【発明の詳細な説明】
アミノメチルホスホン骨キレート性樹脂の製造法発明の背景
本発明はハロアルキル化ポリマー・ビーズのアミノ化、加水分解およびメチルホ
スホン化によるアミノメチルホスホ/キレート用樹脂の製造法に関する。アミノ
メチルホスホンキレート性樹脂はたとえばカルシウム会イオンのよ5な多価アル
カリ土類金属陽イオンまたは銅のような重金属陽イオンを塩溶液から除去するの
に有用である。
アミツメデルホスホンキレート性樹脂および同様な官能性基を含む樹脂の製造法
は一般に知られている。英国特許第204Q950号および仏国特許出願第24
44859号にはスチレ/とジビニルベンゼンとのクロaメチル化コポリマーを
たとえばエチレンジアミンまたはモノエタノールアミンでアミン化することによ
って(アミノメチル)(ヒドロキシメチル)ホスホン酸基を含むイオン交換樹脂
を製造する方法が記載されている。ヘキザメチレンデトラミンもポリビニルベン
ジルアミン製造用のアミノ化剤として示役されている。アミノ化コポリマーは次
いでホルマリンまたは別のホルムアルデヒド源ならびに酸性媒質中の低次リン酸
塩で処理される。
英国特許第85へ834号にはジアルキルまたはジアリール水禦ホスホネートを
フェノール−ホルムアルデヒド縮合ポリマーと1級または2級アミンとの混合物
と反応させ次いで生成物を部分加水分解することによって製造されるポリマー置
換アミンメチルホスホネートから成る両性イオン交換樹脂が記載されている。
アミン書およびホスホネート含有ポリマーはケミカル−7プストラク7Vol−
99,ml 2 (1983年9月)第35頁1a89074sK記載されてい
るように、クロロメチル化ジビニルベンゼン−スチレンコポリマーを炭散ナトリ
ウムと反応させて−CIO基をもつコポリマーを製造し、このようKして製造し
たアルデヒドポリマーをアンモニアまたはIRアミンと反応させ次いでHIPO
sと反応させることによって製造される。
ケミカル争アブストラクツVo1.98.随22(1983年5月)の第33頁
階180408uによれば、アミノメチルホスホン酸基を含む樹脂は、アミノメ
チル化ジビニルベンゼンコポリマーをホルムアルデヒドと反応させ次いで亜リン
数と反応させることによって製造される。然しケミカル・アプストックツVo1
.80.随16(1974年4月)第28jj?m83990yKは亜リン酸と
ホルムアルデヒドを予備混合し、トキサメチレンテトラミンを使用してクロロメ
チル化シビニルベンゼンーステレyコホリマーをアミン化する類似の方法が記載
されている。
欧州脣許出顧第0065120号にはアミン反応性基をもつアミン樹脂をアミン
化合物と反応させてアミン化樹脂を製造し、次いでこのアミン化樹脂を周知の方
法でアルキルホスホン化剤と反応させる、たとえばホルムアルデヒドおよびホス
ホン化剤(たとえば亜リン酸または三塩化り/と反応させる、ことが記載されて
いる。
欧州特許出願第87934号にはマクロポーラス−アルキルアミノホスホンキレ
ート用樹脂およびその製造法が記載されている。そこく記載の方法において、網
状ビニル芳香族マトリックスが製造され、そしてアミノホスホン官能性基が、ク
ロロメチル化、アミノ化、加水分解、およびアルキルホスホン化の諸工程を行な
うことによって順次に導入される。スチレン−ジビニルベンゼン−マトリックス
のクロロメチル化はホルムアルデヒドとメタノールとの混合物を用いて行なわれ
る。混合物は4時間加熱され、次いで水酸化す) IJウムで中和される。クロ
ロメチル化コポリマーφビーズは洗浄される。次いてアミノ化がメチラールとへ
キサメチレンテトラミン(または他の含窒素化合物)との混合物を用いて行なわ
れる。
反応は6時間かかる。ビーズは乾燥され、次いで痕跡量のアミンとメチラールの
消滅が完了するまで洗浄される。
次いで加水分解がアミン化樹脂ビーズを塩酸と45℃で4時間接触させることに
よって行なわれる。加水分解ビーズは次いで乾燥され、中和まで洗浄される。こ
れらのビーズを次いでこれらを亜リンrR(または別のホスホン化剤)、ホルム
アルデヒド、および塩酸と3時間接触させることによってアルキルホスホ/化を
受ける。不幸なことに、これらの反復する11tSと乾燥の工程は時間がかかり
、エネルギーの消費が多く、そして望ましくない量の廃水を生ずる。
米国特許第4002.564号には欧州特許出顧第87゜934号に記載されて
いるような、ゲル型またはマクロポーラス曇マトリックスと7ミノメチルホスホ
/#に基をもつカチオン交換樹脂を製造するための同じ方法が基本的に記載され
ている。米国特許第4002564号には三ハロゲン化リンがホスホン化剤とし
て記載されている。
従って、本発明の1つの目的はアミンメチルホスホンキレート性樹脂の新規な製
造法を提供することKある。
本発明の別の目的は廃棄物生産の少ない精製と乾燥の工程が必要であるアミノメ
チルホスホンキレートammの製造法を提供することにある。
発明の要約
従って、本発明の一面はハロアルキル化ポリマー−ピースの7ミノ化、加水分解
、およびメチルホスホン化によるアミノメチルホスホン・キレート性樹月斤の製
造法であって、ハロアルキル化ポリマー ビーズなヘキサメチレンテトラミンで
アミン化し、生成したハロアミノ化ビーズを冥負景のホルムアルデヒドまたはホ
