid of polyvinyl alcohol is emulsified in water and then polymerized.
  • the polymer is in the form of particles of uniform spherical shape.
  • Important for the sorption capacity of such polymers is their proportion of functional groups in the polymer, which can be characterized by the amount of nitrogen in the polymer or the percentage of incorporated into the polymer amount of the nitrogen-containing monomer.
  • Crosslinked and non-swellable polymeric ampholytes are described in U.S. Patent No. 6,420,439 B1. These polymers are obtained by modification of poly-2 or poly-4-vinylpyridine resins crosslinked with divinylbenzene. The modification can be carried out by quaternization of the nitrogen atom on the pyridine radicals by covalently bonding a substituent which additionally carries a negatively charged group to the pyridyl nitrogen.
  • the ampholytes can be used to separate acids from other substances.
  • DE 102 61 910 A1 describes an adsorbent material for blood, blood plasma and albumin purification processes. It is a highly networked, highly porous, Spherical divinylbenzene copolymer containing 4 to 30 wt .-% of a radically copolymerized vinylimidazole monomer.
  • An object of the present invention was therefore to provide a crosslinked copolymer which has a high sorptive capacity for acidic substances and a low swelling capacity and can be efficiently produced.
  • the present invention relates to a crosslinked copolymer in the form of spherical particles (a) 45-80% by weight, based on the total weight of the copolymer, of structural units derived from the general formula (I)
  • R 1 , R 2 and R 3 each independently of one another, denote hydrogen or (C 1 -C 4) -alkyl
  • X is a covalent C-C, C-O or C-N bond or a divalent organic bridging group
  • R 4 is a monovalent radical of a heterocyclic 5- or 6-ring compound having at least one protonatable nitrogen atom in the ring,
  • R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 each independently of one another denote hydrogen or (C 1 -C 4 ) -alkyl
  • Y is a C-C or C-N covalent bond or a -CO-O- or -CO-NH- group
  • U is a bi- to hexahydric organic bridging group, which may also have one or more heteroatoms, and
  • the information relating to the proportion of the structural units derived from the formulas (I) and (II) relates to the total weight of the copolymer.
  • X is a covalent CC, CO or CN bond
  • X represents exclusively the bond itself and no atoms, ie, if it is a CO or CN bond, comes the O- or the N atom from the radical R 4 .
  • Y is a covalent bond. If Y is a - CO-O- or -CO-NH group, this may be bonded in any direction, ie also as -O-CO- or -NH-CO- group.
  • the crosslinked copolymer of the invention is characterized in that it has a comparatively high proportion of incorporated crosslinker derived from the general formula (II) and at the same time a comparatively high proportion of sorbent groups derived from the general formula (I).
  • the proportion of the structural units is derived from the general formula
  • the proportion of the structural units is derived from the general formula
  • R 1 , R 2 and R 3 are hydrogen or one of these groups is methyl and two of these groups are hydrogen
  • X is a covalent CC, CO or CN bond or is a methylene group
  • R 4 is a monovalent radical of a heterocyclic 5- or 6-ring compound, with 1, 2, 3 or 4, preferably one or two nitrogen atoms in the ring, of which at least one is a protonatable nitrogen atom.
  • the particles of the polymer according to the invention have an average particle diameter D 5 o of 150 to 300 ⁇ .
  • the volume swelling degree is 1, 2 to 1, 6, more preferably 1, 2 to 1, 5.
  • novel copolymers which, in addition to the structural units derived from the general formulas (I) and (II), contain no units of other polymerizable compounds.
  • copolymers of the invention are in the form of spherical particles or as a bead polymer and can preferably be prepared by suspension polymerization.
  • This is understood to mean not only exactly spherical particles but also substantially spherical particles, wherein a part of the copolymer may also be present in non-spherical form.
  • the present invention relates to a process for the preparation of crosslinked copolymers in the form of spherical particles comprising the steps:
  • R 1 , R 2 and R 3 each independently of one another, denote hydrogen or (C 1 -C 4) -alkyl
  • X is a covalent C-C, C-O or C-N bond or a divalent organic bridging group
  • R 4 is a monovalent radical of a heterocyclic 5- or 6-ring compound having at least one protonatable nitrogen atom in the ring,
  • R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 each independently of one another denote hydrogen or (C 1 -C 4) -alkyl
  • Y is a C-C or C-N covalent bond or a -CO-O or -CO-NH group
  • U is a bi- to hexahydric organic bridging group, which may also have one or more heteroatoms, and
  • a 1, 2, 3, 4 or 5, iv) at least one cosmotropic salt in an amount of at least 30% by weight, particularly preferably 60-90% by weight, based on the total amount of the monomers (a) and (b) used,
  • composition according to step (A) can be used in customary quantities known to the person skilled in the art.
  • Suitable cosmotropic salts of component (iv) are customary cosmotropic salts known to the person skilled in the art.
  • the cosmotropic salt is selected from the group consisting of fluorides, chlorides, sulfates, hydrogen phosphates and acetates or mixtures of at least two of these salts, more preferably selected from the group consisting of fluorides, chlorides, sulfates, hydrogen phosphates and acetates of sodium, potassium or ammonium or mixtures of at least two of these salts and most preferably from the group consisting of sodium chloride, sodium sulfate, potassium chloride, potassium sulfate or a mixture of at least two of these salts.
  • the cosmotropic salt may preferably be used in an amount of from 30% by weight to 120% by weight, based on the total amount of the monomers (a) and (b) used.
  • the cosmotropic salt is particularly preferably used in an amount of 60 to 90% by weight, based on the total amount of the monomers (a) and (b) used.
  • the radical polymerization takes place according to the invention preferably in the form of a suspension polymerization in aqueous phase in which monomer droplets are suspended.
  • the monomer droplets are produced by agitating the composition in step (B) wherein the components of the composition in step A) can be provided simultaneously or at least partially sequentially, for example in the form of an aqueous receiver containing the protective colloid and monomers or the protective colloid and to which the monomers are added while stirring.
  • stirrer reactor geometry and by the selection of the Stirring speed or the protective colloid can be adjusted size and size distribution of the monomer droplets and thus size and size distribution of the polymerized particles.
  • the protective colloid it is possible to use all polymeric substances known to the person skilled in the art for this purpose. Examples of these are cellosolve derivatives, such as cellulose ethers, e.g. Hydroxyethyl cellulose, polyvinyl alcohol or polyvinylpyrrolidone.
  • the protective colloid used is polyvinyl alcohol.
  • the initiation of the polymerization takes place after preparation of the monomer suspension by measures known to the person skilled in the art, such as irradiation of high-energy radiation and / or by addition of a radical polymerization initiator which initiates the polymerization at elevated temperatures, e.g. initiated by more than 40 ° C.
  • the free radical initiator may already be present in the composition at the beginning of the process and is activated by the temperature increase or by energetic radiation or the temperature of the composition stirred according to step (B) is increased and the radical initiator is then added to the composition.
  • the addition of several portions of radical initiator is possible. These additions may extend over the entire duration of the polymerization.
  • the free-radical polymerization is carried out at temperatures of 60 to 140 ° C, preferably at 80 to 95 ° C.
  • the radical polymerization can be carried out under normal pressure, under reduced pressure or under elevated pressure.
  • the free radical polymerization is preferably carried out under atmospheric pressure.
  • the monomer derived from the general formula (I) is N-vinylimidazole and the monomer derived from the general formula (II) used is divinylbenzene.
  • the copolymer according to the invention contains structural units derived from one or more crosslinkers and structural units derived from one or more, one polymerizable olefinic group and in the ring at least one protonatable nitrogen atom containing heterocyclic 5- or 6-ring compound and optionally structural units of one or more other polymerizable compounds.
  • structural units is meant the groups randomly distributed in the copolymer which are formed from the polymerizable monomeric compounds used to prepare the copolymer.
  • the polymerizable olefinic group of the heterocyclic 5- or 6-ring compound having at least one protonatable nitrogen atom in the nucleus is usually directly, but optionally also indirectly, e.g. via an oxygen or sulfur atom bonded to the nucleus and has the general formula (I) described above.
  • Preferred monomers of general formula (I) are those in which R 1 , R 2 and R 3 are each independently.
  • the radical R 4 of the heterocyclic 5- or 6-ring compound may have, for example, one, two, three or four nitrogen atoms, of which at least one must be protonatable;
  • the heterocyclic ring may optionally also contain another heteroatom or several, for example 1, 2 or 3, other heteroatoms, in particular oxygen and / or sulfur.
  • the heterocyclic 5-membered ring can be saturated, partially saturated or unsaturated and represent, for example, an imidazoline, oxazoline, thiazole, oxadiazole, triazole or tetrazole and may optionally also contain one or more, for example 1, 2 or 3, (C 1 -C 4) -alkyl and / or (C 2 -C 4) -hydroxyalkyl groups.
  • heterocyclic 6-membered ring In the case of a heterocyclic 6-membered ring, it may be saturated, partially saturated or unsaturated and may represent, for example, a pyridine or pyrimidine, pyrazine, pyridazine and may optionally contain one or more, for example 1, 2 or 3 (C 1 -C 4) alkyl and / or or (C 2 -C 4) -hydroxyalkyl groups.
  • Polymerizable olefinic groups in the monomer of the formula I are in particular the vinyl, allyl, methallyl or isopropenyl group.
  • the heterocyclic-5-ring compound of the formula (I) there may be mentioned, for example: 1-vinyl-1,2,3-triazole; 1-vinyl-1, 2,4-triazole; 4-vinyl-1,2,3-triazole; 5-vinyl-1,2,3-triazole; 1-vinyl-1,2,3,4-tetrazole; 2-vinyl-1,2,3,4-tetrazole; 2-allyl-1,2,3,4-tetrazole; 1-allyl-1,2,3,4-tetrazole; 1-methyl-5-vinyl-1,2,3,4-tetrazole; 2-methyl-5-vinyl-1,2,3,4-tetrazole; 3-vinyl-1,2,4-oxadiazole; 3-vinyl-5-methyl-1,2,4-oxadiazole; 3-iso-propenyl-1, 2,4-oxadiazole; 2-isopropenyl-1, 3,4-oxadia
  • Suitable crosslinkers are compounds of the formula (II) which contain 2-3 polymerizable radicals, in particular the formulas CH 2 CHCH-, CH 2 CHCH-CH 2 - or CH 2 CHCH (R 7 ) -CO-, in the molecule R 7 is hydrogen or (Ci-C4) alkyl, in particular hydrogen or methyl.
  • crosslinkers examples include triallyl cyanurate, triallyl phosphate, ⁇ , ⁇ ', ⁇ "- tris-acryloyl perhydrotriazine, 1, 2,3-trivinyl oxypropane, tetrasilyl-oxyethane, pentaallyl sucrose, triallylamine, ethenphosphonic acid di-allyl ester, ethylene glycol-1, 2- to (ethenphosphonklareester), also generally compounds of the formulas IV, V or VI
  • R 19 is the residue of a di-, tri-, tetra- or polyol formed by removal of n hydroxyl-hydrogen atoms, and
  • R 17 is the radical of an aliphatic, aromatic or heteroaromatic hydrocarbon formed by removal of n hydrogen atoms.
  • Suitable compounds of the formulas (V) and (VI) are, for example: triallyl tricarballylate, triallyl aconitate, triallyl citrate, triallyl trimesinate, triallyl trimellitate, trimethylolpropane tri- acrylate and methacrylate, diallyl oxalate, divinyl phthalate, diallyl maleate, fumarate, adipate, pentaerythritol tetra-acrylate and methacrylate, pentaerythritol tri-acrylate and methacrylate.
  • crosslinkers of the formula (IV) are divinylbenzenes and trivinylbenzenes.
  • Suitable water-soluble crosslinkers are, in particular, derivatives of acrylic or methacrylic acid, such as e.g. N, N'-methylene-bis-acrylamide, ⁇ , ⁇ '-methylene-bis-methacrylamide, N, N'-methylene-bis- (N-hydroxymethyl-methacrylamide), N, N'-bis (methacroyl) - aminoacetic acid, N, N'-bis (acryloyl) aminoacetic acid, 1, 2 bis (acrylamido) -1, 2-dihydroxy-ethane, 1, 2-bis (methacrylamido) -1, 2-dihydroxyethane, 1, 2-bis (N-hydroxymethyl-methacrylamido) -1,2-dihydroxy-ethane, 1,2-bis- (N-methoxymethyl-methacrylamido) -1,2-dimethyloxyethane, 1,6-bis (arcrylamido) - hexane,
  • bivalent crosslinkers are divinylbenzenes, especially 1, 4-divinylbenzene, ethylene glycol diacrylate or dimethacrylate, diallylamine, divinylpyridines, divinylchinolines, divinyl ketone, divinylsulfone, dimethylenglycol diacrylate or dimethacrylate, butylene glycol diacrylate or dimethacrylate, diallyl oxalate, diallyl maleate, fumarate, adipate, phthalate, divinyl phthalate, diallylmelamine.
  • divinylbenzenes especially 1, 4-divinylbenzene, ethylene glycol diacrylate or dimethacrylate, diallylamine, divinylpyridines, divinylchinolines, divinyl ketone, divinylsulfone, dimethylenglycol diacrylate or dimethacrylate, butylene glycol diacrylate or dimethacrylate, diallyl oxalate, diallyl
  • two or more surfactants e.g. of N, N-methylene-bis-acrylamide / ⁇ , ⁇ -bis-acryloyl-aminoacetic acid
  • N N'-methylene-bis-acrylamide / isovaleryl-bis-acrylamide
  • copolymers according to the invention may also contain units of polymerisable silicon and / or boron-organic compounds, in particular if these compounds act as units of n-valent crosslinking agents.
  • Suitable n-valent crosslinkers are also those compounds which contain only one or two polymerizable olefinic double bonds in the molecule, but which can additionally link together (n-1) or (n-2) polymer chains due to secondary reactions.
  • Such crosslinkers are, for example, silanes containing alkoxy groups, in which the alkoxy groups are hydrolyzed in an aqueous medium as an intermediate to Si-OH groups. Two such silanol groups then cause condensation of and formation of a siloxane bond Si-O-Si the linkage of two chains.
  • Suitable polymerizable silicon and boron-organic compounds are, for example, acrylic or methacrylic acid-3- (trimethoxy-silyl) -propyl esters, acrylic or methacrylic acid-3- (triethoxy-silyl) -propyl esters, acrylic or methacrylic acid -3- (tri (methoxyethoxy) silyl) propyl ester, acrylic or methacrylic acid 3- (tri (methoxyethoxyethoxy) silyl) propyl ester, acrylic or methacrylic acid 3- (di (methoxy) methyl -silyl) propyl ester, acrylic or methacrylic acid 3- (di (ethoxy) ethylsilyl) propyl ester, vinyltri-ethoxy-silane, vinyltrimethoxy-silane, vinyltri -allyloxy-silane, allyl-tri-allyloxy-silane, vinyl-methyl-di-ethoxy-
  • the polymerisable organosilicon or boron-organic compounds can also, if the prerequisites for this are present, be used as n-valent crosslinkers or at the same time as polymerizable silicon or boron-organic compounds and as crosslinkers.
  • the polymerizable monomers can generally be used in commercial form, ie without prior purification.
  • crosslinked copolymer particles according to the invention are preferably prepared by the suspension polymerization in the aqueous phase described above.
  • the aqueous phase used in the copolymerization consists wholly or for the most part of water.
  • water-miscible substances for example, aliphatic Ci-C4 alcohols.
  • a generally 15 to 80% solution of the monomers is prepared in an inert hydrophobic liquid, for example in aromatic and / or aliphatic hydrocarbons.
  • liquid monomers can be used as such or solid monomers are dissolved in liquid monomers and added to the reaction mixture.
  • the monomer solution is added in whole or in part to the aqueous receiver and therein in the presence of a protective colloid such as polyvinyl alcohol, usually at temperatures of 20 to 40 ° C by stirring suspended.
  • a protective colloid such as polyvinyl alcohol
  • the copolymerization is carried out in a manner known per se, e.g. triggered by UV light or other high-energy radiation, but usually by a soluble in the monomer mixture, radical-providing initiator.
  • Suitable initiators are e.g.
  • the free radical initiator may be added to the water and / or oil phase. Preferably, the free radical initiator is added to the water phase.
  • the protective colloid must be soluble or dispersible in the aqueous phase and prevents coalescence of the finely divided dispersed organic phase.
  • Suitable protective colloids are the above-enumerated high molecular weight organic substances.
  • the protective colloid or a mixture of different protective colloids are generally used in amounts of at least 0.5% by weight, preferably 2 to 20% by weight, based on the total amount of monomers.
  • the volumes of the disperse organic phase and the aqueous phase preferably behave as 1: (2 to 50), more preferably 1: (2-5), most preferably 1: 3.
