DE1645066B2 - Verfahren zur herstellung von hochmolekularen, wasserloeslichen polyacrylamiden - Google Patents
Verfahren zur herstellung von hochmolekularen, wasserloeslichen polyacrylamidenInfo
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Description
17 rad/see 5 bis 40 Minuten durchgeführt wird. Es ist schließlich ein kontinuierliches Verfahren zur
Polymerisation end Hydrolyse von A.-:rylarnid und
dessen \-substituierten Alkylderivaten mit 1 bis 2 Ko'n-20 lenstoffatomen in der Alkylgruppe bekannt (USA.-
Patentschrift 2 820 777), bei dem in wäßriger Lösung und bei einer Temperatur von 50 bis 1000C das
Acrylamid in Gegenwart eines Polymerisationskatalysators und eines Älkalimetallhydroxydes zur Reaktion
25 gebracht wird, wobei das Alkalimetallhydroxid in Mengen zwischen 0,01:1 bis etwa 0,25:1 Mol pro Mol
des Acrylamide anwesend ist.
Polyacrylamide werden als Ausflockungsmittel zur sehr große Zahl von Polymerisationskatalysatoren
Beschleunigung der Klär- und Filtriervorgänge tech- 30 angegeben, unter anderem auch Gammastrahlen von
rüscher Suspensionen, zur WL^serreinigung, zur Struk- Kobalt 60, jedoch sind weder Dosisleistungen noch
turbildung von Böden, als Klebstoff und auch für an- Einwirkungszeiten hierfür genannt,
dere Zwecke in der chemischen Papier-, Lebensmittel- Andererseits ist es in dieser Patentschrift als be-
und anderen Industrie in breitem Maße angewandt. kannt herausgestellt, daß mit abnehmender Tem-
Verfahren zur Herstellung von Polyacrylamid durch 35 peratur der Polymerisationsgrad ansteigt.
Polymerisation von Acrylamid in wäßriger Lösung Für die Initiierung des Polymerisationsvorganges
unter Einwirkung von Kernstrahlen oder unter Ein- mittels Strahlung gilt jedoch diese Angabe nicht, denn
wirkung von Peroxiden oder O.ydations-Reduktions- es ist bekannt, daß das Molekulargewicht bei einer
Systemen als Initiatoren sind bekannt. Bei diesen Erniedrigung der Temperatur abnimmt, wenn Strahbekannten Verfahren wird jedoch die Polymerisation 40 lung als Initiierung benutzt wird (Buch von Ch. S.
des Acrylamide entweder bei verhältnismäßig geringen Bagdasarian, »Theorie der Radikalpolymerisa-Konzentrationen an Monomerem, nämlich nur bis zu tion« — in russischer Sprache —, Moskau 1959,
15 % (USA.-Patentschrift 3 200 098) oder in Lösungen S. 19).
durchgeführt, aus denen das fertige Polyacrylamid Es ist andererseits bekannt, daß die Fällmittelabgetrennt werden muß (französische Patentschrift 45 wirkung von Polyacrylamiden stark mit der Erhöhung
1 341 819). des Molekulargewichts zunimmt (vgl. »Nachrichten
Aus Lösungen geringer Konzentration erhält man der höheren Unterrichtsanstalten« — Metallurgie der
das Polyacrylamid in Form von gelartigen Lösungen, Buntmetalle — 1963, Nr. 4, S. 38 — in russischer
welche bis zu 90 % Wasser enthalten. Sprache — sowie Zeitschrift »Industrial and Enginee-
Eine unmittelbare Verwendung eines solchen Pro- 50 ring Chemistry«, Juli 1954, S. 1487).
