Способ получения полиэлектролитов, содержащих амино-имидные группы

е"д,.,щ,пуфн"% мл 4 к;,оот а в,. Союз Советских Социалистических республик(5 ЦМ. К . С 08 Г 265/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(53) УДК 678. ,675(088.8) Дата опубликования описания 100180(72) Авторы ИностранцыДжозеФ Эдвард Фильдс и Роберт Джэксен Сколомбизобретения(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ, СОДЕРЖЖЦИХ ВЧИНО-ИМИДНЫЕ ГРУППЫ Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, конкретно, к способам получения поли- электролитов, содержащих амнно-имидные группы, которые могут найти применение при фракционировании крови.Известен способ получения поли" электролитов, содержащих амино-имидные группы, путем обработки полимерана основе ненасыщенного мономера (Со- Со) и ненасыщенных Кислот или ангидридов кислот (С 4- С) низшими алкиламино-низшими алкиламинами с замещением большей части кислотных групп на амино-имидные и сшивкой полимера 11. По этому способу применяют общеизвестные сшивающие агенты. Полимеры могут быть использованы для адсорбции белков.20Физико-химические свойства получаемого целевого продукта недостаточно высокие. Так, например, целевой продукт трудно фильтровать от маточного раствора после реакции полиме ризации. Образуется густой полимерный шлам, который фильтруется лишь медленно и образует очень плотный жмых, который трудно разломать. Во время сушки эти продукты образуют 30 твердый комковатый материал, требующий дополнительного дробления,Цель изобретения - улучшениеФильтруемости полиэлектролита и егосушки, а также улучшение и упрощение адсорбции альбумина целевым продуктом,Цель осуществляется тем, что получаемый по способу на основе этилена и малеиновой кислоты или ееангидрида полимер предварительнонагревают в инертном органическомрастворителе или в их смеси при 115160 С в течение 15-60 мин,Полученный при этой обработке продукт является агрегатированным полимером, который быстро Фильтруется, и жмых которого так легко отделяется, что в большинстве случаев от падает необходимость дробления в шаровой мельнице. В случае агрегатированного полимера сушка происходит тоже быстрее, чем неагрегатированного. Способность поглощать белок у получаемого затем поперечно сшитого мате риала, содержащего амино-имидные функциональные группы, существенно не уменьшается, а способность поглощать .альбумин у агрегатированногопродукта оказывается более чем в трираза выше по сравнению с этим пока.зателем неагрегатированного продукта.Критическим для изобретения является тот факт, чтобы процесс агрегациипроводился передпоперечным сшиванием и замещением большим количест-вом амино-имидных групп. Обнаружено,что если образование поперечных свя-.зей и/или .замещение избыточным количеством амино-имидных функциональныхгрупп проводить перед предполагаемым процессом агрегации, которая непроисходит, и преимущества изобретения теряются. Этот факт можно считать:неожиданным, поскольку он противоположен ожиданию, что присутствие Функциональной группы в полимере делаетего более мягким, и следовательно,легче он поддается агрегации путемпростого слияния частиц. Выражение"большее количество" означает болеечем 50 амино-имидных групп.1Агрегацию полимеров на основе этилена и малеиновой кислоты(ЭМКА)или ееангидрида согласно изобретению ведутпутем перемешивания полимера в виде 25суспензии в нагреваемом и дефлегмуемом органическом растворителе,не реагирующем с полимером дефлегмацию или нагрев проводят при температуре примерно 115.