DE2108811B2

DE2108811B2 - Verfahren zur Agglomeration von feinzerteiltem Material

Info

Publication number: DE2108811B2
Application number: DE2108811A
Authority: DE
Inventors: William J.I. Dr. Bruessel Bracke
Original assignee: Labofina Sa Bruessel
Current assignee: Labofina Sa Bruessel
Priority date: 1970-10-07
Filing date: 1971-02-25
Publication date: 1978-04-06
Also published as: DK135792B; DE2108811A1; NL7103937A; ES388325A0; DE2108811C3; NO129505B; AT327807B; CH520523A; CA935589A; IL36113A; GB1311392A; JPS5128073B1; ATA248371A; IL36113A0; DK135792C; AU3381771A; FR2078744A5; AU456751B2; BE757161A

Description

O = CH-(R)_n-CH=O

worin R einen zweiwertigen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet und η 0 oder 1 ist, behandelt wird, wobei der Dialdehyd in einer Menge verwendet wird, daß nicht mehr als 1 Aldehydgruppe auf 1 Amidgruppe des Acrylamidpolymeren kommt.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Agglomeration von feinzerteiltem Material durch Behandeln mit acrylamid- und aldehydhaltigen wäßrigen Lösungen.

Die Verfahren zur Herstellung beständiger Agglomerate aus feinzerteiltem Material haben einen großen Anwendungsbereich, wie z. B. bei der Verfestigung des Erdreichs für den Haus- und Fahrbahnbau, Bohrlöchern, Tunnelbau, Dünen- und Erdreichstabilisierung gegen Erosion, Erzeugung von Kohlenstaubzusammenballungen, Metallguß in Sandformen und dergleichen.

Einige bekannte Verfahren zur Herstellung von Zusammenballungen aus feinzerteiltem Material, nämlich durch Beschichtung und gegebenenfalls Imprägnierung der Teilchen durch Polymere von Acrylamid, die dann vernetzt werden, wurden bereits vorgeschlagen. Jedoch erfordert die Vernetzung die Mischpolymerisation von Acrylamid mit einem anderen kostspieligen Monomeren, wie z. B. Alkyliden-bis-acrylamid, mit deren Hilfe die Vernetzung durchgeführt wird, oder sie erfordert einen langen Erwärmungsprozeß und die Anwesenheit geeigneter Zusätze. Diese verschiedenen Verfahren sind unwirtschaftlich und haben wenig Verwendung gefunden.

Aus der DT-AS 11 70 331 ist ein weiteres Verfahren zur Verfestigung lockerer Böden bekannt, bei dem in diese eine Lösung bzw. Dispersion von Acryl- und/oder Methacrylsäureamid eingebracht wird, worauf eine Polymerisation bzw. Mischpolymerisation dieser Verbindungen unter dem Einfluß eines Beschleunigers stattfindet. Bei diesem bekannten Verfahren wird Acryl- und/oder Methacrylsäureamid gegebenenfalls im Gemisch mit weiteren polymerisierbaren Verbindungen zusammen mit Formaldehyd bzw. einer Formaldehyd freisetzenden Substanz in Wasser gelöst, diese Lösung in den zu verfestigenden Boden eingetragen und danach die Polymerisation in an sich bekannter Weise bewirkt.

Es ist also ersichtlich, daß bei den bekannten Verfahren ein Polymerisationsvorgang stattfinden muß, bei dem geregelte Bedingungen vorliegen müssen, wenn der gewünschte Erfolg erreicht werden soll, des weiteren führt das Verfahren zur Bildung von harten, kompakten Böden, wie sie beispielsweise beim Straßenbau oder beim Bau von Flugplätzen erforderlich sind. Dabei wird die Möglichkeit des weiteren Eindringens von Luft in die unteren Bodenschichten verhindert oder sehr erschwert, so daß derartige Böden zur landwirtschaftlichen Nutzung, bei der es unerläßlich ist, daß das Erdreich weiter »atmen« kann und Regen und Bewässerung leicht in die Erde einzudringen vermag, nicht mehr verwendbar sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines einfachen und wirtschaftlichen Verfahrens zur Agglomeration feinzerteilten Materials. Eine weitere

