DE1619096B2 - PROCESS FOR PROPOLYMERIZING VINYL COMPOUNDS ON CELLULOSE FIBERS - Google Patents
PROCESS FOR PROPOLYMERIZING VINYL COMPOUNDS ON CELLULOSE FIBERSInfo
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- DE1619096B2 DE1619096B2 DE1966J0032200 DEJ0032200A DE1619096B2 DE 1619096 B2 DE1619096 B2 DE 1619096B2 DE 1966J0032200 DE1966J0032200 DE 1966J0032200 DE J0032200 A DEJ0032200 A DE J0032200A DE 1619096 B2 DE1619096 B2 DE 1619096B2
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Pfropfpolymerisation von Vinylmonomeren auf Cellulosefasern, die mit Hilfe ionisierender Strahlung und in Gegenwart von katalytisch wirksamen Metallverbindungen durchgeführt wird.The invention relates to a process for the graft polymerization of vinyl monomers on cellulose fibers, those with the help of ionizing radiation and in the presence of catalytically active metal compounds is carried out.
Bisher wurden bei der Pfropfpolymerisation von Vinylverbindungen bevorzugt die Emulsionspolymerisation angewendet, da sich durch diese Methode eine größere Reaktionsgeschwindigkeit als bei Anwendung anderer Methoden, wie beispielsweise der Lösungspolymerisation, erreichen läßt. Darüber hinaus besitzt das Reaktionssystem bei Anwendung dieser Technik hohe Widerstandsfähigkeit gegen Polymerisationsinhibitoren, z. B. gegen Sauerstoff. Ein gravierender Nachteil dieser Technik ist jedoch die Tatsache, daß sich sehr leicht Homopolymere bilden, so daß dadurch der Ausnutzungsgrad sehr niedrig ist.Emulsion polymerization has hitherto been preferred in graft polymerization of vinyl compounds used because this method has a greater reaction speed than when using other methods, such as solution polymerization, can be achieved. In addition, owns the reaction system when using this technique is highly resistant to polymerization inhibitors, z. B. against oxygen. A serious disadvantage of this technique, however, is the fact that homopolymers form very easily, so that the degree of utilization is very low as a result.
Wenn beispielsweise eine vorher bestrahlte Cellulose mit einer Vinylverbindung, z. B. Äthylacrylat, in einem emulgierten System bei 30 bis 800C zum Zweck der Pfropfpolymerisation zusammengebracht wird,For example, if a previously irradiated cellulose with a vinyl compound, e.g. B. ethyl acrylate is brought together in an emulsified system at 30 to 80 0 C for the purpose of graft polymerization,
ίο dann beträgt die Wirksamkeit der Ausnutzung des Monomers gewöhnlich weniger als 50%, und es entsteht eine große Menge von Homopolymerisat.ίο then the effectiveness of the utilization of the Monomers usually less than 50% and a large amount of homopolymer is produced.
Die Bildung von unerwünschtem Homopolymerisat wirkt sich nicht nur nachteilig dahingehend aus, daß
sie den Ausnutzungsgrad des monomeren Reaktionspartners herabsetzt, sondern führt auch zu Schwierigkeiten
bei der Abtrennung des Homopolymers vom gewünschten Endprodukt.
Die Ursachen für die Entstehung dieses Homopolymers sind vermutlich folgende:The formation of undesired homopolymer not only has a disadvantageous effect in that it reduces the degree of utilization of the monomeric reactant, but also leads to difficulties in separating the homopolymer from the desired end product.
The reasons for the formation of this homopolymer are probably the following:
Wird eine Cellulose in Luft einer ionisierenden Bestrahlung unterworfen, so entstehen im Molekül der
Cellulose Diperoxide und Hydroxide. Wird diese bestrahlte Cellulose anschließend nach Entfernung der
Luft mit einem Vinylmonomeren in Berührung gebracht und erhitzt, dann leiten die aus den Peroxiden
entstandenen Peroxy- und Hydroxy-Radikale die Pfropfpolymerisation ein.
Die nachfolgenden Gleichungen dienen zur Erläuterung des Mechanismus bei der Pfropfpolymerisation,
in denen PH ein Cellulosemolekül bezeichnet, während H den Wasserstoff darstellt. B bedeutet ein
Monomer, das aufgepropft werden soll.If a cellulose is subjected to ionizing radiation in air, diperoxides and hydroxides are formed in the cellulose molecule. If this irradiated cellulose is then brought into contact with a vinyl monomer after the air has been removed and heated, the peroxy and hydroxy radicals formed from the peroxides initiate the graft polymerization.
The following equations serve to explain the mechanism in graft polymerization, in which PH denotes a cellulose molecule, while H denotes hydrogen. B means a monomer to be grafted on.
POO* > POOPPOO * > POOP
POOP
(POOH ■POOP
(POOH ■
PO" + OPPO "+ OP
PO' + OHPO '+ OH
POOH + P*POOH + P *
POBBB ... BPOBBB ... B
POBBB ... B + B ... BBBOH)POBBB ... B + B ... BBBOH)
Demnach bildet sich ein Homopolymer in der Form B ... BBBOH, verursacht durch ein OH-Radikal, das durch den Zerfall eines der obenerwähnten Peroxide entstanden ist.Accordingly, a homopolymer is formed in the form B ... BBBOH, caused by an OH radical, caused by the breakdown of one of the above mentioned peroxides.