  • the dispersion of the organic monomers in the aqueous phase treated with protective colloid takes place in a manner known per se, preferably by vigorous stirring.
  • copolymerization it is expedient to carry out the copolymerization in the absence of oxygen. This can be done in a known manner by flushing or passing an inert gas, such as nitrogen.
  • the copolymerization is usually completed after 0.5 to 100 h, preferably after 1 to 20 h. After completion of the copolymerization, the resulting crosslinked copolymer is separated, washed with water and / or organic solvent and dried.
  • regulators can be added to the polymerization batches. These are those compounds which influence the molecular weight of the copolymers produced. Suitable known regulators are e.g. Alkylmercaptans, such as e.g. Dodecylmercaptan and tert-dodecylmercaptan, isooctylthioglycolate and some halogen compounds, e.g. Carbon tetrachloride, chloroform and methylene chloride.
  • Alkylmercaptans such as e.g. Dodecylmercaptan and tert-dodecylmercaptan
  • isooctylthioglycolate e.g. Carbon tetrachloride, chloroform and methylene chloride.
  • the quality properties of the crosslinked copolymers can be further improved.
  • crosslinked copolymers according to the invention prepared in this way in the form of spherical particles or fine beads, are dried after separation from the reaction mixture and obtained in solid form.
  • the crosslinked copolymers according to the invention are obtained in the form of spherical particles or beads, which typically have diameters in the range from 40 to 500 ⁇ m, in particular from 100 to 300 ⁇ m.
  • the average particle diameter D 5 o of these particles is 100 to 500 ⁇ , preferably 150 to 300 ⁇ .
  • the mean value is calculated from the sum distribution curve of the measured particle diameter.
  • the copolymer particles according to the invention are characterized by an extremely low volume swelling degree of 1.1 to 2.0, in particular from 1.2 to 1.6, more preferably 1.2 to 1.5.
  • the volume swelling rate is determined by filling 1 ml of the dry copolymer in a 10 ml graduated cylinder and then making up to 10 ml with a 2% strength by weight solution of an organic acid, preferably lactic acid. After 24 hours the resin bed volume is read.
  • the volume swelling Qv is the quotient of the volume of the swollen copolymer and the volume of the dry copolymer. It is believed that the high level of crosslinking in the copolymer particles accounts for this surprisingly low volume swell.
  • the copolymer according to the invention by a surprisingly high degree of incorporation (quotient of molar amount of the monomer of the general formula I in the copolymer and the amount of the same monomer in the reaction mixture) of> 70%, preferably> 75%, more preferably at least 80%, completely particularly preferably 80-90% of sorption-active monomers (corresponding to compounds of the formula I).
  • a further subject of the present invention is a copolymer obtainable by a process as described above.
  • copolymer particles according to the invention are outstandingly suitable as sorbents, in particular as sorbents for acidic substances from solvents.
  • acidic substances are understood as meaning substances of the general formula HA which can dissociate in a solvent of the general formula Lm (usually a water or solvent mixture) into LmH + and an acid radical A
  • suitable acidic organic substances are carboxylic acids, sulfonic acids, mineral acids, aminocarboxylic acids, aminodicarboxylic acids, thiocarboxylic acids, phenols, thiophenols, mercaptans, acidimides, acid sulfimides, etc.
  • the abovementioned acidic organic substances can also be substituted and / or contain several identical or different acidic groups in the molecule.
  • Suitable aliphatic and aromatic mono-, di- and polycarboxylic acids, hydroxy and ketocarboxylic acids are e.g. Formic acid, acetic acid, propionic acid, n-butyric acid, i-butyric acid, n-valeric acid, trimethylacetic acid, caproic acid, n-heptanoic acid, caprylic acid, capric acid, pelargonic acid, stearic acid, tallow fatty acid, fluoroacetic acid, chloroacetic acid, bromoacetic acid, iodoacetic acid, dichloroacetic acid, 2-chloropropionic acid, Glycolic, lactic, methoxyacetic, thioglycolic, cyanoacetic, glyoxylic, malonic, acrylic, methacrylic, vinylacetic, phenylacetic, oxalic, succinic, glutaric, adipic, maleic, fumaric, phthalic, iso
  • Suitable aminocarboxylic acids and aminodicarboxylic acids are, in particular, alpha-aminocarboxylic acids and alpha-aminodicarboxylic acids, for example glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, methionine, proline, phenylalanine, serine, threonine, cysteine, tyrosine, aspartic acid, Glutamic acid, hydroxyglutamic acid, furthermore, in particular 6-aminopenicillan and aminocephalosporanic acid.
  • alpha-aminocarboxylic acids and alpha-aminodicarboxylic acids for example glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, methionine, proline, phenylalanine, serine, threonine, cysteine, tyrosine, aspartic acid, Glutamic acid, hydroxyglutamic acid, furthermore, in particular 6-amin
  • Suitable mineral acids are e.g. Sulfuric acid, phosphoric acid, phosphorous acid, hydrochloric acid.
  • Suitable sulfonic acids are e.g. Benzenesulfonic acid or naphthalene-1 - or 2-naphthalene or benzene-di-sulfonic acids.
  • thiophenol M-thiocresol, 2-bromothio-p-cresol, ethanethiol, phenylmethanethiol, 1,4-butanedithiol, 4-mercapto-2-pyridinecarboxylic acid, 2,3-dimercaptosuccinic acid, Dithioacetic acid, thioacetic O-acid, thioacetic S-acid, phthalimide, succinimide, benzenesulfimide.
  • copolymers according to the invention are preferably suitable for the sorption of carboxylic acids, in particular from their aqueous solutions.
  • the copolymers of the invention have in the sorption of carboxylic acids exceptionally high sorption capacity at the same time less swelling in solvents.
  • the sorption can be carried out in a manner known per se. In general, the column or fixed bed method is used, in which the sorbent is filled in a column, which is then flowed through by the solvent containing one or more acidic substances until the capacity of the exchanger is exhausted.
  • the desorption of the sorbed acidic substances with the aid of organic solvents optionally in admixture with water, such.
  • an alcohol such as methanol, ethanol, i-propanol, n-butanol, a ketone such as acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, an ester such as methyl or ethyl acetate, ethyl acetate, ethyl acetate, dimethyl carbonate, an ether such as methylene chloride; Tetrahydrofuran, dioxane, ethylene glycol di-methyl or di-ethyl ether.
  • desorption of the sorbed acidic substances with water is also possible.
  • the temperature is in this case at 20-90 ° C, preferably at 40-60 ° C.
  • the desorption with dimethyl carbonate leads at suitable temperatures, pressures and residence times to the formation of the methyl ester of the acidic substances.
  • the desorbed acidic substances or their esters can be used for other purposes.
  • the sorption and desorption of acidic substances with the aid of the copolymer particles according to the invention can also be carried out by other known sorption methods, e.g. be carried out by continuous processes with moving bed by the fluidized bed process or in batch mode.
  • the invention also relates, in a further aspect, to the use of the above-described crosslinked copolymers in the form of spherical particles for the separation of acidic substances from aqueous compositions.
  • These may preferably be fermentation broths, which optionally contain solids in addition to the acidic substances.
  • the above-described crosslinked copolymers are preferably used in the form of spherical particles for separating off organic acids from solvents, in particular water, particularly preferably mono- or dicarboxylic acids, very particularly preferably hydroxycarboxylic acids or dicarboxylic acids, and in particular malic acid, glycolic acid, isocitric acid, Mandelic acid, lactic acid, tartronic acid, tartaric acid, citric acid, beta-hydroxybutyric acid, mevalonic acid, salicylic acid, oxalic acid, acetic acid, maleic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, sebacic acid, pimelic acid, suberic acid, fumaric acid, itaconic acid, glucaric acid, gluconic acid, glucuronic acid, aminocarboxylic acid, Hydroxypropionic acid, acrylic acid, malonic acid, alpha-hydroxyglutaric acid, beta-hydroxyglutaric acid, glyceric acid.
  • fatty acids such as sebacic acid, dodecanedioic acid, erucic acid or ricinoleic acid.
  • the crosslinked copolymer particles according to the invention are used in a process analogous to the process according to DE 10 201 1 120 632 A1.
  • a fermentation broth is purified by separating off the biomass and any solids present and optionally subjected to filtration, and the purified fermentation broth is treated with spherical particles of the invention crosslinked copolymers brought into contact to separate the acidic substances by adsorption.
  • Another object of the present invention is the use of copolymers according to the invention for the separation of heavy metal ions or as a stationary phase in chromatographic columns, preferably as a stationary phase in the SMB (Simulated moving bed) chromatography.
  • Another object of the present invention is the use of copolymers according to the invention for the separation of acidic substances, preferably carboxylic acids, and subsequent esterification of the acidic substances sorbed on the polymer, preferably carboxylic acids.
  • Further objects of the present invention are a process for the separation of acidic substances from aqueous compositions using the copolymers according to the invention, a process for the separation of heavy metal ions using the novel copolymers, a chromatography process using the novel copolymers as stationary phase in chromatographic columns, preferably as stationary Phase in the SMB (Simulated moving bed) chromatography, and methods for the separation of acidic substances, preferably carboxylic acids, and subsequent esterification of the acidic substances sorbed on the polymer, preferably carboxylic acids.
  • SMB Simulated moving bed
  • FIG. 3 a shows a scanning electron micrograph of the copolymer obtained according to Example 1, which shows its particulate structure.
  • FIG. 3b shows a scanning electron micrograph of the copolymer obtained according to Example 1, which shows its porous structure.
  • AIBN 2,2-Azoisobutyronitrile

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Abstract

The present invention relates to a cross-linked copolymerisates in the form of spherical particles derived from heterocycles containing ring nitrogen, a process for their preparation and their use for the adsorption and purification of acid compounds, in particular organic carboxylic acids.

Description

Vernetzte Copolymerisate, Verfahren zur effizienten Herstellung eines gering  Crosslinked copolymers, process for efficiently producing a low
quellenden Perlpolymers und deren Verwendung  swelling polymer beads and their use
Die vorliegende Erfindung betrifft ein vernetztes Copolymerisat in Form von sphärischen Teilchen abgeleitet von Ringstickstoff enthaltenden Heterozyklen, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Anwendung zur Adsorption und Reinigung saurer Verbindungen, insbesondere von organischen Carbonsäuren. The present invention relates to a crosslinked copolymer in the form of spherical particles derived from ring nitrogen-containing heterocycles, a process for their preparation and their use for the adsorption and purification of acidic compounds, in particular of organic carboxylic acids.
Die Adsorption von Carbonsäuren durch basische Adsorptionsmaterialien ist allgemein bekannt. Aus der DE 3 043 766 A1 ist ein Verfahren zur Gewinnung von Carbonsäure aus einer wässrigen Lösung bekannt. Das Sorptionsmittel besteht aus Pyridin-Einheiten und wird durch Suspensionspolymerisation hergestellt. Als Vernetzer werden Divinylbenzol, Divinylphthalat und Ethlyenglycoldiacrylat genannt. Das Sorptionsmaterial hat eine niedrige Kapazität und weist eine starke Quellung auf. The adsorption of carboxylic acids by basic adsorption materials is well known. DE 3 043 766 A1 discloses a process for recovering carboxylic acid from an aqueous solution. The sorbent consists of pyridine units and is prepared by suspension polymerization. Crosslinkers are divinylbenzene, divinyl phthalate and ethylene glycol diacrylate. The sorbent material has a low capacity and has a strong swelling.
Die Adsorption von organischen Säuren aus wässrigen Lösungen wird ebenfalls in den US- Patenten Nr. 4,552,905 und Nr. 4,576,973 beschrieben. US-Patent Nr. 4,552,905 beschreibt ein Austauscherharz auf Basis des 4-Vinylpyridins. US Patent Nr. 4,576,973 beschreibt ein Austauscherharz auf Basis von N-Vinylimidazol. Als Vernetzer werden überwiegend difunktionelle wasserlösliche Acrylamide, wie Ν,Ν-Methylenbisacrylamid, oder Diacrylate bzw. Dimethacrylate eingesetzt. Das Austauscherharz wird dabei durch eine inverse Suspensionspolymerisation erhalten, indem 4-Vinylpyridin bzw. N-Vinylimidazol zusammen mit dem Vernetzer sowie dem Initiator in Wasser gelöst wird und die wässrige Phase anschließend in einem hydrophoben inerten Lösemittel durch Zusatz eines Emulgators suspendiert wird. Aber auch der Einsatz nichtwasserlöslicher Vernetzer, wie Divinylbenzol, ist durch Lösung in der hydrophoben Phase möglich. Außerdem werden weitere einsetzbare Monomere, wie z.B. N-Vinylformamid oder N-Vinylacetamid genannt. Es werden üblicherweise 50-95 % des basischen Monomers und 5-50 % Vernetzer eingesetzt. Das Copolymer fällt in Form von Perlen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,04 bis 0,15 mm an. Das so synthetisierte Austauscherharz hat eine im Vergleich zu konventionellen Ionenaustauschern hohe Adsorptionskapazität. Angaben zum Quellungsgrad finden sich nicht. Die Synthese von Austauscherharzen auf Basis von N-Vinylimidazol und Divinylbenzol sowie auf der Basis von 4-Vinylpyridin und Divinylbenzol und deren Anwendung wird in verschiedenen Patentdokumenten und wissenschaftlichen Veröffentlichungen beschrieben. Fontanals et al. beschreiben in J. Polym. Science (A), 42, 2019-25 (2004) sowie in J.Chromat. A, 1030 (2004) 63-8 und in J.Chromat. A, 1035 (2004) 281 -84 die Synthese von solchen Austauscherharzen zur Festphasenextraktion von polymeren Substanzen durch Suspensionspolymerisation. Dabei wird z.B. eine Lösung von N-Vinylimidazol, Divinylbenzol und 2,2'-Azobis(2-methylpropionitril) (AIBN) in Toluol bzw. einem Toluol/Dibutylphthalat- Gemisch mit Hilfe von Polyvinylalkohol in Wasser emulgiert und anschließend polymerisiert. Das Polymer fällt in Form von Teilchen mit einheitlicher sphärischer Gestalt an. Wichtig für die Sorptionskapazität derartiger Polymere ist ihr Anteil an funktionellen Gruppen im Polymer, welcher durch die Menge an Stickstoff im Polymer bzw. die prozentual ins Polymer eingebaute Menge des Stickstoff enthaltenden Monomers charakterisiert werden kann. Nach dem Stand der Technik ist es möglich, ein Polymer mit einem maximalen N-Anteil im Polymer von 6,3% zu erzeugen. Die Widergewinnung für verschiedene organische Substanzen aus wässriger Lösung wurde untersucht. The adsorption of organic acids from aqueous solutions is also described in U.S. Patent Nos. 4,552,905 and 4,576,973. U.S. Patent No. 4,552,905 describes an exchange resin based on 4-vinylpyridine. US Pat. No. 4,576,973 describes an exchange resin based on N-vinylimidazole. The crosslinkers used are predominantly difunctional water-soluble acrylamides, such as Ν, Ν-methylenebisacrylamide, or diacrylates or dimethacrylates. The exchange resin is obtained by an inverse suspension polymerization by 4-vinylpyridine or N-vinylimidazole is dissolved together with the crosslinker and the initiator in water and the aqueous phase is then suspended in a hydrophobic inert solvent by the addition of an emulsifier. But also the use of non-water-soluble crosslinkers, such as divinylbenzene, is possible by solution in the hydrophobic phase. In addition, other usable monomers, such as N-vinylformamide or N-vinylacetamide may be mentioned. Typically, 50-95% of the basic monomer and 5-50% crosslinker are used. The copolymer is in the form of beads having a diameter in the range of 0.04 to 0.15 mm. The thus-synthesized exchange resin has a high adsorption capacity compared to conventional ion exchangers. Information on the degree of swelling can not be found. The synthesis of N-vinylimidazole and divinylbenzene-based exchange resins, as well as 4-vinylpyridine-divinylbenzene-based resins and their application is described in various patent documents and scientific publications. Fontanals et al. describe in J. Polym. Science (A), 42, 2019-25 (2004) and in J. Chromat. A, 1030 (2004) 63-8 and in J. Chromat. A, 1035 (2004) 281-84 describe the synthesis of such exchange resins for solid-phase extraction of polymeric substances by suspension polymerization. In this case, for example, a solution of N-vinylimidazole, divinylbenzene and 2,2'-azobis (2-methylpropionitrile) (AIBN) in toluene or a toluene / dibutyl phthalate mixture with the aid of polyvinyl alcohol is emulsified in water and then polymerized. The polymer is in the form of particles of uniform spherical shape. Important for the sorption capacity of such polymers is their proportion of functional groups in the polymer, which can be characterized by the amount of nitrogen in the polymer or the percentage of incorporated into the polymer amount of the nitrogen-containing monomer. In the prior art, it is possible to produce a polymer having a maximum N content in the polymer of 6.3%. The recovery for various organic substances from aqueous solution was investigated.
