JP5000838B2 - N−あるいはアミノ基、アンモニウム基またはスピロ二環アンモニウム基を含有するポリマーを浄化するための洗浄方法 - Google Patents

N−あるいはアミノ基、アンモニウム基またはスピロ二環アンモニウム基を含有するポリマーを浄化するための洗浄方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、N含有基あるいはアミノ基、アンモニウム基またはスピロ二環アンモニウム基を含有するポリマーを浄化する洗浄方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
含有基あるいはアミノ基、アンモニウム基またはスピロ二環アンモニウム基を含有するポリマーはカチオン性基、および場合によっては疎水性基を含有していてもよい適当な対イオンを持つポリマーである。この場合、カチオン性基はアミン類またはアンモニウム基から誘導される。
【0003】
疎水性基は例えばN含有基あるいはアミノ基、アンモニウム基を含有し、かつポリマーネットワークと化学反応によって共役結合している側鎖またはアルキル側鎖である。
【0004】
適するポリマーは既に従来技術、例えば国際特許出願公開第01/25291号明細書、同第00/32656号明細書、同第00/38664号明細書、同第99/33452号明細書、同第99/22721号明細書、同第98/43653号明細書、米国特許第5,624,963号明細書、同第5,496,545号明細書等から既に公知である。
【0005】
このポリマーの製造は、従来技術と同様に、例えば相応するモノマーを重合することによって行われ,その際に架橋を重合の間にまたは重合反応に続いて反応混合物に架橋剤を添加することによって行う。相応するゲル化時間の後に、得られるゲルを場合によっては切り刻むかあるいは粉砕しそして洗浄する。既に引用した従来技術によると洗浄は水、アルコールあるいは水/アルコール−混合物によって行われる。従来の通例の洗浄法の欠点は、経験値並びに実験でわかるように、一つは極端に多いアルコール消費量にあり、もう一つは洗浄工程の間にゲルが著しく膨張することに起因する極端に少ない処理量にある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の課題は、従来技術に比較して少ないアルコール消費量で増加した処理量を保証する、N含有基あるいはアミノ基、アンモニウム基またはスピロ二環アンモニウム基を含有するポリマーのための改善された洗浄方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
驚くべきことにこの課題は、1つの脱プロトン化段階または1または複数の脱プロトン化段階および再プロトン化段階を含む洗浄方法によって解決することができた。
【0008】
従って本発明の対象は、N含有基あるいはアミノ基、アンモニウム基またはスピロ二環アンモニウム基を含有し、かつカチオン性N含有基並びに適当な対イオンを含むポリマーを浄化するための洗浄方法において、重合および架橋によって得られるゲル化したポリマーを
a)塩基の添加によって部分的にまたは完全に脱プロトン化し、
b)部分的にまたは完全に脱プロトン化されたポリマーを洗浄し、次いで
c)場合によっては有機溶剤または有機溶剤/水−混合物中で酸の添加によって再プロトン化し、その後に
d)場合によってはそのゲルを収縮させるために有機溶剤または有機溶剤/水−混合物で洗浄しそして場合によっては
e)段階c)またはd)に続いて段階a)〜c)またはd)までを繰り返す
ことを特徴とする、上記方法である。
【0009】
本発明の方法の場合、N含有基あるいはアミノ基、アンモニウム基またはスピロ二環アンモニウム基を含有するポリマーが後処理される。
【0010】
これらのポリマーは、例えば国際特許出願公開第01/25291号明細書、同第00/32656号明細書、同第00/38664号明細書、同第99/33452号明細書、同第99/22721号明細書、同第98/43653号明細書、米国特許第5,624,963号明細書、同第5,496,545号明細書等に記載されているポリマーである。