Zu diesem Stand der Technik, aus dem es bekannt war, Cellulosesubstrate, wie Cellulosefasern, durch Aufpfropfen von Vinylmonomeren unter der Einwirkung von ionisierender Strahlung zu veredeln, gemäß dem jedoch eine unenvünscht große Menge an Homopolymerisat gebildet wurde, gehören die belgische Patentschrift 5 69 241 und der Artikel von F. G ü 11-b a u e r et al. in »Österreichische Chemikerzeitung«, 67 (1966), S. 35 bis 41. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Pfropfpolymerisation von Vinylmonomeren auf Cellulosefasern zur Verfügung zu stellen, bei dem diese unerwünschte Bildung großer Mengen an Homopolymerisat nicht eintritt. Die theoretischen Erläuterungen zeigen, daß es dazu entweder nötig ist, die Bildung der OH-Radikale zu steuern oder die entstandenen OH-Radikale zu desaktivieren. Es stellt also einen großen Fortschritt dar, wenn sich ein geeigneter Katalysator finden läßt, der die Entstehung von OH-Radikalen verhindertTo this prior art, from which it was known, cellulosic substrates such as cellulosic fibers by To refine grafting of vinyl monomers under the action of ionizing radiation, according to However, which has formed an undesirably large amount of homopolymer, belongs to the Belgian Patent specification 5 69 241 and the article by F. G ü 11-b a u e r et al. in "Österreichische Chemikerzeitung", 67 (1966), pp. 35 to 41. The invention is now the The object of the invention is a process for the graft polymerization of vinyl monomers onto cellulose fibers to make available, in which this undesirable formation of large amounts of homopolymer not entry. The theoretical explanations show that this either requires the formation of the OH radicals to control or to deactivate the resulting OH radicals. So it represents a big step forward if a suitable catalyst can be found that prevents the formation of OH radicals
so oder die entstandenen, für die Homopolymerisation verantwortlichen Radikale desaktiviert.in this way or the resulting radicals responsible for homopolymerization are deactivated.
Auf der Suche nach derartig geeigneten Katalysatoren zum Zurückdrängen der Homopolymerbildung haben sich zahlreiche Wissenschaftler beteiligt. So ist aus der französischen Patentschrift 11 57 006 für die Lösungspolymerisation ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem eine kleine Menge Sauerstoff in dem Reaktionssystem gelöst wird. Ebenso ist aus der japanischen Patentanmeldung Nr. 11 984/61 die Verwendung von Eisen(II)- oder Eisen(III)-Ionen zu diesem Zweck bekanntgeworden.Looking for such suitable catalysts to suppress homopolymer formation numerous scientists took part. So from the French patent 11 57 006 for Solution polymerization is a process known in which a small amount of oxygen in the Reaction system is dissolved. It is also used in Japanese Patent Application No. 11,984/61 of iron (II) or iron (III) ions for this purpose became known.
Die Erfinder des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes haben nach Katalysatoren gesucht, welche OH-Radikale bei der Pfropfpolymerisation von vorher in Luft bestrahlter Cellulose mit einem Vinylmonomer in einem Emulsionssystem entaktivieren, wobei sie sich auf die nachfolgenden theoretischen Überlegungen stützen:The inventors of the present application have looked for catalysts which OH radicals in the graft polymerization of cellulose, which has previously been irradiated in air, with a vinyl monomer Deactivate in an emulsion system, referring to the following theoretical Support considerations:
Grundsätzlich bestehen zwei Möglichkeiten zum Entaktivieren der "OH-Radikale:There are basically two ways to deactivate the "OH radicals:
(1) Entaktivierung durch einen Elektronendonor, • entsprechend der Gleichung(1) Deactivation by an electron donor, • according to the equation
OH + (Elektronendonor) ->OH + (electron donor) ->
OH- + '(Elektronendonor),OH- + '(electron donor),
wobei das neu entstandene Radikal des Elektronendonors nicht als Radikalinitiator wirken sollte;being the newly formed radical of the electron donor should not act as a radical initiator;
(2) Entaktivierung durch einen Elektronenakzeptor, entsprechend der Gleichung(2) Deactivation by an electron acceptor, according to the equation
"OH + (Elektronenakzeptor)"OH + (electron acceptor)
OHOH
Gel erwies sich als eine geleeartige Masse. Es wurde in Stücke geschnitten und mit jeweils 200 cm3 Methanol mehrere Male durch Dekantieren ausgewaschen, um die enthaltene Säure zu entfernen. Anschließend an das Waschen wurde das Gel in Methanol dispergiert, um die Konzentration von Aluminiumoxid-Kieselsäure (Al2O3 + SiO2) auf 1,2 · 10~4 Mol/cm3 zu erhöhen. Das Verhältnis von Aluminiumoxid zu Kieselsäure in dieser Katalysatormischung beträgt 50:50. In diesem Zustand besitzt Aluminiumoxid die Aktivität als Katalysator für den beabsichtigten Zweck.Gel turned out to be a jelly-like mass. It was cut into pieces and washed several times with 200 cm 3 of methanol each time by decanting in order to remove the acid contained. Subsequent to washing, the gel was dispersed in methanol, 3 to increase the concentration of alumina-silica (Al 2 O 3 + SiO 2) to 1.2 x 10 -4 mol / cm. The ratio of alumina to silica in this catalyst mixture is 50:50. In this state, alumina has the activity as a catalyst for the intended purpose.