ルムアルデヒド放出性化合物の添加なしに単一の工程で加水分解およびメチルホ
スホン化することを特徴とするアミノメチルホスホン・キレート性樹脂の製造法
である。
本発明の別の面は式(II)
〔式中、それぞれの11は独立に水素、アルキル、シクロアルキル、またはアリ
ールであり;Xはハロゲンであり、mは1〜12である〕の基をもつハロアミノ
化ポリマー・ビーズの加水分解とメチルホスホン化によるアミノメチルホスホン
・キレート性樹脂の製造法であって、加水分解とメチルホスホン化を実質量のホ
ルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド放出性化合物の添加なしで単一工程で行
なうことを特徴とするアミノメチルホスホン勝キレート性樹脂の製造法である。
「加水分解とメチルホスホン化を単一工程で行なう」という表現は加水分解した
ポリマーをメチルホスホン化の前に精製および乾燥しないことを意味する。ノ・
ロアミノ化ビーズを加水分解剤およびホスホン化剤に同時に接触させるのが好ま
しいが、ハロアミノ化ビーズを酸のような加水分解剤に先ず接触させることもで
きる。
r*實tのホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド放出性化合物の添加なしで
」という表現はメチルホスホン化工程で消費されるホルムアルデヒドまたはホル
ムアルデヒド放出性化合物の約10−未満、好ましくは約5−未満、更に好まし
くは約2%未満がハロアミノ化ビーズに添加されることを意味する。最も好まし
くはホルムアルデヒドまたはホルムアn・デヒド放田性化合物は全くハロアミノ
化ビーズに添加されない。
本発明の更に別の面は、本発明の方法により製造した樹脂で溶液を処理すること
(Cよつ℃アルカリ土類全域イオンまたは遷移金属イオン、または両者のイオン
をそのようなイオンを含む溶液から除去する方法である。
本発明の方法はいくつかの利点をもつ。欧州特許出願第87.934号および米
国特許第4009564号に記載された一般に用いられる方法によれば、−・キ
サ、メチレンテトラ”ミノで1ミノ化されたクロロメチル化コポリ1゛−・ビー
ズすなわち中間体−、キナメチレ〉′テトラミン/樹脂複合体は加水分解、洗浄
、および乾燥の工程を受ける。。
加水分解工程において、アミン化樹脂が水と接触するとさにホルムアルデヒドが
放置される。このホルムアルデヒドはビ、−ズから除かハ、洗浄水を汚染し8、
七しC乾燥下杵はエネ/Lギ〜を消費)゛る1、本発明の75法によおば、樹脂
1−1の!+−成1級アミ7基モル当り6モルのホルムアルデヒドの路ff!、
5避けられる。5の上、廃水を生成し及び/′ヌはエネルギーを消費する、アミ
ノ化
【7加水分解したメ脂ビーズの洗浄及び/′又は朴燥工程が本発明の方法に
おいては必要ではない。
欧州# r’f土顧第87.934号および米国袴許第4002564号に記載
の方法において、アミノアルキル基を含むアミン化し加水分解した樹脂ビーズは
該樹脂を過剰の亜リン酸または三塩化リンおよびホルムアルデヒドと接触させる
ことによってメチルホスホン化される。
本発明の方法は実質量のホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド放出性化合物
の添加なしに行なわれる。従って、ホルムアルデヒドによる水の汚染を看るしく
減少させうるのみならず、原料の実質的な節約も達成しうる。
本発明の方法により製造したキレート性樹脂のイオン交換容量たとえば銅イオン
交換容量は欧州特許第87934号に記載されているような一般に用いられてい
る方法により製造したイオン交換樹脂のイオン交換容量に匹敵することが驚くべ
きことに見出された。
発明の詳細な記述
アミンメチルホスホ/−キレート性樹脂は好ましくは式(1)
%式%(1)
〔I?1は水素、アルキル、シクロアルキルまたはアリールであつ;B!は水素
または−POsR”R’であり;RsおよびR4はそれぞれ独立に水素、アルキ
ル、シクロアルキルまたはアリールであり;そして+nは1〜12である〕の官
能性基をもつ。
R1およびmの好ましい意味は以下に述べる。Bt=またはR4あるいは両者が
アルキルであるとき、それは好ましくは4〜12、更に好ましくは1〜6、そし
て更に好ましくは1〜3個の炭素原子をもつ。好ましいアルキル基はメチル、エ
チル、n−プロピル、インプロピル、n−ブチル、イソブチル、ペンチルおよび
ヘキシルである。好ましいアリール基はベンジルおよびフェニルである。R8ま
たはR4あるいは両者がシクロアルキルであるとき、それは好ましくは4〜12
、更に好ましくは5〜8、そして最も好ましくは6個の炭素原子をもつ。
本発明の方法において出発物質として使用するハロアルキル化ポリマーφビーズ
は周知である。それらはポリマー・マトリックスとハロアルキル基ヲモつ。アル
キル基は不活性置換基たとえばシクロアルキルまたはアリールで置換されていて
もよい。ハロアルキルポリマm−ビーズは好ましくは次式(III)の基をもつ
。
−(CHRI )m−X (Ill)
式中 R1は独立に水素、アルキル、シクロアルキルまたはアリールであり;X
はハロゲンであり:そしてmは1〜12である。
