EP0341473A2

Process for sulphonating aromatic polyether sulphones, and the sulphonated polyether sulphones.

Abstract

The sulphonation of aromatic polyether sulphones succeeds in a controllable manner by means of sulphur trioxide in concentrated sulphuric acid as solvent. If a sulphur trioxide content of less than 6 per cent by weight, based on the solvent, and a reaction temperature of less than 30 DEG C are maintained, side reactions and degradation reactions can be substantially suppressed. …<??>The products obtained are suitable for the production of membranes.

EP0341473A2, drawing sheet 1
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25 claims: 25 independent, 0 dependent

  1. 1
    Process for the sulfonation of aromatic polyether sulfones by means of a solution of sulfur trioxide in concentrated sulfuric acid and using a solvent for the corresponding polyether sulfone, characterized in that concentrated sulfuric acid is used as the solvent, that the content of sulfur trioxide, based on the total amount of pure sulfuric acid present in the reaction mixture , is kept at a value of less than 6 percent by weight during the entire duration of the sulfonation and that the temperature of the reaction mixture is kept below +30 ° C. throughout the entire duration of the reaction. 1. Verfahren zur Sulfonierung von aromatischen Polyäther­sulfonen mittels einer Lösung von Schwefeltrioxid in konzentrierter Schwefelsäure und unter Verwendung eines Lösungsmittels für das entsprechende Polyäthersulfon, dadurch gekennzeichnet daß als Lösungsmittel konzen­trierte Schwefelsäure verwendet wird, daß der Gehalt an Schwefeltrioxid, bezogen auf die Gesamtmenge der im Re­aktionsgemisch vorliegenden reinen Schwefelsäure, wäh­rend der gesamten Dauer der Sulfonierung auf einem Wert von weniger als 6 Gewichtsprozent gehalten wird und daß während der gesamten Reaktionsdauer die Temperatur der Reaktionsmischung niedriger als +30 °C gehalten wird.
  2. 2
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der gesamten Reaktionsdauer die Temperatur der Reaktionsmischung unterhalb von 12 °C gehalten wird. 2nd A method according to claim 1, characterized in that the temperature of the reaction mixture is kept below 12 ° C during the entire reaction period.
  3. 3
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­net, daß der Gehalt an Schwefeltrioxid während der ge­samten Dauer der Sulfonierung auf einem Wert von weniger als 3 Gew.% gehalten wird. 3rd Process according to Claim 1 or 2, characterized in that the sulfur trioxide content is kept at a value of less than 3% by weight during the entire duration of the sulfonation.
  4. 4
    Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an die Sulfonierung das sulfonierte Polymer durch Eingießen in Wasser ausgefällt und anschließend isoliert und getrock­net wird. 4th Method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that after the sulfonation, the sulfonated polymer is precipitated by pouring it into water and then isolated and dried.
  5. 5
    Process according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that concentrated sulfuric acid is mixed with oleum, the resulting solution is cooled and then the polyether sulfone is added in solid form or dissolved in concentrated sulfuric acid. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man konzentrierte Schwefelsäure mit Oleum versetzt, die entstandene Lösung kühlt und anschließend das Polyäthersulfon in fester Form oder gelöst in konzentrierter Schwefelsäure zugibt.
  6. 6
    Process according to one or more of Claims 1 to 4, characterized in that the polyether sulfone is first dissolved in concentrated sulfuric acid and then oleum is slowly added dropwise while stirring the reaction mixture. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man zuerst das Poly­äthersulfon in konzentrierter Schwefelsäure löst und anschließend Oleum unter Rühren der Reaktionsmischung langsam zutropft.
  7. 7
    Process according to Claim 5 or 6, characterized in that the oleum contains 65% by weight SO₃. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­net, daß das Oleum 65 Gew.% SO₃ enthält.
  8. 8
    Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schwefel­trioxid enthaltende konzentrierte Schwefelsäure dadurch erhält, daß man konzentrierter Schwefelsäure eine Ver­bindung zusetzt, welche in konzentrierter Schwefelsäure zur Entstehung von Schwefeltrioxid führt. 8th. Process according to one or more of Claims 1 to 4, characterized in that the concentrated sulfuric acid containing sulfur trioxide is obtained by adding a compound to concentrated sulfuric acid which leads to the formation of sulfur trioxide in concentrated sulfuric acid.
  9. 9
    A method according to claim 8, characterized in that the compound phosphorus pentoxide or a compound of formula M.n +(S₂O₇) ²⁻n / 2 where M is a metal and n is the valence of this metal. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung Phosphorpentoxid oder eine Verbindung der Formel Mn+(S₂O₇)²⁻n/2 ist, wobei M ein Metal und n die Wertigkeit dieses Metalls ist.
