DE2403629A1

DE2403629A1 - Verfahren zur herstellung von acrylsaeureamid-polymerisaten und deren verwendung als sedimentationsmittel

Info

Publication number: DE2403629A1
Application number: DE2403629A
Authority: DE
Inventors: Shin-Ichi Isaoka; Shiro Sakai; Tutomu Shintani; Shigenori Taziri; Wataru Thoma
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1973-01-25
Filing date: 1974-01-25
Publication date: 1974-08-01
Also published as: IT1009089B; JPS4999591A; US3931122A; DE2403629C2; FR2215431B1; CA1023495A; JPS5144556B2; GB1445522A; FI58929C; FR2215431A1; CH592692A5; NL7400946A; SE411761B; FI58929B

Description

SUMITOMO CHEMICAL COMPANY, LIMITED,
Osaka, Japan

¹¹ Verfahren zur Herstellung von Acrylsäureamid-Polymerisäten und deren Verwendung als Sedimentationsmittel "

Priorität: 25. Januar 1973, Japan, Nr. 10 861/1973

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Acrylsäureamid-Polymerisaten und deren Verwendung als Sedimentationsmittel .

Das Entfernen fester feiner Teilchen aus wäßrigen Suspensionen in Form einer festen Ausflockung ist für die Verbesserung der Durchführung verschiedener Verfahren entscheidend, wie das Klären von Abwasser und das Sedimentieren und Filtrieren suspendierter Bestandteile, die mit der Wasser- und Abwasserbehandlung im Bergbau und der chemischen Industrie verbunden sind. Es ist deshalb notwendig, sehr wirksame Chemikalien für diese Anwendungszwecke zu schaffen.

Es sind verschiedene Arten von Sedimentatiorismitteln für diese Anwendungszwecke im Gebrauch, unter denen die Polyacrylsäure- _j

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amid-Sedimentationsmittel besonders wichtig sind. Diese Polymerisate sind zum Ausflocken der verschiedensten Arten suspendierter Teilchen geeignete Besonders die anionischen Typen zeigen eine bemerkenswerte Wirksamkeit bei der Ausflockung positiv geladener Teilchen* so z.B. beim Sediment!eren und Filtrieren von Magnesiumhydroxid bei der Herstellung von Magnesiumoxid aus Seewasser. Besonders wichtig sind Sedimentationsmittel mit einem hohen Molekulargewicht» da di© Sediisentationseigenschaft dem Molekulargewicht direkt proportional ist«

Bie Acrylsäurepolyamide lassen sieh nach swei bekannten Verfahren herstellen, nach der Lösungspolymerisation In Wasser* und der Suspensionspolymerisation. Zur Herstellung von Polymerisaten von hohem Molekulargewicht eignet sich besonders das erstgenannte Verfahren. Der Nachteil an diesem Verfahren ist, daß es in der Durchführung umständlich ist iw&d hochviskose Polymericsungen erhalten werden, die schwierig zu handhaben sind. Zur Herstellu: g pulverförmiger Polymerisate ist dagegen die Suspensionspolycieri sation vorzuziehen, Dock ist es dabei schwierig, Polymerisate ''-~m hohem Molekulargewicht zu erhalt3zi_s da die Lösungsmittel als 10... fctenübertrager wirken und. eines Kettenabbruch bewirken.

Es ist "Bekakmt-2 ä&8 das Molekulargewicht von Polymerisaten, c 2 durch Polymerisation von monomeren Yinylverbiiidungen hergestellt werden, proportional der Konzentration des Monomers mid umgekehrt proportional dar Quadratwurzel der Konzentration des Katalysators und der Polymerisationstemperatür ist, und daß deshalb vorteilhaft Polymerisate von hohem Molekulargewicht erhalten werden, wenn'die Polymerisation bei hoher Konomer-Konzentration, _j

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niedriger Katalysatorkonzentration und niedriger Temperatur durchgeführt wird.

Bei der Suspensionspolymerisation muß die Konzentration des Monomers, die Polymerisationstemperatur und die Katalysatorkonzentration niedrig gehalten werden_s um stabile Suspensionen und eine geeignete Reaktivität zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Polyacrylsäureamide von hohem Molekulargewicht herzustellen, die eine ausgezeichnete Sedimentationswirkung aufzeigen. Um diese Aufgabe zu lösen, muß ein Polymerisationssystera geschaffen werden, das eine Polymerisation des Acrylsäureamids bei hohen Monomerkonzentrationen erlaubt.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von Acrylsäureamid-Polymerisaten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Acrylsäureamid mit einer monomeren Monovinylverbindung in einem Gemisch aus Wasser und Aceton in Gegenwart eines Redox-Katalysators aus einem Persulfat, einem aliphatischen Amin und Aluminium-, Antimon-, Lithium- oder Zinkchlorid oder -bromid oder deren Gemisch polymerisiert.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren .lassen sich Polymerisate von hohem Molekulargewicht herstellen, ohne die Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, die bei der üblichen Suspensionspolymerisation

von Vinylmonomeren in einem Lösungsmittel, wie Aceton, Äthylacetat und tert.-Butanol, in Gegenwart eines Katalysators, wie ginem Gemisch von Persulfaten und Aminen oder einem Reduktions- _i

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mittel, wie Natriumthiosulfat, auftreten. Erfindungsgemäß werden hochmolekulare Acrylsäureamid-Polymerisate erhalten, die sich in Pulverform herstellen lassen.

Beim erfindungsgeraäßen Verfahren kann die entstehende Suspension auch dann stabilisiert werden, wenn eine höhere Monoiner-Konzentrationi eine niedrigere Polymerisationsteraperatur und eine niedrigere Katalysatorkonzentration im Vergleich zur üblichen Suspensionspolymerisation zur Anwendung kommen. Auf diese Weise werden Polymere von hohem Molekulargewicht und hoher Ausbeute erhalten.