R1がシクロアルキルであるとき、それは好ましくは4〜12、更に好ましくは
5〜8、最も好ましくは6個の炭素原子をもつ。R1がアルキルであるとき、そ
れは好ましくは1〜12、更に好ましくは1〜6、最も好ましくは1〜3個の炭
素原子をもつ。好ましいアルキル基はメチル、エチル、n−プロピル、イノプロ
ピル、n〜ブチル、イソブチル、ペンチルおよびヘキシルである。水素がR1の
最も好ましい意味である。
mは好ましくは1〜6、更に好ましくは】〜・3、最も好ましくは1である。
Xは臭素または更に好ましくは塩素である。
種々の交差結合ポリマーがハロアルキル化ポリマー・ビーズのマトリックスとし
て有用である。有用なマトリックスは白菜技術において周知であり、たとえばf
iIonexchange j CF、 He1ffer ich 著、米国ニ
ューヨーク州のマグロ−・ヒル・ブックカンパニー1962年刊行)、およびr
Ul 1mann’s EnzyklopHdie der Technis
chenCberr+ie J第4版、第13巻第279頁以降に記載されてい
る。1つの周知の種類のマ) IJラックスアルデヒド、塩素化炭化水素または
エポキシ化合物で交差結合させたフェノ・−ル/ホルムアルデヒド縮合ポリマー
をベースにしている。好ましいマトリックスはベンゼン頂上に01−6アルキル
たとえばメチル、エチル、t−ブチル、イノプロピル;ハロアルキルたとえばク
ロロメチル;またはアミノメチル;の置換基を有する交差結合ポリスチレンもし
くはポリ(a−メチルスチレン)、あるいは交差結合スチレン/ミーメチルスチ
レンポリマー−ビーズである。
交差結合剤は好ましくはアルキルアクリレ−・ト、またはジーもしくはポリ−ビ
ニル化合物(たとえばトリビニルシクロ−・キサン)、エチレングリコールジメ
タクリレート、またはトリメチロールプロパントリアクリレート、トリビニルベ
ンゼン、および最も丙ましくはジビニルベンゼンである。ジビニルベンゼンは代
表的には置換または非置換のスチレンと共重合させられる。
次の記述はこのような好ましい交差結合スチレン/ジビニルベンゼンコポリマー
参マトリックスヲモつハロアルキル化ポリマー・ビーズに関するが、本発明の方
法はこの種の出発物質の使用に限定されるものではない。
ハロアルキル化ポリマー−ビーズはマクロポーラスまたはゲル型(ミクロポーラ
ス)の構造をもつことができる。マクロポーラスのハロアルキル化ポリマー−ビ
ーズは好ましくは10 nm以上の平均孔径をもつ。ミクロポーラスのハロアル
キル化ポリマー・ビーズは好ましくは10 nm未満、更に好ましくは0.5〜
2nmの平均孔径をもつ。
最も好ましいハロアルキル化ポリマー・ビーズは「;ア/クエル形態」の交差結
合した回転楕円形のゲル型コポリマー・ビーズである。「コア/シェル形態」と
はコポリマー・ビーズのポリマー構造がビーズの内側から外側に変化することを
意味する。ポリマー構造のこのような変化は半径にそってポリマー構造の勾配を
もつビーズをや一徐々に生成しつ〜ありうる。あるいはまた、ポリマー構造の変
化は中心から外側にビーズの半径にそって移動する忙つれて比較的に急であるこ
ともある。いづれの場合にもその効果は、これらのゲル型樹脂ビーズが1つのポ
リマー構造をもつ比較的はつきりしたコアと別のポリマー構造をもつ比較的はつ
きりしたシェルをもつことである。コポリマー・ビーズのコア/シェル形態は欧
州脣許出願第0101943号に記載されているような周知の分析技術を使用し
て検出することができる。コア/シェルのコポリマー・ビーズは好ましくはコア
より低い割合の交差結合密度ツマ−を含むシェルをもつ。このようにして、この
種のビーズはビーズのコアよりも柔い(砕は難く弾性が大きい)シェルをもつ。
これはその形状と一体性を保持しながら、外部の応力と圧力を受けたときビーズ
構造中にく、まなくエネルギーを分散させる。
これはこのようなコア/シェルのコポリマー・ビーズの破砕装置および浸透ショ
ック耐性を改良すると信ぜられる。コアとシェルの交差結合密度の相違の他に、
シェル中のポリマーはコアのポリマーより高い分子量を有利にもつことができる
。コア/シェル形態を示すハロアルキル化ポリマー・ビーズおよびその製造法は
欧州特許出願第0101943号に詳細に記載されている。交差結合コポリマー
をハロアルキル化する方法およびそのような方法に含まれるハロアルキル化剤は
、たとえば米国特許第4642.417号、同第2,96Q480号、同第45
97、492号、同第2,597.493号、同第3.311,602号、同第
261へ817号:欧州特許出願第87934号; V Ion Exchan
ge J (F、 He1fferieh著、米国ニューヨーク州マグローーヒ
ル・ブック・カンパニー1962年刊行);および前記のV UI Imann
’5Enzyklop門die der Technischen Chemt
e J K記載されている。
代表的に、ハロアルキル化反応はハロアルキル化剤(好ましくはプロメチルメチ
ルエーテル、クロロメチルメチルエーテル、fたはホルムアルデヒドと塩酸との
混合物;最も好ましくはクロロメナルメチルエーテル)による交差結合ポリマー
の膨潤、およびその後の該ポリマーとハロアルキル化剤との7リーデルークラフ