duktes in der Industrie ist mit einer Reihe von Nach- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter
teilen verbunden, von denen die wichtigsten sind: Beseitigung der oben aufgeführten Nachteile ein Ververhältnismäßig geringe Stabilität, Abweichung von fahren zur Polymerisation von Acrylamid unter
Standardanforderungen sowie mangelhafte Verband- Einwirkung von Kernstrahlen anzugeben, das bei
fähigkeit. Die Isolierung des Polymeren aus den 55 niedrigen Temperaturen durchgeführt werden kann,
gewonnenen Lösungen in fester Form ist zwar mög- so daß zur Bildung von wasserunlöslichen Polymeren
lieh, erfordert jedoch zusätzliche Maßnahmen, wo- führende Reaktionen verhindert werden, und das zu
durch das Verfahrsn naturgemäß erschwert wird. wasserlöslichen Polymeren mit höherem Molekular-
Wesentlich ist auch, daß die bekannte Polymerisa- gewicht und damit besseren Ausflockiuigseigenschaften
tion von Acrylamid in verdünnten wäßrigen Lösungen 6c führt.
nur zur Bildung von Polymeren mit verhältnismäßig Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Verfahren zur
geringem Molekulargewicht führt Es wurde zwar Herstellung von hochmolekularen, wasserlöslichen
versucht, die Polymerisation von Acrylamid bei Polyacrylamiden durch Polymerisation von 20- bis
höherer Konzentration durchzuführen; es entstehen 95°/oigen wäßrigen Acrylamidlösungen unter Einaber
in diesem Falle vernetzte, wasserunlösliche wirkung von Gammastrahlen des Coeo in Gegenwart
Polymere. 5 von Alkalimetallhydroxid in Mengen von 0,3 bis
Ferner wurde ein Verfahren zur Herstellung von 10 Gewichtsprozent oder von Ammoniaksalzen oder
wasserlöslichem Polyacrylamid durch Polymerisation Aminosäuren bzw. deren Salze in Mengen von
3 4
0.2 bis 24 Gewichtsprozent, bezogen auf das Aus- sage der Entgegenhaltung gelten, wonach bei abgangsamid,
bei dem die Zusätze die Vernetzung nehmender Temperatur der Polymerisationsgrad steigt,
verhindern und das erfindungsgemäß dadurch ge"- Da es andererseits aber bekannt ist, daß bei der
kennzeichnet ist, daß die Polymerisation im Tem- Initiierung der Polymerisationsreaktion durch Strahperaturbereich
von 0 bis 25JC bei Anwendung einer 5 luna mit~abnelimender Temperatur auch der PolyDosisleistung
von 3 bis 17 rad see 5 bis 40 Minuten merisationsgrad abnimmt, ist es überraschend, daß
durchgeführt wird. durch das erfindungsgemäße Verfahren unter Berück-
Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von in sichtigung der jeweiligen Konzentrationen bei der
Wasser gut löslichen Polyacrylamiden, die gegenüber angegebenen Dosisleistung und der Einwirkungszeit
bekannten Produkten auf Polyacrvlamidbasis höhere io Polyacrylamide mit beträchtlich höherem Molekular-
AusflocKungseigenschaften aufweisen. Die Viskosität gewicht'erhalten werden.
einer l%igen wäßrigen Lösung der erhaltenen Poly- Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden
merisate beträgt 100 bis 2000 cP und mehr. nachfolgende Ausführungsbeispiele angeführt. In allen
Wie die Ausführungsbeispiele zeigen, werden aus Beispielen ist das Molekulargewicht des Polymeren
den konzentrierten wäßrigen Ausgangslösungen feste ij nach der Formel
Produkte gewonnen. Diese sind besser versandfähig
Produkte gewonnen. Diese sind besser versandfähig
und wirtschaftlicher laserfähig als Produkte, die [η] = 3,73 · 10"' · Λ/0·66
nach vorbekannten Verfahren hergestellt sind.
nach vorbekannten Verfahren hergestellt sind.