ίο erfindungsgemäße Aufgabe besteht in der Schaffung eines anpassungsfähigen Verfahrens, das die Behandlung einer Vielzahl von Materialteilchen erlaubt, damit man voluminöse und beständige Zusammenballungen mit verschiedenen Strukturen erhält. Ferner wird ein

ι -5 Verfahren zur Agglomeration von Erdreichteilchen zum Zwecke der Verbesserung der Struktur von schlechtem Erdreich oder zur Verfestigung der Struktur von gutem Erdreich geschaffen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Agglomeration von feinzerteiltem Material durch Behandeln mit acrylamid- und aldehydhaltigen wäßrigen Lösungen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Material bei einer Temperatur von 0 bis 100"C und bei einem pH-Wert von 7 bis 11 mit einer Lösung eines

2> Acrylamidpolymeren und einer Lösung eines Dialdehyds der Formel

O = CH-(R)_n-CH = O,

worin R einen zweiwertigen Kohlenwasserstoffrest mit

jo 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet und η 0 oder 1 ist, behandelt wird, wobei der Dialdehyd in einer Menge verwendet wird, daß nicht mehr als 1 Aldehydgruppe auf 1 Amidgruppe des Acrylamidpolymeren kommt

Die oben und im folgenden verwendeten Ausdrücke

j3 »Acrylamidpolymer« und »Polyacrylamid« sind so zu verstehen, daß sie sowohl die Homopolymeren von Acrylamid als auch die Mischpolymeren auf der Grundlage von Acrylamid, wie z. B. Acrylamidpolymere, die als Comonomer oder Comonomere-Acrylsäure,

4(i Methacrylsäure, ihre Ester, Acrylnitril und/oder Vinyl- oder Polyolefinmonomere mischpolymerisiert enthalten, decken. Im allgemeinen besitzt das Acrylamidpolymer ein Molekulargewicht über 5000, vorzugsweise zwischen etwa 50 000 und 1 500 000; höhere Molekulargewichte erzeugen übermäßig viskose Lösungen, die nicht leicht bearbeitet werden können.

Die Konzentration der wäßrigen Lösung von Polyacrylamid und die Menge der Lösung, die benutzt werden kann, hängt von einigen Faktoren ab, und zwar von der Art der geforderten Zusammenballungen.

Im allgemeinen enthält die Lösung des Acrylamidpolymeren etwa 0,5 bis 10 Gew.-% Polymer; konzentriertere Lösungen sind zu viskos und schwierig auf die Teilchen aufzubringen, während übermäßig verdünnte Lösungen die Anwesenheit einer unnötigen Wassermenge zur Folge haben. Vorzugsweise enthalten die wäßrigen Lösungen etwa 1 bis 4 und insbesondere etwa 1 bis 2 Gew.-% Acrylamidpolymer.
Allgemein wird das Polyacrylamid vorzugsweise in

bo einer Menge von etwa 0,5 bis 50 Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile an fein zerteiltem Material verwendet.

Wird Erdreich bearbeitet, damit die festen Teilchen agglomerieren und beständige Zusammenballiingen gebildet werden, die der Luft jedoch gestatten, die unteren Schichten durch die Zwischenräume zwischen den Zusammenballungen zu durchdringen und ihnen erlaubi, die Feuchtigkeit zurückzuhalten, entspricht die Menge der wäßrigen Lösung von dem verwendeten

Acrylamidpoiymcren einem Gewicht des Acrylamidpolymers (berechnet auf trockener Grundlage) von etwa 0,5-5, und insbesondere von etwa 1-3 Gew.-Teilen pro 1000 Gew.-Teilen feinzerteiltes Material.