ト触媒(たとえば塩化亜鉛、塩化鉄または塩化アルくニワム)の存在下での反応
な包含する。それによって上記式(Ill)の基をもつポリマー・ビーズが製造
される。
生成したハロアルキル化ポリマー−ビーズは周知の方法で、たとえば水による洗
浄によって@[することができ、そして本発明の方法に使用する前に任意に乾燥
させてもよい。
へキサメチレンテトラミンによるハロアルキル化ポリマーのアミン化は一般に知
られており、たとえば欧州特計出−第87934号に記載されている。アミン化
工程は一般に、ハロアルキル化ポリマー・ビーズと少なくとも化学f論凌のへキ
サメチレンテトラミンを十分な温にで十分な時間にわたって加熱してヘキサメチ
レンテトラミンをハロゲン原子と反応させることから成る。水、エタノール、メ
チレンクロライド、エチレンジ
【コライド、ジメトチシメチレン、メチラール(
ホルムアルデヒドジメチルアセタール)のような反応媒質が任意に然し有利に使
用される。ハロアルキル化ポリマー・ビーズを膨潤させるのVζ有用な反応媒質
、たとえばホルムアルデヒド會ジメチルアセクールが好ましい。完全なアミン化
は一般に25〜60℃の反応温度で2〜10時間内に達成される。生成したハロ
アミノ化ビーズは好ましくは、たとえば十分な水洗によって、M製される。ビー
ズは乾燥17てもよいが、好ま1−りは湿潤ポリマー・ビーズを更なる反応に使
用する。
生成したハロアミノ化ポリマー・ご・〜ズは好ましくは次式(If)の基をもつ
。
ただし式中のそれぞれのR1は独立に水素、アルキル、シクロアルキルまたはア
リールであり;Xはノ〜ロゲ/であり;そしてmは1〜12である。
R’、mおよびXの好ましい意味は前記式(Ill)に関して述べたとおりであ
る。R1が水素であり、Xが/%ロゲンであり、モしてmが1である上記式(I
t)の基をもつノ10アミノ化ビーズが最も好ましいものである。
ハロアミノ化ビーズは実質量のホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド放出性
化合物の添加なしに加水分解およびメチルホスホン化される。加水分解後のポリ
マー−と−ズの分離と精製に消費される時間とエネルギー、および新鮮なホルム
アルデヒドの添加は本発明の方法において必要ではない。
ハロアミノ化ビーズの加水分解は酸、好ましくは無機強酸(たとえば塩酸)を使
用して周知の方法で行なうことができる。加水分解したビーズは下記のようにメ
チルホスホン化を受ける。加水分解したビーズは精製または乾燥を行なわない。
然し、ハロアミノ化ビーズを加水分解に使用する酸および下記のホスホン化剤に
同時に接触させるのが好ましい。亜リン酸は加水分解およびホスホン化の試剤と
して働く。
式(n)の基をもつハロアミノ化ポリマー・ビーズを加水分解およびメチルホス
ホン化の工程に存在する水と接触させるときに生ずるホルムアルデヒドの一部は
メチルホスホン化の期間中に消費される。
種々のホスホン化剤が有用であり、たとえば亜すン醒(HsPOs) 、亜リン
酸塩(好ましくは亜リン酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩;更に好
まl、<は亜リン酸ナトリウムまたは亜リン酸カリウム)、亜リン酸のモノ−ま
たはジエステル(たとえば亜リン酸のモノ−またはジ−C1〜6アルキルエステ
ル)があげられる。その場で亜リン酸を生ずるホスホン化剤(たとえば)10ゲ
ン化リンまたは酸化リン)も有用である。それらのうち、PIOs、PBr3お
よび特にPC4が好ましい。
亜リン酸は単独で又は追加の鍍と組合せて使用することができる。亜リン酸を単
独で使用する場合、式(It)の基のモル当り一般に1〜20モル、好ましくは
5〜15モル、最も好ましくは8〜12モルの亜リン酸が使用される。式(n)
の基のモル量は、樹脂試料を酸で加水分解して加水分解樹脂ビーズの弱塩基容量
を測定することによって決定することによって決定することができる。式(If
)の基をどのように加水分解するか及び加水分解後の弱塩基容量をどのように決
定するかは知られている。亜リン酸を単独で使用する場合、好ましくは亜リン酸
を、懸濁液が水の重量を基準にして約40〜約80重量%、更に好ましくは約7
0〜約80重量−の亜リン酸を含むような量でハロアミン化ビーズの水性懸濁液
に溶解させる。
好ましくは、亜リン酸は別の酸たとえば塩酸のような強酸と組合せて使用する。
追加の酸を使用するとき、式(n)の基のモル当り一般に1〜20モル、好まし
くは1〜6モル、更に好まし7くは2〜6モルの亜リン酸を使用する。追加の酸
の存在において、ポリマー・ビーズの水性懸濁液は水の重量を基準にして好まし
くは2〜80重量%、更に好ましくは5〜70重J!lチ、最も好ましくは20
〜601量−の亜リン酸を含む。追加使用する酸と式(If)の基とのモル比は
一般に0.1〜35:L好ましくは1〜15:L更に好ましくは3〜6:1であ
る。
亜リン酸と無機酸とのモル比は好ましくは0.05〜100:1、更に好ましく
は0.1〜20;1、最も好ましくは0.3〜10:1である。
上記f!に度の亜リン酸水浴液を使用するのが好ましいけれども、本発明の別の
態様において固体の亜リンばを使用することもできる。