In DE 3 138 194 A1 und US 2006/0138052 A1 wird die Synthese von N-Vinylimidazol/Divinylbenzol-Harzen durch Suspensionspolymerisation beschrieben. Je nach Verfahren werden dort Butylacetat oder Ethylacetat als hydrophobe Phase und Wasser unter Zusatz von anorganischen Salzen als hydrophile Phase eingesetzt. Als Emulgator dienen Polyvinylalkohol oder Polyvinylpyrrolidon. Als Initiator dient AIBN. Man erhält Copolymere in Form von sphärischen Teilchen im Bereich zwischen 50 und 150 μηι. Die Anwendung der Austauscherharze bezieht sich auf die Abtrennung verschiedener Substanzen aus Flüssigkeiten oder der Durchführung enzymatischer Reaktionen. DE 3 138 194 A1 and US 2006/0138052 A1 describe the synthesis of N-vinylimidazole / divinylbenzene resins by suspension polymerization. Depending on the process, butyl acetate or ethyl acetate are used as the hydrophobic phase and water with the addition of inorganic salts as the hydrophilic phase. The emulsifier used polyvinyl alcohol or polyvinylpyrrolidone. The initiator is AIBN. Copolymers in the form of spherical particles in the range between 50 and 150 μm are obtained. The use of the exchange resins relates to the separation of various substances from liquids or the implementation of enzymatic reactions.
Vernetzte und nicht quellbare polymere Ampholyte werden im US-Patent Nr. 6,420,439 B1 beschrieben. Diese Polymere werden durch Modifikation von Poly-2- oder Poly-4- vinylpyridinharzen, die mit Divinylbenzol vernetzt worden sind, erhalten. Die Modifikation kann durch Quaternisierung des Stickstoffatoms an den Pyridinresten erfolgen, indem ein Substituent, welcher zusätzlich eine negativ geladene Gruppe trägt, an den Pyridylstickstoff kovalent gebunden wird. Die Ampholyte können zur Abtrennung von Säuren von anderen Substanzen eingesetzt werden. Crosslinked and non-swellable polymeric ampholytes are described in U.S. Patent No. 6,420,439 B1. These polymers are obtained by modification of poly-2 or poly-4-vinylpyridine resins crosslinked with divinylbenzene. The modification can be carried out by quaternization of the nitrogen atom on the pyridine radicals by covalently bonding a substituent which additionally carries a negatively charged group to the pyridyl nitrogen. The ampholytes can be used to separate acids from other substances.
DE 102 61 910 A1 beschreibt ein Adsorbermaterial für Blut-, Blutplasma und Albumin- Reinigungsverfahren. Dabei handelt es sich um ein hochvernetztes, hochporöses, kugelförmiges Divinylbenzol-Copolymer, das 4 bis 30 Gew.-% eines radikalisch einpolymerisierten Vinylimidazolmonomeren enthält. DE 102 61 910 A1 describes an adsorbent material for blood, blood plasma and albumin purification processes. It is a highly networked, highly porous, Spherical divinylbenzene copolymer containing 4 to 30 wt .-% of a radically copolymerized vinylimidazole monomer.
Verfahren zur Herstellung von Perlpolymerisaten sind darüber hinaus aus den DE 971 ,934 B, DE 3 537 259 A1 , DE 3 709 921 A1 , DE 198 07 1 18 A1 und DE 199 17 562 A1 bekannt. Processes for the preparation of bead polymers are moreover known from DE 971, 934 B, DE 3 537 259 A1, DE 3 709 921 A1, DE 198 07 1 18 A1 and DE 199 17 562 A1.
Die Abtrennung von sauren Substanzen aus Substanzgemischen, z.B. aus Fermentationsbrühen, wird in DE 33 28 093 A1 , WO 93/06226 A1 , US-A-6, 146,534 und DE 10 201 1 120 632 A1 beschrieben. The separation of acidic substances from mixtures of substances, e.g. from fermentation broths, is described in DE 33 28 093 A1, WO 93/06226 A1, US Pat. No. 6,146,534 and DE 10 201 1 120 632 A1.
Die Abtrennung von sauren Substanzen aus Substanzgemischen ist immer noch verbesserungsbedürftig. Obgleich unterschiedlichste Austauschersubstanzen zur Verfügung stehen, wird ständig nach weiteren Verbesserungen gesucht, um z.B. Trennungsprozesse welche derartige Austauscherharze nutzen zu verbessern bzw. deren Austauscherkapazität noch weiter zu vergrößern. The separation of acidic substances from substance mixtures is still in need of improvement. Although a wide variety of exchange substances are available, further improvements are constantly being sought, e.g. Separation processes which use such exchange resins to improve or increase their exchange capacity even further.
Versuche der Anmelderin haben ergeben, dass vernetzte Copolymerisate abgeleitet von Vinylimidazol und Divinylbenzol oder anderen Vernetzern und hergestellt durch inverse Suspensionspolymerisation einen zu hohen Quellungsgrad aufweisen und ein signifikanter Teil der Monomere (>30%), insbesondere Vinylimidazol, während der Suspensionspolymerisation nicht in das Polymer eingebaut werden. Während letztere Beobachtung die Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Harzherstellungsverfahrens negativ beeinflusst, erschwert erstere Beobachtung den Einsatz derartiger Harze in entsprechenden Chromatographiesäulen insbesondere im industriellen Maßstab und verringert die Haltbarkeit des Harzes (höhere Brüchigkeit der Harzkugeln bei starker Quellung in Harzschüttungen). Applicant's experiments have shown that crosslinked copolymers derived from vinylimidazole and divinylbenzene or other crosslinkers and prepared by inverse suspension polymerization have too high a degree of swelling and a significant portion of the monomers (> 30%), in particular vinylimidazole, are not incorporated into the polymer during the suspension polymerization become. While the latter observation adversely affects the efficiency and economy of the resin production process, the former observation makes it difficult to use such resins in appropriate chromatography columns, especially on an industrial scale, and reduces the durability of the resin (higher brittle fragility of the resin beads upon high swelling in resin beds).
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher in der Bereitstellung eines vernetzten Copolymerisats, das ein hohes Sorptionsvermögen für saure Substanzen sowie ein geringes Quellvermögen aufweist und effizient herstellbar ist. An object of the present invention was therefore to provide a crosslinked copolymer which has a high sorptive capacity for acidic substances and a low swelling capacity and can be efficiently produced.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Beschreibung und der Patentansprüche gelöst. This object is solved by the subject matter of the description and the claims.
In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein vernetztes Copolymerisat in Form von sphärischen Teilchen enthaltend (a) 45-80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Copolymerisates, Struktureinheiten abgeleitet von der allgemeinen Formel (I) In a first aspect, the present invention relates to a crosslinked copolymer in the form of spherical particles (a) 45-80% by weight, based on the total weight of the copolymer, of structural units derived from the general formula (I)
Figure imgf000006_0001
worin
Figure imgf000006_0001
wherein
R1 , R2 und R3, jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder (Ci-C4)-Alkyl bedeuten, R 1 , R 2 and R 3 , each independently of one another, denote hydrogen or (C 1 -C 4) -alkyl,
X eine kovalente C-C-, C-O- oder C-N-Bindung oder eine zweiwertige organische Brückengruppe ist, und  X is a covalent C-C, C-O or C-N bond or a divalent organic bridging group, and
R4 ein einwertiger Rest einer heterocyclischen 5- oder 6-Ringverbindung ist, die im Ring mindestens ein protonierbares Stickstoffatom besitzt, R 4 is a monovalent radical of a heterocyclic 5- or 6-ring compound having at least one protonatable nitrogen atom in the ring,
20 bis 55 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Copolymerisates, Struktureineinheiten abgeleitet von der allgemeinen Formel (II) From 20 to 55% by weight, based on the total weight of the copolymer, of structural units derived from the general formula (II)
Figure imgf000006_0002
worin
Figure imgf000006_0002
wherein
R5, R6, R7, R8, R9 und R10, jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder (Ci-C4)- Alkyl bedeuten, R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 , each independently of one another denote hydrogen or (C 1 -C 4 ) -alkyl,
Y eine kovalente C-C- oder C-N-Bindung oder eine -CO-O- oder -CO-NH-Gruppe ist, U eine zwei- bis sechswertige organische Brückengruppe ist, welche auch eines oder mehrere Heteroatome aufweisen kann und  Y is a C-C or C-N covalent bond or a -CO-O- or -CO-NH- group, U is a bi- to hexahydric organic bridging group, which may also have one or more heteroatoms, and
a = 1 , 2, 3, 4 oder 5 bedeutet, und wobei die Teilchen einen mittleren Teilchendurchmesser D5o von 100 bis 500 μηι aufweisen, und einen Volumenquellungsgrad von 1 ,1 bis 2,0 besitzen. In der obigen Definition des Copolymerisats beziehen sich die Angaben zum Anteil der Struktureinheiten abgeleitet von den Formeln (I) und (II) auf das Gesamtgewicht des Copolymerisates. a = 1, 2, 3, 4 or 5, and wherein the particles have a mean particle diameter D 5 o of 100 to 500 μηι, and have a volume swelling degree of 1, 1 to 2.0. In the above definition of the copolymer, the information relating to the proportion of the structural units derived from the formulas (I) and (II) relates to the total weight of the copolymer.
Der Fachmann versteht, dass sofern X für eine kovalente C-C-, C-O- oder C-N-Bindung steht, X ausschließlich die Bindung selbst und keine Atome repräsentiert, d.h. sofern es sich um eine C-O- oder C-N-Bindung handelt, stammt das O- bzw. das N-Atom aus dem Rest R4. Entsprechend verhält es sich, sofern Y für eine kovalente Bindung steht. Falls Y für eine - CO-O- oder -CO-NH-Gruppe steht, kann diese in beliebiger Richtung gebunden sein, d.h. auch als -O-CO- oder -NH-CO-Gruppe. The skilled person understands that if X is a covalent CC, CO or CN bond, X represents exclusively the bond itself and no atoms, ie, if it is a CO or CN bond, comes the O- or the N atom from the radical R 4 . The same applies if Y is a covalent bond. If Y is a - CO-O- or -CO-NH group, this may be bonded in any direction, ie also as -O-CO- or -NH-CO- group.
Das erfindungsgemäße vernetzte Copolymerisat zeichnet sich dadurch aus, dass es einen vergleichsweise hohen Anteil an eingebautem Vernetzer abgeleitet von der allgemeinen Formel (II) und gleichzeitig einen vergleichsweise hohen Anteil an sorbierenden Gruppen abgeleitet von der allgemeinen Formel (I) aufweist. The crosslinked copolymer of the invention is characterized in that it has a comparatively high proportion of incorporated crosslinker derived from the general formula (II) and at the same time a comparatively high proportion of sorbent groups derived from the general formula (I).
Vorzugsweise beträgt der Anteil der Struktureinheiten abgeleitet von der allgemeinen FormelPreferably, the proportion of the structural units is derived from the general formula
(I) 50 bis 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Copolymerisates. (I) 50 to 70 wt .-%, based on the total weight of the copolymer.
Vorzugsweise beträgt der Anteil der Struktureinheiten abgeleitet von der allgemeinen FormelPreferably, the proportion of the structural units is derived from the general formula
(II) 30 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Copolymerisates. (II) 30 to 50 wt .-%, based on the total weight of the copolymer.
Bevorzugt sind erfindungsgemäße Copolymerisate, bei denen R1 , R2 und R3 Wasserstoff sind oder eine dieser Gruppen Methyl und zwei dieser Gruppen Wasserstoff bedeuten, X eine kovalente C-C-, C-O- oder C-N-Bindung ist oder eine Methylengruppe bedeutet, und R4 ein einwertiger Rest einer heterocyclischen 5- oder 6-Ringverbindung ist, mit 1 , 2, 3 oder 4, vorzugsweise ein oder zwei Stickstoffatomen im Ring, von denen mindestens eines ein protonierbares Stickstoff atom ist. Preference is given to copolymers according to the invention in which R 1 , R 2 and R 3 are hydrogen or one of these groups is methyl and two of these groups are hydrogen, X is a covalent CC, CO or CN bond or is a methylene group, and R 4 is a monovalent radical of a heterocyclic 5- or 6-ring compound, with 1, 2, 3 or 4, preferably one or two nitrogen atoms in the ring, of which at least one is a protonatable nitrogen atom.
Ganz besonders bevorzugt sind erfindungsgemäße Copolymerisate, bei denen X eine kovalente C-N-Bindung ist und R4 ein Imidazolylrest bedeutet. Very particular preference is given to copolymers according to the invention in which X is a covalent CN bond and R 4 is an imidazolyl radical.
Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Copolymerisate enthalten Struktureinheiten abgeleitet von der allgemeinen Formel (II), in denen R5, R6, R7, R8, R9 und R10 jeweils Wasserstoff sind oder zwei dieser Gruppen Methyl und die übrigen dieser Gruppen Wasserstoff bedeuten, Y eine kovalente C-C-Bindung ist oder eine -CO-O- Gruppe bedeutet, U eine zwei- oder dreiwertige aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe ist, insbesondere CrC6- Alkylen, oder eine zwei- oder dreiwertige carbocyclisch-aromatische Kohlenwasserstoffgruppe ist, insbesondere zwei- oder dreiwertiges Phenylen, und a = 1 oder 2 ist. Further preferred copolymers according to the invention contain structural units derived from the general formula (II) in which R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 are each hydrogen or two of these groups are methyl and the remaining of these groups are hydrogen, Y is a covalent CC bond or is a -CO-O- group, U is a divalent or trivalent aliphatic hydrocarbon group, in particular CrC 6 - Alkylene, or a di- or trihydric carbocyclic-aromatic hydrocarbon group, in particular di- or trihydric phenylene, and a = 1 or 2.
Weitere ganz besonders bevorzugte erfindungsgemäße Copolymerisate enthalten Struktureinheiten abgeleitet von der allgemeinen Formel (II), in denen a = 1 ist, R5, R6, R7, R8, R9 und R10 jeweils Wasserstoff sind, und U für C2-Ce-Alkylen oder Phenylen steht. Further very particularly preferred copolymers according to the invention contain structural units derived from the general formula (II) in which a = 1, R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 are each hydrogen, and U is Ce alkylene or phenylene.
Ganz besonders bevorzugt sind Copolymerisate, in denen die Struktureinheiten abgeleitet von der allgemeinen Formel (I) N-Vinylimidazol und die Struktureinheiten abgeleitet von der allgemeinen Formel (II) Divinylbenzol sind. Very particular preference is given to copolymers in which the structural units derived from the general formula (I) are N-vinylimidazole and the structural units derived from the general formula (II) are divinylbenzene.
Vorzugsweise weisen die Teilchen des erfindungsgemäßen Polymerisats einen mittleren Teilchendurchmesser D5o von 150 bis 300 μηι auf. Preferably, the particles of the polymer according to the invention have an average particle diameter D 5 o of 150 to 300 μηι.
Vorzugsweise beträgt der Volumenquellungsgrad 1 ,2 bis 1 ,6, besonders bevorzugt 1 ,2 bis 1 ,5. Preferably, the volume swelling degree is 1, 2 to 1, 6, more preferably 1, 2 to 1, 5.
Bevorzugt sind auch solche erfindungsgemäßen Copolymerisate, die neben den Struktureinheiten abgeleitet von den allgemeinen Formeln (I) und (II) keine Einheiten anderer polymerisierbarer Verbindungen enthalten. Also preferred are those novel copolymers which, in addition to the structural units derived from the general formulas (I) and (II), contain no units of other polymerizable compounds.