Die in Tabelle O enthaltenen Katalysatormischungen mit unterschiedlichen Verhältnissen von Aluminiumoxyd zu Kieselsäure, in denen auch 100 % AIuminiumoxyd enthalten ist, wurden auf die gleiche Weise hergestellt.The catalyst mixtures contained in Table O with different ratios of aluminum oxide Silica, which also contains 100% aluminum oxide, was made in the same way manufactured.
(Elektronenakzeptor) Tabelle O(Electron acceptor) Table O
Die Erfinder untersuchten zuerst die Katalysatoren der zweiten Kategorie. Zu diesen zählt man AIuminiumoxid-Sol und Aluminiumoxid-Kieselsäuresol. Sie besitzen aktivierte Stellen zur Aufnahme von Elektronen in ihrem Molekül, an denen OH-Radikale als Liganden angelagert und entaktiviert werden.The inventors first examined the second category catalysts. These include aluminum oxide sol and alumina-silica sol. They have activated sites for accepting electrons in their molecule, on which OH radicals are attached as ligands and deactivated.
Erfindungsgemäß wurde nun festgestellt, daß AIuminiumoxid-Sol und Aluminiumoxid-Kieselsäuresol als Katalysator für diesen Zweck sehr wirksam sind.According to the invention it has now been found that aluminum oxide sol and alumina-silica sol are very effective as a catalyst for this purpose.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Pfropfpolymerisation eines Vinylmonomers auf Cellulosefasern mit Hilfe einer ionisierenden Bestrahlung und von katalytischen Metallverbindungen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Pfropfpolymerisation in einem emulgierten Reaktionssystem unter Verwendung eines Aluminiumoxid-Sols und/oder Aluminiumoxid-Kieselsäure-Sols als Katalysator durchführt.The invention thus relates to a process for the graft polymerization of a vinyl monomer Cellulose fibers with the help of ionizing radiation and catalytic metal compounds that characterized in that the graft polymerization is carried out in an emulsified reaction system using an alumina sol and / or alumina-silica sol as a catalyst performs.
Durch die Verwendung dieser Katalysatoren wird es erfindungsgemäß möglich, das eingesetzte Monomere fast vollständig auszunutzen und ein Pfropfcopolymerisat zu erhalten, welches so geringe Mengen an Homopolymerisat enthält, daß eine spätere Aufarbeitung unnötig wird.The use of these catalysts makes it possible according to the invention to use the monomers used to use almost completely and to obtain a graft copolymer which has such small amounts of Contains homopolymer so that subsequent work-up is unnecessary.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich allgemein beliebige Cellulosefasern, günstige Ergebnisse wurden erzielt mit hechfestem Reyon, natürlicher Baumwolle und sogenanntem »polynosischem Reyon«, d. h. Fasern aus regenerierter Cellulose mit niederem Quellwert, hohem Elastizitätsmodul und hoher Naßfestigkeit.In general, any cellulose fibers are suitable for carrying out the process according to the invention, favorable results have been achieved with high-quality rayon, natural cotton and so-called "Polynosian rayon", d. H. Fibers made from regenerated cellulose with a low swelling value, high modulus of elasticity and high wet strength.
Als Vinylverbindungen eignen sich beliebige Vinylmonomere, wie Styrol, Vinylacetat und Butylacrylat.Any vinyl monomers are suitable as vinyl compounds, such as styrene, vinyl acetate and butyl acrylate.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele und Versuche erläutert.The invention is illustrated by the following examples and experiments.
Herstellung eines Katalysators
aus Aluminiumoxid-Kieselsäure-SolManufacture of a catalyst
made of alumina-silica sol
16 cm3 Aluminiumoxid-Sol wurden in 120 cm3 Wasser gelöst und anschließend 8 cm3 Kieselsäure-Sol unter fortwährendem Rühren zugegeben. Es wurde ein handelsübliches Aluminiumoxid-Sol verwendet, das 10% Aluminiumoxid und als Stabilisator einen geringen Anteil von Essigsäure enthielt. Als Kieselsäure-Sol wurde ein Handelsprodukt verwendet, welches 20% Kieselsäure und einen geringfügigen Anteil einer Mineralsäure als Stabilisator enthielt. Die Mischung aus diesen beiden Stoffen \vurde auf etwa 5O0C erhitzt, bis das Gel ausfiel. Das entstandene16 cm 3 of aluminum oxide sol were dissolved in 120 cm 3 of water and then 8 cm 3 of silica sol were added with continued stirring. A commercially available aluminum oxide sol was used which contained 10% aluminum oxide and a small amount of acetic acid as a stabilizer. A commercial product was used as the silica sol which contained 20% silica and a small proportion of a mineral acid as a stabilizer. The mixture of these two substances \ vurde heated to about 5O 0 C until the gel was precipitated. The resulting
Konzentration 1,2 · 10~4 Mol/l.Concentration of 1.2 x 10 ~ 4 mol / l.