本発明の好ましい態様において、亜リン酸と塩酸はpct、と水との反応によっ
てその場で製造される。ポリマー−ビーズはPC/、、の添加の前、あいだ、ま
たは後に水中に懸濁させることができる。水とpct!とのモル比は好ましくは
5〜I SO: L更に好ましくは15〜80:1である。PCt、の代りIC
PBrlまたはP、O,も有用である。、PCtsと水は制御された方法で反応
させるべきである。好ましくは、反応は密閉反応器中で5バールまでの圧力、1
20℃までの温度で行なわれる。
あるいはまた、兎すン散塩または亜リン酸の七ノーもシ(ハシ−エステルを酸と
組合せてホスホン化剤として使用することもできる。亜リン酸塩または亜リン酸
の七ノーもしくはジ−エステルと無機酸とのモル比は好ましくはO,OS〜20
:l、更に好まし2くは0,1〜lO:1、最も好ましくは0.2〜5:1であ
る。
亜リン酸塩または亜リン酸の七ノーもしくはジエステルを酸と組合せて使用する
とき、あるいは亜リン酸を追加の酸と組合せて使用するとき、塩酸、臭酸、リン
酸、亜硫涜または硫酸のような無機強酸を使用するのが好ましい。そのような無
機強酸は約10〜約50重責チの水溶液として使用するのが好ましい、
本発明の実施において、ハロアミノ化ビーズを水中に1ホスホン化剤中に、任意
に使用される追加の酸中に1あるいはそれらの混合物中に懸濁させる。すべての
反応試剤を添加したとき、反応混合物を好ましくは約り0℃〜約15QC,更に
好ましくは約り0℃〜約100℃の温度に加熱する。温度はすべての反応試剤を
加えてしまう前に上昇させうろことが理解される。反応時間はもちろん温度に応
じて変わる。温度が70℃〜100℃の間にあるとき、加水分解とメチルホスホ
ン化の工程は一般に30分〜8時間、代表的には1〜4時間で完了する。
本発明の方法を実施するとき、ホスホン化剤たとえば亜リン酸塩、亜リン酸また
はその七ノーもしくはジ−エステルならびに上記の無機酸は同時に又は異なった
時間にハロアミノ化ビーズに加えることができる。無機ばはホスホン化剤の前に
又は後にハロアミノ化ビーズに加えることができる。固体のホスホン化剤をハロ
アルキル化ポリマー・ビーズの水性懸濁液に加えるか、あるいはハロアルキル化
ポリマー・ビーズをホスホン化剤および/または無機酸の水溶液に加えるかはあ
まり重要なことではないけれども、本発明の方法は水の存在下で行なわなければ
ならない。
前述の本発明の方法により製造されたアミノメチルホスホン傘キレート性樹脂は
、アルカリ土類金属イオン(たとえばカルシウム、マグネシウム、ストロンチウ
ムおよび/またはバリウムのイオン)および/または遷移金属イオン(たとえば
鉄、コバルト、ニッケルのような周期律表第■族の金属のイオン;ランタンのよ
うな第mB族の金属のイオン;亜鉛、カドミウムおよび水銀のような第1[B族
の金属のイオン;アルミニウム、ガリウムのような第[[A族の金属のイオン;
鉛のような4■族の金属のイオ/;および好ましくは銅および釧のようなIE族
の金属のイオン;またはUO3)の吸収と除去に有用である。
本発明を下記の実施例によって更に具体的に説明するが、これらの実施例は本発
明を限定するものと解すべきではない。他に特別の記載のない限り、すべての「
部」およびr%」は重量部および1量チである。
本発明により製造した樹脂の全鋼湿潤容積容量および動的全カルシウム容量は下
記のようにして測定される。
製造したキレート用樹脂のす) IJウム型の全鋼湿潤容積容量は60rのCu
SO4m 5 H2Oと120mの濃水酸化アンモニウムをltの水で希釈した
溶液に樹脂ビーズを接触させ、ビーズを水で洗って鋼イオンを除き、次いで2N
91酸と接、牡させて官能性基に結合している銅イオンを除去することKよって
決定させることによって決定される。2N値酸でビーズから除去した紹の量は沃
化カリウム/チオ蝋酸ナトリウムの酸化/還元滴定を使用して決定される。全鋼
湿潤容積容量はミリ当量/d樹脂として表現される。決定された容積をもつ湿潤
樹脂試料を乾燥してその重量を決定することによって、全鋼乾燥重量容量を計算
することができる。
製造したキレート用樹脂の動的全カルシウム容量はpHl O〜12のナトリウ
ム型有脂を使用して決定される。樹脂を加熱用ジャケット付きカラムに移す。塩
水lt当り2岬までのカルシウムを含む化学的に予備処理した塩水を30床容蓋
/時の割合で60℃において樹脂中を通過させる。この操作中、カラム流出液は
比色法によってカルシウムがモニタされる。これは樹脂床がもはやカルシウムを
除去しない十分に低い水準のカルシウム濃度になる時点を決定するように行なわ
れる。この終点はo、 o s IIPカルシウム/を塩水にセットされる。本
発明により製造したキレート用樹脂を用いたとき、カルシウム良度はサイクルの
大部分について0.02”Fカルシウム/d塩水より低い。α05岬カルシウム
/Jll/塩水の終点が流出液中に達成されたとき、樹脂の外生はそれを酸、脱
イオン水および苛性アルカリで処理することによって開始される。このようにし
てカラムから集めた溶液のカルシウムを分析して樹脂の動的容量を決定する。動
的全カルシウム容量はカルシウムのグラム数/樹脂1tとし表現される。
実施例1〜4および実施例7〜29ならびに比較例Aに使用したコア/シェル形