Die erfindungsgemäßen Copolymerisate liegen in Form von sphärischen Teilchen oder als Perlpolymer vor und können bevorzugt durch Suspensionspolymerisation hergestellt werden. Der Fachmann versteht, dass hierunter nicht ausschließlich exakt kugelförmige Teilchen sondern auch im Wesentlichen kugelförmige Teilchen verstanden werden, wobei ein Teil des Copolymerisats auch in nicht sphärischer Form vorliegen kann. The copolymers of the invention are in the form of spherical particles or as a bead polymer and can preferably be prepared by suspension polymerization. The skilled person understands that this is understood to mean not only exactly spherical particles but also substantially spherical particles, wherein a part of the copolymer may also be present in non-spherical form.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von vernetzten Copolymerisaten in Form von sphärischen Teilchen umfassend die Schritte: In a further aspect, the present invention relates to a process for the preparation of crosslinked copolymers in the form of spherical particles comprising the steps:
A) Bereitstellen einer Zusammensetzung umfassend die Komponenten A) providing a composition comprising the components
i) Wasser,  i) water,
ii) wenigstens ein Schutzkolloid,  ii) at least one protective colloid,
iii) eine Monomermischung umfassend  iii) comprising a monomer mixture
(a) 45-80 Gew.-% Struktureinheiten abgeleitet von der allgemeinen Formel (I), bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren in der Monomerenmischung,
Figure imgf000009_0001
(a) 45-80% by weight of structural units derived from the general formula (I), based on the total weight of the monomers in the monomer mixture,
Figure imgf000009_0001
(I),  (I)
worin wherein
R1 , R2 und R3, jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder (Ci- C4)-Alkyl bedeuten, R 1 , R 2 and R 3 , each independently of one another, denote hydrogen or (C 1 -C 4) -alkyl,
X eine kovalente C-C-, C-O- oder C-N-Bindung oder eine zweiwertige organische Brückengruppe ist, und  X is a covalent C-C, C-O or C-N bond or a divalent organic bridging group, and
R4 ein einwertiger Rest einer heterocyclischen 5- oder 6- Ringverbindung ist, die im Ring mindestens ein protonierbares Stickstoffatom besitzt, R 4 is a monovalent radical of a heterocyclic 5- or 6-ring compound having at least one protonatable nitrogen atom in the ring,
20 bis 55 Gew.-% Struktureineinheiten abgeleitet von der allgemeinen Formel (II), bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren in der Monomerenmischung 20 to 55 wt .-% structural units derived from the general formula (II), based on the total weight of the monomers in the monomer mixture
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worin wherein
R5, R6, R7, R8, R9 und R10, jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder (Ci-C4)-Alkyl bedeuten, R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 , each independently of one another denote hydrogen or (C 1 -C 4) -alkyl,
Y eine kovalente C-C- oder C-N-Bindung oder eine -CO-O- oder -CO- NH-Gruppe ist,  Y is a C-C or C-N covalent bond or a -CO-O or -CO-NH group,
U eine zwei- bis sechswertige organische Brückengruppe ist, welche auch eines oder mehrere Heteroatome aufweisen kann und  U is a bi- to hexahydric organic bridging group, which may also have one or more heteroatoms, and
a = 1 , 2, 3, 4 oder 5 bedeutet, iv) wenigstens ein kosmotropes Salz in einer Menge von wenigstens 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 60 - 90 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der eingesetzten Monomeren (a) und (b), a = 1, 2, 3, 4 or 5, iv) at least one cosmotropic salt in an amount of at least 30% by weight, particularly preferably 60-90% by weight, based on the total amount of the monomers (a) and (b) used,
v) wenigstens ein mit Wasser nicht mischbares organisches Lösungsmittel, vi) ggf. wenigstens einen Radikalstarter;  v) at least one water-immiscible organic solvent, vi) optionally at least one radical initiator;
(B) Rühren der gemäß Schritt (A) erhaltenen Zusammensetzung; (B) stirring the composition obtained in step (A);
(C) Radikalische Polymerisation der Monomeren (a) und (b). (C) Radical polymerization of the monomers (a) and (b).
Die Komponenten der Zusammensetzung gemäß Schritt (A) können in üblichen, dem Fachmann bekannten Mengen eingesetzt werden. The components of the composition according to step (A) can be used in customary quantities known to the person skilled in the art.
Als kosmotrope Salze der Komponente (iv) kommen übliche, dem Fachmann bekannte kosmotrope Salze in Betracht. Suitable cosmotropic salts of component (iv) are customary cosmotropic salts known to the person skilled in the art.
Vorzugsweise ist das kosmotrope Salz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fluoriden, Chloriden, Sulfaten, Hydrogenphosphaten und Acetaten oder Mischungen aus wenigstens zwei dieser Salze, besonders bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Fluoriden, Chloriden, Sulfaten, Hydrogenphosphaten und Acetaten von Natrium, Kalium oder Ammonium oder Mischungen aus wenigstens zwei dieser Salze und ganz besonders bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Natriumchlorid, Natriumsulfat, Kaliumchlorid, Kaliumsulfat oder einer Mischung aus wenigstens zwei dieser Salze. Preferably, the cosmotropic salt is selected from the group consisting of fluorides, chlorides, sulfates, hydrogen phosphates and acetates or mixtures of at least two of these salts, more preferably selected from the group consisting of fluorides, chlorides, sulfates, hydrogen phosphates and acetates of sodium, potassium or ammonium or mixtures of at least two of these salts and most preferably from the group consisting of sodium chloride, sodium sulfate, potassium chloride, potassium sulfate or a mixture of at least two of these salts.
Das kosmotrope Salz kann bevorzugt in einer Menge von 30 Gew.-% bis 120 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der eingesetzten Monomeren (a) und (b), eingesetzt werden. Besonders bevorzugt wird dabei das kosmotrope Salz in einer Menge von 60 bis 90 Gew-% bezogen auf die Gesamtmenge der eingesetzten Monomeren (a) und (b), eingesetzt. The cosmotropic salt may preferably be used in an amount of from 30% by weight to 120% by weight, based on the total amount of the monomers (a) and (b) used. The cosmotropic salt is particularly preferably used in an amount of 60 to 90% by weight, based on the total amount of the monomers (a) and (b) used.
Die radikalische Polymerisation erfolgt erfindungsgemäß bevorzugt in Form einer Suspensionpolymerisation in wässriger Phase, in der Monomertröpfchen suspendiert sind. Die Erzeugung der Monomertröpfchen erfolgt durch Rühren der Zusammensetzung in Schritt (B) wobei die Komponenten der Zusammensetzung in Schritt A) gleichzeitig oder zumindest teilweise sequentiell bereitgestellt werden können, beispielsweise in Form einer wässrigen Vorlage, welche das Schutzkolloid und die Monomeren enthält oder welche das Schutzkolloid enthält und zu der die Monomeren während des Rührens hinzugefügt werden. Durch Art des Rührers, der Reaktorgeometrie und durch die Auswahl der Rührgeschwindigkeit bzw. des Schutzkolloids lassen sich Größe und Größenverteilung der Monomertröpfchen und damit auch Größe und Größenverteilung der polymerisierten Teilchen einstellen. The radical polymerization takes place according to the invention preferably in the form of a suspension polymerization in aqueous phase in which monomer droplets are suspended. The monomer droplets are produced by agitating the composition in step (B) wherein the components of the composition in step A) can be provided simultaneously or at least partially sequentially, for example in the form of an aqueous receiver containing the protective colloid and monomers or the protective colloid and to which the monomers are added while stirring. By type of stirrer, reactor geometry and by the selection of the Stirring speed or the protective colloid can be adjusted size and size distribution of the monomer droplets and thus size and size distribution of the polymerized particles.
Als Schutzkolloid lassen sich alle dem Fachmann für diesen Zweck bekannten polymeren Substanzen einsetzen. Beispiele dafür sind Cellolusederivate, wie Celluloseether, z.B. Hydroxyethylcellulose, Polyvinylalkohol oder Polyvinylpyrrolidon. Vorzugsweise wird als Schutzkolloid Polyvinylalkohol eingesetzt. As the protective colloid, it is possible to use all polymeric substances known to the person skilled in the art for this purpose. Examples of these are cellosolve derivatives, such as cellulose ethers, e.g. Hydroxyethyl cellulose, polyvinyl alcohol or polyvinylpyrrolidone. Preferably, the protective colloid used is polyvinyl alcohol.
Das Starten der Polymerisation erfolgt nach Herstellung der Monomersuspension durch dem Fachmann bekannte Maßnahmen, wie Einstrahlung von energiereicher Strahlung und/oder durch Zugabe eines Starters für die radikalische Polymerisation, welcher die Polymerisation bei erhöhten Temperaturen, z.B. von mehr als 40°C initiiert. The initiation of the polymerization takes place after preparation of the monomer suspension by measures known to the person skilled in the art, such as irradiation of high-energy radiation and / or by addition of a radical polymerization initiator which initiates the polymerization at elevated temperatures, e.g. initiated by more than 40 ° C.
Der Radikalstarter kann zu Beginn des Verfahrens bereits in der Zusammensetzung vorhanden sein und wird durch die Temperaturerhöhung oder durch energetische Strahlung aktiviert oder die Temperatur der gemäß Schritt (B) gerührten Zusammensetzung wird erhöht und der Radikalstarter wird danach zu der Zusammensetzung gegeben. Auch die Zugabe mehrerer Portionen von Radikalstarter ist möglich. Diese Zugaben können sich über die Gesamtdauer der Polymerisation erstrecken. The free radical initiator may already be present in the composition at the beginning of the process and is activated by the temperature increase or by energetic radiation or the temperature of the composition stirred according to step (B) is increased and the radical initiator is then added to the composition. The addition of several portions of radical initiator is possible. These additions may extend over the entire duration of the polymerization.
Ferner kann während der Polymerisation weiteres Monomer oder Monomergemisch zum Reaktionsgemisch hinzugefügt werden. Further, during the polymerization, further monomer or monomer mixture may be added to the reaction mixture.
Vorzugsweise wird die radikalische Polymerisation bei Temperaturen von 60 bis 140 °C, vorzugsweise bei 80 bis 95°C durchgeführt. Preferably, the free-radical polymerization is carried out at temperatures of 60 to 140 ° C, preferably at 80 to 95 ° C.
Die radikalische Polymerisation kann unter Normaldruck, unter vermindertem Druck oder unter erhöhtem Druck durchgeführt werden. Vorzugsweise erfolgt die Durchführung der radikalischen Polymerisation unter Normaldruck. The radical polymerization can be carried out under normal pressure, under reduced pressure or under elevated pressure. The free radical polymerization is preferably carried out under atmospheric pressure.
In einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante wird als Monomer abgeleitet von der allgemeinen Formel (I) N-Vinyl-imidazol und als Monomer abgeleitet von der allgemeinen Formel (II) Divinybenzol eingesetzt. In a particularly preferred process variant, the monomer derived from the general formula (I) is N-vinylimidazole and the monomer derived from the general formula (II) used is divinylbenzene.
Das erfindungsgemäße Copolymerisat enthält Struktureinheiten abgeleitet von einem oder mehreren Vernetzern und Struktureinheiten abgeleitet von einer oder mehrerer, eine polymerisierbare olefinische Gruppe und im Ring mindestens ein protonierbares Stickstoffatom enthaltenden heterocyclischen 5- oder 6-Ringverbindung und gegebenenfalls Struktureinheiten einer oder mehrerer anderer polymerisierbarer Verbindungen. The copolymer according to the invention contains structural units derived from one or more crosslinkers and structural units derived from one or more, one polymerizable olefinic group and in the ring at least one protonatable nitrogen atom containing heterocyclic 5- or 6-ring compound and optionally structural units of one or more other polymerizable compounds.
Unter Struktureinheiten werden dabei die im Copolymerisat statistisch verteilten Gruppen verstanden, die aus den zur Herstellung des Copolymerisats eingesetzten polymerisierbaren monomeren Verbindungen entstanden sind. By "structural units" is meant the groups randomly distributed in the copolymer which are formed from the polymerizable monomeric compounds used to prepare the copolymer.
Die polymerisierbare olefinische Gruppe der heterocylischen 5- oder 6-Ringverbindung, die im Kern mindestens ein protonierbares Stickstoffatom besitzt, ist in der Regel direkt, gegebenenfalls aber auch indirekt, z.B. über ein Sauerstoff- oder Schwefelatom, an den Kern gebunden und besitzt die oben beschriebene allgemeine Formel (I). The polymerizable olefinic group of the heterocyclic 5- or 6-ring compound having at least one protonatable nitrogen atom in the nucleus is usually directly, but optionally also indirectly, e.g. via an oxygen or sulfur atom bonded to the nucleus and has the general formula (I) described above.
Bevorzugte Monomere der allgemeinen Formel (I) sind solche, bei denen, R1 , R2 und R3, jeweils unabhängig voneinander. Wasserstoff oder (Ci-C4)-Alkyl, insbesondere Wasserstoff und eine Gruppe davon Methyl und ganz besonders alle der Reste R1 , R2 und R3 Wasserstoff bedeuten sowie X= -O- oder -S- oder eine kovalente C-C-, C-O- oder C-N- Bindung, vorzugsweise eine kovalente C-C-, C-O- oder C-N-Bindung bedeuten. Preferred monomers of general formula (I) are those in which R 1 , R 2 and R 3 are each independently. Is hydrogen or (C 1 -C 4) -alkyl, in particular hydrogen and a group thereof are methyl and very particularly all of the radicals R 1 , R 2 and R 3 are hydrogen and X is -O- or -S- or a covalent CC-, CO - or CN bond, preferably a covalent CC, CO or CN bond.
Der Rest R4 der heterocyclischen 5- oder 6-Ringverbindung kann z.B. ein, zwei, drei oder vier Stickstoffatome besitzen, von denen mindestens eines protonierbar sein muss; dabei kann der heterocyclische Ring gegebenenfalls auch noch ein anderes Heteroatom oder mehrere, beispielsweise 1 , 2 oder 3, andere Heteroatome, insbesondere Sauerstoff und/oder Schwefel enthalten. Der heterocyclische 5-Ring kann gesättigt, teilweise gesättigt oder ungesättigt sein und beispielsweise ein Imidazolin, Oxazolin, Thiazol, Oxadiazol, Triazol oder Tetrazol darstellen und kann gegebenenfalls noch eine oder mehrere, beispielsweise 1 , 2 oder 3, (d-C4)-Alkyl- und/oder (C2-C4)-Hydroxyalkylgruppen besitzen. Im Fall eines heterocyclischen 6-Ringes kann dieser gesättigt, teilweise gesättigt oder ungesättigt sein und beispielsweise ein Pyridin oder Pyrimidin, Pyrazin, Pyridazin darstellen und kann gegebenenfalls noch eine oder mehrere, beispielsweise 1 , 2 oder 3 (d-C4)Alkyl- und/oder (C2-C4)-Hydroxyalkylgruppen besitzen. The radical R 4 of the heterocyclic 5- or 6-ring compound may have, for example, one, two, three or four nitrogen atoms, of which at least one must be protonatable; The heterocyclic ring may optionally also contain another heteroatom or several, for example 1, 2 or 3, other heteroatoms, in particular oxygen and / or sulfur. The heterocyclic 5-membered ring can be saturated, partially saturated or unsaturated and represent, for example, an imidazoline, oxazoline, thiazole, oxadiazole, triazole or tetrazole and may optionally also contain one or more, for example 1, 2 or 3, (C 1 -C 4) -alkyl and / or (C 2 -C 4) -hydroxyalkyl groups. In the case of a heterocyclic 6-membered ring, it may be saturated, partially saturated or unsaturated and may represent, for example, a pyridine or pyrimidine, pyrazine, pyridazine and may optionally contain one or more, for example 1, 2 or 3 (C 1 -C 4) alkyl and / or or (C 2 -C 4) -hydroxyalkyl groups.
Polymerisierbare olefinische Gruppen im Monomer der Formel I sind insbesondere die Vinyl-, Allyl-, Methallyl- oder Isopropenylgruppe. Polymerizable olefinic groups in the monomer of the formula I are in particular the vinyl, allyl, methallyl or isopropenyl group.