Unter Verwendung der so hergestellten Aluminiumoxid-Kieselsäure-Sole wurden die nachfolgenden Versuche durchgeführt.Using the alumina-silica sols produced in this way the following tests were carried out.
Versuch 1Attempt 1
Ein im Handel erhältliches Styrol wurde mit einer 10%igen, wäßrigen Natriumhydroxidlösung und Wasser bis zur völligen Entfernung des enthaltenen Polymerisationsinhibitors ausgewaschen und anschließend durch Destillation bei einem Druck von 40 mm Hg gereinigt.A commercially available styrene was made with a 10% aqueous sodium hydroxide solution and water washed out until the complete removal of the polymerization inhibitor contained and then purified by distillation at a pressure of 40 mm Hg.
Das zum Auswaschen verwendete Volumen der Natriumhydroxidlösung betrug das Doppelte des zu behandelnden Styrols. Das gereinigte Styrol wurde bis unmittelbar vor dem Versuch in einem Kühlschrank aufbewahrt.The volume of the sodium hydroxide solution used for washing out was twice that of the too treating styrene. The purified styrene was refrigerated until just prior to testing kept.
20 cm3 des gereinigten Styrols wurden mit 180 cm3 Wasser und 1 cm3 eines Emulgators, nämlich PoIyoxyäthylen-Sorbitanmonolaurat, gemischt. Als Emulgator wurde ein Produkt mit einem HLB-Wert von 16,7 verwendet. Dieser Emulsion wurde das obenerwähnte, vorbereitete Aluminiumoxid-Kieselsäure-Sol in einer solchen Menge zugefügt, daß jeweils die in Tabelle 1 spezifizierte Aluminiumoxid-Konzentration in der Emulsion erzielt wurde. Die Mischung wurde homogenisiert, wobei der Homogenisator mit einer Drehzahl von 1000 bis 2000 UpM umlief.20 cm 3 of the purified styrene were mixed with 180 cm 3 of water and 1 cm 3 of an emulsifier, namely polyoxyethylene sorbitan monolaurate. A product with an HLB value of 16.7 was used as the emulsifier. The above-mentioned prepared alumina-silica sol was added to this emulsion in such an amount that the alumina concentration specified in Table 1 was obtained in the emulsion. The mixture was homogenized, the homogenizer rotating at a speed of 1000 to 2000 rpm.
Um den Sauerstoff zu entfernen, wurde die Emulsion während 25 Minuten mit 99,999 %igem Stickstoff durchblasen. Dabei ergab sich keine unerwünschte Schaumbildung.To remove the oxygen, the emulsion was sprayed with 99.999% nitrogen for 25 minutes blow through. There was no undesirable foam formation.
Etwa 1 g polynosisches Reyon, das bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 12,5% angefeuchtet worden war, wurde in einen Polyäthylenbehälter eingelegtApproximately 1 gram of polynosian rayon that has been moistened to a moisture content of 12.5% was placed in a polyethylene container
und in Gegenwart von Luft bei Raumtemperatur mit einer Strahlungsdosis von 3,05 · 10s rad/sec bis zu einer Gesamtdosis von 3 · 106 rad bestrahlt. Hierzu wurde die Elektronenstrahlung eines 2-MeV-Resonanzelektronenstrahlgenerators der General Electric Co. verwendet.and rad irradiated in the presence of air at room temperature with a radiation dose of 3.05 x 10 s rad / sec up to a total dose of 3 × 10. 6 The electron radiation from a 2 MeV resonance electron beam generator from General Electric Co. was used for this purpose.
Die vorbereitete Emulsion wurde nun zusammen mit dem bestrahlten polynosischen Reyon in ein evakuiertes Gefäß eingebracht. Das Gefäß befand sich in einem Behälter, der thermostatisch auf eine Temperatur von 500C eingeregelt wurde. Bei dieser Temperatur vollzog sich die Aufpfropfreaktion.The prepared emulsion was then placed in an evacuated vessel together with the irradiated polynosian rayon. The vessel was located in a container which was thermostatically controlled at a temperature of 50 0 C. The grafting reaction took place at this temperature.
Der Grund, weshalb eine vergleichsweise große Menge der Emulsion zur Behandlung des Reyons benötigt wurde, liegt darin, daß während der Aufpfropfreaktion eine große Wärmemenge frei wird.The reason why a comparatively large amount of the emulsion is required to treat the rayon is that a large amount of heat is released during the grafting reaction.
Nach einer Stunde wurde das Reyon herausgenommen, mit Wasser und Benzol ausgewaschen und anschließend mit Benzol unter Verwendung eines Soxhlet-Extraktors gewaschen, um jegliches entstandene Homopolymer zu entfernen. Nach der Benzolextraktion wurde das Reyon abermals mit Methanol gewaschen und anschließend während 24 Stunden bei einer Temperatur von 800C getrocknet. Nach dieser Behandlung erwies sich das Reyon als fast absolutAfter one hour, the rayon was removed, washed with water and benzene, and then washed with benzene using a Soxhlet extractor to remove any homopolymer formed. After the benzene extraction, the rayon was washed again with methanol and then dried at a temperature of 80 ° C. for 24 hours. After this treatment, the rayon turned out to be almost absolute
ίο trocken. Das Pfropfverhältnis wurde durch Wägen des Reyons ermittelt. Das entstandene Homopolymer wurde auf üblichem Wege gewonnen und gewogen.ίο dry. The graft ratio was determined by weighing des Reyons determined. The resulting homopolymer was recovered and weighed in the usual way.