Der technische Fortschritt des erfindungsgemäßen berechnet, worin η Grenz- oder Anfangsviskosität
Verfahrens ist, beispielsweise im Vergleich mit Bei- 20 und M das Molekulargewicht bedeuten (vgl. auch
spiel 3 der USA.-Patentschrift 2 820 777, durch die »Handbuch der BASF-Kunststoffe«, 6. Auflage, 1963,
Verwendung ener^ iereicher Strahlung und dem damit S. 233).
verbundenen apparativen Aufwand nicht beeinträchtigt. Apparate für energiereiche Bestrahlung sind in Beispiel 1
breitem Maße in Forschungs- und Produktionsstätten 25
vorhanden. Es ist deshalb lediglich eine Frage der 0,57 g Acrylamid löst man in 0,14 g einer 20%igen
Es kommt hinzu, daß es für die Durchführung des amid, 4,8% Ammoniumkarbonat, bezogen auf AusBeispiels 3 der genannten USA.-Patentschrift einer 30 gangsacrylamid Rest Wasser. Die Lösung wird bei
nicht unkomplizierten Vorrichtung bedarf, denn dort 00C abgekühlt, wobei sich in den festen Zustand
muß der Reaktor mit einem Überlaufauslaß, einem übergeht. Die Polymerisation wird in einer Glas-Thermometer, einem Einlaß für inertes Gas, Einlassen ampulle in Abwesenheit von Luft unter Einwirkung
für die Ausgangslösungen und eir-im Rückflußkühler von Gamma-Strahlen von Kobalt 60 einer Dosisversehen sein. Ferner muß dafür gesorgt sein, daß die 35 leistung von 6,3 rad/sec bei einer Temperatur von
Ausgangslösungen in gleichen Volumenmengen und 200C durchgeführt.
in einer solchen Geschwindigkeit eingeführt werden, Die Bestrahlungsdauer beträgt 30 Minuten, die
daß für die angegebenen Mengen eine Stunde für die Ausbeute an erhaltenem Polymerisat beträgt ICO %,
heizbar sein. 40 Das Polymere ist quantitativ in Wasser löslich.
Wie allgemein bekannt, verringert sich die Zähigkeit
von Lösungen der gebildeten Polymeren mit Erniedrigung der Konzentration des Monomeren stetig. Beispiel 2
Ungeachtet dessen weisen jedoch Polymere, die nach
dem Verfahren der Erfindung sogar aus 20%iger 45 Zu 0,58 g Acrylamid gibt man 0,058 ml einer
monomerer Lösung hergestellt werden, ein Endpro- 3%igen wäßrigen Aminopropionsäure-Lösung hinzu,
dukt auf, das eine Viskosität von größer 106cP auf- Die Lösung enthält 91% Acrylamid, 0,3% Amino-
weist, d. h. eine um mehr als lOOmal größere Viskosität propionsäure, bezogen auf das Ausgangsacrylamid,
des Endproduktes, das nach der Entgegenhaltung im Rest Wasser. Das Gemisch wird geschmolzen und bei
in diesem Beispiel bei höherer Monomeren-Konzen- Olasampullen ohne Luft unter Einwirkung von
tration durchgeführt wird. Gamma-Strahlen von Kobalt 60 einer Dosisleistung
Der Vergleich mit dem Beispiel 3 der USA.-Patent- von 17 rad/sec bei einer Temperatur von 25° C durchschrift 2 820 777 zeigt somit, daß das hohe Molekular- geführt. Die Ausbeute an Polymerisat bei einer
gewicht und damit z. B. die hohe Fällmittelwirkung 55 Bcstrahlungsdauer von 5 Minuten beträgt 6%) dessen
der Polymeren nach dem Verfahren der Erfindung Viskosität 13,5, das Molekulargewicht 8,4 · 10e. Das
ohne weiteres den Aufwand rechtfertigt, der eventuell Polymerisat ist quantitativ in Wasser löslich,
durch die Verwendung einer Gamma-Strahlungsquelle
entsteht, zumal nur geringe Dosisleistungen erforderlich sind. 60 B e i s ρ i e 1 3
entsteht, zumal nur geringe Dosisleistungen erforderlich sind. 60 B e i s ρ i e 1 3
Um vom Stand der Technik zum Verfahren der
Erfindung zu gelangen, bedurfte es Überlegungen 0,84 g Acrylamid löst man in 0,22 g einer 6,38%'gen
erfinderischer Qualität. In der USA.-Patentschrift wäßrigen Ätznatronlösung bei einer Temperatur von
2 820 777 wird zwar in der Aufzählung einer großen 65°C. Die Lösung enthält 79% Acrylamid, 1,6%
Reihe von Polymerisationskatalysatoren unter an- 65 Natriumhydroxid, bezogen auf das Ausgangsacrylderem
auch Gamma-Strahlung von Kobalt 60 aufge- amid, Rest Wasser. Die Lösung wird bei 00C abgeführt,
jedoch muß nach den dortigen Ausführungen kühlt, wobei sie in den festen Zustand übergeht. Die
auch für diesen Polymerisationskatalysator die Aus- Polymerisation wird unter den im Beispiel 1 beschrie-
benen Bedingungen durchgeführt. Die Ausbeute an Polymer beträgt 100°/0. die Viskosität des Polymeren
92, Das Polymer ist quantitativ in Wasser löslich.