【0011】
本発明の洗浄方法には特にカチオン性ポリマーが適している。カチオン性ポリマーには第一、二または第三アミノ基またはそれの塩、第四アンモニウム基および/またはスピロ二環アンモニウム基を含有するポリマーが属する。追加的なカチオン性基には、アミジノ基、グアニジノ基またはイミノ基等が属する。
【0012】
カチオン性ポリマーは、生理学的pH値においてプラスの荷電を有することに特徴がある。
【0013】
適するカチオン性ポリマーの例には、ポリビニルアミン類、ポリアリルアミン類、ポリジアリルアミン類、ポリビニルイミダゾール類、ポリジアリルアルキルアミン類、ポリエチレンイミン類等並びに例えば国際特許出願公開第00/32656号明細書、第7f頁;同第98/43653号明細書、第4f頁;米国特許第5,496,545号明細書、第2〜4欄;同第5,624,963号明細書;国際特許出願公開第98/29107明細書等から公知の繰り返し単位を含むポリマーが含まれる。
【0014】
カチオン性ポリマーは、疎水性ポリマーあるいは場合によっては更に国際特許出願公開第98/43653号明細書、同第99/33452号明細書または同第99/22721号明細書等に記載されているような疎水性成分と組合せてもよい。
【0015】
更に、使用されるポリマーは架橋していてもよい。この場合、架橋は既に重合の間にまたは重合に続いて初めて実施してもよい。適する架橋剤は既に引用された文献から公知の架橋剤を含む。これらの例にはエピクロルヒドリン、スクシニルジクロライド、エチレンジアミン、トルエンジイソシアネート、ジアクリレート、ジメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、ジクロロエタン、ジクロロプロパン等がある。
【0016】
本発明の方法のために使用されるポリマーは更に負に荷電した対イオンを有している。この対イオンには有機系または無機系イオンまたはそれらの組合せがあり得る。適する対イオンには同様に、既に引用した従来技術から公知の対イオンが含まれる。適する無機系イオンの例にはハロゲニド類、特にクロライド、ホスファート類、ホスフィット類、カルボナート類、ビカルボナート類、スルファート類、ビスルファート類、ヒドロキシド類、ニトレート類、ペルスルファート類、スルフィット類およびスルファイド類がある。適する有機系イオンの例には、アセテート類、アスコルバート類、ベンゾエート類、ラクタート類、フマレート類、マレエート類、ピルバート類、シトラート類、ジヒドロゲンシトラート類、ヒドロゲンシトラート類、プロピオナート類、ブチラート類、オキサレート類、スクシナート類、タートレート、コラート類(cholates)等がある。
【0017】
ポリマーの製造は従来技術に従って例えば国際特許出願公開第99/33452号明細書、同第99/22721号明細書、同第98/43653号明細書、米国特許第5,624、963号明細書および同5,496,545号明細書に記載されているように行う。
【0018】
重合、架橋およびゲル化期間に続いてゲルの状態で得られるポリマーを本発明に従い後処理する。精製するかまたは洗浄すべきゲルを場合によっては最初に粉砕するかあるいは切り刻む。
【0019】
ゲルを次いで1℃〜100℃、好ましくは5〜90℃、特に好ましくは10〜40℃の温度で水で、この完全に脱塩した水(脱塩水)または極性溶剤または混合物および脱プロトン化に適する塩基と混合する。適する極性溶剤はホルムアミド、ジメチルホルムアミド(DMF)、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド(DMSO)およびヘキサメチル燐酸トリアミド(HMPT)である。しかしながらそれらの混合物または水との混合物も使用することができる。しかし水を使用するのが特に有利である。適する塩基は水酸化物、例えばNaOH、KOH、LiOH、Ca(OH)2 、NH4 OH、炭酸塩、例えばNa2 CO3 、K2 CO3 等がある。NaOH、KOHまたはNH4 OHを使用するのが特に有利である。