Analoge Versuche wurden mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen von Aluminiumoxyd zu Kieseisäure durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle 1 niedergelegt.Similar experiments were carried out with different mixing ratios of aluminum oxide to silicic acid carried out. The results of these tests are given in Table 1.
Styrols \ · degree of / ■
Styrene \ ·
Die Ergebnisse des Versuches 1 zeigen, daß das AIuminiumoxyd-Sol und das Aluminiumoxyd-Kieselsäure-Sol gleich wirksam sind, daß sich jedoch Mischungen aus Aluminiumoxyd und Kieselsäure in Verhältnissen über 50: 50, besonders von 70: 30, als am wirkungsvollsten erwiesen.The results of Experiment 1 show that the aluminum oxide sol and the alumina-silica sol are equally effective, but mixtures from aluminum oxide and silica in proportions over 50:50, especially 70:30, than am proven to be most effective.
Versuch 2Attempt 2
Mit den Solen, welche in Tabelle 1 mit AS-100 und AS-70 bezeichnet sind, wurden Versuche durchgeführt, um den Einfluß der Katalysatorkonzentration in der Emulsion des Styrolmonomers festzustellen. Die Versuchsbedingungen waren vollkommen die gleichen wie in Versuch 1. Das Ergebnis ist in Tabelle 2 niedergelegt. With the brines, which are designated in Table 1 with AS-100 and AS-70, tests were carried out to determine the influence of the catalyst concentration in the emulsion of the styrene monomer. The experimental conditions were completely the same as in Experiment 1. The result is shown in Table 2.
Die Tabelle 2 zeigt, daß der wirkungsvolle Bereich der Katalysatorkonzentration sich von 10~* bis 5 · 10~3 Mol/l erstreckt und daß die günstigste Konzentration etwa bei 10~3 Mol/l liegt.Table 2 shows that the effective range of catalyst concentration is from 10 -3 mol / liter to 5 x 10 -3 mol / liter and that the most favorable concentration is about 10 -3 mol / liter.
Versuch 3Attempt 3
Unter Verwendung eines Aluminiumoxid-Kieselsäure-Sols, Mischungsverhältnis 70:30 (AS-70 in Tabelle O), wurde ein zum Versuch 1 analoger Versuch durchgeführt, jedoch mit polynosischem Reyon und einem Vinylacetat-Monomer. Das Vinylacetat wurde auf gleiche Weise wie im Versuch 1 gereinigt und daraus eine Emulsion in einer Menge von 250 cm3 hergestellt. Die Emulsion enthielt:Using an aluminum oxide-silica sol, mixing ratio 70:30 (AS-70 in Table O), an experiment analogous to Experiment 1 was carried out, but with polynosic rayon and a vinyl acetate monomer. The vinyl acetate was purified in the same way as in Experiment 1 and an emulsion was prepared therefrom in an amount of 250 cm 3. The emulsion contained:
5%Vinylacetat, . .. _..5% vinyl acetate,. .. _ ..
0,8% eines handelsüblichen Polyoxyäthylen-Alkylphenoläthers,
dessen HLB 15 beträgt.
Der Emulsion wurde das AIuminiumoxid-Kieselsäure-Sol
AS-70 (Tabelle O) zugefügt, so daß sich in der Emulsion eine Aluminiumoxid-Kieselsäurekonzentration
einstellte, wie sie Tabelle 3 zeigt.0.8% of a commercially available polyoxyethylene alkylphenol ether, the HLB of which is 15.
The aluminum oxide / silica sol AS-70 (Table O) was added to the emulsion so that an aluminum oxide / silica concentration as shown in Table 3 was established in the emulsion.
Wiederum wurde etwa 1 g polynosisches Reyon mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 12,5% einer Elektronenbestrahlung mit einer Gesamtdosis von 1 · 106rad ausgesetzt und mit der vorbereiteten Emulsion in einem evakuierten Gefäß zusammengebracht. Das Ergebnis ist in Tabelle 3 niedergelegt.Again, about 1 g of polynosic rayon with a moisture content of 12.5% was exposed to electron irradiation with a total dose of 1 × 10 6 rad and brought into contact with the prepared emulsion in an evacuated vessel. The result is shown in Table 3.
Reyons vor der
PfropfungWeight of
Reyons in front of the
grafting
Reyons nach der
PfropfungWeight of
Reyons after the
grafting
gebildeten Vinyl-
acetat-Homo-
polymersWeight of
formed vinyl
acetate homo-
polymers
grad des StyrolsUtilization
degree of styrene
Sol-GehaltAlumina silica
Sol content
Versuch 4Attempt 4
Ein dem Versuch 1 analoger Versuch wurde durchgeführt, aber diesmal unter Verwendung einer Gammastrahlenquelle mit dem Isotop Kobalt-60.An experiment analogous to experiment 1 was carried out, but this time using a gamma ray source with the isotope cobalt-60.
