193490. lajstromszámú szabadalom • Eljárás javított tulajdonságú ioncserélő gyanták kindulási anyagaként szolgáló gyöngypolimer előállítására
193490 A találmány tárgya eljárás 0,1 -tői 1,0 ml/gig terjedő pórusterfogatú ioncserélő gyanták kiindulási anyagaként szolgáló gyöngypolimerek előállítására sztirolból, divinil-benzolból, legalább egy alifás vinilmonomerböl, 6-10 szénatomszámú alifás szénhidrogénből vagy ilyen szénhidrogén és 6-8 szénatomszámú alifás alkoholból mint pórusképzőből álló elegy szusz - penziós polimerizációja révén Ismeretes, hogy a különböző célú, műgyanta alapú, funkcionális csoporttal rendelkező anyagokat (ioncserélők, adszorbensek, kromatográfiás töltetek, stb.) monomer keverékek szuszpenziós polimerizációja (gyöngypolimerizáció) útján állítják elő A monomerelegynek legalább egy, többfunkciós monomert (térhálósító) kell tartalmaznia, amely az anyag oldhatatlanságát biztosítja A monomer elegy többi komponense a polimerizáció után a funkciós csoportok hordozására szolgál A funkciós csoportok vagy eleve részei a monomer molekuláknak, vagy későbbi müvelet(ek) során kerülnek a polimer vázra. A funkciós csoportokat hordozó polimerek működését alapvetően meghatározza a szemcsék belsejében lévő csoportok hozzáférhetősége, ami viszont a szerkezet függvénye. A polimer váz (mátrix) szerkezete szerint megkülönböztetünk gél és pórusos gyantákat A gelgyantak előállításakor csak a funkciós csoportok hordozására alkalmas monomert és a térhálósítóként működő többfunkciós monomert polimerizálják Ebben az esetben a késztermek belsejében lévő csoportok hozzáférhetőségét à térhálosság mértéke, a funkciós csoportok minősége és mennyisége által meghatározott mértékű duzzadás biztosítja Ezzel szemben a pórusos (makropórusos, makroretikulá ris) gyanták belsejében a funkciós csoportok minőségétől többé kevésbé független diszkontinuitások, pórusok találhatók és ezek milyensége befolyásolja az ioncserélő gyanta tulajdonságait A pórusos mátrixok előállítására alkalmas eljárások két nagyobb csoportra oszthatók Az első esetben a pórusképzés úgy történik, hogy a monomer elegyben nagy diszperzitású anya got szuszpendáinak, vagy makromolekulájú anyagot oldanak és ezeket a polimerizáció után alkalmas oldószerrel eltávolítják A másik eljárás típus szerint pórusokat úgy lehet képezni, hogy a polimerizálandó monomer elegyhez egy harmadik, a polimerizáció szempontjából inert, folyékony komponenst adnak, amely a monomer elegyben oldódik, de a keletkezett térhálós kopolimert nem duzzasztja. Ennek következtében a polimerizáció adott szakaszában fázis szeparáció következik be és a már nem oldódó gélcseppek polimer „szigeteket" (primer globulák) alkotnak A pórusos szerkezet ezek összetapadásával keletkezik. Ilyen típusú eljárást elsőként Corte és Meyer ismertetett az 1 045 102 számú NSZK-beli szabadalmi leírásban 1 Az oldószeres eljárásoknál a térhálósító monomer tömegarányával és minőségével, valamint az inert oldószer tömegarányával és kémiai felépítésével lehet a porozitást, azaz az összpórustérfogatot és a pórusméret eloszlást szabályozni A pórusképződés mechanizmusának vizsgálatával foglalkozó elméleti és gyakorlati munkákból ismeretes, hogy a porozitás azonos minőségű és mennyiségű inert oldószer esetén a térhálósító monomer mennyiségével, illetve azonos térhálóssági fok esetén az inert anyag mennyiségével egyenes arányban növekszik. A keletkező pórusok nagyságát bizonyos monomerek beépítésével befolyásolni lehet. Néhány vinilmonomerről (pl akril-nitril, akrilsav-észterek, metakrilsav-észterek) ismert, hogy az összes monomertömegre vonatkoztat va 1 -5 tömeg°/o mennyiségben növelik a póru sok nagyságát, amint azt az 1 020 907 számú angol szabadalmi leírás ismerteti A szabályozásra alkalmas arányoknak gyakorlatilag határt szabnak a gyöngypolimerrel szemben támasztott egyéb követelmények. Bizonyos térhálósító monomer arány alatt (adott inertanyag mennyiség esetén) nem jön létre megfelelő porozitás, míg nagyobb mennyiségű inert anyag alkalmazásakor (adott térhálósító aránynál) a termék mechanikai stabilitása csökken. Emellett a porozitás jellege is lényeges tényező. Az ioncserélők működése szempontjából olyan morfológia előnyös, amelynél a pórusok mérete közel azonos és „bejáratuk" nem lényegesen kisebb a belső üregek átmérőjénél Ilyen szerkezethez legközelebb a viszonylag szabályos, egyforma nagyságú polimer részecskék (globulák) alkotta rendszer áll Ezzel szemben az olyan szerkezet, amelyben a pórusokat repedésszerű lyukak alkotják, és ezeket szabálytalan polimer „rögök" határolják, nem kívánatos, hiszen itt az úgynevezett „tintás üveg” porozitás jön létre, ami a szűk bejárati nyílások miatt nem teszi lehetővé a pórusok teljes kihasználását. A követelményeknek megfelelő gyongypolimerek előállításához a gélgyantáknal szokásosan alkalmazott 1-8 tömeg% mennyiségnél 5 10 tömeg%-kal több térhálósító monomer szükséges Ennek hátránya kézenfekvő, ha figyelembe vesszük, hogy az önmagában véve pórusos szemcse valójában géltípusú polimer részecskék (primer globulák) halmazából áll A viszonylag nagy mértékű térhálosság következtében csökkent duzzadás miatt a funkciós, csoportoknak a globulák belsejében található’ tekintélyes hányada a cserélendő ionok számára nehezebben hozzáférhető. A másik hátrány, hogy — mivel a térhálósító monomer nem hordoz funkciós csoportokat — az egységnyi kopolimerre eső funkciós csoportok mennyisége kisebb A hozzáférhetőség romlása a kész gyanták íoncsere sebességének csökkenését okozza és a nagyobb meretü ionok számára térbeli gátlást jelent A funkciós 2 5 n 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