Zur Erreichung kompakterer Zusammenballungen jedoch, beispielsweise zur Verfestigung von Bauland, zur Verfestigung von Erdreich zu Bohrzwecken, zur Herstellung von Gießformen, ist die Acrylamidpolymermenge höher als die oben angegebene Menge, jedoch 50 Gew.-Teile zu überschreiten, und beträgt allgemein etwa 10 bis 20 Gew.-Teile pro 1000 Gew.-Teile feinzerteiltes Material. Durch den Gebrauch einer größeren Polymermenge wird kein Verteil erzielt.

Das in Mischung mit der wäßrigen Lösung vom Acrylamidpolymeren verwendete Dialdehyd muß wasserlöslich sein. Die Wahl des Dialdehyds ist in erster Linie von wirtschaftlichen Faktoren abhängig, und in dieser Hinsicht werden vorzugsweise aliphatische Dialdehyde, und zwar MaJon-, Bernstein- und Glutardialdehyd, insbesondere Glyoxal O = CH-CH = O, verwendet.

Die Menge des zugeführten aktiven Dialdehyds muß eine solche sein, daß nicht mehr als eine Aldehydgruppe für eine Amidgruppe des Polymeren anwesend ist. Mit höheren Dialdehydante'ilen tritt keine Gelbildung des Polymeren auf. Insbesondere im Falle von Glyoxal, aber auch nach bevorzugten Ausführungsformen mit anderen Dialdehyden beträgt die Menge des zugeführten aktiven Dialdehyds etwa 0,25 bis 10 Gew.-% des trockenen Polymers.

Es wird angenommen, daß im Anwesenheit von Dialdehyd, z. B. Glyoxal, das Acrylamidpolymer entsprechend folgender Formel vernetzt wird:

NH

HC-OH
HC-OH

NH

Es wurde beobachtet, daß bereits bei Umgebungstemperatur, die Gelbildung des Acrylamidpolymeren in Anwesenheit des Dialdehyds auftritt, aber diese Gelbildung erfolgt relativ langsam. Die Gelbildungsgeschwindigkeit kann durch Zugabe einer basischen Verbindung beschleunigt werden, um einen höheren pH-Wert als 7, insbesondere einen pH-Wert zwischen etwa 7,5 und 9, zu erhalten. Der pH-Wert beeinflußt nicht nur diese Gelbildungsgeschwindigkeit des Polymeren, sondern auch die Stabilität des gebildeten Gels. Deshalb hängt die Wahl des pH-Werts nämlich von der beabsichtigten Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ab. Beispielsweise zur Verfestigung des Erdreichs darf das Gel in nicht zu kurzer Zeit gebildet werden, um das Aufbringen der Mischung auf das Erdreich zu ermöglichen, es ist aber auch notwendig,

Tabelle I

daß die gebildete Zusammenballung lange Zeit beständig bleibt; daher ist der pH-Weri der Reaktionsmischung bevorzugt etwa 8 bis 8,5. Die Mittel zur Veränderung des pH-Werts sind basische Verbindungen, die gegenüber dem Polymer und dem Dialdehyd inert sind und insbesondere anorganische Verbindungen, wie z. B. Alkali- und Erdalkalihydroxyde oder Salze, wie Alkalicarbonat oder -phosphat, darstellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders

ίο einfach und erfordert keine besondere Obhut bei der Durchführung. Es kann in der Tat entweder durch Vermischen der wäßrigen Lösungen von Acrylamidpolymeren und Dialdehyd mit darauffolgender Zugabe des möglichen basischen Katalysators oder indem der