Eine Styrolemulsion mit der gleichen Zusammensetzung, wie sie bereits in Zusammenhang mit dem Versuch 1 beschrieben worden ist, mit einem Gehalt von 2,4 · 10"3 Mol/l Aluminiumoxid-Kieselsäure-Sol in einem Mischungsverhältnis von 60:40 (AS-60 in Tabelle O) wurde entsprechend hergestellt. Abweichend von Versuch 1 wurde als Emulgator handelsübliches Polyoxyäthylenstearat mit einem HLB von 16,7 verwendet. A styrene emulsion with the same composition as has already been described in connection with Experiment 1, with a content of 2.4 · 10 -3 mol / l aluminum oxide-silica sol in a mixing ratio of 60:40 (AS-60 in Table O) was prepared accordingly. In contrast to Experiment 1, commercially available polyoxyethylene stearate with an HLB of 16.7 was used as the emulsifier.
Polynosisches Reyon, dessen Feuchtigkeitsgehalt auf einen Wert von 11,0% eingestellt worden war, wurde in einen Polyäthylenbehälter eingebracht und einer Bestrahlung durch die Gammastrahlenquelle Kobalt-60 ausgesetzt. Die Strahlungsmenge betrug 1 · 106 r/Std. und die Totaldosis 3 · 106 r. Das Resultat ist in Tabelle 4 niedergelegt.Polynosic rayon, the moisture content of which was adjusted to a value of 11.0%, was placed in a polyethylene container and exposed to radiation from the cobalt-60 gamma ray source. The amount of radiation was 1 · 10 6 r / hour. and the total dose 3 · 10 6 r. The result is shown in Table 4.
Katalysator
Solcatalyst
Sol
Gehaltsalary
Gewicht des
Reyons vor der PfropfungWeight of
Reyons before grafting
(g)(G)
Gewicht des
polynosischen
Reyons nach
der PfropfungWeight of
polynosian
Reyons after
the graft
Gewicht des
gebildeten
Acrylat-Homopolymers Weight of
educated
Acrylate homopolymer
(S)(S)
Pfropfprozentsatz Graft Percentage
Ausnutzungsgrad des
StyrolsUtilization of the
Styrene
AS-60AS-60
Kein KatalysatorNo catalyst
2,4 · 10-3 2.4 × 10 -3
1,0035
1,10451.0035
1.1045
1,5144
1,67501.5144
1.6750
0,123
1,9050.123
1.905
69,8
70,569.8
70.5
75
2875
28
Versuch 5Attempt 5
Auf gleiche Weise wie in Versuch 1 wurde unter Verwendung eines Katalysators aus Aluminiumoxid-In the same way as in Experiment 1, using a catalyst made of aluminum oxide
1010
Kieselsäure im Mischungsverhältnis 60:40 auf natürliche Baumwolle und hochfeste Reyonfasern aufgepfropft. Die Versuchsbedingungen und die Ergebnisse sind aus Tabelle 5 zu entnehmen.Silicic acid in a mixing ratio of 60:40 on natural Cotton and high-strength rayon fibers grafted on. The test conditions and the results can be found in Table 5.
vor der
PfröpflingFiber weight
before the
graft
nach der
PfropfungFiber weight
after
grafting
gebildeten
Styrol-Homo-
polymersWeight of
educated
Styrene homo-
polymers
satzGraft percentage
sentence
grad des
StyrolsUtilization
degree of
Styrene
kein Kataly
satorAS-60
no catalysis
sator
1,00491.0423
1.0049
1,49021.5610
1.4902
1,6110.101
1.611
56,758.0
56.7
2585
25th
kein Kataly
satorAS-60
no catalysis
sator
0,97631.1002
0.9763
1,24371.4945
1.2437
1,3350.131
1,335
39,949.0
39.9
2179
21
ReyonHigh strength
Reyon
Versuch 6Trial 6
Butylacrylat wurde in einer technischen Versuchsanlage auf polynosisches Reyon aufgepfropft. Die Butylacrylat-Emulsion wurde unter Verwendung der nachfolgenden Materialien hergestellt:Butyl acrylate was grafted onto polynosic rayon in a technical pilot plant. the Butyl acrylate emulsion was prepared using the following materials:
Gereinigtes Butylacrylat 551Purified butyl acrylate 551
Polyoxyäthylen-Sorbitanmonolaurat 51Polyoxyethylene sorbitan monolaurate 51
Vorbereitetes Aluminiumoxid-Kiesel-Prepared Alumina Silica
säure-Sol (AS-65) 41acid sol (AS-65) 41
Reines Wasser 10361Pure water 10361
Gesamtmenge 11001Total 11001
Das Aluminiumoxid-Kieselsäure-Sol AS-65 wurde, wie oben beschrieben, hergestellt. Das tatsächliche Verhältnis Aluminiumoxid zu Kieselsäure betrug 65,8: 34,2, und es enthielt 1 · 10~4 Mol/cm3 Aluminiumoxid-Kieselsäure. Der Gehalt an Aluminiumoxid-Kieselsäure in der hergestellten Emulsion betrug 4 · 10~4 Mol/l. Sauerstoff wurde durch Durchblasen von Stickstoff während 30 Minuten mit einem Durchsatz von 10 bis 20 l/min entfernt.The alumina-silica sol AS-65 was prepared as described above. The actual ratio of alumina to silica was 65.8: 34.2, and it contained 1 × 10 -4 mol / cm 3 alumina-silica. The content of alumina-silica in the prepared emulsion was 4 x 10 -4 mol / l. Oxygen was removed by bubbling nitrogen through it for 30 minutes at a rate of 10-20 l / min.