  10. 10
    Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung K₂S₂0₇ ist. 10th A method according to claim 9, characterized in that the compound is K₂S₂0₇.
  11. 11
    Method according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that the sulfonic acid groups of the sulfonated polymer obtained are converted into their metal salts or ammonium salts. 11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sulfonsäure­gruppen des erhaltenen sulfonierten Polymers in ihre Metallsalze oder Ammoniumsalze überführt werden.
  12. 12
    Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polyäthersulfon eingesetzt wird, das aus der folgenden, sich wiederho­lenden Struktureinheit aufgebaut ist 12th Method according to one or more of claims 1 to 11, characterized in that a polyether sulfone is used which is constructed from the following, repeating structural unit
  13. 13
    Method according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that the polymer concentration, based on the total amount of pure, anhydrous sulfuric acid, is between 5 and 30% by weight at the start of the reaction. 13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichent, daß die Polymerkonzen­tration, bezogen auf die Gesamtmenge an reiner, wasser­freier Schwefelsäure, zu Beginn der Reaktion zwischen 5 und 30 Gew.% liegt.
  14. 14
    Method according to one or more of claims 1 to 13, characterized in that the weight average molecular weight of the polymer used is between 30,000 and 60,000 daltons. 14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des eingesetzten Polymers zwischen 30.000 und 60.000 Dalton liegt.
  15. 15
    Sulfonated polyether sulfones which can be produced by a process according to one of claims 1 to 14. 15. Sulfonierte Polyäthersulfone, herstellbar durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
  16. 16
    Sulfonated polyether sulfones according to claim 15, characterized by a degree of sulfonation between 0.001 and 0.6. 16. Sulfonierte Polyäthersulfone nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen Sulfonierungsgrad zwischen 0,001 und 0,6.
  17. 17
    Sulfonierte Polyäthersulfone nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen Sulfonierungsgrad zwischen 0,01 und 0,6. 17th Sulfonated polyether sulfones according to claim 16, characterized by a degree of sulfonation between 0.01 and 0.6.
  18. 18
    Verwendung der nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 hergestellten sulfonierten Polyäthersulfone zur Herstellung von Membranen. 18th Use of the sulfonated polyether sulfones produced according to one or more of claims 1 to 14 for the production of membranes.
  19. 19
    Verwendung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Sulfonierungsgrad des eingesetzten Polymeren zwi­schen 0,001 und 0,6 liegt. 19th Use according to claim 18, characterized in that the degree of sulfonation of the polymer used is between 0.001 and 0.6.
  20. 20
    Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Sulfonierungsgrad des eingesetzten Polymeren zwischen 0,01 und 0,6 liegt. 20th Use according to claim 19, characterized in that the degree of sulfonation of the polymer used is between 0.01 and 0.6.
  21. 21
    Use according to one of claims 18 to 20, characterized in that membranes are produced in the form of hollow threads, tubes or flat membranes. 21. Verwendung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß Membranen in Form von Hohlfäden, Schläuchen oder Flachmembranen hergestellt werden.
  22. 22
    Use according to one or more of claims 18 to 21, characterized in that microfiltration membranes are produced whose average pore sizes are in the range from 0.05 to 5 µm and which have a porosity between 50 and 85%. 22. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß Mikrofiltrationsmem­branen hergestellt werden, deren mittlere Porengrößen im Bereich von 0,05 bis 5 µm liegen und die eine Porosität zwischen 50 und 85 % aufweisen.
  23. 23
    Use according to one or more of claims 18 to 22, characterized in that the sulfonated polyether sulfone is used as a mixture with another polymer. 23. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das sulfonierte Polyäthersulfon als Gemisch mit einem anderen Polymeren eingesetzt wird.
  24. 24
    Verwendung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Sulfonatgehalt des Polymergemischs zwischen 0,05 und 18 Gew.% liegt. 24th Use according to claim 23, characterized in that the sulfonate content of the polymer mixture is between 0.05 and 18% by weight.
  25. 25
    Verwendung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Sulfonatgehalt des Polymergemischs zwischen 0,1 und 18 Gew.% liegt. 25th Use according to claim 24, characterized in that the sulfonate content of the polymer mixture is between 0.1 and 18% by weight.
Independent claims25