Als eine polymerisierbare olefinische Gruppe der enthaltenden heterocyclischen 5- Ringverbindung der Formel (I) sind z.B. zu nennen : 1 -Vinyl-1 ,2,3-triazol; 1 -Vinyl-1 ,2,4-triazol; 4-Vinyl-1 ,2,3-triazol; 5-Vinyl-1 ,2,3-triazol; 1 -Vinyl-1 ,2,3,4-tetrazol; 2-Vinyl-1 ,2,3,4-tetrazol; 2- Allyl-1 ,2,3,4-tetrazol; 1 -Allyl-1 ,2,3,4-tetrazol; 1 -Methyl-5-vinyl-1 ,2,3,4-tetrazol; 2-Methyl-5- vinyl-1 ,2,3,4-tetrazol; 3-Vinyl-1 ,2,4-oxadiazol; 3-Vinyl-5-methyl-1 ,2,4-oxadiazol; 3-lso- propenyl-1 ,2,4-oxadiazol; 2-lsopropenyl-1 ,3,4-oxa-diazolin-5-on; 3-lsopropenyl-1 ,2,4- oxadiazol; 3-lsopropenyl-5-methyl-1 ,2,4-oxadiazol; 2-Vinyloxazolin; 2-lsopropenyl-oxazolin; 2-Vinyl-3-methyl-oxazolidin; 2-Vinylthiazol; 4-Vinylthiazol; 1 -Vinyl-2-imidazolin; 2-Vinyl-4- (oder 5-)-methyl-2-imidazolin; 1 -Vinyl-2-methyl-2-imidazolin; 1 -Vinylimidazol; 1 -Methyl-2- vinyl-imidazol; 1 -Vinyl-2-methylimidazol; 1 -Vinyl-4-(2-hydroxyethyl)-imidazol; Vinylpyrrol; 2- lsopropenyl-2-imidazolin; 2-Vinyl-3-methyl-2-imidazolin und 1 -Vinyl-2,4-dimethyl-imidazol. As a polymerizable olefinic group of the heterocyclic-5-ring compound of the formula (I), there may be mentioned, for example: 1-vinyl-1,2,3-triazole; 1-vinyl-1, 2,4-triazole; 4-vinyl-1,2,3-triazole; 5-vinyl-1,2,3-triazole; 1-vinyl-1,2,3,4-tetrazole; 2-vinyl-1,2,3,4-tetrazole; 2-allyl-1,2,3,4-tetrazole; 1-allyl-1,2,3,4-tetrazole; 1-methyl-5-vinyl-1,2,3,4-tetrazole; 2-methyl-5-vinyl-1,2,3,4-tetrazole; 3-vinyl-1,2,4-oxadiazole; 3-vinyl-5-methyl-1,2,4-oxadiazole; 3-iso-propenyl-1, 2,4-oxadiazole; 2-isopropenyl-1, 3,4-oxadiazolin-5-one; 3-isopropenyl-1, 2,4-oxadiazole; 3-isopropenyl-5-methyl-1,2,4-oxadiazole; 2-vinyloxazoline; 2-isopropenyl-oxazoline; 2-vinyl-3-methyl-oxazolidine; 2-vinyl thiazole; 4-vinyl thiazole; 1-vinyl-2-imidazoline; 2-vinyl-4- (or 5 -) -methyl-2-imidazoline; 1-vinyl-2-methyl-2-imidazoline; 1-vinylimidazole; 1-methyl-2-vinyl-imidazole; 1-vinyl-2-methylimidazole; 1-vinyl-4- (2-hydroxyethyl) -imidazole; pyrrole; 2-isopropenyl-2-imidazoline; 2-vinyl-3-methyl-2-imidazoline and 1-vinyl-2,4-dimethyl-imidazole.
Der Vernetzer der Formel (II) verknüpft n-Polymerenketten miteinander, wobei n eine Zahl gleich oder größer als 2 ist. Insbesondere ist n = 2, 3 oder 4, vorzugsweise 2. The crosslinker of the formula (II) links together n-polymer chains, where n is a number equal to or greater than 2. In particular, n = 2, 3 or 4, preferably 2.
Geeignete Vernetzer sind Verbindungen der Formel (II) die 2-3 polymerisierbare Reste, insbesondere der Formeln CH2=CH-, CH2=CH-CH2- oder CH2=CH(R7)-CO- im Molekül enthalten, wobei R7 Wasserstoff oder (Ci-C4)-Alkyl, insbesondere Wasserstoff oder Methyl, bedeuten. Beispiele für derartige Vernetzer sind: Triallylcyanurat, Triallylphosphat, Ν,Ν',Ν"- Tris-acryloylperhydrotriazin, 1 ,2,3-Trivinyloxypropan, Tetrasilyl-oxyethan, Pentaallyl- saccharose, Triallylamin, Ethenphosphonsäure-di-allylester, Ethylenglykol-1 ,2- bis(ethenphosphonsäureester), ferner allgemein Verbindungen der Formeln IV, V oder VI Suitable crosslinkers are compounds of the formula (II) which contain 2-3 polymerizable radicals, in particular the formulas CH 2 CHCH-, CH 2 CHCH-CH 2 - or CH 2 CHCH (R 7 ) -CO-, in the molecule R 7 is hydrogen or (Ci-C4) alkyl, in particular hydrogen or methyl. Examples of such crosslinkers are: triallyl cyanurate, triallyl phosphate, Ν, Ν ', Ν "- tris-acryloyl perhydrotriazine, 1, 2,3-trivinyl oxypropane, tetrasilyl-oxyethane, pentaallyl sucrose, triallylamine, ethenphosphonic acid di-allyl ester, ethylene glycol-1, 2- to (ethenphosphonsäureester), also generally compounds of the formulas IV, V or VI
(CH2=CH)n-R17 (IV) , (CH 2 = CH) n -R 17 (IV),
(CH2=CH-CH2)n-R18 (V) , (CH 2 = CH-CH 2 ) n -R 18 (V),
(CH2=C(R7)-CO)n-R (VI) , (CH 2 = C (R 7 ) -CO) n -R (VI),
worin R7 die bereits genannte Bedeutung hat, n = 2, 3 oder 4, vorzugsweise 2, bedeutet, R18 der durch Entfernung von n aciden H-Atomen entstandene Rest einer Di-, Tri-, Tetra- oder Polycarbonsäure ist, where R 7 has the meaning already mentioned, n = 2, 3 or 4, preferably 2, R 18 is the residue of a di-, tri-, tetra- or polycarboxylic acid formed by removal of n acidic H atoms,
R19 der durch Entfernung von n Hydroxyl-Wasserstoffatomen entstandene Rest eines Di-, Tri-, Tetra- oder Polyols ist, und R 19 is the residue of a di-, tri-, tetra- or polyol formed by removal of n hydroxyl-hydrogen atoms, and
R17 der durch Entfernung von n Wasserstoffatomen entstandende Rest eines aliphatischen, aromatischen oder heteroaromatischen Kohlenwasserstoffs darstellt. R 17 is the radical of an aliphatic, aromatic or heteroaromatic hydrocarbon formed by removal of n hydrogen atoms.
Geeignete Verbindungen der Formeln (V) und (VI) sind beispielsweise: Triallyl-tricarballylat, Triallyl-aconitat, Triallyl-citrat, Triallyl-Trimesinat, Triallyl-trimellitat, Trimethylolpropan-tri- acrylat und -methacrylat, Diallyl-oxalat, Divinylphthalat, Diallylmaleat, -fumarat, -adipat, Pentaerythrit-tetra-acrylat und -methacrylat, Pentaerythrit-tri-acrylat und -methacrylat. Suitable compounds of the formulas (V) and (VI) are, for example: triallyl tricarballylate, triallyl aconitate, triallyl citrate, triallyl trimesinate, triallyl trimellitate, trimethylolpropane tri- acrylate and methacrylate, diallyl oxalate, divinyl phthalate, diallyl maleate, fumarate, adipate, pentaerythritol tetra-acrylate and methacrylate, pentaerythritol tri-acrylate and methacrylate.
Beispiele für Vernetzer der Formel (IV) sind Divinylbenzole und Trivinylbenzole. Examples of crosslinkers of the formula (IV) are divinylbenzenes and trivinylbenzenes.
Zweiwertige Vernetzer sowie wasserlösliche Vernetzer sind bevorzugt. Geeignete wasserlösliche Vernetzer sind insbesondere Derivate der Acryl- bzw. Methacrylsäure, wie z.B. N,N'-Methylen-bis-acrylamid, Ν,Ν'-Methylen-bis-methacrylamid, N,N'-Methylen-bis-(N- hydroxymethyl-methacrylamid), N,N'-Bis-(methacroyl)-aminoessigsäure, N,N'-Bis-(acryloyl)- aminoessigsäure, 1 ,2 Bis-(acrylamido)-1 ,2-dihydroxy-ethan, 1 ,2-Bis-(methacrylamido)-1 ,2- dihydroxyethan, 1 ,2-Bis-(N-hydroxymethyl-methacrylamido)-1 ,2-dihydroxy-ethan, 1 ,2-Bis-(N- methoxymethyl-methacrylamido)-1 ,2-dimethyloxyethan, 1 ,6-Bis-(arcrylamido)-hexan, 1 ,6-Bis- (methacrylamido)-hexan, 2-Methyl-1 ,4-bis-(acrylamido)-butan ("Isovalerilyden-bis- acrylamid"), 2-Methyl-1 ,4-bis-(methacrylamido)-butan ("Isovalerilyden-bis-methacrylamid"). Divalent crosslinkers and water-soluble crosslinkers are preferred. Suitable water-soluble crosslinkers are, in particular, derivatives of acrylic or methacrylic acid, such as e.g. N, N'-methylene-bis-acrylamide, Ν, Ν'-methylene-bis-methacrylamide, N, N'-methylene-bis- (N-hydroxymethyl-methacrylamide), N, N'-bis (methacroyl) - aminoacetic acid, N, N'-bis (acryloyl) aminoacetic acid, 1, 2 bis (acrylamido) -1, 2-dihydroxy-ethane, 1, 2-bis (methacrylamido) -1, 2-dihydroxyethane, 1, 2-bis (N-hydroxymethyl-methacrylamido) -1,2-dihydroxy-ethane, 1,2-bis- (N-methoxymethyl-methacrylamido) -1,2-dimethyloxyethane, 1,6-bis (arcrylamido) - hexane, 1,6-bis (methacrylamido) hexane, 2-methyl-1,4-bis (acrylamido) butane ("isovalerylidenebisacrylamide"), 2-methyl-1,4-bis ( methacrylamido) butane ("isovaleryldenebismethacrylamide").
Weitere bevorzugte zweiwertige Vernetzer sind Divinylbenzole, insbesondere 1 ,4- Divinylbenzol, Etylenglykoldiacrylat oder -dimethacrylat, Diallylamin, Divinylpyridine, Di- vinylchinoline, Divinylketon, Divinylsulfon, Dimethylenglykoldiacrylat- oder -dimethacrylat, Butylenglykoldiacrylat oder -dimethacrylat, Diallyloxalat, Diallylmaleat, -fumarat, -adipat, - phthalat, Divinylphthalat, Diallylmelamin. Further preferred bivalent crosslinkers are divinylbenzenes, especially 1, 4-divinylbenzene, ethylene glycol diacrylate or dimethacrylate, diallylamine, divinylpyridines, divinylchinolines, divinyl ketone, divinylsulfone, dimethylenglycol diacrylate or dimethacrylate, butylene glycol diacrylate or dimethacrylate, diallyl oxalate, diallyl maleate, fumarate, adipate, phthalate, divinyl phthalate, diallylmelamine.
Günstig sind auch Kombinationen von zwei oder mehreren Venetzern, z.B. von N,N- Methylen-bis-acrylamid / Ν,Ν-Bis-acryloyl-aminoessigsäure; N,N'-Methylen-bis-acrylamid / Isovalerilyden-bis-acrylamid; N,N'-Methylen-bis-acrylamid / Ethylenglykol-1 ,2-bis- (ethenphosphonsäureester). Also beneficial are combinations of two or more surfactants, e.g. of N, N-methylene-bis-acrylamide / Ν, Ν-bis-acryloyl-aminoacetic acid; N, N'-methylene-bis-acrylamide / isovaleryl-bis-acrylamide; N, N'-methylene-bis-acrylamide / ethylene glycol-1,2-bis (ethenphosphonic acid ester).
Die erfindungsgemäßen Copolymerisate können auch Einheiten polymerisierbarer silizium- und/ oder bor-organischer Verbindungen enthalten, insbesondere dann, wenn diese Verbindungen als Einheiten n-valenter Vernetzer wirken. The copolymers according to the invention may also contain units of polymerisable silicon and / or boron-organic compounds, in particular if these compounds act as units of n-valent crosslinking agents.
Geeignete n-valente Vernetzer sind auch solche Verbindungen, die nur eine oder zwei polymerisierbare olefinische Doppelbindungen im Molekül enthalten, die aber aufgrund von Sekundärreaktionen zusätzlich (n-1 ) bzw. (n-2) Polymerenketten miteinander verknüpfen können. Derartige Vernetzer sind z.B. Alkoxy-Gruppen enthaltende Silane, bei denen die Alkoxy-Gruppen in wässrigem Medium intermediär zu Si-OH-Gruppen hydrolysiert werden. Zwei derartige Silanolgruppen bewirken dann unter Kondensation und Ausbildung einer Siloxanbindung Si-O-Si die Verknüpfung zweier Ketten. Geeignete polymerisierbar silizium- und bor-organische Verbindungen sind beispielsweise Acryl- bzw. Methacrylsäure-3-(trimethoxy-silyl)-propylester, Acryl- bzw. Methacrylsäure-3- (triethoxy-silyl)-propyl-ester, Acryl- bzw. Methacrylsäure-3-(tri(methoxyethoxy)-silyl)- propylester, Acryl- bzw. Methacrylsäure-3-(tri (methoxyethoxyethoxy)-silyl)-propyl-ester, Acryl- bzw. Methacrylsäure 3-(di-(methoxy)-methyl-silyl)-propyl-ester, Acryl- bzw. Methacrylsäure-3-(di.-(ethoxy)-ethyl-silyl)-propyl-ester, Vinyl-tri-ethoxy-silan, Vinyl-tri- methoxy-silan, Vinyltri-allyloxy-silan, Allyl-tri-allyloxy-silan, Vinyl-methyl-di-ethoxy-silan, Vinyl- methyl-dimethoxy-silan, Vinyl-tri-acetoxy-silan, Vinyl-tri-(methoxyethoxy)-silan, 1 ,3-Di-vinyl- 1 ,1 ,3,3-tetra-methyldisiloxan, 1 ,3-Di-vinyl-1 , 1 ,3,3-tetra-methyl-disilazan, CH2=CH-COO- (CH2)3-(Si-(CH3)p-0)3-Si(CH3)2-CH3)2-0-CO-CH=CH2, CH2=CH-COO-(CH2)3-COO-(CH2)3- (Si(CH3)2-0)p-Si(CH3)2-(CH3)2-0-CO-C(CH3)=CH2, wobei p eine Zahl von 1 bis 20, insbesondere eine Zahl von 1 bis 1 0, bedeutet, CH2=CH-CH2-NH-SiH(CH)3-N(CH2CH=CH2)- SiH(CH3)-NH-CH2-CH=CH2, Triallyl-borsäureester, Trimethallyl-borsäureester. Die polymerisierbaren silizium- oder bor-organischen Verbindungen können auch, falls die Voraussetzungen hierfür vorliegen, als n-valente Vernetzer bzw. gleichzeitig als polymerisierbare silizium- oder bor-organische Verbindungen und als Vernetzer eingesetzt werden. Suitable n-valent crosslinkers are also those compounds which contain only one or two polymerizable olefinic double bonds in the molecule, but which can additionally link together (n-1) or (n-2) polymer chains due to secondary reactions. Such crosslinkers are, for example, silanes containing alkoxy groups, in which the alkoxy groups are hydrolyzed in an aqueous medium as an intermediate to Si-OH groups. Two such silanol groups then cause condensation of and formation of a siloxane bond Si-O-Si the linkage of two chains. Suitable polymerizable silicon and boron-organic compounds are, for example, acrylic or methacrylic acid-3- (trimethoxy-silyl) -propyl esters, acrylic or methacrylic acid-3- (triethoxy-silyl) -propyl esters, acrylic or methacrylic acid -3- (tri (methoxyethoxy) silyl) propyl ester, acrylic or methacrylic acid 3- (tri (methoxyethoxyethoxy) silyl) propyl ester, acrylic or methacrylic acid 3- (di (methoxy) methyl -silyl) propyl ester, acrylic or methacrylic acid 3- (di (ethoxy) ethylsilyl) propyl ester, vinyltri-ethoxy-silane, vinyltrimethoxy-silane, vinyltri -allyloxy-silane, allyl-tri-allyloxy-silane, vinyl-methyl-di-ethoxy-silane, vinyl-methyl-dimethoxy-silane, vinyl-tri-acetoxy-silane, vinyl-tri- (methoxyethoxy) -silane, 1 , 3-Di-vinyl-1,1,3,3-tetra-methyldisiloxane, 1,3-di-vinyl-1,1,3,3-tetra-methyldisilazane, CH 2 = CH-COO- (CH 2) 3- (Si (CH3) p-0) 3-Si (CH3) 2-CH 3) 2 -0-CO-CH = CH 2, CH 2 = CH-COO- (CH 2) 3 -COO- (CH 2) 3 - (Si (CH 3) 2 -O) p-Si (CH 3 ) 2 - (CH 3 ) 2 -O-CO-C (CH 3 ) = CH 2 where p is a Number from 1 to 20, in particular a number from 1 to 10, means, CH 2 = CH-CH 2 -NH-SiH (CH) 3 -N (CH 2 CH = CH 2 ) - SiH (CH 3 ) -NH- CH 2 -CH = CH 2 , triallyl-boric acid ester, trimethallyl-boric acid ester. The polymerisable organosilicon or boron-organic compounds can also, if the prerequisites for this are present, be used as n-valent crosslinkers or at the same time as polymerizable silicon or boron-organic compounds and as crosslinkers.