15 kg polynosisches Reyon, dessen Feuchtigkeitsgrad auf einen Wert von 11,0 % eingestellt worden war, wurden in 30 Teile aufgeteilt und je ein Teil in einen kleinen Behälter eingebracht. Etwa 1 g dieses Reyons wurde genau abgewogen. Das gesamte Reycn wurde unter Verwendung des bereits bei den Versuchen 1, 2, 3 und 5 verwendeten Elektronenstrahlgenerators unter Luft bestrahlt bis zu einer Gesamtdosis von 1,0 Mrad. Nach der Bestrahlung wurden die einzelnen Portionen auf unterstützte Schalen in einer Anzahl von jeweils 2 oder 3 Teilen je Schale in ein Reaktionsgefäß mit einem Volumen von 1 m3 eingebracht. Die Luft in dem Hauptraum des Gefäßes wurde vollkommen durch dreimaliges Evakuieren und Füllen mit Stickstoff durch reinen Stickstoff ersetzt. Nach Ablauf von 1,5 Stunden wurde die Charge herausgenommen, das Reyon aus der Reaktionsmischung entfernt und entsprechend den vorerwähnten Versuchen getrocknet und gewogen. Das Ergebnis ist aus Tabelle 6 zu entnehmen. 15 kg of polynosic rayon, the moisture level of which had been adjusted to a value of 11.0%, was divided into 30 parts and each part was placed in a small container. About 1 g of this rayon was accurately weighed. All of the Reycn was irradiated in air using the electron beam generator already used in Experiments 1, 2, 3 and 5 up to a total dose of 1.0 Mrad. After the irradiation, the individual portions were placed on supported dishes in a number of 2 or 3 parts per dish in a reaction vessel with a volume of 1 m 3 . The air in the main space of the vessel was completely replaced with pure nitrogen by evacuating and filling with nitrogen three times. After 1.5 hours had elapsed, the batch was removed, the rayon was removed from the reaction mixture and dried and weighed in accordance with the experiments mentioned above. The result is shown in Table 6.
Reyons vor der
PfropfungWeight of
Reyons in front of the
grafting
Reyon nach der
PfropfungWeight of
Reyon after the
grafting
satzGraft percentage
sentence
2
31
2
3
0,9391
0,85370.9036
0.9391
0.8537
1,6448
1,43561.2049
1.6448
1.4356
75,1
68,2(33.3)
75.1
68.2
1(at the bottom)
1
54th
5
0,86620.9318
0.8662
1,40321.5568
1.4032
62,067.1
62.0
7
86th
7th
8th
0,9427
0,91470.8784
0.9427
0.9147
1,4446
1,51551.4768
1.4446
1.5155
53,2
65,768.1
53.2
65.7
109
10
0,90290.9122
0.9029
1,54961.4794
1.5496
71,662.2
71.6
satzGraft percentage
sentence
55,9
68,567.1
55.9
68.5
Reyons vor der
PfropfungWeight of
Reyons in front of the
grafting
Reyons nach der
PfropfungWeight of
Reyons after the
grafting
69,370.5
69.3
12
1311th
12th
13th
61,2
74,058.9
61.2
74.0
1514th
15th
0,8893
0,87370.8710
0.8893
0.8737
1,3867
1,47201.4558
1.3867
1.4720
67,471.9
67.4
17
1816
17th
18th
0,87950.8741
0.8795
1,48921.4903
1.4892
61,4
69,465.2
61.4
69.4
2019th
20th
0,8819
0,92520.8762
0.8819
0.9252
1,4220
1,60951.3927
1.4220
1.6095
65,071.0
65.0
22
2321
22nd
23
0,89140.9645
0.8914
1,49221.6577
1.4922
67,2
64,160.0
67.2
64.1
2524
25th
0,9373
0,91580.8589
0.9373
0.9158
1,5128
1,55171.4189
1.5128
1.5517
50,051.1
50.0
27
2826th
27
28
0,88390.9084
0.8839
1,45841.5538
1.4584
12 30(top) 29
12 30
0,8663
0,91060.8866
0.8663
0.9106
1.4478
1,49401.4182
1.4478
1.4940
0,90920.8757
0.9092
1,36371.3234
1.3637
Aus Tabelle 6 lassen sich folgende Daten ableiten:The following data can be derived from Table 6:
Durchschnittlicher Pfropfungs-Average grafting
gradin% 64,5%gradin% 64.5%
Gesamtmenge an entstandenemTotal amount of
Homopolymer 2,87 kgHomopolymer 2.87 kg
Gesamtmenge von aufgepfropftem
Butylacrylat (entsprechendTotal amount of grafted
Butyl acrylate (corresponding to
64,5% von 15 kg) 9,7 kg64.5% of 15 kg) 9.7 kg
Ausnutzungsgrad 77,2 %Utilization 77.2%
Standardabweichung im Aufpfropf-Prozentsatz weniger als 7 %Standard deviation in the grafting percentage less than 7%
Es wurde beobachtet, daß erfindungsgemäß die Bildung des unerwünschten Homopolymers tatsächlich auf ein Minimum reduziert und eine praktisch vernünftige Reaktionsgeschwindigkeit aufrechterhalten wird. Es ist bekannt, daß diese Art der Pfropfpolymerisation durch eine ionisierende Bestrahlung beschleunigt wird.It has been observed that, according to the invention, the formation of the undesired homopolymer actually occurs reduced to a minimum and maintained a practically reasonable rate of response will. It is known that this type of graft polymerization is carried out by ionizing radiation is accelerated.
