[發明專利]一種脂肪族磺酸基強酸型陽離子交換樹脂及其制備方法

無效

• 申請號: 200710025030.8
• 申請日: 2007-07-10
• 公開（公告）號: CN101116833A
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發明（設計）人: 劉曉寧;魏榮卿;周淵
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01J39/20
• 分類號: B01J39/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于功能高分子領域。具體涉及一種脂肪族磺酸基強酸型陽離子交換樹脂及其制備方法。

背景技術

交聯聚苯乙烯-二乙烯苯磺酸陽離子交換樹脂是離子交換樹脂領域中用途最廣的品種，它在除去兩價的鈣、鎂離子和三價鐵等陽離子方面具有穩定、高效率與高交換能力的優點。通常，磺酸基陽離子交換樹脂是通過濃硫酸、氯磺酸、三氧化硫和發煙硫酸等磺化試劑的作用，在交聯聚苯乙烯的苯環上引入磺酸基制成。但是，這種傳統的制備方法因磺酸基直接接在苯環上，導致功能基團的自由度差，不易于與其它的陽離子進行交換，且芳香族磺酸樹脂的磺化逆反應(蔣登高，張亞東，周彩榮，精細有機合成反應及工藝，化學工業出版社，2001：73-74)降低了樹脂的使用壽命。

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)是一種脂肪磺酸系的強酸型水溶性陰離子含烯基單體(邳艷英，梁鎬，呂光明，AMPS的合成與結構分析，石油化學，1994，11(1)：9-12)。烷基取代分子上的-SO₃H，電荷密度高，水化性強，使AMPS具有良好的水溶性。-SO₃H在水溶液中可完全離解，能夠同諸如Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺等陽離子形成相應的鹽，起到離子交換的作用。而AMPS分子上一對不飽和雙鍵則可以進行均聚、共聚，及加成改性反應(馬志，魏天俊，馮光瑛，AMPS聚合物的應用新進展，化工進展，1998，(5)：29-43)。

本發明通過Michael反應制備得到新型的脂肪磺酸基陽離子交換樹脂。該方法不同于以往的樹脂磺化方法，而具有較長的手臂鏈，易于和其它物質反應或進行離子交換。而且避免了芳香族磺酸樹脂的磺化逆反應。

發明內容

本發明涉及了一種脂肪族磺酸基強酸型陽離子交換樹脂及其制備方法。

本發明的脂肪族磺酸基強酸型陽離子交換樹脂具有如下圖1結構：

圖1.脂肪族磺酸基強酸型陽離子交換樹脂的示意結構

圖中為苯乙烯均聚物或苯乙烯與二乙烯基苯(DVB)、或與其它單烯或雙烯或三烯單體共聚的共聚物(PS)；m＝2-6

其所述的單烯為：丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、醋酸乙烯酯、乙烯基吡咯烷酮；雙烯為二乙烯基苯或二甲基丙烯酸乙二醇酯；三烯為三甲基丙烯酸甘油三酯

該脂肪族磺酸基強酸型陽離子交換樹脂的磺酸基含量為：0-4.00mmol/g干劑。

本發明的脂肪族磺酸基強酸型陽離子交換樹脂的制備按以下步驟進行：

(1)胺化聚苯乙烯樹脂的制備

將PS-Acyl-X樹脂經溶劑I溶解或溶脹1-24小時后，在NaHCO₃存在下與脂肪二胺

在25-100℃，反應2-12小時，得到胺化聚苯乙烯樹脂，結構見圖：

(PS-Acyl-NH₂)，

(注：PS-Acyl-X樹脂具有以下結構：(X＝Br，或Cl)。

(2)脂肪族磺酸基強酸型陽離子交換樹脂的制備

將(1)中所得到的胺化聚苯乙烯樹脂(PS-Acyl-NH₂)經N，N-二甲基甲酰胺溶解或溶脹1-24小時后，在催化劑存在下與AMPS在25-100℃下，反應2-24小時，得到脂肪族磺酸基強酸型陽離子交換樹脂(PS-Acyl-SO₃H，結構見圖1)。

本方法所述的PS-Acyl-X樹脂可為線性的或交聯的，大孔的或凝膠的；其交聯度為0-85％(以DVB用量計，v/v，下同)，粒徑為3-1500μm；所述的PS-Acyl-X樹脂中X為Cl或Br；胺與PS-Acyl-X樹脂中-X的摩爾比為1-12；所述的溶劑I可為乙醇、甲醇、四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、二甲亞砜、水或二氧六環。

本發明的優點：

本發明所述的脂肪族磺酸基強酸型陽離子交換樹脂具有較長的手臂鏈，易于和其它物質反應或進行離子交換，而且避免了芳香族磺酸樹脂的磺化水解逆反應，。反應步驟簡單、易操作，取代度高，磺酸基含量在0-4.00mmol/g-干劑范圍內可定量控制。

具體實施方案

實施例1

取1g?PS-Acyl-Cl(交聯度：7％DVB，粒徑：5μm)加入三口反應瓶中，加入四氫呋喃溶脹，加入5ml乙二胺，攪拌使其分散均勻，常壓下80℃反應12h，即得到擔載量為4.15mmol/g的乙二胺化聚苯乙烯樹脂。