-160 фС, но ниже ;щточки размягчения полимераПредпочтительный растворитель-ксилол. Кдругим пригодным растворителям относятся, например этилбензол, монои дихлорбензол и кумол. Растворители, такие как бензол и толуол с точками кипения примерно ниже 115 С,непригодны для осуществления изобре-тения.Однако диоксан с т.кип.101,5 Сдает ценные результаты при коагуляции. Обнаружено, что при обработке фполимера в кипящем растворителе притемпературах ниже примерно 115 С непроисходит существенной агрегациипродукта, как требуется согласно иэоб.ретению при использовании слабого ф 5растворителя такого, как углеводородный, Агрегация может происходитьв высококипящих растворителях притемпературах ниже точки кипения, нотемпературы выше температуры кипения уполимера непригодны, так как нельзяполучить материал с требуемыми свой-:ствами.Желательно полимер нагревать собратным холодильником в растворителе по меньшей мере в течение примерно 15 мин, хороших результатовдосгигают при нагреве примерно до1 ч. Более длительный нагрев, в частности свыше 1 ч, не .нужен, хотя агрегаты остаются стабильными в слабых 46растворителях даже в течение времени до. 7 ч. Чем сильнее применяемыерастворители (хлорбензол, дихлорбензол, диоксан и й,М-диметиламин)тем менее они предпочтительны эа Я счет избыточной коагуляции.во время более длительного времени агрегацииПо осуществлении процесса агрегации агрегатированный полимер поперечно сшивается и замещается желаемой аминоимидной Функциональной группой в последовательности, оптимирующей свойства продукта, что осуществляется надлежащим распределением специФических групп внутри частиц.Исходные.сополимеры можно перевести в карбоксилсодержащие сополимеры путем взаимодействия их с водой их соли аммония, щелочных и щелочно- земельных металлов и алкиламиновые соли - путем .взаимодействия с соединениями щелочных и щелочноземельных металлов, аминами или аммонием. К прочим пригодным производным вышеприведенных полимеров относятся алкиловые и другие эфиры,алкиламиды,диалкиламиды, Фенилалкиламиды или фуиламиды, полученные путем вз аимодействия карбоксильных групп сополимера с,выбранными аминами или алкиловым или с фенилалкиловым спиртом, а также сложные амино-эфиры, оксиамиды и сложные оксиэфиры, где Функциональные группы отделяют алкеленом, Фенилом, Фенилалкилом, фенилалкилфенилом или алкилфенилалкилом или иными арильными группами. Звенья, содержащие амины или аминосоли, включая группы четвертичных солей обычным способом получают взаимодействием карбоксильных групп их предшественников, где это возможно с полифункциональными аминами, как диметнламинопропиламино, при повышенных температурах с образованием имидной связи с вицинальными карбоксильными группами. Такие дополнительные, свободные аминогруппы могут переводиться в соответствующем случае в их простые или четвертичные соли.П р и м е р 1, В колбу емкостью 5 л, оснащенную обратным холодильником, ловушкой Дина-Старка, мешал- кой, емкостью для добавления реагента, термометром и оборудованием для очистки азотом, загружают 193,05 г сополимера типа ЗИКА, содержащего этилен и ангидрид малеиновой кислоты (1,5 моль, ангидридная основа) и 2700 мп ксилола, Смесь перемешивают со скоростью 200 об/мин с помощью мешалки и нагревают до температуры дефлегмации, которая колеблется от 135 до 139 фС в зависимости от содержания воды в ЭМКА и аэеотропного удаления воды в течение периода де флегмации.В этом примере шлам обрабатывают с обратным холодильником полностью в течение 60 мин при 135 С. После 1 ч реакторохлаждают до 125 С под атмосферой азота, добавляя затем раствор 10,89 г (0,075 моль) метилиминобиспропиламина (МИБПА) и 1,5 мл воды.