DE1520166C - Verfahren zur Herstellung stickstoff haltiger Polyvinylalkoholdenvate - Google Patents
Verfahren zur Herstellung stickstoff haltiger PolyvinylalkoholdenvateInfo
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Description
Das Hauptpatent 1 300 683 betrifft ein Verfahren zur Herstellung stickstoffhaltiger Polyvinylalkoholderivate,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß mit gelöstem oder pulverförmigem Harnstoff gemischte
Polyvinylalkoholpulver bei einer über 140° C liegenden
Temperatur in einer Strangpresse umgesetzt werden. Mit Hilfe dieses Verfahrens lassen sich homogene,
stickstoffhaltige, leicht in kaltem Wasser lösliche Polyvinylalkoholderivate kontinuierlich, schnell und
billig und mit kleinen Harnstoffmengen herstellen.
In Abänderung dieses Verfahrens werden nun weniger als 50 Gewichtsprozent Harnstoff und weniger
als 8 Gewichtsprozent Wasser enthaltende Polyvinylalkoholpulver ohne Verwendung einer Strangpresse
auf Temperaturen zwischen 150 und 230° C erhitzt, wobei keine Luft anwesend ist oder Luft durch Inertgas
ersetzt ist.
Es ist bereits bekannt, daß Harnstoff und Alkohole miteinander reagieren, wenn man sie auf hohe Temperaturen
erhitzt, und daß Polyvinylalkohol, der als eine Art polyhydrierter Alkohol angesehen werden
kann, chemisch leicht mit Harnstoff reagiert, wenn man beide Stoffe in Gegenwart von Äthylenglykol
oder mit Wasser erhitzt (P a q u i n, Z. Naturforschung, 1, S. 518 [1946]). Durch Untersuchung der
Beziehung zwischen den Eigenschaften der Reaktionsprodukte von Polyvinylalkohol und Harnstoff und
den Reaktionsbedingungen stellten die Erfinder fest, daß durch sorgfältige Auswahl der Reaktionsbedingungen
sehr leicht wasserlösliche Polyvinylalkoholderivate erhalten werden können. Es wurde gefunden,
daß, wenn im Reaktionsgefäß große Mengen Wasser oder Äthylenglykol vorhanden sind, die Reaktion
zwischen Polyvinylalkohol und Harnstoff nur beschränkt abläuft. Um beispielsweise ein leicht in
kaltem Wasser lösliches Reaktionsprodukt durch Umsetzung von Harnstoff und Polyvinylalkohol in Gegenwart
von mehr als 10% Wasser und durch Erhitzen auf 140° C zu erhalten, sind große Harnstoffmengen
erforderlich, nämlich, wie festgestellt werden konnte, mindestens 60 Gewichtsprozent. In dem in
der genannten Veröffentlichung beschriebenen Beispiel wird angenommen, daß bei der letzten Reaktionsstufe
mindestens 12% Wasser anwesend sind, so daß unter dieser Bedingung für die Herstellung
wasserlöslicher Polyvinylalkoholderivate eine große Harnstoffmenge erforderlich ist. Die thermische Reaktion
zwischen Polyvinylalkohol und Harnstoff kann durch Auflösen von Polyvinylalkohol in großen Mengen
geschmolzenem Harnstoff durchgeführt werden.
Andererseits sollte die Harnstoffmenge bei der Durchführung der Reaktion in einer solchen Schmelze
mehr als 60% der Polyvinylalkoholmenge betragen. Wenn die Harnstoffmenge auf weniger als 50% der
Polyvinylalkoholmenge herabgesetzt wird, so ist die Verschmelzung unzureichend, so daß keine Gewinnung
leicht in kaltem Wasser löslicher Polyvinylalkoholderivate möglich ist. Wenn für die Herstellung
wasserlöslicher Polyvinylalkoholderivate mehr als 60% Harnstoff verwendet werden, liegt nach der Reaktion
eine große Menge an nicht umgesetztem freiem Harnstoff vor, so daß dieser entfernt werden muß,
wenn das Produkt für andere Zwecke verwendet werden soll, was sehr schwierig durchzuführende
Operationen mit sich bringt.
Die Zugabe von Harnstoff zu Polyvinylalkoholpulvern und die Durchtränkung damit kann so erreicht
werden, daß Polyvinylalkoholpulver mit einer wäßrigen Harnstofflösung oder einer Lösung von Harnstoff
in einem organischen Lösungsmittel oder auch mit feinem Harnstöffpulver direkt vermischt wird.
