Obtinerea rasinilor schimbatoare de cationi

Obtinerea rasinilor schimbatoare de cationi

In general rasinile obtinute prin aplicarea procedeelor de policondensare contin grupele functionale ale reactantilor care le ofera capacitate de schimb ionic. Dupa felul grupelor ionogene din structura lor macromoleculara, rasinile cationice pot fi:

puternic acide (cele cu grupe -SO₃H sau cu grupe - PO(OH)₂)

acide (cele cu grupe -COOH)

slab acide ( cele cu grupe -OH fenolic)

Astfel rasinile obtinute prin condensarea fenolilor cu aldehidele contin numeroase grupe hidroxid ( -OH) fenolic a caror aciditate este suficienta pentru a permite schimbul cationilor H⁺ ai rasinii cu cationii electrolitilor din solutie. Capacitatea de schimb a acestor rasini este in general foarte redusa. Prin introducerea grupelor -COOH se poate mari gradul de disociere al acizilor macromoleculari, aciditatea lor depinzand atat de numarul grupelor carboxilice cat si de asezarea lor in structura macromoleculara a rasinii. Prin introducerea grupelor sulfonice ( -SO₃H) aciditatea rasinii creste si mai mult.

In categoria rasinilor cationice slab acide pot fi considerate de asemeni si rasinile fenol-formaldehidice de tipul rezitelor (figura 1.8), capabile de schimb cationic prin inlocuirea hidrogenului hidroxidului fenolic cu cationi din solutiile de electroliti

Figura 1.8 Schema obtinerii rasinii fenol-formaldehidice tip resita

Ionizarea rasinilor fenol-formaldehidice se produce numai in solutii alcaline datorita grupelor active -OH fenolic (cu caracter slab acid). Capacitatea lor de schimb cationic creste odata cu cresterea pH-ului solutiei de electrolit. Aceste rasini prezinta dezavantajul ca structura lor compacta ingreuiaza patrunderea cationilor voluminosi in masa rasinii. Aceste deficiente au fost eliminate prin obtinerea rasinilor puternic acide, fie prin policondensarea acizilor fenolsulfonici cu aldehidele fie prin sulfonarea rasinilor fenolformaldehidice sau prin policondensarea fenolilor cu aldehidele concomitent cu procesul de sulfonare:

a) Prin policondensare un schimbator puternic acid poate fi generat din fenol, formaldehida si sulfit de sodiu asa cum rezulta din schema reactiilor din figura 1.9:

Figura 1.9 Schema obtinerii unui schimbator puternic acid din fenol si formaldehida

Rasinile fenol-formaldehidice cu grupe sulfonice legate de nucleul benzenic (R- SO₃H ) sunt rasini cationice puternic acide, spre deosebire de cele cu grupe sulfonice in catena laterala ( R-CH₂-SO₃H ) care sunt mai putin acide. Grupele sulfonice legate direct de nucleul benzenic confera capacitate de schimb cationic in limite largi ale pH-ului solutiei de electrolit (1,5- 14) permitand extinderea domeniilor de aplicare ale acestui tip de cationiti. Un numar prea mare de grupe sulfonice prezinta riscul maririi solubilitatii rasinii, care devine practic inapta schimbului.

b) In mod similar ,adica pornind de la fenol si formaldehida un schimbator de anioni slab bazic poate fi sintetizat astfel (figura 1.10):

Figura 1.10 Schema obtinerii unui anionit slab bazic pornind de la fenol si formaldehida

In comparatie cu rasinile cationice de condensare, rasinile cationice de polimerizare au o raspandire mai larga in tehnica datorita stabilitatii si capacitatii lor de schimb superioare. Astfel rasinile moderne pot fi sintetizate prin polimerizarea monomerilor care contin grupe polare acide (sulfonice, fosforice, carboxilice) sau prin introducerea grupelor respective in polimerul format sau prin copolimerizare in suspensie. Aceste rasini sunt in general fabricate prin polimerizarea unor monomeri neutri precum stirenul urmata de reticulare cu divinilbenzen. Rasinile polistirenice reticulate prin copolimerizare cu divinil benzen prezinta o importanta deosebita, datorita faptului ca se pot obtine usor. Exemple tipice de asemenea rasini sunt cele obtinute prin:

a) Polimerizarea acidului metacrilic (MA) cu divinilbenzen (DVB) cu producerea unui schimbator de cationi slab acid (figura 1.11).

Figura 1.11 Schema obtinerii unui cationit slab acid prin copolimerizarea MA cu DVB

b) Copolimerizarea dintre stiren (S) si divinilbenzen urmata de functionalizarea copolimerului cu acid sulfuric conduce, asa cum arata si schema din figura 1.12 la cationiti puternic acizi:

Figura 1.11 Schema obtinerii unui cationit puternic acid prin copolimerizarea S cu DVB

c) Acrilonitrilul (AN) si divinilbenzenul compun un schimbator de anioni slab bazic; post aminarea acestuia cu ajutorul halogenurii de alchil transformǎ aceastǎ rasinǎ intr-un anionit puternic bazic (figura 1.12).

Figura 1.12 Schema obtinerii unui anionit puternic bazic pornind de la AN si DVB

d) Matricea inerta generata din stiren si DVB e clormetilata pentru obtinerea unui produs intermediar. Tratarea ulterioara cu NH(CH₃)₂ produce un schimbator slab bazic in timp ce utilizarea in acest tratatement a N(CH₃)₃ permite sinteza unui schimbator de anioni puternic bazic (figura 1.13).

Figura 1.13 Schema obtinerii unor anioniti prin clormetilarea copolimerului S-DVB

Prin polimerizare se obtin particule care au aproximativ forma sferica; dimensiunea particulelor variaza intre 0,3 -1,2 mm Diametrul mediu al granulelor de schimbator este de obicei in jur de 0,7 mm. In tehnica este un avantaj existenta unui interval foarte ingust de distributie a dimensiunilor particulelor deoarece epuizarea si regenerarea rǎsinii in coloana e mult mai uniforma pentru toate particulele (Dardel si Arden,1989).