DA-4033
Beschreibung
zu der Patentanmeldung
der Firma
EROGIL
77, Rue de Miromesnil, Paris (8e), Frankreich
betreffend
Verfahren zur Herstellung von wasserlöslichen Acrylpolymerisaten und -copolymerisaten mit hohem Molekulargewicht
Priorität: 22. Okt. 1969, Prankreich, PV 69/36 685
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von in festem Zustand wasserlöslichen Acrylpolymerisaten
und -copolymerisaten mit hohem Molekulargewicht, die dadurch
gekennzeichnet sind, daß sie später gut als Flockungs- und Verdickungsmittel verwendet.werden können.
Es ist seit langem bekannt, Acrylmonomere in verdünnter wässriger
Lösung zu polymerisieren, um die Polymerisate in Form von Gelen zu erhalten, die anschließend getrocknet und pulverisiert
werden müssen. Die Dehydratstion eines Gels ist
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■ . ,. aber eine langwierige und kostspielige Angelegenheit.
Insbesondere die Polymerisate mit hohem Molekulargewicht und
einer großen Löslichkeit in Wasser werden aus einer relativ konzentrierten Monomerlösung erhalten, deren Viskosität im
Verlaufe der Polymerisation mehr und mehr zunimmt. Es ist aber sehr schwierig, eine gute Rührung des Reaktionsmediums
und eine geeignete Ableitung der freiwerdenden Hitze zu er- '
reichen.
Sehr entscheidende Schwierigkeiten treten schon bei einer Polymerisationslösung
auf, die die Monomeren in der Größenordnung von 20 % gelöst enthalten.
Ein Polymerisationsverfahren einer wässrigen Lösung, die 30
bis 5° # Monomeres enthält, wird in der französischen Patentanmeldung
1 518 053 beschrieben, das das Polymerisationsstadium
in einen Wärmeableitungsbehälter verlegt, der als Polymerisationsrecipient
dient. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß das Reaktionsmedium nicht mehr gerührt zu werden braucht, jedoch
eine Kühlvorrichtung benötigt, um die sich bildende Wärmeenergie abzuführen. Die Polymerisationsdauer ist sehr beträchtlich
und die erhaltene kautschukartige Masse muß einem Trocknungsund Mahlprozeß unterworfen werden. Das erfindungsgemäße Verfehren
erlaubt andererseits, eine sehr schnelle Polymerisation zu erhalten, ohne deß es notwendig ist, das Reaktionsmedium zu
rühren und zu kühlen. Es erweitert die Polymerisationsmöglich-
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keiten mit sehr konzentrierten Lösungen von Acrylmonomeren,
die nahe an den Sättigungspunkt heranreichen, und die Polymerisaten
werden direkt in festem Zustand erhalten.
Mit Monomerkonzentrationen in der Polymerisationslösung in
der Größenordnung von 70 % kann.man in kurzer Zeit Acrylpolymerisate
oder -copolymerisate mit sehr hohem Molekulargewicht erhalten, die - wenn das Verfahren bei einem pH von 8 oder
darüber durchgeführt wird - eine sehr große Wasserlöslichkeit aufweisen.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt, direkt Acrylpolymerisate
oder -copolymerisate in Form einer dünnen Schicht zu erhalten oder in Form von selbständigen kleinen Kügelchen. Das
Verfahren besteht darin, daß man eine wässrige Lösung des oder der Monomeren, die einen gegenüber der Photopolymerisation aktiven
Initiator enthält, der vorzugsweise in dem Monomeren oder mindestens in einem Monomeren löslich ist, in Form einer Schicht
oder deutlichen Tröpfchen auf einen wasserabstoßenden Träger aufbringt, und daß man die Lösung Lichtstrahlen aussetzt, um
die Polymerisation auszulösen.