態のクロロメチル化コポリマー・ビーズはコア/シェル形態の商業的に入手しう
るスチレン/ジビニルベンゼン−ビーズから該ビーズを[Ul1mann’s
EnzyklopFdie der TeehniscbenChemieJ第
4版、第13巻第300頁および欧州特許出IiA第101,943号に記載の
方法によりクロロメチル化することによって製造される。コア/シェル形態のス
チレン/ジビニルベンゼン−ビーズの製造法モ欧州特許出願第1 OL943号
に記載されている。
実施例5および6ならびに比軟例Bに使用し、たマクロポーラスのクロロメチル
化コポリマー−ビーズも商業的に入手しうるスチレン/ジビニルベンゼン・ビー
ズから同様托して製造される。
実施例1
194Fのクロロメチル化コポリマー−ビーズを350dのホルムアルデヒド・
ジメチルアセタール中で43℃において45分間膨潤させる。このクロロメチル
化コポリ−r −e ヒースは交差結合したスチレン/ジビニルベンゼン−コポ
リマーマトリックスとコア/シェル形態をもつ。このコポリマー・ビーズはコア
中に約3チの共重合ジビニルベンゼン、シェル中に約8%の共重合ジビニルベン
ゼンを含む。チはコポリマーの合計重量を基準にする。クロロメチル化ビーズは
1.38 meq /mlの湿潤容積容量をもつ。
クロロメチル化コポリマー−ビーズとホルムアルデヒド・ジメチルアセタールの
混合物に水28o?中2152のへキサメチレンテトラミンの溶液を加える。反
応混合物を6時間攪拌し、45℃に保つ。式(It)の基〔式中、R+は水素で
あり、mは1であり、Xは塩素である〕をもつ生成りロロアミノ化ビーズを濾過
して十分に水洗する。
1182の湿潤クロロアミノ化ビーズを反応器に入れる。水65−中145fの
亜リン酸の溶液および175ゴの16%塩酸水浴液を加えるつ反応混合物を攪拌
し、90℃に加熱し、そしてこの温度に4時間保つ。室温に冷却後、樹脂を十分
に水洗する。
元素分析によれば、この樹脂は3.34チの窒素と9.69−のリンを含む。金
銅湿潤容積容量は2−1meq/dである。動的全カルシウム容量は2Z11F
カルシウム/を樹脂である。!M脂を4N塩酸および4N水酸化ナトリウムで再
生した後、生成アミノメチルホスホン参キレート性樹脂の動的全カルシウム容量
は1 a3 r/を樹脂である。
比較例人
実施例IKより製造したクロロアミノ化ビーズ168fを16チ塩酸水溶液50
0dで加水分解する。この混合物を45℃で4時間攪拌し、次いで中性になるま
で十分に水洗する。このアミノメチル化ポリマー會ビーズはL 4 meq 7
’alの弱塩基容量をもつ。生成アミンメチル化樹脂1201を反応器に入れ、
130mの水を加える。
次いで、65dの水中1452の亜リン酸を加え、その後に532のパラホルム
アルデヒドおよび32チ塩酸水浴液45mを加える。この混合物な90℃に4時
間保ち、次いで水洗する。元素分析によれば、生成樹脂ビーズは3.25%の窒
素および10.3%のリンを含む。金銅湿潤容積容量はZ2meq/−である。
動的全カルシウム容量は19.2 Fカルシウム/を樹脂である。
実施例2
実施例IKより製造した湿潤クロロメチル化ビーズを反応器に入れる。65mの
水にとかした145Fの亜リン酸を加える。次いで混合物を90℃に加熱する。
15分以内Km脂ビーズの色は黄色から橙色に変わる。これはメチルホスホン化
か起ったことを示すものである。反応混合物を90℃に4時間保つ。室温に冷却
後、樹脂を水洗する。金銅湿潤容積容量は2.1 meq /−である。元素分
析によれば、ビーズは3.53%の窒素と9.52%のリンを含む。動的全カル
シウム容量は16.4Mカルシウム/′を樹脂である。4N塩酸と4N水酸化ナ
トリウムによる再生後、動的全カルシウム容量は15.7fカルシウム/を樹脂
である。
実施例3
実施例2をくりかえす。ただし反応混合物を90℃に1時間だけ保つ。金銅容積
容量はL8meq/−である。
実施例4
実施例IKより製造したクロロメチル化ポリマーQビーズを反応器に入れる。1
45Fの亜リン酸を175111の16%塩酸水浴液にとかす。この溶液を反応
器に入れ、反応混合物を90CK4時間加熱する。生成したアミノメチルホスホ
ン・キレート性樹脂を十分に水洗する。全鋼湿潤容積容量はZ 16 meq
/dである。
実施例5
ジビニルベンゼンt−Jt6%のスチレン−ジビニルベンゼン・コポリマー・マ
トリックスをもつマクロポーラスのクロロメチル化ポリマー・ビーズを使用する
。湿潤容積容量は1.3 meq/−である。このマクロポーラスのクロロ、メ
チル化ポリf −IIビーズを400a/のホルムアルデヒド・ジメチルアセタ
ール中で45分間44℃に加熱する。280d水中2152のへキサメチン/テ
トラミン溶液を加える。この混合物を46℃で6時間攪拌する。
式c、n>の基(ただし式中 1,1は水素であり、Xは塩素であ’)、mはl
である)をもつ生成りロロアミノ化ポリマー・ビーズを濾過し、十分に水洗する
。
このポリマ−1ビーズ130mを反応器に入れる。
75dの水中1652の亜リン酸溶液および220−の16qb塩酸溶液を加え
る。反応混合物を90℃に加熱し、この温度に4時間保つ。生成アミノメチルホ