Γ) Katalysator zuerst zu der wäßrigen Lösung des einen Reaktionsteilnehmers gegeben und dann die wäßrige Lösung zu dem anderen Reaktionsteilnehmer gegeben wird, durchgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Zusammenballung feinzerteilten Materials ist für die Behandlung von Erdreich besonders wertvoll, damit die Struktur von schlechtem Erdreich verbessert und die Struktur von gutem Erdreich beibehalten wird. Die gebildeten Zusammenballungen verhindern Erosion und schränken Erdreichoberflächenbewegungen durch Einwirkung von Wind und Regen ein. Darüber hinaus gestatten sie dem Erdreich zu atmen, und sie lassen Regen oder Bewässerung leicht in das Erdreich eindringen, welcher durch die Zwischenräume zwischen den Zusammenbal-

JO lungen in die Capillardurchgänge der beständigen Zusammenballungen hineinsickert. Dies hat zur Folge, daß die Keimung des Samens und das Wachstum der Pflanzen leichter vorangehen.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Tatsache, daß es zur Verbesserung der Erdreichstruktur entweder vor, während oder nach der Saat in das Erdreich angewendet werden kann, wobei die verwendeten Verbindungen nicht toxisch und ohne schädliche Wirkung auf Saat und Pflanzen sind. Die Samen können nämlich in die Polyacrylamidlösung dispergiert werden, wobei ein Strahl dieser Lösung dann mit einem Strahl der Lösung von Dialdehyd und basischer Verbindung vor dem Versprühen auf das Erdreich vermischt wird. Die Gelbildungszeit kann geregelt werden, so daß eine Behandlung einer großen Erdreichfläche noch vor der Gelbildung der vermischten Lösungen durchgeführt werden kann.

Im allgemeinen werden etwa 5 bis 500 g des Polymeren pro m² Erdreich verwendet, wobei die verwendete Menge von einigen Faktoren, wie z. B. Erdreichstruktur und gewünschter Agglomerationsgrad abhängt.

Beispiel 1

0,1 ml einer wäßrigen Glyoxallösung (30%) und 10 ml einer wäßrigen Natriumcarbonatlösung wurden zu 100 ml einer wäßrigen Polyacrylamidlösung (2%) gegeben. Die Gelierungszeit des Polymeren wurde bei 20⁰C als Funktion des pH-Wertes der Reaktionsmi-

bo schung bestimmt. Die Ergebnisse sind in nachstehender Tabelle I aufgeführt.

Konzentration der wäßrigen	2	1,6	1,2	0,8	0,4	0,2
Lösung von Na₂CO₃ (in %)
pH-Wert der Reaktionsmischung	11	10,8	10,5	10	9,2	8,5
Gelbildungszeit	2'30"	3'	4'	5'30"	14'	29'

Beispiel 2

Wäßrige Polyacrylamid- und Glyoxallösungen wurden wie in Beispiel 1 vermischt, und es wurde dann eine wäßrige Lösung verschiedener basischer Verbindungen zugegeben, um einen pH-Wert von 9 zu erhalten.

Die Gelierungszeit wurde in Abhängigkeit der Natur Bei jedem Versuch wurde der Agglomerationsgrad des Sandes bestimmt (Agglomerationsgrad = prozentualer Anteil der Teilchen, die zu Zusammenballungen über 2 mm agglomeriert wurden).

Die Versuchsergebnisse sind in der folgenden Tabelle IV aufgeführt.

der basischen Verbindung bestimmt. Die Ergebnisse	H)	Gelierungszeit	Tabelle IV	Polymer	Agglomerationsgrad
rlipcpr Vprciiphp cinH m ic TqKpIIp 11
UlCaCl VCläliL>llC ollIU aUü 1 aUCllC 11		14 Min. ^l5	Menge der	Gew.-%o
Tabelle II		15 Min.	zugegebenen
	13 Min.	Lösung
	13 Min. 30 Sek.		0,5 o/oo
Basische Verbindung		l°/oo	12,8%
	36 ml	2%o	30%
Na₄P₂O₇	75 ml	4%o	70%
Na₃PO₄	150 m!		75,3%
KOH	300 ml
Ca(OH)₂

Beispiel 3

Es wurden zwei Versuche durchgeführt, indem eine wäßrige Lösung von Polyacrylamid mit einer wäßrigen Dialdehydlösung und mit einer wäßrigen NaOH-Lösung vermischt wurden, um einen pH-Wert von 8,5 zu erhalten. Die zugegebene Dialdehydmenge entsprach etwa 1 Aldehydgruppe auf 30 Amidgruppen des Polymeren.