Смесь нагревают с обратным холодильником (134 ОС) и вьдерживают приэтой температуре 1 ч, непрерывноудаляя азеотропным способом воду(конечная температура 137 ОС) . Температуру реакционной смеси снова понижают в атмосфере азота до 125 С,добавляя смесь 153,3 г (1,5 моль)циметиламинопропиламина и 4,5 мл воды.Затем смесь нагревают до 133 С, выдерживают.при этой температуре доначала дефлегмации (через 1-10 мин)Перемешивание с .обратным холодилънйком продолжают до завершения удаления воды азеотропной дистилляцией.Конечная температура 139 ОС.В целях переработки в виде свободного амина шлам Фильтруют в горячемсостоянии, после чего жмых сноварастворяют с получением шлама в2700 мл смеси ксилола с этанолом (3:1)перемешивают с обратным.холодильни Оком 1 ч и снова Фильтруют в горячемвиде. Этот прием повторяют второйраз в течение 2 ч и третий раз втечение 3 ч, Фильтруя .каждый раэ вгорячем виде, Полученный экстрагированный жмых снова растворяют в 2700 мл.гексана в течение 1 ч при комнатнойтемпературе и фильтруют, Экстрагирование гексана повторяют еще 4 раза.Целевой продукт сушат на воздухе30 мин и затем сушат в вакуумной пв"чи при 55 ОС.Для переработки в виде гидрохлориденой соли целевой шлеи Фильтруют вгоряем виде, а жмых снова растворяют с образованием шлама с обратнымхолодильником в смеси.ксилола соспиртом (31) три раза указаннымспособом, а затем - при комнатнойтемпературе дважды экстрагируют2700 мл ацетона в течение 1 ч. Фиды форованный продукт превращают в гидрохлорид путем повторного растворениялибо в 2700 мл спирта или ацетона спостепенным добавлением, перемешивая, в течение 10 мин 112 мл .кон фцентрированной 12 н. соляной кислоты, перемешивая, затем при комнат"ной температуре 2 ч,фильтрованный продукт далее промывают (в случае шлама с перемеши" р)ванием) трижды подряд с 10 л воды(деионизированной) в течение 2 ч вкаждом случае и затем фильтруют.фильтрованный жмьи (соль) дваждыповторно растворяют в 2700 мл ацетона (,по 1 ч каждый разу в целяхудаления воды, фильтруют, сушат навоздухе полчаса и сушат в вакуумнойпечи при 55 фС.Высушенный целевой продуктлибо в виде свободного амина, либо в еОвиде соли - пропускают через сито бездробления) при этом, 95 продуктапроходит через сито с отверстиями100 меш; затем его разливают по бутьлям, 65 П р и м е р 2. Агрегатированноепроизводное диэтиламиноэтила получают по примеру 1, за исключением того, что ДМАПА примера 1 заменяют174,32 г (1,5 моль)диметиламиноэтиламина (ДЭАЭА). Целевой продуктполучают в виде свободного аминапо примеру 1, по которому продуктвзаимодействия экстрагируют смесьюксилола со спиртом(3:1), а затем6 раз - гексаном, Продукт пропускают через сито без дробления (100 меш)получая 229 г продукта более тонкогочем 100 меш и 13,0 г продукта болеекрупного чем 100 меш.П р и м е р 3. В этом примереприменяют ту же аппаратуру, что и впримере 1, а также тот же способ иту же исходную смесь(ЭМКА и ксилол).После агрегации(1 ч с обратным холодильником)температуру шлама понижают до 125 фС, добавляя затем 10,98 г(0,075 моль) МИБПА. Шлам перемешивают при 120-125 ОС 1 ч без обратного холодильника. По истечении 1 чдобавляют 7,66 г (0,075 моль) ДМАПА,шлам снова перемешивают при 120125 С 1 ч без обратного холодильника, после чего шлам нагревают до температуры дефлегмации и всю воду от реакции конденсации удаляют азеотропной дистилляцией. Конечная температура 139 С. Реакционную смесь охлажодают до 120 С, добавляют. 87,05 гмо оэтаноламина (МОЭтА) шлам выдерживают 1 ч при 120 С. Далее температуру повышают до де)легмационной, удаляя всю воду .