Dieses Verfahren kann sowohl diskontinuierlich als auch kontinuierlich
bei hoher Polymerisationsgeschwindigkeit durchgeführt werden. Beim kontinuierlichen Verfahren genügt es, den wasserabstoßenden
Träger, auf dem die Polymerisation oder Copolymerisation der Acryiderivate stattfindet, beweglich zu gestal-
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ten, und'ihn an einer Reihe von Larapen vorbeizuführen. Das
Aufbringen der Monomerlösung auf den Träger kann durch jedes
geeignete Mittel oder System bewirkt werden. Die Schicht kann in diskontinuierlichem Verfahren erhalten werden, indem
sich direkt auf dem Träger eine Schicht der Monomerlösung
bildet, und beim kontinuierlichen Verfahren durch andauernde Speisung des Trägers auf Jede geeignete Weise. Die Tröpfchen
können mit Hilfe einer Spritzpistole,durch ein pneumatisches System oder unter Druck erhalten werden. Die von einem starren oder beweglichen Band aufgenommenen Kügelchen bleiben voneinander
getr.ennt und gestatten, ein Polymerisat oder Copolymerisat
in Form von kleinen Kügelchen oder Körnchen zu erhalten, die klein genug sind, um ein späteres Mahlen zu vermeiden.
Wenn der Gehalt an Restwasser im Rohprodukt für zu hoch gehalten wird, kann ein Trocknungsvorgang angeschlossen werden,
indem das Produkt beispielsweise durch einen heißen luftdurchströmten
Tunnel geführt wird.
Das Polymere oder Copolymere läßt sich in trockenem Zustand dann leicht vom Träger mit Hilfe eines einfachen Kratzers entfernen«
Die Schicht wird sehr fein zerkleinert, damit die Kügelchen
sich im gebrauchsfähigen Zustand befinden.
Das Polymere oder Copolymere kann zur weiteren Verwendung in
Wasser schnell wieder gelöst werden.
Die Monomer- oder ComonomerlÖsung enthält normalerweise vor
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dem Aufbringen auf den Träger einen Photopolymerisationsinitiator;
der vorzugsweise in dem Monomeren oder einem Monomeren löslich ist. Man kann den Initietor mit der wässrigen
Lösung des oder der Monomeren zusetzen oder ihn in dem oder einem Monomeren lösen, um anschließend die wässrige Lösung
herzustellen. Die erhaltene Lösung kann vor dem Aufbringen auf den Träger vor Licht geschützt gelagert werden; sie
zeigt erst ihre Aktivität, wenn sie der Bestrahlung ausgesetzt wird.
Die Gesamtpolymerisationsdauer erlaubt, obwohl sie sehr kurz
ist, ein Polymerisat oder Copolymerisat mit einem hohen MoIekulargewicht
im Bereich von IO oder mehr zu erhalten. Die
Polymerisationsdauer liegt im allgemeinen zwischen 30 Sek.
und 15 Min. und liegt vorzugsweise im Bereich von einigen Minuten.
Wegen der großen Klebrigkeit des erhaltenen Polymeren oder Copolymeren muß man einen Träger verwenden, der genügend wasserabweisend
ist, um das Endprodukt leicht abkratzen zu können und um Jede Verklebung"am Ende der Polymerisation auf dem
verwendeten starren oder beweglichen Band zu erreichen. Das Band kann verschiedener Natur sein: Träger aus Pluorpolyolefinpolymerisaten
und -copolymerisaten, metallbeschichtete,
wasserabweisende Kunststoff-Folien usw..
Die verwendeten Photoinitietoren sind an sich bekannt. Die
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ektivsten seien genannt: Diacetyl, Dibenyl, Benzophenon und
ganz besonders Benzoin sowie dessen Alkyläther, wie beispielsweise
Methyläther, Äthyläther, Propyläther. Der Prozentgehelt des Initiators hängt von seiner Natur ab, von seiner Aktivität
und vom Abstand der Strahlenquelle vom Träger. Der Prozentgehalt kann in weiten Grenzen schwanken und liegt im allgemeinen
zwischen 0,05 und 10 Gew.-^, bezogen auf die verwendeten
Monomeren. Man kann gegebenenfalls darüber hinaus einen
klassischen UV-Absorptionsregler zusetzen.