Die polymerisierbaren Monomeren können in der Regel in handelsüblicher Form, also ohne vorherige Reinigung, eingesetzt werden. The polymerizable monomers can generally be used in commercial form, ie without prior purification.
Die erfindungsgemäßen vernetzten Copolymerisatteilchen werden bevorzugt durch die oben beschriebene Suspensionspolymerisation in wässriger Phase hergestellt. The crosslinked copolymer particles according to the invention are preferably prepared by the suspension polymerization in the aqueous phase described above.
Die bei der Copolymerisation eingesetzte wässrige Phase besteht ganz oder zum überwiegenden Teil aus Wasser. Gegebenenfalls können bis zu 20 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Reaktionsansatzes, an wassermischbaren Substanzen eingesetzt werden, beispielsweise an aliphatischen Ci-C4-Alkoholen. The aqueous phase used in the copolymerization consists wholly or for the most part of water. Optionally, up to 20 wt .-%, based on the total amount of the reaction mixture, of water-miscible substances are used, for example, aliphatic Ci-C4 alcohols.
Bei dem Verfahren der Suspensionspolymerisation wird eine in der Regel 15 bis 80%ige Lösung der Monomeren in einer inerten hydrophoben Flüssigkeit, beispielsweise in aromatischen und/oder aliphatischen Kohlenwasserstoffen hergestellt. Flüssige Monomere können aber als solche eingesetzt werden oder feste Monomere werden in flüssigen Monomeren gelöst und zur Reaktionsmischung gegeben. Die Monomerlösung wird ganz oder in Teilen zur wässrigen Vorlage gegeben und darin in Gegenwart eines Schutzkolloids, wie Polyvinylalkohol, normalerweise bei Temperaturen von 20 bis 40 °C durch Rühren suspendiert. Die Copolymerisation zu polymeren Produkten in Perlform wird bei den weiter oben beschriebenen Temperaturen durchgeführt. In the suspension polymerization process, a generally 15 to 80% solution of the monomers is prepared in an inert hydrophobic liquid, for example in aromatic and / or aliphatic hydrocarbons. However, liquid monomers can be used as such or solid monomers are dissolved in liquid monomers and added to the reaction mixture. The monomer solution is added in whole or in part to the aqueous receiver and therein in the presence of a protective colloid such as polyvinyl alcohol, usually at temperatures of 20 to 40 ° C by stirring suspended. The copolymerization into polymeric products in bead form is carried out at the temperatures described above.
Die Copolymerisation wird in an sich bekannter Weise, z.B. durch UV-Licht oder durch andere energiereiche Strahlung, in der Regel aber durch einen im Monomerengemisch löslichen, Radikale liefernden Initiator ausgelöst. Geeignete Initiatoren sind z.B. Benzoylperoxid, tert-Butylhydroperoxid, Cumolhydroperoxid, Methylethylketonperoxid, Lauroylperoxid, tert-Butylperbenzoat, tert-Butyldiperphthalat, Azodiisobutyronitril, 2,2'-Azo- bis-(2,4-dimethylvaleronitril), 2-Phenyl-azo-2,4-dimethyl-4-methoxy-valeronitril, 2-Cyano-2- propyl-azoformamid, Azodiisobutyramid, Dimethyl-, Diethyl- oder Dibutylazobis- methylvalerat. Es können auch Gemische von Initiatoren eingesetzt werden. The copolymerization is carried out in a manner known per se, e.g. triggered by UV light or other high-energy radiation, but usually by a soluble in the monomer mixture, radical-providing initiator. Suitable initiators are e.g. Benzoyl peroxide, tert-butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, methyl ethyl ketone peroxide, lauroyl peroxide, tert-butyl perbenzoate, tert-butyl diperphthalate, azodiisobutyronitrile, 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2-phenyl-azo-2,4-dimethyl 4-methoxy-valeronitrile, 2-cyano-2-propyl-azoformamide, azodiisobutyramide, dimethyl, diethyl or dibutylazobis methylvalerate. It is also possible to use mixtures of initiators.
Bezogen auf die Gesamtmonomermenge können etwa 0,01 bis 4 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 2 Gew.-% Initiator eingesetzt werden. Der Radikalinitiator kann der Wasser- und/oder der Ölphase zugesetzt werden. Vorzugsweise wird der Radikalinitiator der Wasserphase zugesetzt. Based on the total amount of monomer, about 0.01 to 4 wt .-%, preferably 0.1 to 2 wt .-% initiator can be used. The free radical initiator may be added to the water and / or oil phase. Preferably, the free radical initiator is added to the water phase.
Das Schutzkolloid muss in der wässrigen Phase löslich oder dispergierbar sein und verhindert ein Zusammenfließen der fein zerteilten dispersen organischen Phase. The protective colloid must be soluble or dispersible in the aqueous phase and prevents coalescence of the finely divided dispersed organic phase.
Geeignete Schutzkolloide sind die weiter oben aufgezählten hochmolekularen organischen Substanzen. Suitable protective colloids are the above-enumerated high molecular weight organic substances.
Das Schutzkolloid oder ein Gemisch verschiedener Schutzkolloide werden in der Regel in Mengen von mindestens 0,5 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmonomerenmenge eingesetzt. The protective colloid or a mixture of different protective colloids are generally used in amounts of at least 0.5% by weight, preferably 2 to 20% by weight, based on the total amount of monomers.
Die Volumina der dispersen organischen Phase und der wässrigen Phase verhalten sich vorzugsweise wie 1 : (2 bis 50), besonders bevorzugt 1 :(2-5), ganz besonders bevorzugt 1 :3. The volumes of the disperse organic phase and the aqueous phase preferably behave as 1: (2 to 50), more preferably 1: (2-5), most preferably 1: 3.
Die Dispergierung der organischen Monomeren in der mit Schutzkolloid versetzten wässrigen Phase erfolgt in an sich bekannter Weise, vorzugweise durch kräftiges Rühren. The dispersion of the organic monomers in the aqueous phase treated with protective colloid takes place in a manner known per se, preferably by vigorous stirring.
Es ist zweckmäßig, die Copolymerisation unter Ausschluss von Sauerstoff durchzuführen. Dies kann in bekannter Weise durch Spülen bzw. Durchleiten eines Inertgases, wie z.B. Stickstoff, erfolgen. Die Copolymerisation ist in der Regel nach 0,5 bis 100 h beendet, bevorzugt nach 1 bis 20 h. Nach beendeter Copolymerisation wird das erhaltene vernetzte Copolymerisat abgetrennt, mit Wasser und/oder organischem Lösungsmittel gewaschen und getrocknet. It is expedient to carry out the copolymerization in the absence of oxygen. This can be done in a known manner by flushing or passing an inert gas, such as nitrogen. The copolymerization is usually completed after 0.5 to 100 h, preferably after 1 to 20 h. After completion of the copolymerization, the resulting crosslinked copolymer is separated, washed with water and / or organic solvent and dried.
Bei der Suspensionspolymerisation können den Polymerisationsansätzen sogenannte Regulatoren zugesetzt werden. Dabei handelt es sich um solche Verbindungen, die das Molekulargewicht der hergestellten Copolymerisate beeinflussen. Geignete bekannte Regulatoren sind z.B. Alkylmercaptane, wie z.B. Dodecylmercaptan und tert.-Dodecyl- mercaptan, Isooctylthioglyccolat und einige Halogenverbindungen, wie z.B. Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform und Methylenchlorid. In the suspension polymerization so-called regulators can be added to the polymerization batches. These are those compounds which influence the molecular weight of the copolymers produced. Suitable known regulators are e.g. Alkylmercaptans, such as e.g. Dodecylmercaptan and tert-dodecylmercaptan, isooctylthioglycolate and some halogen compounds, e.g. Carbon tetrachloride, chloroform and methylene chloride.
Durch mehrstündiges Nachheizen der nach dem Verfahren der Suspensionspolymerisation erhaltenen Copolymerisatperlen im Temperaturbereich von 50 bis 130°C, vorzugsweise 70 bis 100°C, können die Qualitätseigenschaften der vernetzten Copolymerisate noch verbessert werden. After several hours of reheating of the obtained by the process of suspension copolymerization in the temperature range of 50 to 130 ° C, preferably 70 to 100 ° C, the quality properties of the crosslinked copolymers can be further improved.
Die auf diesem Wege hergestellten, in Form von sphärischen Teilchen oder feinen Perlen vorliegenden erfindungsgemäßen, vernetzten Copolymerisate werden nach der Abtrennung aus dem Reaktionsgemisch getrocknet und in fester Form erhalten. The crosslinked copolymers according to the invention prepared in this way, in the form of spherical particles or fine beads, are dried after separation from the reaction mixture and obtained in solid form.
Die erfindungsgemäßen vernetzten Copolymerisate fallen in Form von sphärischen Teilchen oder Perlen an, die typischerweise Durchmesser im Bereich von 40 bis 500 μηι, insbesondere von 100 bis 300 μηι aufweisen. Der mittlere Teilchendurchmesser D5o dieser Teilchen beträgt 100 bis 500 μηι, vorzugsweise 150 bis 300 μηι. Der Mittelwert wird aus der Summenverteilungskurve der gemessenen Partikeldurchmesser rechnerisch bestimmt. The crosslinked copolymers according to the invention are obtained in the form of spherical particles or beads, which typically have diameters in the range from 40 to 500 μm, in particular from 100 to 300 μm. The average particle diameter D 5 o of these particles is 100 to 500 μηι, preferably 150 to 300 μηι. The mean value is calculated from the sum distribution curve of the measured particle diameter.
Die erfindungsgemäßen Copolymerisatteilchen sind darüber hinaus durch einen äußerst geringen Volumenquellungsgrad von 1 ,1 bis 2,0 gekennzeichnet, insbesondere von 1 ,2 bis 1 ,6, besonders bevorzugt 1 ,2 bis 1 ,5. Der Volumenquellungsgrad wird ermittelt, indem 1 ml des trockenen Copolymerisats in einen 10 mL Standzylinder gefüllt werden und dieser anschließend mit einer 2 Gew.%-igen Lösung einer organischen Säure, vorzugsweise Milchsäure, bis auf 10 ml aufgefüllt wird. Nach 24 Stunden wird das Harzbettvolumen abgelesen. Der Volumenquellungsgrad Qv ist der Quotient aus dem Volumen des gequollenen Copolymerisats und dem Volumen des trockenen Copolymerisats. Es wird angenommen, dass der hohe Vernetzungsgrad in den Copolymerisatteilchen für diesen überraschend geringen Volumenquellungsgrad verantwortlich ist. Darüber hinaus zeichnen sich die erfindungsgemäßen Copolymerisatteilchen durch einen überraschend hohen Einbaugrad (Quotient aus Stoffmenge des Monomeren der allgemeinen Formel I im Copolymerisat und der Stoffmenge des gleichen Monomeren im Reaktionsansatz) von >70%, vorzugsweise >75 %, besonders bevorzugt wenigstens 80%, ganz besonders bevorzugt 80-90% an sorptionsaktiven Monomeren (entsprechend Verbindungen der Formel I) aus. In addition, the copolymer particles according to the invention are characterized by an extremely low volume swelling degree of 1.1 to 2.0, in particular from 1.2 to 1.6, more preferably 1.2 to 1.5. The volume swelling rate is determined by filling 1 ml of the dry copolymer in a 10 ml graduated cylinder and then making up to 10 ml with a 2% strength by weight solution of an organic acid, preferably lactic acid. After 24 hours the resin bed volume is read. The volume swelling Qv is the quotient of the volume of the swollen copolymer and the volume of the dry copolymer. It is believed that the high level of crosslinking in the copolymer particles accounts for this surprisingly low volume swell. In addition, the copolymer according to the invention by a surprisingly high degree of incorporation (quotient of molar amount of the monomer of the general formula I in the copolymer and the amount of the same monomer in the reaction mixture) of> 70%, preferably> 75%, more preferably at least 80%, completely particularly preferably 80-90% of sorption-active monomers (corresponding to compounds of the formula I).
Ein weiterer Gegenstand der vorliegen Erfindung ist ein Copolymerisat erhältlich nach einem Verfahren wie vorstehend beschrieben. A further subject of the present invention is a copolymer obtainable by a process as described above.
Die erfindungsgemäßen Copolymerisatteilchen sind hervorragend als Sorptionsmittel, insbesondere als Sorptionsmittel für saure Substanzen aus Lösungsmitteln geeignet. The copolymer particles according to the invention are outstandingly suitable as sorbents, in particular as sorbents for acidic substances from solvents.
Unter sauren Substanzen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung solche Substanzen der allgemeinen Formel HA verstanden, die in einem Lösungsmittel der allgemeinen Formel Lm (in der Regel Wasser oder ein Wasser enthaltendes Lösungsmittelgemisch) in LmH+ und einen Säurerest A" dissoziieren können. Derartige saure Substanzen sind z.B. Carbonsäuren, Sulfonsäuren, Mineralsäuren, Aminocarbonsäuren, Aminodicarbonsäuren, Thiocarbonsäuren, Phenole, Thiophenole, Mercaptane, Säureimide, Säuresulfimide. Die genannten sauren organischen Substanzen können auch substituiert sein und/oder mehrere gleiche oder verschiedene saure Gruppen im Molekül enthalten. In the context of the present invention, acidic substances are understood as meaning substances of the general formula HA which can dissociate in a solvent of the general formula Lm (usually a water or solvent mixture) into LmH + and an acid radical A " Examples of suitable acidic organic substances are carboxylic acids, sulfonic acids, mineral acids, aminocarboxylic acids, aminodicarboxylic acids, thiocarboxylic acids, phenols, thiophenols, mercaptans, acidimides, acid sulfimides, etc. The abovementioned acidic organic substances can also be substituted and / or contain several identical or different acidic groups in the molecule.
Geeignete aliphatische und aromatische Mono-, Di- und Polycarbonsäuren, Hydroxy- und Ketocarbonsäuren, sind z.B. Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, n-Buttersäure, i- Buttersäure, n-Valeriansäure, Trimethylessigsäure, Capronsäure, n-Heptylsäure, Caprylsäure, Caprinsäure, Pelargonsäure, Stearinsäure, Talgfettsäure, Fluoressigsäure, Chloressigsäure, Bromessigsäure, Jodessigsäure, Dichloressigsäure, 2-Chlorpropionsäure, Glykolsäure, Milchsäure, Methoxyessigsäure, Thioglykolsäure, Cyanessigsäure, Glyoxylsäure, Malonsäure, Acrylsäure, Methacrylsäure, Vinylessigsäure, Phenylessigsäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Zitronensäure, Äpfelsäure, Benzilsäure, Aconitsäure, Trimesinsäure, Benzoesäure, Zimtsäure, Mandelsäure, Weinsäure, Salicylsäure, Acetoessigsäure, Hydroxybenzoesäure, Gallussäure, Dihydroxybenzoesäure. Suitable aliphatic and aromatic mono-, di- and polycarboxylic acids, hydroxy and ketocarboxylic acids are e.g. Formic acid, acetic acid, propionic acid, n-butyric acid, i-butyric acid, n-valeric acid, trimethylacetic acid, caproic acid, n-heptanoic acid, caprylic acid, capric acid, pelargonic acid, stearic acid, tallow fatty acid, fluoroacetic acid, chloroacetic acid, bromoacetic acid, iodoacetic acid, dichloroacetic acid, 2-chloropropionic acid, Glycolic, lactic, methoxyacetic, thioglycolic, cyanoacetic, glyoxylic, malonic, acrylic, methacrylic, vinylacetic, phenylacetic, oxalic, succinic, glutaric, adipic, maleic, fumaric, phthalic, isophthalic, terephthalic, citric, malic, benzilic, aconitic, trimesic, Benzoic, cinnamic, mandelic, tartaric, salicylic, acetoacetic, hydroxybenzoic, gallic, dihydroxybenzoic.
Geeignete Aminocarbonsäuren und Aminodicarbonsäuren sind insbesondere alpha- Aminocarbonsäuren und alpha-Aminodicarbonsäuren, wie z.B. Glycin, Alanin, Valin, Leucin, Isoleucin, Methionin, Prolin, Phenylalanin, Serin, Threonin, Cystein, Tyrosin, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Hydroxyglutaminsäure, ferner insbesondere 6-Aminopenicillan und Aminocephalosporansäure. Suitable aminocarboxylic acids and aminodicarboxylic acids are, in particular, alpha-aminocarboxylic acids and alpha-aminodicarboxylic acids, for example glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, methionine, proline, phenylalanine, serine, threonine, cysteine, tyrosine, aspartic acid, Glutamic acid, hydroxyglutamic acid, furthermore, in particular 6-aminopenicillan and aminocephalosporanic acid.