от этой окончательной реакции конденсации в течение 6 ч путем азеотропной дистилляции. Конеч" ная температура 140 фС. Продукт перерабатывают в виде свободного амина по примеру 1, Получают 230 г продукта, проходящего через отверстия 100 меш без дробления, и 17 г продукта, задерживаемого на сите.П р и м е р 4. В целях улучшения дисперсионных свойств продукта получаемого по примеру 3 меняют последовательность добавления 16 ИБПА и ДМЬПА по окончании реакции агрегатирования.Применяют те же количества. аминов и прочих продуктов примера 3. Процесс ведут идентично, включая стадию агрегации. По охлаждении агрегатированного шлама до 125 С добавляют 7, 66 г ДМАПА, выдерживают шлам 1 ч при температуре 120-125 С. Затем добавляют 10,89 МИБПА, выдерживая шлам снова 1 ч при 120-125 С. Далее процесс ведут по примеру 3. Целевой продукт перерабатывают в виде свободного амина.П р и м е р 5. Повторяют пример 4, за исключением того, что целевой продукт перерабатывают в виде соли хлористоводородной кислоты по примеру 1. Для этой цели применяют лишь 14 мл концентрированной кислоты(12 н. ) вместо 112 мл по примеру 1.После сушки получают 240 г целевогопродукта.П р и и е р б, Процесс ведут попримеру 3, эа исключением того, чтоводу от реакции конденсации удаляютазеотропной дистилляцией.после каждойаминовой реакции и каждой выдержки,т, е. после реакции МИБПА, ДМАПАи МОЭтА, а не по примеру 3. Продуктполучают в виде гидрохлоридной солис выходом 240 г,П р и м е р 7. Изготовляют рядпроб, изменяя состав аминов, применяемых в качестве сшивающих агентовили Функциональных звеньев как по15типу, так и концентрации. Эти агрегатированные составы указаны в табл.1.П р и и е р 8, Применяют ту же аппаратуру и ту же исходную смесь(ЭМКА и ксилол ) что и в примере 1.Агрегации, аналогичной примеру 1, Идостигают одним из двух способов:а)нагрев шлама ЭМКА до 90 ОС при200 об/мин с добавлением 10,89 гМИБПА и 1,5 мя воды, дальнейшее перемешивание при 90 С в течение 1 ч. 25повышение температуры до дефлегмации (136 С) и удаление всей воды отреакции конденсации с помощью ловушки Дина-Старка путем нагрева с обратным холодильником .(конечная темпера- рртура 139 ОС); б) нагрев шлама ЭМКАпри 200 об/мин до 125 С с добавлением МИБПА и воды при непосредственномповышении температуры додефлегмационной (13 б С) с продолжением дефлегмации до удаления всегоколичества воды от реакции конденсации путем азеотропной дистилляциипри кбнечной температуре 139 С. Поокончании способа а) или б) температуру содержимого колбы снижают до 40125 С, добавляя затем 153,3 г ДМАПАи 4,5 мл воды. Шлам нагревают до133 С до начала дефлегмации, продолжая ее до полного удаления всей водыот конденсации путем азеотропной дис Ятилляции до конечной температуры 139140 С.Целевой,шлам фильтруют в горячемвиде (выше 100 С). ДлительностьФильтрации на этой стадии 30-б 0 мин, щв отличие от времени менее 5 мин дляагрегатированного материала, полученного по примерам 1-7. Фильтрованный продукт перерабатывают либо ввиде свободного амина, либо гидрохлоридной соли способами, описанными в примере 1. Снова - во времяпереработки - длительность Фильтрации высокая (от 30 мин до 2 ч),в отличие от продолжительности агрегатированных продуктов по примерам 1- 607, составляющей 5-10 мин. Неагрегатированные продукты, полученные поэтому и приведенным ниже способам,высыхают плохо и требуют дробленияили обработки на шаровой мельнице , 65 до прохождения через сито с отверстиями 100 меш, в отличие от агрегатированных продуктов примеров 1-7, нетребующих дробления или обработки нашаровой мельнице перед пропусканцемчерез сито (100 меш) после сушки.