B e i s ρ i e 1 4
2,37 g Acrylamid löst man in 2.65 ml einer 0,97° oig".i wäßrigen Ätznatronlösur.g. Das Polymerisationsgemisch
enthält 47.2% Acrylamid, 0,510Z0
Ätznatron (gleich 1.08%, bezogen auf das Ausgangsacrylamid),
Resi Wasser. Die Polymerisation wird unter Einwirkung von Gamma-Strahlen ohne Luft
während 40 Minuten bei 20'C und bei einer Dosisleistung von 3 rad/see durchgeführt. Die Ausbeute an
Polymer beträgt 98,5%. dessen Viskosität 32. Das Polvmer ist in Wasser völlia löslich.
20
0,95 g Acrylamid löst man in 0,26 g einer 4,68%igen
wäßrigen Ätzkalilösung bei einer Temperatur von 65= C. Die Lösung enthält 78,5% Acrylamid, 1,28%
Kaliumhydroxid, bezogen auf das Ausgangsacrylamid, Rest Wasser. Die Lösung wird bei O0C abgekühlt,
wobei sie in den festen Zustand übergeht. Die Polymerisation wird in einer Glasampulle ohne Luft unter
Einwirkung von Gamma-Strahlen von Kobalt 60 einer Dosisleistung von 6,3 rad/sec bei einer Temperatur
von 0=C durchgeführt. Die Bestrahlungsdauer beträgt 30 Minuten, die Viskosität des erhaltenen Polymeren
beträgt 32, das Molekulargewicht 21,4 · 106. Das Polymerisat ist quantitativ in Wasser löslich. Die
Ausbeute beträgt 100%.
Das nach Beispiel 1 erhaltene Polyacrylamid wurde in folgender Weise als Fällmittel erprobt:
Man benutzt eine Tonsuspension mit einem Verhältnis von flüssiger Phase zur festen Phase von 20:1.
Die flüssige Phase enthielt geringe Mengen an Phosphaten, Nitraten oder Sulfaten det Alkalimetalle. Der
pH-Wert der flüssigen Phase betrug etwa 5,0. Die Fällmittel wurden in die Suspensionen in Form einer
wäßrigen Lösung eingeführt, die 1 g/l Polyacrylamid enthielt. Die disperse Phase der Suspensionen enthielt
85 % Teilchen von 0,074 mm Durchmesser. Die Fällwirkung wurde nach der üblichen Methodik bestimmt.
Zum Vergleich wurde ein bekanntes Fällmittel auf Polyacrylamidbasis verwendet. Alle Versuche wurden
unier genauen gleichen Bedingungen durchgeführt.
Die Untersuchungsergebnisse der Fällwirkung wer
den in der Tabelle I und II angeführt.
Ähnliche Ergebnisse, die auf eine hohe Fällwirkung
der neuen Fällmittel hinweisen, werden beim Verarbeiten von hydrometallurgischen Pulpen verschiedener Zusammensetzung der festen und flüssigen Phase
erhalten.