Diese Versuche wurden bei 20° C durchgeführt, und die Gelierungszeit in Abhängigkeit der Art des Aldehyds bestimmt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle III zu entnehmen.

Tabelle III

Dialdehyde

Gelierungszeit

Bernsteinsäuredialdehyd
Glutardialdehyd

28 Min.
30 Min.

Beispiel 4

100 ml einer wäßrigen Lösung (2%) eines Mischpolymerisats aus 85 Gew.-% Acrylamid und 15 Gew.-% Methylacrylat wurden mit 2 ml einer wäßrigen Glyoxallösung (30%) und 10 ml einer wäßrigen Natriumcarbonatlösung (0,4%) bei 50° C vermischt.

Die Geliemngszeit war unter 5 Minuten.

Beispiel 5

Verschiedene Mengen einer wäßrigen Polyacrylamidlösung (2%) mit einem Molekulargewicht von etwa 200 000, die 0,1 Gew.-% Glyoxal enthielten, wobei die Lösungen einen pH-Wert von 8,5 besaßen, wurden zu 1500 g Sand mit Abmessungen unter 2 mm gegeben.

,„ Beispiel 6

In einem 250-1-Tank wurden 2001 einer Polyacrylamidlösung (2%) 0,2 1 einer G lyoxallösung (30%) und 20 1 einer Natriumcarbonatlösuing (0,2%) vermischt Die Mischung wurde auf Sanddünen in einer Menge von 2) 1,5 l/m² gesprüht. Die Gelbilduing erfolgte 30 Minuten nach dem Vermischen. Aufgrund der guten Durchtränkung der Sandteilchen durch die Mischung und die Gelbildung dieser Mischung wurde die Erosion der Dünen durch Wind verhindert.

Beispiel 7

Es wurde ein Tankwagen mit zwei Kammern benutzt. Eine Kammer, die mit einem Rührer oder einer

j5 Zirkulationspumpe ausgestattet war, enthielt 40001 einer wäßrigen Polyacrylamidlösung (2%), in der 20 kg an Grassamen dispergiert waren. Der pH-Wert dieser Lösung wurde nach Zugabe von Natriumcarbonat auf 8,5 gebracht. Die andere Kammer enthielt 401 einer wäßrigen Glyoxallösung(30%).

Während der Aufbringung auf das Erdreich wurde die Polymerlösung mit der anderen Lösung in einem Verhältnis von 100 :1 vermischt, und zwar mit Hilfe von zwei Pumpen, die ein konstantes Volumen beider Lösungen pro Zeiteinheit abgaben. Die zwei Lösungsströme wurden in der Abgabevorrichtung 20 cm vor deren Sprühdüsen zusammengeleitet. Etwa 21 des Mischprodukts wurden pro m² Erdreich verwendet.
In einem besonderen Fall, bei dem dieses System angewendet wurde, wies das Land eine Steigung von etwa 70° auf. Das Erdreich wurde vollkommen stabilisiert, und der Samen blieb an Ort und Stelle. Man stellte weder Erosion noch eine Bewegung der Erdreichoberfläche nach drei Tagen schweren Regens fest.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Agglomeration von feinzerteiltem Material durch Behandeln mit acrylamid- und aldehydhaltigen wäßrigen Lösungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Material bei einer Temperatur von 0 bis 100⁰C und bei einem pH-Wert von 7 bis 11 mit einer Lösung eines Acrylamidpolymeren und einer Lösung eines Dialdehyds der Formel