
阴离子交换树脂的合成(一)
工业生产的阴离子交换树脂多是以苯乙烯-二乙烯苯共聚球体为骨架,通过氯甲基化和胺化引入季铵基团或其他胺基团制成的。其品种规格远多于阳离子交换树脂。因此,用途很广,是离子交换树脂的主要品系之一。其基本的合成路线是:
1.交联聚苯乙烯的氯甲基化
苄基卤很活泼,在苯环上引入氯甲基就成了很有用的中间体,可以容易地制成一系列阴离子交换树脂。
苯环上的氯甲基化是傅-克反应的一种特例,可用多聚甲醛、甲醛水溶液、甲醛缩二甲醇、甲醛缩乙二醇、氯甲醚、二氯甲醚等与盐酸一起,在催化剂的作用下进行反应。氯甲醚不仅是一个活性较高的氯甲基化试剂,对苯乙烯-二乙烯苯共聚物又是很好的溶胀剂,虽然其对人的呼吸系统有很大的刺激性和毒性,至今仍被广泛地使用。
工业氯甲醚含有少量的二氯甲醚和过量的HCl。经蒸馏纯化的氯甲醚,HCl含量降低,有时反而使其反应活性下降。在氯甲基化过程中,氯甲醚的消耗只是一小部分,大部分是作为溶胀剂或介质来使用的。普通凝胶型阴离子交换树脂的共聚母体(交联度7或8)需用2.5倍量的氯甲醚才能使其充分溶胀,并能进行搅拌。在低交联共聚或大孔共聚物进行氯甲基化时,所需氯甲醚的量更多。为了节省氯甲醚,有时可选择适当的溶剂与氯甲醚混合使用,如二氯乙烷、二氯甲烷、四氯乙烯等,但这些溶剂的加入会使氯甲基化速度变慢。
傅--克反应的催化剂很多。在用氯甲使交联聚苯乙烯氯甲基化时,最常用的催化剂有ZnCl2、AICl3,SnCl4等。一些氯化物的催化活性的顺序为:
AlCl3>SbCl5>FeCl3,>SnCl4>TiCl4>ZnCl2
工业上使用的则是活性稍低的ZnCl2,用量约为共聚物的60%左右。其优点是催化作用温和,产生新的交联结构的副反应较少。AlCl3、SnCl4可使副反应进行得更快。在对聚苯乙烯进行氯甲基化时,线型高分子链的交联可在几小时甚至几分钟之内导致凝胶化现像出现。溶剂的加入使氯甲醚的浓度降低,也使副反应的比例增大。副反应的存在会使交联聚苯乙烯产生附加交联,从而引起最终产品--阴离子交换树脂性能的变化。
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