スホン・キレート性樹脂を十+)釦水洗する。その金銅湿潤容積容量は2.71
meq /xslである。動的全カルシウム容量は1352カルシウム/を樹
脂である。
比較例B
実施例5により製造したクロロアミノ化ポリマー拳ビーズ175IIlを16%
塩酸水溶液500−で加水分解する。この混合物を45℃で4時間攪拌し、次い
で中性になるまで水洗する。アミノメチル基を含む生成ポリマー・ビーズはL
6 rneq /−の弱塩基容量をもつ。
このアミノメチル化コポリマー−ビーズを反応器中で130aii!の水と混合
する。7Sadの水中165tの亜す’dR1s i tのパラホルムアルデヒ
ドおよび40mgの酋塩歇を加える。混合物を90℃に4時間保ち、水洗する。
金銅湿潤容積容量はZ 8 rneq /ldである。動的全カルシウム容量は
10.2t/を樹脂である。4N塩酸と4N水酸化ナトリウムによる再生後、動
的全カルシウム容量はa4Fカルシウム/lel;脂である。
実施例5により製造したクロロアミノ化ポリマー・ビーズの130dを反応器に
入れる。75にの水中1652の亜慌戚、および20重量%飯醒水溶液を加える
。混合物を900に加熱し、との温Kに4時間保つ。生成アミノメチルホスホン
・キレート用樹脂を水洗する。全銅湿祠容!jj容量は2.41meq/−であ
る。
実施例7
クロロアミン化ビーズを実施例1で述べたようにして製造する。このポリマー−
ビーズの65−は式(1[)の基〔式中 R1は水素であり、Xは塩素であり、
mは1である〕を0.075モル含む。このビーズ65rjを200#I/の水
中に念澗させる。1.574P/’ωの密式をもつ50ゴのpci、すなわち0
57モルのpci3を滴下ロートから上ie ’) m 濁液に45分以内に加
える。PCl、と式(It)の基とのモル比は7.6 : 1である。水とPC
l3とのモル比は19.5:1である。この@濁液を攪拌する。@嵐は保々に4
8℃に上昇する。pct3の全量を加えた後、懸濁液な34℃に冷却させる。反
応混合物を90℃に加熱し、この温度に4時間保つ、欠いで懸濁液を室温に冷却
し、樹脂を十分に水洗する。全鋼湿潤容積容量は2..3meq/−である。
5i!施例1で述べたようkしてクロロアミノ化ビーズを製造する。このビーズ
130mは0.15モルの式<n>の基(式中、R1は水素であり、Xは塩素で
あり、mはlである)をもつ。このビーズ1301dを200−の水中KM濁さ
せる。i、 574 ?/C1−の密度をもつpctり 4〇−すなわち0.4
5モルのpcz、を滴下ロートから懸濁液に30分内に滴下状Kmえる。pct
mと式(ff)の基とのモル比は3である。水とpct、とのモル比は25であ
る。
この懸濁液を攪拌する。温度は徐々に66℃に上昇する。
反応混合物’に90cに加熱し、この温度に4時間保つ。
次いで@濁液を呈温く冷却させ、樹脂を十分に水洗する。
金銅容積容量はL Omeq 7mである。動的全カルシウム容量は16.9
Fカルシウム/を樹脂である。
実施例8をくりかえす。ただし13011/の樹脂を200dの水ではなくて6
00−の水Kl?Inさせる。従って水とpcz、との比は75である。金銅湿
潤容積容量はL6meq/−である。動的全カルシウム容量は14.Ofカルシ
ウム/を樹脂である。
実施例9はPCB、の希薄水溶液でさえ、満足なイオン交換容量をもつアミノメ
チルホスホ:/sキレート性樹脂を得るのに有用であることを示している。
実施例7と同じクロロアミノ化ビーズの130−を実施例10〜12において使
用する。これらのビーズな種々の量の水にとかした72.5F(α88モル)の
亜リン酸の溶液中で攪拌する。、実施例10−12のすべてにおいて亜リン酸と
式(n)の基とのモル比は5.8 : 1である。
この懸濁液を90℃に加熱し、この温度に4時間保つ。
室温に冷却後、この樹脂を水で十分に洗い、その金銅湿潤容積容量を決定する。
実施例10においては、水の量は100−であり、これは42チ亜リン酸水溶液
に相当する。金銅湿潤容積容量はL Omeq /dである。
実施例11においては、水の量は65〆であり、これは53チ亜リン酸水溶液に
相当する。全鋼湿潤容積容量は1.2 meq /−である。
実施例12(おいては、水の量は3 Z 5 atであり、これは70チ亜す:
/醸すだ液に相当する。全@塁潤8槓容量は1.7にneq 7’dである。
実施例13−16
実施例7ど同じクロルアミノ′化ビーズの130m1を水65ゴ中の種々の量の
岨リン酸の水溶液中で攪拌する4゜この!jI胎ビーズを実施例10=12に述
べたよう圧して亜リン酸と反応させる。
実施例131cおい1は100.8 f (、1,23(:lル)の亜117酸
を使用する。これはii 177奴/クロロアミノ′化ビーズ中の式(If)の
基のモル比が&2:1に相当し、亜リン酸水浴液濃度が60Sに相当する1、生
成アミノメチルホスホン・キレート性樹脂の金銅湿潤容積容量は1.4meq/
atである。
実施例14においては、130j’(1,59モル)の亜り/はを使用する。こ
れは亜リン酸/クロロアミノ化ビーズ中の式(n)の基のモル比がlα6:1に
相当し、亜すン酸水溶液a度が67チ(乞相当する。金銅湿潤容積容量は2−
Omeq lydである。