П р и м е р 9. В этом примереприменяют то же оборудование и ту кеисходную смесь (ЭМКА и ксилол) чтои в примере 8. Шлам нагревают до 9095 С, затем добавляют 10,89 г0,075 моль)МИБПА и 1 ч перемешиваютпри 959 С, После этого добавляют 7,ббг(0,075 моль) ДМАПА и 1 ч перемешиваютпри 95 С. Шпам нагревают с обратным холодильником (134 С) воду отС.реакции конденсации полностью удаляютазеотропн ой дистилл яцией до ко нечоной температуры 139 С; После этогошлам охлаждают до 95 С, добавляют87,05 г оксиэтиламина, перемешиваяшлам 1 ч при 95 С, Температуру Иламаповышают до 134 С, а все количествоводы от реакции конденсации полностьюудаляют аэеотропной дистилляцией доконечной температуры 139-140 С. Целевой шлам. Фильтруют в горячем виде30 мин и перерабатывают в виде свободного амина способом примера 1,сушатинтенсивно дробят на шаровоймельнице и пропускают через сито(100 меш,) Вьщеленные после 12 прогонов количества колеблются от 219 до244 г в зависимости от эффективностиобработки на шаровой мельнице передпропусканиемчерез .сито.П р и м е р 10. Процесс ведут попримеру 8, за исключением того, чтоводу от реакции не удаляют после добавления МИБПА, а оставляют в раеционном шлаие, пока не будет добавлен ДМАПА. После этого всю воду отобеих аминовых реакций удаляют заодну ступень азеотропной дистилляциидо конечной температуры шлама 140 ОС,Продукт перерабатывают в виде свободного амина.П р и и е р 11, Процесс ведут попримеру 1, за исключением того, чтоводу от реакции.не удаляют по добавлении МНВПА после агрегации, а лишьпосле. добавления ДМАПА, удаляя ееполностью (от обеих аминовых реакций) за одну ступень азеотропнойдистилляции. Целевой шлам Фильтруютв горячем виде менее чем за 5 мин,перерабатывая затем .продукт в видесвободного амина по примеру 1.П р и и е р 12. Рассматривают влияние времени и скорости перемешивания в ходе агрегации с учетом скорости Фильтрации горячих целевыхшламов.Проводят серию сопоставимых прогонов, ведя процесс по примеру 1, изменяя длительность процесса агрегации и скорости перемешивания. Всепродукты перерабатывают как свободные амины по примеру 1,10 795490 Т а б л и ц а 1 СА 81 77 САИцитрат 85 5 851 С А 83 79 С А С А 10 НС 2 89 Полученные результаты приведены в табл. 2 и сопоставляются в ней с неагрегатированными продуктами, полу-. ченными по примеру 8.П р и м е р 13. В целях более точного определения требований относительно температуры и растворителя5 для агрегации проводят ряд опытов с применением ЭМКА в виде сырого продукта в ряде растворителей и при различных температурах и скоростях пере" 1 мешивания. Обнаружено, что изменение скорости перемешивания в диапазоне 150-400 об/мин действует только лишь на размер получаемого агрегатированного продукта, Большую роль играет вид растворителя и температурный диа э паэон процесса агрегации.В этом примере применяют колбу емкостью 1 л, в которую загружают 700 мп растворителя и 50 г ЭМКА. В разное время и при различных темпера) турах отбирают 20 мп аликвоты шлама и помещают в пробирки. По охлаждении пробирки встряхивают, замеряя время, эа которое полимер выпадает из растворителя. 2Результаты приведены в табл. 3.