Die Wellenlänge des ausgestrahlten Lichts liegt in der Größenordnung
von I5OO bis 5OOO A, vorzugsweise zwischen 3OOO und
4-000 A. Der Abstand der Lichtquelle vom Träger hängt von deren
Intensität, von der Art des Initiators und, im Falle eines kontinuierlichen Systems, von der Geschwindigkeit des beweglichen
Trägers ab. Der Abstand Lichtquelle-Träger kann in der Größenordnung von 1 cm bis zu Im schwanken. Polymerisate und Copolymerisate
mit guten technischen Eigenschaften sind mit einem Abstand von 10 bis 80 cm erhalten worden. Die Polymerisationsgesohwindigkeit
des oder der Acry !monomeren hängt von der Intensität
der Bestrahlung an einem bestimmten Punkt ab.
Die erhaltene Energie pro Oberflächeneinheit der Lösung bestimmt
die Polymerisationsgeschwindigkeit des oder der Monomeren und das Molekulargewicht des erhaltenen Polymeren oder
Oopolymeren und bestimmt, im Pelle einer kontinuierlichen Polymerisation,
die Länge und die Umlaufgeschwindigkeit des beweglichen Bandes.
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Die Verwendung eines löslichen Photoinitiators ±n dem oder
den Monomeren erübrigt die Verwendung eines dritten Lösungsmittels, das Nebenreaktionen mit einem der Monomeren eingehen
kann, W8S nachteilig für die Löslichkeit des Polymerisats
oder Oopolymerisatendproduktes wäre.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf die Polymerisation und Copolymerisation von Acrylderivaten in wässriger Lösung
angewandt werden, wie auf Acrylamid, Methacrylamid, Acrylnitril
oder Methacrylnitril, Acrylsäure, Methacrylsäure und deren Salze und Ester. Die hergestellten Monomer- oder Comonomerlösungen
sind sehr konzentriert, mindestens 70 #-ig. Der pH dieser Lösungen muß mindestens bei 8, vorzugsweise
zwischen 8 und 13, liegen, um Polymerisate oder Copolymerisate mit hohem Molekulargewicht zu erhalten, das sich durch eine
große Wasserlöslichkeit auszeichnet. Um diese Bedingungen gut einhalten zu können, ist es wünschenswert, mit demineralisiertem
Wasser zu arbeiten.
Die auf diese Weise erhaltenen Acrylpolymerisate und -copolymerisate
eignen sich aufgrund ihres hohen Molekulargewichtes und aufgrund ihrer großen Wasserlöslichkeit für sehr viele
industrielle Anwendungen. Sie sind mit Erfolg als Flockungsmittel und Verdickungsmittel verwendbar. Sie finden auch im
Bereich der Trinkwasserbehandlung Verwendung,
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
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Beispiel · 1
Man stellt die folgende wässrige Lösung her:
Acrylamid 54 g
1On Natronlauge 0,5 ml
Benzoinäthyläther 30 nig in 0,2 g Acrylnitril gelöst
Wasser 23 g
Der pH beträgt 10,9.
Diese Lösung wird auf ein starres Band gegossen, das aus mit
.Polytetrafluorathylen beschichtetem rostfreien Stahl besteht,
und bildet so eine gleichmäßige Schicht von 3 mm Stärke. Das Ganze wird mit Hilfe von 1 KW-Philipps HTQ4-Lampen bestrahlt.
(Quecksilberdampflampen, die eine Strahlung aussenden, die einem Druck von 40 mm Hg entspricht.) Der Abstand vom Band zur
Lichtquelle beträgt 35 cm. Die Bestrahlungsdauer beträgt 2 Minuten.
Die maximale Temperatur der Schicht - im Inneren gemessen - beträgt 118° 0.
Diese Schicht wird von dem Band abgekratzt und anschließend
zerkleinert.
Des erhaltene Polymerisat weist eine ausgezeichnete Löslichkeit
in Wesser euf. Das viskosimetrisch bestimmte Molekulargewicht
beträgt 2,6 χ 10 , entsprechend einer Viskositätszahl (viscosity intrinseque) von 4,8.