Die homogene Mischung wird zur Abtrennung des Wassers bzw. des organischen Lösungsmittels bis zur
Erreichung eines Feuchtigkeitsgehaltes von weniger als 8% getrocknet. Diese Mischung wird in einen
Behälter eingegeben, in dem die Luft durch Inertgas ersetzt wird, und auf 150 bis 230° C erhitzt. Wenn
ίο die zugeführte Harnstoffmenge weniger als 50% der
Polyvinylalkoholmenge beträgt, kann das Polyvinylalkoholpulver nicht schmelzen. Das Reaktionsprodukt
ist jedoch, obwohl es pulverförmig vorliegt, leicht in kaltem Wasser löslich. Die zur Herstellung leicht
wasserlöslicher Polyvinylalkoholderivate durch Zugabe von weniger als 50% Harnstoff besonders geeignete
Erhitzungstemperatur liegt zwischen 160 und 210° C und der Feuchtigkeitsgehalt im Reaktionsgefäß vorzugsweise
zwischen 1 und A0I0. Wenn Luft bei der
thermischen Reaktion freien Zugang hat und das Polyvinylalkoholpulver beim Erhitzen nicht geschmolzen
werden kann, kann kein wasserlösliches Reaktionsprodukt erhalten werden. Wenn jedoch die Luft
im Behälter vorher durch Inertgas ersetzt wird, entsteht als Reaktionsprodukt wasserlösliches PoIyvinylalkoholderivat.
Beispielsweise werden zu vollständig verseiften Polyvinylalkoholpulvern mit einem durchschnittlichen
Polymerisationsgrad von 1700 wäßrige Harnstofflösungen zugefügt und jede der mit unterschiedlichen
Harnstoffmengen getränkten und einen Feuchtigkeitsgehalt von 2% aufweisenden Proben in Glasrohre
eingefüllt, deren Spitzen zu Kapillaren ausgezogen sind, und in diesen für die Dauer von 30 Minuten
einer thermischen Behandlung bei 180°C unterworfen. Dabei werden entsprechend den verschiedenen Atmosphären
im Behälter folgende Ergebnisse erzielt:
Mischungs- 40 verhältnis PVA zu Harnstoff |
50 | 100 | 55 - | 100 | 100 | Atmosphäre im Reaktionsgefäß |
Ge bundene Stickstoff menge (Vo) |
Zeit (Minu ten), in der sich der Film in Wasser von 200ClOSt |
4S 100 | 100 | Luft | 0,8 | 6,5 | ||||
45 100 | 10 | Luft | 0,2 | unlöslich | ||||
100 | 100 | Luft | 0,1 | unlöslich | ||||
100 | 60 100 | während der | ||||||
100 | Reaktion | |||||||
100 | erzeugter | |||||||
30 | Dampf | 1,8 | 2,5 | |||||
während der | ||||||||
Reaktion | ||||||||
erzeugter | ||||||||
10 | Dampf :. | 0,9 | 5,5 | |||||
während der | ||||||||
Reaktion | ||||||||
erzeugter | ||||||||
100 | Dampf | 0,6 | 8,0 | |||||
30 | Stickstoff | 2,1 | 0,5 | |||||
10 | Stickstoff | 1,9 | 0,6 | |||||
Stickstoff | 1,6 | 0,6 |
Um auf diese Weise durch Zusatz von weniger als 50% Harnstoff wasserlösliche Polyvinylalkoholderivate
zu erhalten, ist von größter Wichtigkeit, daß jegliche Anwesenheit von Luft verhindert und diese
vorher durch Inertgas ersetzt wird. Nur so kann als
Reaktionsergebnis die Verbesserung der Löslichkeit in kaltem Wasser erzielt werden.
Das so erhaltene Reaktionsprodukt enthält mehr als 0,4% gebundenen Stickstoff und ist leicht in kaltem
Wasser löslich. Wenn es besonders gute Wasserlöslichkeit zeigt, liegt der Gehalt an gebundenem
Stickstoff zwischen 1 und 4%. Die zur Gewinnung wasserlöslicher Produkte erforderliche Mindestmenge
an Harnstoff ist 2% der Polyvinylalkoholmenge.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung kann außer vollständig verseiftem Polyvinylalkohol auch teilverseifter,
weniger als 50 Molprozent Acetylgruppen enthaltender Polyvinylalkohol verwendet werden.