Geeignete Mineralsäuren sind z.B. Schwefelsäure, Phosphorsäure, Phosphorige-Säure, Salzsäure. Suitable mineral acids are e.g. Sulfuric acid, phosphoric acid, phosphorous acid, hydrochloric acid.
Geeignete Sulfonsäuren sind z.B. Benzolsulfonsäure oder Naphthalin-1 - oder 2-Naphthalin- oder Benzol-di-sulfonsäuren. Suitable sulfonic acids are e.g. Benzenesulfonic acid or naphthalene-1 - or 2-naphthalene or benzene-di-sulfonic acids.
Ferner sind geeignet Thiophenol., m-Thiokresol, 2-Bromthio-p-kresol, Ethanthiol, Phenyl- methanthiol, 1 ,4-Butan-dithiol, 4-Mercapto-2-pyridin-carbonsäure, 2,3-Dimercapto- bernsteinsäure, Dithioessigsäure, Thioessig-O-säure, Thioessig-S-säure, Phthalimid, Succinimid, Benzolsulfimid. Also suitable are thiophenol., M-thiocresol, 2-bromothio-p-cresol, ethanethiol, phenylmethanethiol, 1,4-butanedithiol, 4-mercapto-2-pyridinecarboxylic acid, 2,3-dimercaptosuccinic acid, Dithioacetic acid, thioacetic O-acid, thioacetic S-acid, phthalimide, succinimide, benzenesulfimide.
Vorzugsweise eignen sich die erfindungsgemäßen Copolymerisate zur Sorption von Carbonsäuren, insbesondere aus ihren wässrigen Lösungen. The copolymers according to the invention are preferably suitable for the sorption of carboxylic acids, in particular from their aqueous solutions.
Die erfindungsgemäßen Copolymerisate weisen bei der Sorption von Carbonsäuren außerordentlich hohe Sorptionskapazität bei gleichzeitig geringerem Quellvermögen in Lösungsmitteln auf. Die Sorption kann in an sich bekannter Weise durchgeführt werden. In der Regel wird das Säulen- oder Festbettverfahren angewandt, bei dem das Sorptionsmittel in eine Säule gefüllt wird, die dann von dem eine oder mehrere saure Substanzen enthaltenden Lösungsmittel solange durchströmt wird, bis die Kapazität des Austauschers erschöpft ist. The copolymers of the invention have in the sorption of carboxylic acids exceptionally high sorption capacity at the same time less swelling in solvents. The sorption can be carried out in a manner known per se. In general, the column or fixed bed method is used, in which the sorbent is filled in a column, which is then flowed through by the solvent containing one or more acidic substances until the capacity of the exchanger is exhausted.
Anschließend kann die Desorption der sorbierten sauren Stoffe mit Hilfe von organischen Lösungsmitteln ggf. im Gemisch mit Wasser erfolgen, wie z.B. einem Alkohol, wie Methanol, Ethanol, i-Propanol, n-Butanol, einem Keton, wie Aceton, Methylethylketon, Diethylketon, einem Ester, wie Essigsäuremethyl- oder -ethylester, Essigsäureethylglykolester, Essigsäureethyl-diglykolester, Dimethylcarbonat, einem Ether, wie z.B. Tetrahydrofuran, Dioxan, Ethylenglykol-di-methyl- oder -di-ethyl-ether. Alternativ kommt auch eine Desorption der sorbierten sauren Stoffe nur mit Wasser in Betracht. Subsequently, the desorption of the sorbed acidic substances with the aid of organic solvents, optionally in admixture with water, such. an alcohol such as methanol, ethanol, i-propanol, n-butanol, a ketone such as acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, an ester such as methyl or ethyl acetate, ethyl acetate, ethyl acetate, dimethyl carbonate, an ether such as methylene chloride; Tetrahydrofuran, dioxane, ethylene glycol di-methyl or di-ethyl ether. Alternatively, desorption of the sorbed acidic substances with water is also possible.
Die Temperatur liegt hierbei bei 20-90°C, vorzugsweise bei 40-60°C. The temperature is in this case at 20-90 ° C, preferably at 40-60 ° C.
Die Desorption mit Dimethylcarbonat führt bei geeigneten Temperaturen, Drücken und Verweilzeiten zur Bildung des Methylesters der sauren Stoffe. Die desorbierten sauren Substanzen bzw. deren Ester können einer anderweitigen Verwendung zugeführt werden. The desorption with dimethyl carbonate leads at suitable temperatures, pressures and residence times to the formation of the methyl ester of the acidic substances. The desorbed acidic substances or their esters can be used for other purposes.
Die Sorption und Desorption saurer Substanzen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Copolymerisatteilchen kann auch nach anderen bekannten Sorptionsverfahren, wie z.B. nach kontinuierlichen Verfahren mit wanderndem Bett nach dem Wirbelschichtverfahren oder im Satzbetrieb durchgeführt werden. The sorption and desorption of acidic substances with the aid of the copolymer particles according to the invention can also be carried out by other known sorption methods, e.g. be carried out by continuous processes with moving bed by the fluidized bed process or in batch mode.
Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt auch die Verwendung der oben beschriebenen vernetzten Copolymerisate in der Form von sphärischen Teilchen zur Abtrennung saurer Substanzen aus wässrigen Zusammensetzungen. The invention also relates, in a further aspect, to the use of the above-described crosslinked copolymers in the form of spherical particles for the separation of acidic substances from aqueous compositions.
Dabei kann es sich vorzugsweise um Fermentationsbrühen handeln, die neben den sauren Substanzen gegebenenfalls Feststoffe enthalten. These may preferably be fermentation broths, which optionally contain solids in addition to the acidic substances.
Bevorzugt werden die oben beschriebenen vernetzten Copolymerisate in der Form von sphärischen Teilchen zur Abtrennung von organischen Säuren aus Lösungsmitteln, insbesondere Wasser verwendet, besonders bevorzugt von Mono- oder Dicarbonsäuren, ganz besonders bevorzugt von Hydroxycarbonsäuren oder Dicarbonsäuren, und insbesondere von Äpfelsäure, Glycolsäure, Isozitronensäure, Mandelsäure, Milchsäure, Tartronsäure, Weinsäure, Zitronensäure, beta-Hydroxybuttersäure, Mevalonsäure, Salicylsäure, Oxalsäure, Essigsäure, Maleinsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Fumarsäure, Itaconsäure, Glukarsäure, Gluconsäure, Glucoronsäure, Aminocarbonsäure, 3-Hydroxypropionsäure, Acrylsäure, Malonsäure, alpha-Hydroxy-glutarsäure, beta-Hydroxy-glutarsäure, Glycerinsäure. The above-described crosslinked copolymers are preferably used in the form of spherical particles for separating off organic acids from solvents, in particular water, particularly preferably mono- or dicarboxylic acids, very particularly preferably hydroxycarboxylic acids or dicarboxylic acids, and in particular malic acid, glycolic acid, isocitric acid, Mandelic acid, lactic acid, tartronic acid, tartaric acid, citric acid, beta-hydroxybutyric acid, mevalonic acid, salicylic acid, oxalic acid, acetic acid, maleic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, sebacic acid, pimelic acid, suberic acid, fumaric acid, itaconic acid, glucaric acid, gluconic acid, glucuronic acid, aminocarboxylic acid, Hydroxypropionic acid, acrylic acid, malonic acid, alpha-hydroxyglutaric acid, beta-hydroxyglutaric acid, glyceric acid.
Weiterhin kommt aber auch die Abtrennung von Fettsäuren in Betracht, wie beispielsweise Sebacinsäure, Dodecandisäure, Erucasäure oder Rizinolsäure. But also comes the separation of fatty acids into consideration, such as sebacic acid, dodecanedioic acid, erucic acid or ricinoleic acid.
In einer besonders bevorzugten Anwendung werden die erfindungsgemäßen vernetzten Copolymerisatteilchen in einem Verfahren analog zum Verfahren gemäß DE 10 201 1 120 632 A1 eingesetzt. In a particularly preferred application, the crosslinked copolymer particles according to the invention are used in a process analogous to the process according to DE 10 201 1 120 632 A1.
Dazu wird eine Fermentationsbrühe gereinigt, indem die Biomasse und eventuell vorhandene Feststoffe abgetrennt werden und gegebenenfalls einer Filtration unterzogen, und die gereinigte Fermentationsbrühe wird mit sphärischen Teilchen der erfindungsgemäßen vernetzten Copolymerisate in Kontakt gebracht, um die sauren Substanzen durch Adsorption abzutrennen. For this purpose, a fermentation broth is purified by separating off the biomass and any solids present and optionally subjected to filtration, and the purified fermentation broth is treated with spherical particles of the invention crosslinked copolymers brought into contact to separate the acidic substances by adsorption.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung erfindungsgemäßer Copolymerisate zur Abtrennung von Schwermetallionen oder als stationäre Phase in chromatographischen Säulen, vorzugsweise als stationäre Phase in der SMB (Simulated moving bed) Chromatographie. Another object of the present invention is the use of copolymers according to the invention for the separation of heavy metal ions or as a stationary phase in chromatographic columns, preferably as a stationary phase in the SMB (Simulated moving bed) chromatography.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung erfindungsgemäßer Copolymerisate zur Abtrennung von sauren Substanzen, vorzugsweise Carbonsäuren, und anschließender Veresterung der am Polymer sorbierten sauren Substanzen, vorzugsweise Carbonsäuren. Another object of the present invention is the use of copolymers according to the invention for the separation of acidic substances, preferably carboxylic acids, and subsequent esterification of the acidic substances sorbed on the polymer, preferably carboxylic acids.
Weitere Gegenstände der vorliegen Erfindung sind ein Verfahren zur Abtrennung saurer Substanzen aus wässrigen Zusammensetzungen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Copolymerisate, ein Verfahren zur Abtrennung von Schwermetallionen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Copolymerisate, ein Chromatographieverfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Copolymerisate als stationäre Phase in chromatographischen Säulen, vorzugsweise als stationäre Phase in der SMB (Simulated moving bed) Chromatographie, sowie Verfahren zur Abtrennung von sauren Substanzen, vorzugsweise Carbonsäuren, und anschließender Veresterung der am Polymer sorbierten sauren Substanzen, vorzugsweise Carbonsäuren. Further objects of the present invention are a process for the separation of acidic substances from aqueous compositions using the copolymers according to the invention, a process for the separation of heavy metal ions using the novel copolymers, a chromatography process using the novel copolymers as stationary phase in chromatographic columns, preferably as stationary Phase in the SMB (Simulated moving bed) chromatography, and methods for the separation of acidic substances, preferably carboxylic acids, and subsequent esterification of the acidic substances sorbed on the polymer, preferably carboxylic acids.
In Figur 1 ist die Dichteverteilungsskurve der Teilchendurchmesser des gemäß Beispiel 1 erhaltenen Copolymerisates dargestellt. In Figure 1, the density distribution curve of the particle diameter of the copolymer obtained in Example 1 is shown.
In Figur 2 ist die Summenverteilungsskurve der Teilchendurchmesser des gemäß Beispiel 1 erhaltenen Copolymerisates dargestellt. In Figure 2, the cumulative distribution curve of the particle diameter of the copolymer obtained in Example 1 is shown.
In Figur 3a ist eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme des gemäß Beispiel 1 erhaltenen Copolymerisats dargestellt, welches dessen teilchenförmige Struktur zeigt. FIG. 3 a shows a scanning electron micrograph of the copolymer obtained according to Example 1, which shows its particulate structure.
In Figur 3b ist eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme des gemäß Beispiel 1 erhaltenen Copolymerisats dargestellt, welches dessen poröse Struktur zeigt. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein. Die angegebenen Prozente sind Gewichtsprozente. FIG. 3b shows a scanning electron micrograph of the copolymer obtained according to Example 1, which shows its porous structure. In the following the invention will be explained by means of examples. These explanations are merely exemplary and do not limit the general inventive concept. The given percentages are by weight.
Beispiel : Example:
Als Chemikalien wurden eingesetzt: As chemicals were used:
N-Vinylimidazol (BASF) N-vinylimidazole (BASF)
Divinylbenzol (DVB) als 80 %-iges Isomenengemisch (Aldrich)  Divinylbenzene (DVB) as an 80% Isomenengemisch (Aldrich)
Polyvinylalkohol (PVA) 86.000 g/mol, 99-100 % hydrolysiert (Acros Organics) Polyvinyl alcohol (PVA) 86,000 g / mol, 99-100% hydrolyzed (Acros Organics)
Toluol, technisch und Toluene, technical and
2,2 -Azoisobutyronitril (AIBN) (Acros Organics). Beispiel 1  2,2-Azoisobutyronitrile (AIBN) (Acros Organics). example 1
In einem 500 ml- Dreihalskolben, ausgestattet mit Rückflusskühler, KPG-Rührer und Stickstoffeinleitung, wurden bei Raumtemperatur 0,36 g Polyvinylalkohol (PVA, 86.000 g /mol, 99-100 % hydrolysiert), 360 mL dest. H2O und 54 g NaCI vorgelegt. In einem 250 ml Rundkolben wurden 37,64 g /V-Vinylimidazol, 22,32 g Divinylbenzol und 1 ,22 g AIBN in 60 mL Toluol gelöst, für 15 Minuten mit N2 gespült, und dann unter Rühren zur wässrigen Phase zugegeben. Ein kontinuierlicher N2 -Strom wurde über die Reaktionslösung geleitet. Es wurde eine Stunde gerührt, um eine stabile Tröpfchengröße zu erreichen. Dann wurde auf 80 °C erhitzt. Nach Erreichen der Reaktionstemperatur wurde die N2-Zufuhr abgestellt und für 20 h polymerisiert. Anschließend wurde die Reaktionslösung auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Polymerkugeln wurden isoliert und getrocknet.  In a 500 ml three-necked flask equipped with reflux condenser, KPG stirrer and nitrogen inlet, at room temperature, 0.36 g of polyvinyl alcohol (PVA, 86,000 g / mol, 99-100% hydrolyzed), 360 mL of dist. Submitted H2O and 54 g NaCl. In a 250 ml round bottom flask, 37.64 g / V vinylimidazole, 22.32 g divinylbenzene, and 1.22 g AIBN were dissolved in 60 mL toluene, purged with N 2 for 15 minutes, and then added to the aqueous phase with stirring. A continuous N 2 stream was passed over the reaction solution. It was stirred for one hour to achieve a stable droplet size. Then it was heated to 80 ° C. After reaching the reaction temperature, the N 2 feed was turned off and polymerized for 20 h. Subsequently, the reaction solution was cooled to room temperature. The polymer beads were isolated and dried.
Man erhielt 47,5 g (ca. 78 %) eines Copolymerisats in Form von sphärischen Teilchen. This gave 47.5 g (about 78%) of a copolymer in the form of spherical particles.
Die Analyse dieses Produktes ergab die folgenden Werte:  The analysis of this product gave the following values:
N-Anteil: 15,68 % (ermittelt durch Elementaranalyse)  N content: 15.68% (determined by elemental analysis)
Vinylimidazol-Anteil: 60,7 Mol %  Vinylimidazole content: 60.7 mol%
Divinylbenzol-Anteil: 39,3 Mol %  Divinylbenzene content: 39.3 mol%
Einbaugrad von Vinylimidazol ins Polymer: 86,5 %  Incorporation of vinylimidazole into the polymer: 86.5%
Schüttdichte / -gewicht (trocken): 0,43 g/ml  Bulk density / weight (dry): 0.43 g / ml
Max. Adsorption: 5 g / 10 g trockenes Copolymerisat bzw. 5,6 eq/kg (trockenes Copolymerisat) bzw. 2,4 eq/L (trockenes Copolymerisat) (bezogen auf Milchsäure)  Max. Adsorption: 5 g / 10 g of dry copolymer or 5.6 eq / kg (dry copolymer) or 2.4 eq / L (dry copolymer) (based on lactic acid)
Volumenquellungsgrad Qv 1 ,5 (in Gegenwart von 2 Gew% Milchsäure) Volume swelling Qv 1, 5 (in the presence of 2% by weight of lactic acid)
effektive Größe (D10): 190 μηι effective size (D10): 190 μηι
mittlere Größe (D50): 250 μηι average size (D 50 ): 250 μηι
Einheitlichkeitskoeffizient: 1 ,4 Uniformity coefficient: 1, 4

Claims

Patentansprüche: claims:
1 . Vernetztes Copolymerisat in Form von sphärischen Teilchen enthaltend 1 . Crosslinked copolymer in the form of spherical particles containing
(a) 45-80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Copolymerisates, Struktureinheiten abgeleitet von der allgemeinen Formel (I) (a) 45-80% by weight, based on the total weight of the copolymer, of structural units derived from the general formula (I)
Figure imgf000023_0001
worin
Figure imgf000023_0001
wherein
R1 , R2 und R3, jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder (Ci-C4)-Alkyl bedeuten, R 1 , R 2 and R 3 , in each case independently of one another, denote hydrogen or (C 1 -C 4 ) -alkyl,
X eine kovalente C-C-, C-O- oder C-N-Bindung oder eine zweiwertige organische Brückengruppe ist, und  X is a covalent C-C, C-O or C-N bond or a divalent organic bridging group, and
R4 ein einwertiger Rest einer heterocyclischen 5- oder 6-Ringverbindung ist, die im Ring mindestens ein protonierbares Stickstoffatom besitzt, R 4 is a monovalent radical of a heterocyclic 5- or 6-ring compound having at least one protonatable nitrogen atom in the ring,
20 bis 55 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Copolymerisates, Struktureineinheiten abgeleitet von der allgemeinen Formel (II) From 20 to 55% by weight, based on the total weight of the copolymer, of structural units derived from the general formula (II)
Figure imgf000023_0002
worin
Figure imgf000023_0002
wherein
R5, R6, R7, R8, R9 und R10, jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder (Ci- C4)-Alkyl bedeuten, R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 , each independently of one another denote hydrogen or (C 1 -C 4) -alkyl,
Y eine kovalente C-C- oder C-N-Bindung oder eine -CO-O- oder -CO-NH-Gruppe ist, U eine zwei- bis sechswertige organische Brückengruppe ist, welche auch eines oder mehrere Heteroatome aufweisen kann und Y is a CC or CN covalent bond or a -CO-O or -CO-NH group, U is a bi- to hexahydric organic bridging group, which may also have one or more heteroatoms, and
a = 1 , 2, 3, 4 oder 5 bedeutet, und wobei die Teilchen einen mittleren Teilchendurchmesser D5o von 100 bis 500 μηι aufweisen, und einen Volumenquellungsgrad von 1 ,1 bis 2,0 besitzen. a = 1, 2, 3, 4 or 5, and wherein the particles have a mean particle diameter D 5 o of 100 to 500 μηι, and have a volume swelling degree of 1, 1 to 2.0.