【0020】
使用する塩基の量はそれぞれのゲルによって著しく相違し、対イオンの量および所望の脱プロトン化の程度に左右される。ゲルは完全にまたは部分的に脱プロトン化することができる。
【0021】
その場合、1モルの対イオン当たり0.1〜5molの塩基、好ましくは0.5〜3モル、特に好ましくは0.7〜2モルの塩基を使用する。所望の場合には更に過剰の塩基を使用してもよい。
【0022】
次いで1分〜5時間、好ましくは5分〜2時間、特に好ましくは15分〜1.5時間、撹拌下に懸濁させる。更に長い撹拌時間も所望の場合には可能である。沈降させた後に上澄み溶液の一部〜全部を濾別する。ゲルの表面まで濾別するのが特に有利である。
【0023】
段階b)では懸濁したゲルを1℃〜100℃、好ましくは5〜90℃、特に好ましくは10〜40℃の温度で1〜15回、特に7回、水で、好ましくは脱塩水で、または極性溶剤または混合物で洗浄する。適する極性溶剤は、再びホルムアミド、ジメチルホルムアミド(DMF)、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド(DMSO)およびヘキサメチル燐酸トリアミド(HMPT)である。しかしながそれら自体の混合物または水との混合物も使用することができる。しかしながら水を用いるのが有利である。上澄み溶液はそれぞれ部分的に乃至完全に、好ましくはゲルの表面まで濾別する。場合によっては段階b)の間に塩濃度を維持するためにあるいは個々の洗浄段階で膨潤ができるだけ一定になるまでそれぞれの洗浄段階の最後に適当な塩、例えばNaCl、KCl、NH4 ClまたはLiCl等を添加し、約0.1〜5%濃度、特に0.2〜2%濃度の塩溶液を生じさせる。塩の添加によって、水性媒体の急速な吸収を行うことができるようなゲルの収縮が達成される。
【0024】
段階c)ではゲルを場合によっては有機溶剤または有機溶剤/水−混合物中で酸の添加によって再プロトン化する。
【0025】
この場合、適する有機溶剤には1〜3個のOH基を持つ直鎖状の、分岐したまたは環状のC1 〜C10−アルコール、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、n−プロパノール、n−ブタノール、第二ブタノール、ヘキサノール、エチルヘキサノール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、シクロオクタノール、シクロヘキサンジオール、グリコール、グリセリン等並びにアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソプロピルケトン、シクロヘキサノン等のケトン、ニトリル、例えばアセトニトリル等およびエーテル、例えばテトラヒドロフラン、メチル第三ブチルエーテル、ジメトキシエタン等がある。C1 〜C4 −アルコール、特にイソプロパノールを使用するのが有利である。この場合、有機溶剤とは上記の溶剤の混合物も意味する。
【0026】
有機溶剤/水−混合物を使用するのが有利である。この場合、有機溶剤と水との比は1/99〜99/1、殊に30/70〜95/5、特に50/50〜90/10の範囲内にある。
【0027】
再プロトン化のための酸としては既に上述した対イオンをもたらすあらゆる鉱酸および有機酸が適する。
【0028】
これには例えばHCl、HBr、H2 SO4 、H3 PO4 、HNO3 等並びに蟻酸、酢酸、蓚酸、クエン酸、ピルビン酸、マレイン酸、フマル酸、プロピオン酸、酒石酸等がある。
【0029】
使用される酸の量は、ゲルを完全にまたは部分的に再プロトン化することができるので、所望の再プロトン化度に左右される。
【0030】
この場合にゲルは有機溶剤または溶剤/水−混合物中で最初に撹拌する。撹拌時間は数分〜数時間、殊に1〜60分、特に5〜30分である。更に長い撹拌時間も所望の場合には可能である。温度は再び1〜100℃、好ましくは5〜90℃、特に好ましくは10〜40℃である。次いで、ポリマー中のアミンを完全にまたは部分的に再プロトン化するその都度の量の酸と混合する。次いで過剰の溶液を再び部分的に乃至完全に、特に好ましくはゲルの表面まで濾別する。
