DE2108811C3 - Verfahren zur Agglomeration von feinzerteiltem Material - Google Patents
Verfahren zur Agglomeration von feinzerteiltem MaterialInfo
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Description
O=CH-(R)n-CH = O
worin R einen zweiwertigen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet und π 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 Kohlenslaubzusammenballungen,
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 DE-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 landwirtschaftEchen
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 Zusammenball'ingen mit verschiedenen Strukturen erhält Ferner wird ein
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 1000C und bei einem pH-Wert von 7 bis 11 mit einer Lösung eines
Acrylamidpolymeren und einer Lösung eines Dialdehyds der Formel
O = CH-(R)n-CH = O,
worin R einen zweiwertigen Kohlenwasserstoffrest mit
.in 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
r> »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,
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
■io von der Art der geforderten Zu'jaminenballiingen.
Im allgemeinen enthält die Lösung des Acrylamidpolymeren etwa 0,5 bis 10 Gew.-% Polymer; konzentrieru-re
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
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 Zusammenballungen
gebildet werden, die der Luft jedoch gestatten, die
h5 unteren Schichten durch die Zwischenräume zwischen
den Zusammenballungen zu durchdringen und ihnen erlaubt, die Feuchtigkeit zurückzuhalten, entspricht die
Menge der wäßrigen Lösung von dem verwendeten
1 08811
Acrylamidpolymeren 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 Vorteil 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 Malon-, 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 Aldebydgruppe
für eine Amidgruppe des Polymeren anwesend ist. Mit höheren Dialdehydanteilen 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:
HC-OH
HC-OH
NH
Es wurde beobachtet, daß bereits bei Umgebungstf mperatur, die Gelbildung des Acrylamidpolymeren in
Anwesenheit des Dialdehyds auftritt, aber diess Gelbildung erfolgt relativ langsam. Die Gelbildung;geschwindigkeit
kann durch Zugabe einer basischen Verbindung beschleunigt werden, um einen höheren
pH-Wert als 7, insbesondere einen pH-Wert zwis< hen etwa 7,5 und 9, zu erhalten. Der pH-Wert beeinilußt
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 Aufbringer der MiäChnng auf das
Erdreich zu ermöglichen, es ist aber auch notwendig,
Konzentration der wäßrigen
Lösung von Na2COi (in %)
Lösung von Na2COi (in %)
pH-Werl der Reaktionsmischung
Gelbildungszeit
Gelbildungszeit
daß die gebildete Zusammenballung lange Zeit beständig bleibt; daher ist der pH-Wert der Reaktionsmischung
bevorzugt etwa 8 bis 8,5. Die Mittel zur Veränderung des pH-Werts sind basische Verbindungen,
die gegenüber dem Polymer und dem Diaidehyd inert sind und insbesondere anorganische Verbindungen,
wie z. B. Alkali- und Erdalkalinydroxyde oder Salze,
wie Alkalicarbonat oder -phosphat, darstellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders
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
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 Zusammenbal-
2(i lung 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
ErdreichoberMchenbewegungen durch Einwirkung von Wind und Regen ein. Darüber hinaus gestatten sie
dem Erdreich zu atmen, und s.ie .'assen Regen oder
Bewässerung leicht in das Erdreich eindringen, welcher durch die Zwischenräume zwischen den Zusammenbal-
jo lunger, 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 Verfah-
j 5 rens 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
so verwendete Menge von einigen Faktoren, wie z. B.
Erdreichstruktix und gewünschter Agglomerationsgrad
abhängt.
5*5 0,1 ml einer wäßrigen Glyoxallösung (30%) und 10 ml
einer wäßrigen Natriumcarbonatlösung wurden zu 100 ml einer wäßrigen Polyacrylamidlösung (:?%)
gegeben. Die Gelierungsr.eit des Polymeren wurde bei 20°C als Funktion des pH-Wertes der Reaktionsmi-
eo schung bestimmt Die Ergebnisse sind in nachstehender
Tabelle I aufgeführt.
1.6 1.2 0.8 0.4 0.2
10,8 10,5 10 9.2 X. 5
2'3O" 3' 4' 5'3O" 14' 29'
Wäßrige Polyacrylamid- und Glyoxallösungen wurden wie in Beispiel i 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 der basischen Verbindung bestimmt. Die Ergebnisse
dieser Versuche sind aus Tabelle II ersichtlich.
Basische Verbindung
Gelierungszeit
Na4P2O7
Na3PO4
KOH
Ca(OH),
Na3PO4
KOH
Ca(OH),
14 Min.
15 Min.
13 Min.
13 Min.
13 Min. 30 Sek.
Dialdehyde
Gelierungszeit
Bernsteinsäuredialdehyd
Glutardialdehyd
Glutardialdehyd
28 Min.
30 Min.
30 Min.
Bei jedem Versuch wurde rier Agglomerationsgrad des Sandes bestimmt (Agglomerationsgrad = prozentualer
Anteil der Teilchen, die zu Zusamme r.baüungen
über 2 mm agglomeriert wurden).
Die Versuchsergebnisse sind in der folgenden Tabelle IV aufgeführt.
Menge der
zugegebenen
Lösung
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 200C durchgeführt, und
die Gelierungszeit in Abhängigkeit der Art des Aldehyds bestimmt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in
Tabelle 111 zu entnehmen.
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 Gelierungszeit war unter 5 Minuten.
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.
Polymer
Gew.-°/oo
Agglomerationsgrad
36 ml
75 ml
150 ml
300 ml
0,5 %o
l°/oo
2°/oo
4P-Oo
l°/oo
2°/oo
4P-Oo
12,8%
30%
70%
75,3%
30%
70%
75,3%
In einem 250-1-Tank wurden 200 1 einer Polyacrylamidlösung
(2%) 0,2 1 einer Glyoxallösung (30%) und 201 einer Natriumcarbonatlösung (0,2%) vermischt Die
Mischung wurde auf Sanddünen in einer Menge von 1,5 l/m2 gesprüht. Die Gelbildung 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.
Es wurde ein Tankwagen mit zwei Kammern benutzt. Eine Kammer, die mit einem Rührer oder einer
Zirkulationspumpe ausgestattet war, enthielt 40001 einer wäßrigen Poiyacrylamidlösung (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 40 1 einer wäßrigen Glyoxallösung (30%).
V/ährend 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 (1)
- 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
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