Ver suchs |
Klärdauer der Suspen |
B | 30 | Fällmittel- verbrauch |
Höhe de i |
r Klarschicht ι mm mit |
reihe | sion in Minuten |
40 | in cm3 | nach | bekannten | |
50 | Beispiel 1 | Füllmittel | ||||
A | 1 | 60 | 20 | 78 | 8 | |
1 | 118 | 10 | ||||
5 | 2 | 143 | 12 | |||
10 | 5 | 166 | 52 | |||
15 | 10 | 175 | 90 | |||
20 | 15 | 180 | 105 | |||
20 | 186 | 122 | ||||
30 | 191 | 131 | ||||
40 | 193 | 140 | ||||
50 | 196 | 145 | ||||
60 | 30 | 130 | 10 | |||
1 | 156 | 14 | ||||
2 | 165 | 34 | ||||
5 | 185 | 87 | ||||
15 | 192 | 110 | ||||
20 | 195 | 124 | ||||
D | 30 | 200 | 137 | |||
40 | 202 | 148 | ||||
50 | 203 | 157 | ||||
60 | 206 | 162 | ||||
1 | 40 | 137 | 10 | |||
2 | 160 | 22 | ||||
5 | 177 | 73 | ||||
10 | 195 | 130 | ||||
15 | 200 | 140 | ||||
20 | 202 | 154 | ||||
30 | 205 | 162 | ||||
40 | 208 | 169 | ||||
50 | 211 | 173 | ||||
60 | 50 | 147 | 12 | |||
173 | 42 | |||||
183 | 102 | |||||
195 | 132 | |||||
200 | 147 | |||||
204 | 157 | |||||
206 | 167 | |||||
209 | 172 | |||||
213 | 177 | |||||
214 | 181 |
Bekann'.as Fällmittel
20 I 30 I 40 I 50
rn/Std.
1,15
0,20
1,78
0,29
1,80 0,39
Claims (1)
- i 645 066von Acrylamid in wäßrig-alkoholischen Gemischen bei einer Monomerenkonzentration von 30 bis 50",.Patentanspruch: vorschlagen (UdSSR-Urheberschein 189 57S): aberauch dieses Verfahren ist durch die Verwendung vonVerfahren zur Herstellunc von hochmolekularen 5 Methylalkohol mit Nachteilen behaftet,
wasserlöslichen Polyacrylamiden durch Polymeri- Bekannt ist ferner ein Verfahren zur Polymerisationsation von 20- bis 95%'igc· väßrigen Acrylamid- von Acrylamid in einer wäßrigen Losung bei^ einer lösungen unter Einwirkung <on Gammastrahlen Monomerenkonzentration von 5 bis 75% in Gegendes Co™ in Gegenwart von Alkalimetallhydroxid wart eines Zusatzes von Ammoniak und/oder von in Mengen vonOj bis IC Gewichtsprozent od'er io aliphatischen Aminen in einer Menge von 0,2 bis I Gevoη Ammoniaksalzen oder Aminosäuren bzw. wichtsprozent. bezogen auf das Ausgangsacrylami^ deren Salzen in Mengen voi 0,2 bis 24 Gewichts- (deutsche Patentschrift 1 182 829). In diesem Falle Prozent, bezogen auf das Aussanasamid, d a- werden aber Polymere von verhältnismäßig niedrigem durch g e iTe η η ζ e i c h η e t". daß die Poly- Molekulargewicht gewonnen. Die in l°/oiger wäßriger rr.£risation"im Temperaturbereich von 0 bis 25;C 15 Lösung gemessene Polymerisatviskocität beträgt nur bei Anwenduna einer Dosisleistuns von 3 bis 1 bis 80 cP.
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DE2545007B2 (de) * | 1975-10-08 | 1977-08-11 | Wolff Walsrode Ag, 3030 Walsrode | Lineares, hochmolekulares acrylamid-homopolymerisat und seine verwendung als hilfsmittel zur verbesserung der retention, entwaesserung und aufbereitung |
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- 1951-01-28 DE DE19511645066 patent/DE1645066B2/de active Granted
-
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