【0031】
段階d)においては場合によっては、ゲルを収縮させるために、有機溶剤、または1/99〜99/1、殊に30/70〜95/5、特に50/50〜90/10の割合の有機溶剤/水−混合物で更に1〜10回、好ましくは1〜3回洗浄する。
【0032】
最後に溶剤または溶剤/水−混合物を、流動性生成物が得られるまで濾別する。
【0033】
場合によっては段階c)またはd)に続いて段階a)〜c)あるいはd)までを1〜5回、特に1〜3回繰り返す。
【0034】
本発明の方法によってN含有基あるいはアミノ、アンモニウムまたはスピロ二環アンモニウム基含有ポリマーを従来技術に比較して非常に僅かの有機溶剤消費量、大抵は従来の通例の量の1/5の程度の僅かな量で、比較的に明らかに増加した処理量(2倍までの処理量)で洗浄することができる。更に本発明の洗浄方法は全体の不純物を明らかにより良好に分離することを可能とし、それによって検出限界(<0.1%)の範囲内にまで溶解オリゴマーの含有量が著しく減少される。
【0035】
本発明の方法は、架橋しておりカチオン性のN含有あるいはアミノ、アンモニウムまたはスピロ二環アンモニウム基並びに適当な対イオンを含有するポリマーを洗浄するのに特に適している。しかしながらこの方法は架橋したポリアリルアミン類およびポリジアリルアミン類を洗浄するのに特に適している。
【0036】
【実施例】
実施例1:
エピクロルヒドリンで架橋したポリアリルアミン塩酸塩を従来技術と同様に製
造しそして本発明の洗浄法で浄化する。
【0037】
重合:
448.5gの完全脱塩水および192.5g(1.97mol)の塩酸(37.4%濃度)を最初に1LのSchmizo中に窒素雰囲気で導入する。最高35℃の内部温度のもとで冷却器で冷却(10℃)下に191.0g(1.97mol)のジアリルアミンを15分の間に添加する。添加終了後に塩酸またはジアリルアミンで約1.9〜2.0のpH値に調整する。
【0038】
約50℃に加熱した後に2.6g(0.0096mol)のV−50−開始剤(アゾジイソブチルアミジン2塩酸塩)を26.0gのVE−水に溶解して添加し、その際に反応混合物を1時間の間に60℃に加温する。12時間の後に3.9g(0.0144mol)のV−50−開始剤を36.0gのVE−水に溶解して再度添加する。またもや、12時間の後に3.9gのV−50−開始剤を42.0gのVE−水に溶解して添加する。ポリジアリルアミン塩酸塩の約27.5%濃度の水溶液の収量は930gである。
【0039】
架橋:
4.5LのSchmizo中に2000g(4.116mol)のポリジアリルアミン塩酸塩溶液を最初に導入し、撹拌および窒素フラッシュ洗浄のもとで880gのVE−水で希釈する。次いで約5〜10℃で94g(1.175mol)のカセイソーダ(50%濃度)で10.4〜10.8のpH値に調整する。得られる溶液を少なくとも60分間撹拌し、その間に5℃の内部温度に冷却する。反応混合物を17.8g(0.192mol)のエピクロルヒドリンと混合し、5℃で30分撹拌しそして次にプラスチック容器中でゲル化させる。収量は理論値の100%である。24時間のゲル化時間の後に切り刻みによって約2×2×2mmの辺長さのゲル粒子を製造する。
【0040】
洗浄:
ガラス製吸引濾過器(13cmΦ)中で150gの切り刻んだゲル(約2×2×2mmの辺長さの平行六面体)を最初に導入し、600gのVE−水および14gのNaOH(50%濃度)と混合し、30〜40分にわたって撹拌下に懸濁させ、次いで沈降させた(約2分)後に表面まで濾別する。次いで、懸濁したゲルを30分毎に撹拌下に600gのVE−水で洗浄し、表面まで濾別する。その後に懸濁したゲルを各600gのVE−水と5度20分間、一緒に撹拌し、その際にこの20分にわたる撹拌時間の後にそれぞれの洗浄段階で3gのNaClを添加する(約0.5%濃度のNaCl溶液)。それぞれ更に10分間撹拌し、再び表面まで濾別する。その後にゲル粒子を15分間、600gのイソプロパノール/水−混合物(90/10w/w)と一緒に撹拌し、その際に11.6mLの濃塩酸(37.4%濃度)の添加後に更に20分間、(洗浄溶液のpH値が中性または僅かに塩基性になるまで)撹拌する。次いでゲルを250gのイソプロパノール/VE−水(75/25w/w)と一緒に2度撹拌しそして、湿った生成物が流動性になるまで濾別する。34%の絶乾分含有量の湿った粗ゲル68gが得られる。