実施例15においては、145f(177モル)の亜リン酸を使用する。これは
亜リン酸/クロロアミノ化ビーズ中の式(If)の基のモル比がi ts :
iに相当し、亜すン酸水溶液#度か69−に相当する1、生成樹脂ビーズの金銅
湿潤容積容量は2.0 meq /j17!でちる。
実施例16においては、180ノ(2,2モル)の亜リン酸を使用する。これは
亜り/#/′クロロアミノ化と・−ズ中の式(n)の基のモル比が14.6:1
に相当し、亜すン酸水溶液凄lfが73チに相当する。生成樹脂ビーズ中の金銅
湿潤容積容量は2. i meq、、lydである。
実施例10−16は金銅湿潤容積容量が本発明の方法に使用する亜リン酸の葦と
濃度に応じて変わることを示し、でいる。
実施例17〜22
実施例7と同じクロロアミ、、/化ビーズ130−を使用する。こiらのピース
”を16チ塩改水溶液】O〇−(O,S tモルHC7)中の種々のtの短リン
酸の溶液と反応させる。反応温度を900に4時間保つ。室温に冷却し水洗した
後、金銅湿潤容積容量を決定する。
亜リン酸使用重量(A)、亜リン酸のモル数(B)、溶液重量基準の亜リン酸の
生成重量%(C)、亜リン酸/クロロアミノ化樹脂ビーズ中の式(II)の基の
モル比(D)、#よび全鋼湿潤容積容量(E)を第1表に示す。塩[/クロロア
ミノ化樹脂ビーズ中の式(Ii)の基のモル比は実施例17〜22のすべてにお
いて3.4:1である。
実施例19により製造したアミノメチルホスホン−キレート性樹脂の動的全カル
シウム容量はIZ5Fカルシウム/を樹脂である。
実施例エフ〜22と実施例10〜16の比較は、ホスホン化が塩酸のような第2
の酸の存在下で起るときには高い金銅湿潤容積容量をもつアミノメチルホスホン
・キレート性樹脂の取得を依然として確保しながら、亜リン1![!/クロロア
ミノ化ビーズ中の式(n)の基のモル比(D)ならびに水中の亜すン酸重量係を
着るしく減少させることができることを示している。
実施例23〜26
実施例7と同じクロロアミノ化ビーズの130mを使用する。これらのビーズを
種々の量の16チ塩酸水溶液中の亜リン酸7 Z5 f (α88モル)の溶液
と反応させる。亜リン酸/クロロアミノ化ビーズ中の式(!l)の基のモル比は
実施例12〜20と同じ、すなわちa8 : 1である。この懸濁液を90℃に
4時間加熱する。混合物を室温に冷却後、樹脂を十分に水洗し、その金銅湿潤容
積容量を決定する。
16チ塩酸水溶液の容量(F)、塩ばのモル量(G)、塩#!/クロロアミノ化
樹脂ビーズ中の式(It)の基のモル比(H)、溶液重量基準の生成亜リン酸の
重量(I)、および生成アミノメチルホスホン拳キレート性樹脂の金銅湿潤容積
重量(J)を第2表に示す。表を完成させるために、$8例12および20をく
りかえす。
第2表
実施例20および実施例23〜26は、生成アミノメチルホスホン・キレート性
樹脂の全鋼湿潤容積容量は、塩酸のよ5な第2の域が反応混合物中に存在すると
きは、水溶液中の亜す/醒の重量%に実質的に依存しないことを示している。
実施例27
実施例1と同じクロロメチル化コポリマーQビーズの1042を180mのホル
ムアルデヒド−ジメチルアセクール中に45〜50℃で110分間彫潤させる。
クロロメチル化ビーズとホルムアルデヒド・ジメチルアセタールの混合物に、6
3f水中の47tのへキサメチレンテトラミンの溶液を加える。この反応混合物
を45〜50℃で8時間攪拌する。混合物を30℃に冷却し、式(It)の基〔
式中 Hlは水素であり、mは1であり、Xは塩素である〕をもつ生成りロロア
ミノ化ビーズをP適して十分に水洗する。
この湿潤クロロアミノ化ビーズの1579をオートクレーブ中20℃で3002
の水中に懸濁させる。この懸濁液に80−のpct、を次のよ5にバッチ式に加
える。
まず40−のpct!を一度に加える。温度は90℃に上昇l−1反応器中の圧
力は3.5バールに上昇する。温度混合物が60℃に冷却されたとき、別の20
d f) P C4を加える。温度は再び上昇する。60℃に冷却後、残りの
20−のpct、を加える。PC2,の最後の部分を添加した後に、混合物を9
0℃に6時間保つ。
水とpct、とのモル比は45:1である。@濁液を6Orpm(毎分60回転
)で攪拌する。
次いで@濁液を35℃に冷却し、樹脂ビーズを十分に水洗する。
金銅湿潤容積容量はZ、 Omeq /palである。
実施例27を(つかえず。ただしP(、t、の全量を3回ではなくて2回に分け
る。pct、の添加中、温度は115℃に上昇し、圧力は4.5バールにまで上
昇する。
金銅湿潤容積容量は2.0 meq /dである。
実施例1により製造したクロロメチル化ビーズの1501を20%塩酸水溶液3
00tJで加水分解する。混合物を45℃で4時間攪拌する。次いで145fの
固体亜リン酸を反応混合物に加え、この混合物を90℃に加熱する。この温度を
4時間保つ。室温に冷却後、樹脂を水洗する。金銅湿潤容積容量は1.90 m
eq /dである。
手続補正書
平成2年3月1日
特許庁長官 吉 1)文 毅 殿
1、事件の表示
PCT/IJS89102654
2、発明の名称
アミノメチルホスホン・キレート性樹脂のWm法3補正をする者
事件との関係 特許出願人
名称 ザ ダウ ケミカル カンパニー国際調査報告