Ebenso können weniger als 50 Molprozent andere Gruppen außer Hydroxylgruppen enthaltende Polyvinylalkoholderivate
verwendet werden. Die durch dieses Verfahren erfindungsgemäß gewonnenen leicht wasserlöslichen Polyvinylalkoholderivate sind außerordentlich
geeignet zur Verwendung als Kunststoffe, Filme oder Ausrüstungsmittel, die leicht wasserlöslich
sein sollen, sowie als Faserbildner.
Nachstehend werden Einzelheiten der Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert.
100 g vollständig verseifter Polyvinylalkohol mit einem durchschnittlichen Polymerisationsgrad von
1700 wurden mit einer wäßrigen Lösung von 20 g Harnstoff in 100 g Wasser vermischt und das Ganze
zur Erreichung eines Feuchtigkeitsgehaltes von 1,5% bei 5O0C getrocknet. Das Produkt wurde in ein Glasrohr
eingefüllt, in dem die Luft durch Stickstoff ersetzt worden war, und das dann abgeschlossen und für
die Dauer von 30 Minuten auf 16O0C erhitzt wurde.
Das so durch Erhitzen erhaltene weiße pulverförmige Reaktionsprodukt enthielt 1,5% gebundenen Stickstoff und 12% freien Harnstoff. Die Produkte wurden
in Wasser von 500C gelöst, und daraus hergestellte Filme waren farblos und durchsichtig. Der 0,03 mm
starke Film löste sich während drei Minuten in Wasser von 200C.
100 g vollständig verseifter Polyvinylalkohol mit einem durchschnittlichen Polymerisationsgrad von
1700 wurden mit einer wäßrigen Lösung von 5 g Harnstoff in 100 g Wasser versetzt und vermischt
und zur Erreichung eines Feuchtigkeitsgehaltes von 2,3% bei 5O0C getrocknet. Die Mischung wurde in
ein Glasrohr eingefüllt, dessen Spitze zu einer Kapillare ausgezogen war und in dem die Luft durch Stickstoff
ersetzt worden war, und darin für die Dauer von 20 Minuten auf 2000C erhitzt. Das so durch Erhitzung
gewonnene pulverförmige Reaktionsprodukt hatte schwach gelbe Farbe und enthielt 0,8% Se~
bundenen Stickstoff und 1,2% freien Harnstoff. Es war in heißem Wasser löslich. Ein aus dieser Lösung
bei 500C hergestellter 0,03 mm starker Film war durchsichtig und löste sich in 6 Minuten in Wasser
von 200C auf.
200 g teilverseiftes Polyvinylalkoholpulver mit einem Verseifungsgrad von 88% und einem durchschnittlichen
Polymerisationsgrad von 1700 wurden mit einer Lösung von 40 g Harnstoff in 300 g Methanol versetzt
und vermischt, dann zur Entfernung des Methanols und zur Erreichung eines Feuchtigkeitsgehaltes
von 2,0% bei 500C getrocknet. Das Produkt wurde
in einen aus korrosionsbeständigem Stahl hergestellten Autoklav eingefüllt und, nachdem die Luft darin
durch Stickstoff ersetzt worden war, für die Dauer von 30 Minuten auf 18O0C erhitzt. Das durch Erhitzen
gewonnene Reaktionsprodukt war weiß und pulverförmig und enthielt 2,0% gebundenen Stickstoff
und 6% freien Harnstoff. Es war leicht in kaltem Wasser löslich, und ein daraus hergestellter Film
war farblos und durchsichtig. Der 0,03 mm starke Film löste sich innerhalb von 30 Sekunden in Wasser
von 200C. Die Wasserlöslichkeit des Filmes war im Vergleich mit einem aus teilverseiftem Polyvinylalkohol
hergestellten Film beständiger gegen Säuren und Alkalien und wurde durch sie weniger angegriffen.
Claims (1)
- Patentanspruch:Abänderung des Verfahrens zur Herstellung stickstoffhaltiger Polyvinylalkoholderivate durch Umsatz von mit gelöstem oder pulverförmigem Harnstoff gemischten Polyvinylalkoholpulvern bei einer über 1400C liegenden Temperatur in einer Strangpresse gemäß Patent 13 00683, dadurch gekennzeichnet, das weniger als 50 Gewichtsprozent Harnstoff und weniger als 8 Gewichtsprozent Wasser enthaltende Polyvinylalkoholpulver ohne Verwendung einer Strangpresse auf Temperaturen zwischen 150 und 2300C erhitzt werden, wobei keine Luft anwesend ist oder Luft durch Inertgas ersetzt ist.
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