【0041】
実施例2:
エピクロルヒドリンで架橋したポリアリルアミン塩酸塩を従来技術と同様にし
て製造しそして本発明の洗浄法によって精製する。
【0042】
架橋:
1500g(8.02mol)の50%濃度ポリアリルアミン塩酸塩水溶液(Salsbury Chemicals社)を4.5LのScmizo中に最初に導入し、撹拌および窒素フラッシュ洗浄のもとで1995gのVE−水で希釈する。次いで10℃で449g(5.613mol)のカセイソーダ(50%濃度)で10.3〜10.6のpH値に調整する。得られる溶液を60分間撹拌し、その間に5℃の内部温度に冷却する。反応混合物を69.77g(0.75mol)のエピクロルヒドリンと混合し、5℃で30分撹拌しそして次にプラスチック容器中でゲル化させる。収量は理論値の100%である。24時間のゲル化時間の後に切り刻みによって約2×2×2mmの辺長さのゲル粒子を製造する。
【0043】
洗浄:
ガラス製吸引濾過器(18cmΦ)中で563gの切り刻んだゲル(約2×2×2mmの辺長さの平行六面体)を最初に導入し、1500gのVE−水および27gのNaOH(50%濃度)と混合し、30〜40分にわたって撹拌下に懸濁させ、次いで沈降(約2分)させた後に表面まで濾別する。次いで、懸濁したゲルを30分間、撹拌下に1500gのVE−水で1度洗浄し、表面まで濾別する。その後に懸濁したゲルを各1500gのVE−水と一緒に5度、各20分間撹拌し、その際にこの20分にわたる撹拌時間の後にそれぞれの洗浄段階で7.5gのNaClを添加する(約0.5%濃度のNaCl溶液)。それぞれ更に10分間撹拌し、再び表面まで濾別する。その後にゲル粒子を15分間、1400gのイソプロパノール/水−混合物(80/20w/w)と一緒に撹拌し、その際に24mLの濃塩酸(37.4%濃度)の添加後に更に20分間、(洗浄溶液のpH値が中性または僅かに塩基性になるまで)撹拌し、表面まで濾別する。次いでゲルを900gのイソプロパノール/VE−水(80/20w/w)と一緒に1度撹拌しそして、湿った精製物が流動性になるまで濾別する。35%の絶乾分含有量の湿った粗ゲル255gが得られる。

Claims (10)

  1. 含有基あるいはアミノ基、アンモニウム基またはスピロ二環アンモニウム基を含有し、かつカチオン性N含有基並びに適当な対イオンを含むポリマーを浄化するための洗浄方法において、重合および架橋によって得られるゲル化したポリマーを
    a)塩基の添加によって部分的にまたは完全に脱プロトン化し、
    b)部分的にまたは完全に脱プロトン化されたポリマーを洗浄し、次いで
    c)場合によっては有機溶剤または有機溶剤/水−混合物中で酸の添加によって再プロトン化し、その後に
    d)場合によってはそのゲルを収縮させるために有機溶剤または有機溶剤/水−混合物で洗浄しそして場合によっては
    e)段階c)またはd)に続いて段階a)〜c)またはd)までを繰り返す
    ことを特徴とする、上記方法。
  2. 含有基あるいはアミノ基、アンモニウム基またはスピロ二環アンモニウム基を含有するポリマーとして、第一、二または第三アミノ基またはそれの塩、第四アンモニウム基および/またはスピロ二環アンモニウム基、アミジノ基、グアニジノ基またはイミノ基、並びに下記群から選ばれる負に荷電した無機系および/または有機系対イオン、即ちハロゲニド類、ホスファート類、ホスフィット類、カルボナート類、ビカルボナート類、スルファート類、ビスルファート類、ヒドロキシド類、ニトレート類、ペルスルファート類、スルフィット類およびスルファイド類、アセテート類、アスコルバート類、ベンゾエート類、ラクタート類、フマレート類、マレエート類、ピルバート類、シトラート類、ジヒドロゲンシトラート類、ヒドロゲンシトラート類、プロピオナート類、ブチラート類、オキサレート類、スクシナート類、タートレート類およびコラート類(cholates)、を含有する架橋されたカチオン性ポリマーを使用し、その際にカチオン性ポリマーが場合によっては疎水性のポリマーあるいは疎水性の成分と組み合わされていてもよい、請求項1に記載の方法。