П р и м е р 14Показателем величины частиц в дисперсии, агрегатированных или нет является индекс набухания, выражающийся количеством воды или иного диспергатора в граммах, абсорбируемого в равновесных условиях на 1 г полимерного производного. Образец соответствующих размеров дисп 4 ргируют в избЫтке диспергатора, доводя рН до 4 или до другого эначв- ф ния. Дисперсии дают достичь равновесных условий в течение 1 ч, центрифу" гируя затем в течение получаса при 750 9 в предварительно взвешенной колбе-центрифуге. Непрореагировавший материал сливают определяя вес центрифугированного набухшего геля. Все данные получены с применением 0,04 М рассола в качестве диспергатора при рН 4,0Таким образом, значение индекса набухания равно весу 0,04 М рассола, поглощенного 1 г полимера.Известно,что набухание обратно пропорционально плотности поперечных связей сшитых нерастворимых смол. В ряде случаев при увеличе-. нии добавления к производному количества ИИБПА наблюдается ожидаемое уменьшение иабухания все остальные параметры остаются равными.Однако для агрегатированного материала согласно изобретению обнаружено, что набухание агрегатиро-ванного продукта при любой постоянной концентрации МИБПА и равной плот ности поперечных связей можно изменять беэ затруднений и оно сильно отличается от иеагрегатированных производных, если изменять количество воды, добавляемой во время получения агрегатированного полиэлектролита, и модифицировать ступени удаления воды из реакции.В табл, 4 приведен, ряд агрегатированных и неагрегатированных полимеров, содержащих МИБПА и ДМАПА, согласно примерам 1,8,10 и 11, но с разным количеством водй, добавляемой либо с МИБПА, либо с ДИАПА. Все полимеры содержат 5 мол.в ИИБПА и 90 мол.Ъ ДМАПА.12 795490 Продолжение табл. 1 Вид продукта Номерпримера Прогон 12 С А 13 90 НС 1 86 НС 1 82 15 НС 1 94 НС 1 17 82 НС 1 18 78 НС 1 С А 20 60 1 Гексаметилендиамин (ГИДА)ф Свободный амин(СА) Таблица 2 Длительность фильтрации шлама продуктапри 100 С, мин Раствори- тель шла- ма Скорость перемешиваиия,об/мин Температура агрегации, С Длительность агрегации,мин Продукт примера 200 Ксилол 136-138 136-138 136-138 136-138 150 60 200 60 230 60 10 250 7 ч 139 200 10 132-134 200 Ксилол:бензол(95 з 3)ф а смесь растворов требует темпеРатУРы деФлегмации132-134 фС Табли"7 4 134 02,5-3 Количество (в моль) в пересчетена амин ИИБПА ГИДА ДИАПА ДЭАЗА МОЭтА 30"60Менее 5ф 5ф 5555;Продолжение табл, 3 Время охлаждения мин-с температу- время,ра,о С ч-мнн 139 Ксилол 2-2,5 0-05 139 0.-10 139 0-60 1,5Выше 60Выше 60 0-00 0-00 24 108 Выае 45 110. 110 Выае Выше Выае 110,24 Выше 45 Выае 45 Выше 45 1-00 80 2-00 80 0-00 0-00 23100 Выае Выае Выае Диоксан15 795490 Продолжение табл, 3 Растворитель Условия агрегации Время охлаждения мин-с,140 2-30 0:15 140 2-15 140 145 145 150 150 фОпыт на осаждение прекращают после установленного периода времени.Таблица 4 ИБПА без воды; без вод,9 1,0 мл во БПА без воды 1 ДМА 0,71 1,23,9 оды р ДМАПА с 4, 5 мп во с 1,5 МИ 2,98 8,88 которых алкил является мещением большей части 60 групп наамино-имидныемера, о т л и ч а и щ что, с целью улучшения .ти полиэлектролита и ег ,также улучшения и упрощ 65 альбумина целевым проду рмула изобретения итов пуэти анСпособ получения полиэлектро содержащих амино-имидные группы тем.обработки полимера на основ лена и малеиновой кислоты или е гидрида алкилимино-алкиламинами 1:00 0:00 0:30 0:00 Ог 15 1-38 1-14 1-10 0-36 низшим, с зкислотныхи сшивкой полки й с я тем,фильтруемосо сушки, аения адсорбцииктом, полимерЗаказ 9492 7 Тираж 9 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, %-35, Раушская наб., д. 4/5Подписное филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 предварительно нагревают в инертноморганическом растворителе или в их.смеси при 115-160 бС в течение 1560 минИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США В 3554985,кл. 260-785, опубЛик 1971 (прототип).