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Beispiel 2
Die folgende wässrige Lösung wird hergestellt:
Acrylamid 54 g
Acrylsäure .6g
1On Natronlauge 8,5 ml
Benzoinmethyläther 30 mg in Acrylsäure gelöst
Wasser * 21 g .
Der pH beträgt 10,4.
Diese wässrige Lösung wird auf ein bewegliches Band aus Polyäthylen
in Form einer 0,5 cm dicken Schicht gegossen. Sie wird mit Hilfe von 125 W Philipps HPS 125-Lampen bestrahlt. (Die
Wellenlänge liegt zwischen 3000 und 35°O &'.) Der Abstand des
Trägers von der Lichtquelle beträgt 12 cm.
Die Bestrahlungsdauer beträgt 1 Minute 21 Sekunden. Die Maximaltemperatur
der Schicht - gemessen im Inneren - beträgt 137° 0. Die Copolymerschicht wird in festem Zustand durch Abkratzeji
von dem Band entfernt und anschließend leicht gemahlen.
Das erhaltene Copolymervisat h8t eine ausgezeichnete Löslichkeit
in Wasser. Das viskosimetrisch bestimmte Molekulargewicht
beträgt 4,3 . 10 , entsprechend einer Viskositätszahl
(viscosite intrinseque) von 6,6.
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Beispiel 3
Es wird folgende wässrige Lösung hergestellt:
Acrylamid
Acrylsäure 10 η Natronlauge Benzoinathylather
Wasser
g
6 g
9 ml
30 mg in Acrylsäure gelöst 21 g
Der pH beträgt 10,4,
Diese Lösung.wird, mit Hilfe einer Spritzpistole auf ein bewegliches Bend 8US Polyäthylen unter Bildung von deutlichen Kugel
ohen gespritzt, die mit Hilfe von 125 W Philipps HPS 135-Lsmpen
bestrahlt wurden.1
Dar Abstand des Trägers von der Strahlenquelle beträgt 12 cm.
Die Bestrshlungsdeuer beträgt 1 Minute 39 Sekunden. Die Maximsltömperatur
der Kügelchen beträgt 149° 0. Die erhaltenen Kügelohen
werdest* durch Abkratzen von dem Band entfernt.
Des Copolymere hat eine sehr gute Löslichkeit in Wasser. Das
vißkoßimetrisch bestimmte Moletelsrgewicht beträgt 3rl χ ,3.0 ,
entsprechend einer Yiskositätszshl (viscosite intrinseque)
von 5»^.
- 10 -
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Beispiel 4-
Die folgende wässrige Lösung wird hergestellt:
Acrylamid 56*4- g
Acrylsäure 3»6 6
10 η Natronlauge 5»55 ml
Acrylnitril . 0,65 g
Benzoinäthyläther 17 mg in Acrylnitril gelöst
Wasser 22 g
Der pH beträgt 10,1.
Diese Lösung wird auf ein starres Band aus mit Polytetrafluorethylen
beschichtetem rostfreien Stahl gegossen unter Bildung einer 1,5 cm starken Schicht. Das Ganze wird mit Hilfe von
125 W Philipps HPS 125-Lampen bestrahlt. Der Abstand der Schicht
von der Strahlenquelle beträgt 13 cm. Die Bestrahlungsdauer beträgt 4- Minuten. Die'maximale in der Schicht festgestellte Temperatur
beträgt 14-9° C.
Das erhaltene Polymere wird in festem Zustand zerkleinert.
Die Löslichkeit des Polymeren in Wesser ist ausgezeichnet. Das
viskosimetrisch bestimmte Molekulargewicht beträgt 3» 14 . 10 ,
entsprechend einer Viskositätszahl (viscosite intrinseque) von
5,40.
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Beispiel 5
Men wiederholt die Bedingungen des Versuches des Beispiels 4,
ersetzt aber Acrylnitril durch Methacrylnitril, und bestrahlt ■
7 Minuten.
Des erhaltene Copolymerisat hatte ein viskosimetrisch bestimmtes
Molekulargewicht von 2,08 .10 , das einer Viskösitätszehl
(viscosite intrinseque) von 4,15 entspricht.
Patentansprüche
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