  3. 使用するポリマーが適当な対イオンを持つポリビニルアミン類、ポリアリルアミン類、ポリジアリルアミン類、ポリビニルイミダゾール類、ポリジアリルアルキルアミン類またはポリエチレンイミン類である、請求項1に記載の方法。
  4. 洗浄段階a)において、場合によっては予めに粉砕したあるいは切り刻んだゲルを1〜100℃の温度で水、またはホルムアミド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシドおよびヘキサメチル燐酸トリアミドより成る群の内の極性溶剤、またはそれら極性溶剤の混合物、または水とそれら極性溶剤との混合物、及びNaOH、KOH、LiOH、Ca(OH) 、NH OH、Na CO およびK CO の群の内の脱プロトン化に適する塩基と混合し、1モルの対イオンに対して0.1〜5モルの塩基を添加し、次いで1分から5時間懸濁させそして沈降させた後に上澄み溶液の一部または全部を濾別する、請求項1に記載の方法。
  5. 段階b)において、懸濁されたゲルを1〜100℃の温度で1〜15度、水で、またはホルムアミド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシドおよびヘキサメチル燐酸トリアミドより成る群の内の1種類の極性溶剤で、またはそれら極性溶剤の混合物で、またはそれら極性溶剤と水との混合物で洗浄し、そしてその都度、上澄み溶液の一部または全部を濾別し、その際に場合によっては塩濃度を維持するために各洗浄の最後に適当な塩を0.1〜5%濃度の塩溶液が得られるように添加してもよい、請求項1に記載の方法。
  6. 段階c)において有機溶剤として、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−プロパノール、n−ブタノール、第二ブタノール、ヘキサノール、エチルヘキサノール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、シクロオクタノール、シクロヘキサンジオール、グリコール、グリセリンよりなる群の内の1〜3個のOH−基を持つ直鎖状の、分岐したまたは環状のC〜C10−アルコール、またはアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソプロピルケトン、シクロヘキサノンよりなる群ののケトン、またはニトリル、またはテトラヒドロフラン、メチル第三ブチルエーテル、ジメトキシエタンまたはそれらの混合物よりなる群の内のエーテルを使用し、その際に溶剤/水−混合物の場合にはその割合が1/99〜99/1の範囲内にある、請求項1に記載の方法。
  7. 段階c)において、再プロトン化するために、元からポリマー中に存在する対イオンを生じさせる鉱酸または有機酸を使用する、請求項1に記載の方法。
  8. 段階c)においてゲルを最初に有機溶剤または溶剤/水−混合物中に数分〜数時間の間、1〜100℃で撹拌し、次いで部分的にまたは完全に再プロトン化する量の酸と混合し、その後に上澄み溶液の一部または全部を濾別する、請求項1に記載の方法。
  9. 段階d)において場合によっては、有機溶剤または該溶剤/水−混合物で更に1〜10回洗浄する、請求項1に記載の方法。
  10. 洗浄工程の終了後に有機溶剤または該溶剤/水−混合物を、流動性生成物が得られるまで濾別する、請求項1に記載の方法。
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