Es ist daher selbstverständlich, daß jegliche ionisierende Bestrahlung bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Was die Strahlungsdosis anbetrifft, ist es ebenfalls bekannt, daß mindestens etwa 1 Mrad erforderlich ist, um genügend viele Radikale zu erzeugen, welche eine praktisch vernünftige Reaktionsgeschwindigkeit garantieren. Eine Bestrahlungsdosis von über 5 Mrad resultiert jedoch in einer Verschlechterung der bestrahlten Faser. Der Bereich von 1 bis 3 Mrad wird als ausreichend und sicher betrachtet.It is therefore understood that any ionizing radiation in the method according to the present invention Invention can be used. As for the radiation dose, it is also known that at least about 1 Mrad is required to generate enough radicals which one guarantee practically reasonable reaction speed. An exposure dose of over 5 Mrad however, it results in deterioration of the irradiated fiber. The range will be from 1 to 3 Mrad considered sufficient and safe.
Alle oben beschriebenen Versuche wurden bei einer Temperatur von 500C durchgeführt. Es ist bekannt, daß bei Temperaturen unterhalb 300C die Reaktionsgeschwindigkeit dieser Art von Reaktion zu niedrig ist, wo hingegen bei Temperaturen über 70° C die Gefahr besteht, daß einmal gebildete, auslösende Radikale leicht entaktiviert werden und demzufolge die Reaktion ebenfalls verlangsamt wird. Ein Unterdruckse t:en des Reaktionssystems ist weder noUvendig noch empfehlenswert. Die Reaktion läßt sich sowohl unter neutraler Gasatmosphäre als auch im Vakuum durchführen. In letzterem Fall besteht die Hauptraumatmosphäre aus verdampftem, aufzupfropfendem Monomer. All experiments described above were carried out at a temperature of 50 0C. It is known that at temperatures below 30 0 C, the reaction rate of this type of reaction is low, whereas there is a risk at temperatures above 70 ° C, that once formed, initiating radicals are easily deactivated and accordingly, the reaction is also slowed down. A vacuum operation of the reaction system is neither necessary nor recommended. The reaction can be carried out either under a neutral gas atmosphere or in vacuo. In the latter case, the main room atmosphere consists of vaporized monomer to be grafted on.
Anstelle des im letzten Versuch 6 verwendeten Stickstoffes in dem Reaktionsgefäß läßt sich ohne weiteres jegliches andere inerte Gas in dem Reaktionssystem anwenden.Instead of the nitrogen used in the last experiment 6 in the reaction vessel, no further use any other inert gas in the reaction system.
Was die Emulgierung des Reaktionssystems anbetrifft, so läßt sich die Auswahl geeigneter grenzflächenaktiver Stoffe durch jeden Fachmann treffen. Nichtionische grenzflächenaktive Stoffe sind mit dem Reaktionssystem verträglich.As for the emulsification of the reaction system, the selection of suitable surfactants can be made Meet substances by any professional. Nonionic surfactants are compatible with the Reaction system compatible.
In den vorangegangenen beschriebenen Versuchen kamen polynosisches Reyon, hochfestes Reyon und natürliche Baumwolle als Cellulosematerialien sowie Styrol, Vinylacetat und Butylacrylat als Vinylmonomere zur Anwendung. Für den Fachmann ist es leicht ersichtlich, daß sich das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auf Cellulosefasern und Vinylmonomere ganz allgemein anwenden läßt.In the experiments described above, there were Polynosian rayon, high strength rayon and natural cotton as cellulose materials and styrene, vinyl acetate and butyl acrylate as vinyl monomers to use. It is readily apparent to those skilled in the art that the method according to the present invention Invention can apply to cellulosic fibers and vinyl monomers in general.
Claims (2)
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Family Applications (1)
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DE2358150C2 (en) * | 1973-11-22 | 1982-03-18 | Hoechst Ag, 6000 Frankfurt | Process for the production of cellulose ethers which absorb water but are more than 50% insoluble therein |
RU2657909C1 (en) * | 2017-12-28 | 2018-06-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" | Method for obtaining radiation-crosslinked polymer material |
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- 1966-10-24 GB GB4764166A patent/GB1099239A/en not_active Expired
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