2. Copolymerisat nach Anspruch 1 , wobei R1 , R2 und R3 jeweils Wasserstoff sind oder eine dieser Gruppen Methyl und zwei dieser Gruppen Wasserstoff bedeuten, X eine kovalente C-C-, C-O- oder C-N-Bindung ist oder eine Methylengruppe bedeutet und R4 ein einwertiger Rest einer heterocyclischen 5- oder 6-Ringverbindung ist, mit 1 , 2, 3 oder 4, vorzugsweise 2 Stickstoffatomen im Ring, von denen mindestens eines ein protonierbares Stickstoff atom ist. 2. The copolymer of claim 1, wherein R 1 , R 2 and R 3 are each hydrogen or one of these groups is methyl and two of these groups are hydrogen, X is a covalent CC, CO or CN bond or a methylene group and R is 4 is a monovalent radical of a heterocyclic 5- or 6-ring compound having 1, 2, 3 or 4, preferably 2 nitrogen atoms in the ring, at least one of which is a protonatable nitrogen atom.
3. Copolymerisat nach Anspruch 1 oder 2, wobei X eine kovalente C-N-Bindung und R4 ein Imidazolylrest ist. 3. A copolymer according to claim 1 or 2, wherein X is a covalent CN bond and R 4 is an imidazolyl radical.
4. Copolymerisat nach einem der Ansprüche 1 -3, wobei R5, R6, R7, R8, R9 und R10 jeweils Wasserstoff sind oder zwei dieser Gruppen Methyl und die übrigen dieser Gruppen Wasserstoff bedeuten, Y eine kovalente C-C-Bindung ist oder eine - CO-O- Gruppe bedeutet, U eine zwei- oder dreiwertige aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe ist, vorzugsweise CrC6-Alkylen, oder eine zwei- oder dreiwertige carbocyclisch-aromatische Kohlenwasserstoffgruppe ist, vorzugsweise zwei- oder dreiwertiges Phenylen, und a = 1 oder 2 ist. 4. A copolymer according to any one of claims 1 -3, wherein R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 are each hydrogen or two of these groups are methyl and the remaining of these groups are hydrogen, Y is a covalent CC B is or is a -CO-O- group, U is a divalent or trivalent aliphatic hydrocarbon group, preferably C 1 -C 6 -alkylene, or a di- or trihydric carbocyclic-aromatic hydrocarbon group, preferably di- or tri-valent phenylene, and a = 1 or 2 is.
5. Copolymerisat nach einem der Ansprüche 1 -4, wobei a = 1 ist, R5, R6, R7, R8, R9 und R10 jeweils Wasserstoff sind, und U für C2-Ce-Alkylen oder Phenylen steht. 5. A copolymer according to any one of claims 1 -4, wherein a = 1, R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 are each hydrogen, and U is C 2 -C 6 -alkylene or phenylene.
6. Copolymerisat nach einem der Ansprüche 1 -5, wobei die Struktureinheiten abgeleitet von der allgemeinen Formel (I) N-Vinylimidazol und die Struktureinheiten abgeleitet von der allgemeinen Formel (II) Divinylbenzol ist. A copolymer according to any one of claims 1-5, wherein the structural units derived from the general formula (I) is N-vinylimidazole and the structural units derived from the general formula (II) is divinylbenzene.
7. Verfahren zur Herstellung von vernetzten Copolymerisaten nach einem der Ansprüche 1 -6 umfassend die Schritte: 7. A process for the preparation of crosslinked copolymers according to any one of claims 1 -6 comprising the steps:
A) Bereitstellen einer Zusammensetzung umfassend die Komponenten A) providing a composition comprising the components
i) Wasser,  i) water,
ii) wenigstens ein Schutzkolloid,  ii) at least one protective colloid,
iii) eine Monomermischung umfassend  iii) comprising a monomer mixture
45-80 Gew.-% Struktureinheiten abgeleitet von der allgemeinen Formel (I), bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren in der Monomermischung,  45-80% by weight of structural units derived from the general formula (I), based on the total weight of the monomers in the monomer mixture,
Figure imgf000025_0001
worin
Figure imgf000025_0001
wherein
R1 , R2 und R3, jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder (Ci- C4)-Alkyl bedeuten, R 1 , R 2 and R 3 , each independently of one another, denote hydrogen or (C 1 -C 4) -alkyl,
X eine kovalente C-C-, C-O- oder C-N-Bindung oder eine zweiwertige organische Brückengruppe ist, und  X is a covalent C-C, C-O or C-N bond or a divalent organic bridging group, and
R4 ein einwertiger Rest einer heterocyclischen 5- oder 6- Ringverbindung ist, die im Ring mindestens ein protonierbares Stickstoffatom besitzt, R 4 is a monovalent radical of a heterocyclic 5- or 6-ring compound having at least one protonatable nitrogen atom in the ring,
20 bis 55 Gew.-%, Struktureineinheiten abgeleitet von der allgemeinen Formel (II), bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren in der Monomerenmischung, 20 to 55 wt .-%, structural units derived from the general formula (II), based on the total weight of the monomers in the monomer mixture,
Figure imgf000025_0002
worin R5, R6, R7, R8, R9 und R10, jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder (Ci-C4)-Alkyl bedeuten,
Figure imgf000025_0002
wherein R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 , each independently of one another denote hydrogen or (C 1 -C 4) -alkyl,
Y eine kovalente C-C- oder C-N-Bindung oder eine -CO-O- oder -CO- NH-Gruppe ist,  Y is a C-C or C-N covalent bond or a -CO-O or -CO-NH group,
U eine zwei- bis sechswertige organische Brückengruppe ist, welche auch eines oder mehrere Heteroatome aufweisen kann und  U is a bi- to hexahydric organic bridging group, which may also have one or more heteroatoms, and
a = 1 , 2, 3, 4 oder 5 bedeutet, iv) wenigstens ein kosmotropes Salz in einer Menge von wenigstens 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 60-90 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der eingesetzten Monomeren (a) und (b),  a = 1, 2, 3, 4 or 5, iv) at least one cosmotropic salt in an amount of at least 30 wt .-%, particularly preferably 60-90 wt .-%, based on the total amount of the monomers used (a) and (b)
v) wenigstens ein mit Wasser nicht mischbares organisches Lösungsmittel, vi) ggf. wenigstens einen Radikalstarter;  v) at least one water-immiscible organic solvent, vi) optionally at least one radical initiator;
(B) Rühren der gemäß Schritt (A) erhaltenen Zusammensetzung; (B) stirring the composition obtained in step (A);
(C) Radikalische Polymerisation der Monomeren (a) und (b). (C) Radical polymerization of the monomers (a) and (b).
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Schutzkolloid Polyvinylalkohol umfasst. The method of claim 7, wherein the protective colloid comprises polyvinyl alcohol.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das kosmotrope Salz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Fluoriden, Chloriden, Sulfaten, Hydrogenphosphaten und Acetaten oder Mischungen aus wenigstens zwei dieser Salze, vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Fluoriden, Chloriden, Sulfaten, Hydrogenphosphaten und Acetaten von Natrium, Kalium oder Ammonium oder Mischungen aus wenigstens zwei dieser Salze, besonders bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Natriumchlorid, Natriumsulfat, Kaliumchlorid, Kaliumsulfat oder einer Mischung aus wenigstens zwei dieser Salze. 9. The method of claim 7 or 8, wherein the cosmotropic salt is selected from the group consisting of fluorides, chlorides, sulfates, hydrogen phosphates and acetates or mixtures of at least two of these salts, preferably from the group consisting of fluorides, chlorides, sulfates, hydrogen phosphates and acetates of sodium, potassium or ammonium or mixtures of at least two of these salts, more preferably selected from the group consisting of sodium chloride, sodium sulfate, potassium chloride, potassium sulfate or a mixture of at least two of these salts.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7-9, wobei die radikalische Polymerisation bei Temperaturen von 60 bis 140 °C, vorzugsweise bei 80 bis 95 °C, ggf. unter erhöhtem Druck erfolgt. 10. The method according to any one of claims 7-9, wherein the free-radical polymerization at temperatures of 60 to 140 ° C, preferably at 80 to 95 ° C, optionally under elevated pressure.
1 1 . Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7-10, wobei eine oder mehrere der Komponenten in entgaster Form bereitgestellt werden. 1 1. A method according to any one of claims 7-10, wherein one or more of the components are provided in degassed form.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7-1 1 , wobei einer oder mehre der Schritte unter Inertgas durchgeführt werden. 12. The method according to any one of claims 7-1 1, wherein one or more of the steps are carried out under inert gas.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7-12, wobei die radikalische Polymerisation für eine Dauer von 0,5 bis 100 Stunden, vorzugsweise von 0,5 bis 20 Stunden durchgeführt wird. 13. The method according to any one of claims 7-12, wherein the free-radical polymerization is carried out for a period of 0.5 to 100 hours, preferably from 0.5 to 20 hours.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7-13, wobei als Monomer (a) der allgemeinen Formel (I) N-Vinylimidazol und als Monomer (b) der allgemeinen Formel (II) Divinylbenzol eingesetzt wird. 14. The method according to any one of claims 7-13, wherein as the monomer (a) of the general formula (I) N-vinylimidazole and as the monomer (b) of the general formula (II) divinylbenzene is used.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-14, wobei der Einbaugrad des Monomeren der allgemeinen Formel (I) > 70 %, vorzugsweise > 75 %, besonders bevorzugt wenigstens 80 %, ganz besonders bevorzugt 80-90 % beträgt. 15. The method according to any one of claims 7-14, wherein the degree of incorporation of the monomer of the general formula (I)> 70%, preferably> 75%, more preferably at least 80%, most preferably 80-90%.
16. Copolymerisat erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7-15. 16. A copolymer obtainable by a process according to any one of claims 7-15.
17. Copolymerisat nach einem der Ansprüche 1 -6 oder 16, wobei die Teilchen einen mittleren Teilchendurchmesser D5o von 150 bis 300 μηι aufweisen. 17. A copolymer according to any one of claims 1 -6 or 16, wherein the particles have a mean particle diameter D 5 o of 150 to 300 μηι.
18. Copolymerisat nach einem der Ansprüche 1 -6 oder 16, wobei der Volumenquellungsgrad 1 ,2 bis 1 ,6, vorzugsweise 1 ,2 bis 1 ,5 beträgt. 18. A copolymer according to any one of claims 1 -6 or 16, wherein the volume swelling degree is 1, 2 to 1, 6, preferably 1, 2 to 1, 5.
19. Verwendung von Copolymerisaten nach einem der Ansprüche 1 -6 oder 16 zur Abtrennung saurer Substanzen aus wässrigen Zusammensetzungen. 19. Use of copolymers according to any one of claims 1 -6 or 16 for the separation of acidic substances from aqueous compositions.
20. Verwendung nach Anspruch 19, wobei die wässrigen Zusammensetzungen Fermentationsbrühen sind, die neben den sauren Substanzen gegebenenfalls Feststoffe enthalten. 20. Use according to claim 19, wherein the aqueous compositions are fermentation broths which optionally contain solids in addition to the acidic substances.
21 . Verwendung nach Anspruch 19 oder 20, wobei die sauren Substanzen organische Säuren sind, vorzugsweise Monocarbonsäuren, Dicarbonsäuren, Hydroxycarbonsäuren oder Hydroxydicarbonsäuren. 21. Use according to claim 19 or 20, wherein the acidic substances are organic acids, preferably monocarboxylic acids, dicarboxylic acids, hydroxycarboxylic acids or hydroxydicarboxylic acids.
22. Verwendung nach Anspruch 21 , wobei die Hydroxycarbonsäure ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Äpfelsäure, Glycolsäure, Isozitronensäure, Mandelsäure, Milchsäure, Tartronsäure, Weinsäure, Zitronensäure, beta-Hydroxybuttersäure, Mevalonsäure, Salicylsäure, Oxalsäure, Essigsäure, Maleinsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Fumarsäure , Itaconsäure, Glukarsäure, Gluconsäure, Glucoronsäure, Aminocarbonsäure, 3- Hydroxypropionsäure, Acrylsäure, Malonsäure, alpha-Hydroxy-glutarsäure, beta- Hydroxy-glutarsäure und Glycerinsäure. 22. Use according to claim 21, wherein the hydroxycarboxylic acid is selected from the group consisting of malic acid, glycolic acid, isocitric acid, mandelic acid, lactic acid, tartronic acid, tartaric acid, citric acid, beta-hydroxybutyric acid, Mevalonic acid, salicylic, oxalic, acetic, maleic, succinic, glutaric, adipic, sebacic, pimelic, suberic, fumaric, itaconic, glucaric, gluconic, glucoronic, aminocarboxylic, 3-hydroxypropionic Hydroxy glutaric acid and glyceric acid.
23. Verwendung nach Anspruch 21 , wobei die Dicarbonsäure ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Oxalsäure, Essigsäure, Maleinsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Fumarsäure und Itaconsäure, bevorzugt Bernsteinsäure ist. 23. Use according to claim 21, wherein the dicarboxylic acid is selected from the group consisting of oxalic acid, acetic acid, maleic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, sebacic acid, pimelic acid, suberic acid, fumaric acid and itaconic acid, preferably succinic acid.
24. Verwendung von Copolymerisaten nach einem der Ansprüche 1 -6 oder 16 zur Abtrennung von Schwermetallionen oder als stationäre Phase in chromatographischen Säulen, vorzugsweise als stationäre Phase in der SMB (Simulated moving bed) Chromatographie. 24. Use of copolymers according to any one of claims 1 -6 or 16 for the separation of heavy metal ions or as a stationary phase in chromatographic columns, preferably as a stationary phase in the SMB (simulated moving bed) chromatography.
25. Verwendung von Copolymerisaten nach einem der Ansprüche 1 -8 oder 16 zur Abtrennung von sauren Substanzen, vorzugsweise Carbonsäuren, und anschließender Veresterung der am Polymer sorbierten sauren Substanzen, vorzugsweise Carbonsäuren. 25. Use of copolymers according to any one of claims 1 -8 or 16 for the separation of acidic substances, preferably carboxylic acids, and subsequent esterification of the acidic substances sorbed on the polymer, preferably carboxylic acids.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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BILGEN OSMAN ET AL: "Adsorption Equilibrium, Kinetics and Thermodynamics of Î+--Amylase on Poly(DVB-VIM)-CuMagnetic Metal-Chelate Affinity Sorbent", APPLIED BIOCHEMISTRY AND BIOTECHNOLOGY ; PART A: ENZYME ENGINEERING AND BIOTECHNOLOGY, HUMANA PRESS INC, NEW YORK, vol. 168, no. 2, 27 June 2012 (2012-06-27), pages 279 - 294, XP035117193, ISSN: 1559-0291, DOI: 10.1007/S12010-012-9771-Z *

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