Bevorzugte monomere Monovinylverbindungen für das erfindungsgemäße Verfahren sind Acrylsäurenitril, Acrylsäure und ihre Salze, Methacrylsäure und ihre Salze und Vinylpyridin. Besonders bevorzugt ist Acrylsäure. Obwohl Acrylsäureamid in Verbindung mit einer oder mehreren dieser monomeren Monovinylverbindungen in jedem Mischungsverhältnis verwendet werden kann, wird seine Verwendung als Hauptbestandteil, z.B. in einem Anteil von 65 bis 99 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Acrylamids und der monomeren Monovinylverbindung, bevorzugt.

Die Anteile an Acrylsäureamid und der monomeren Monovinylverbindung sind für die Umsetzung nicht wesentlich. Diese Komponenten können in einem verhältnismäßig breiten Mengenbereich verwendet werden. Vorzugsweise werden Jedoch 20 bis 30 Gewichtsprozent an Acrylsäureamid und der monomeren Monovinylverbindung, bezogen auf das Gewicht des Reaktionsgemisches, verwendet.

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Der Persulfat-Bestandteil des Redox-Katalysators ist vorzugsweise Kaliumpersulfat, Natriumpersulfat oder Ammoniumpersulfat. Bevorzugte aliphatische Amine sind Dimethylaminoäthanol, Triäthanolamin, Hexamethylendiamin, Diäthylentriamin, Triäthylentetramin, Tetraäthylenpentamin, Polyäthylenimin, Tetramethyläthyl endiamin, Tetramethylpropylendiamin oder Tetramethylhexamethylendiamin.

Das Gewichtsverhältnis des aliphatischen Amins zum Persulfat im Redox-Katalysator kann von 0,5 : 1 bis 2,5 i 1, das Gewichtsverhältnis der Lewis-Säure zum aliphatischen Amin kann von 0,5 : 1 Ms 3,0 : 1 betragen. Der Anteil des Redox-Katalysators, d.h. der Anteil der genannten wirksamen Bestandteile, beträgt gewöhnlich von 0,01 bis 1,0 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Acrylsäureamids und der monomeren Monovinylverbindung vor der Polymerisation.

Vorzugs\*eise wird im erfindungsgemäßen Verfahren als Reaktionsmedium ein Gemisch aus Wasser und Aceton mit einem Anteil von 23 bis 30 Gewichtsprozent Aceton verwendet. Der Anteil des Lösungsmittels im Reaktionsgemisch ist nicht eingeschränkt. Aus Gründen der Stabilität und der Handhabung der Suspension wird die Poly-. · merisation unter Verwendung eines Anteils von 70 bis 80 Gewichtsprozent an Lösungsmittel, bezogen auf das Gewicht des Reaktionsgemisches, durchgeführt. .

Bei der Polymerisation können auch Dispergiermittel verwendet werden. Ein bevorzugtes Dispergiermittel ist Polyvinylalkohol. _tDer Anteil des 'Dispergiermittels kann von 0,1 bis. 4 Gewichtspro-_j

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zent, bezogen auf das Gewicht das Reaktionsgemisches, betragen.

Die erfindungsgemäßen Polymerisate, die hochmolare Polyacrylsäureamide als Hauptbestandteil enthalten, zeigen ausgezeichnete und überlegene Sedimentationseigenschaften. ,

Die Beispiele erläutern die Erfindung. Teil- und Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht,.sofern nichts anderes angegeben ist.

Beispiel 1

2,7 g Acrylsäure werden in 200 g V/asser unter Rühren gelöst und mit etwa 2,6 ml einer 10 η natronlauge bei 35°C neutralisiert. Die erhaltene Lösung wird mit 213 g Aorylsäureamid, 307 g V/asser and 215 g Aceton und danach mit 40 g einer 5prozentigen wäßrigen Lösung von Polyvinylalkohol imd 0,2 g Zinkchlorid versetzt. Unter Stickstoffatmosphäre \vird das Gemisch mit 10 ml einer Iprozentigen wäßrigen Kaliumpersulfatlösung und 10 ml einer 2prozentigen wäßrigen Bimethylaminoäthanollösung versetzt. Di zuerst homogene und klare Lösung wird zunehmend trüb und weif. Die Polymerisation wird dann während 8 Stunden bei 10°C fortgesetzt. Nach beendeter Umsetzung wird die erhaltene Polymersuspension abfiltriert. Man erhält ein pulverförmiges Polymerisat, das mit Aceton gewaschen und unter vermindertem Druck getrocknet wird. Das Pulver besteht aus weißen und körnigen Einzelteilchen, die eine gute Löslichkeit in Wasser aufweisen. Die Ausbeute beträgt etwa 92 Prozent, die Grenzviskositätszahl 19,0 (bestimmt in einer 1 η wäßrigen Natriumnitratlösung bei 30°C). * _j

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Zum Vergleich wurde die Umsetzung in der beschriebenen V/eise durchgeführt, jedoch wurde dem Gemisch kein Zinkchlorid zugesetzt. Die so erhaltene Suspension läßt sich erst nach 4 Stünden ausflocken.

Beispiel 2

Ein Gemisch aus 446 g V/asser und 192 g Aceton wird mit 195,5 g Acrylsäureamid und 43,2 g Acrylsäure versetzt und mit etwa 50 ml 10 η wäßriger Natriumhydroxidlösung neutralisiert. Dann werden 40 g einer 5prozentigen wäßrigen Lösung aus Polyvinylalkohol und 0,2 g Zinkbromid zugesetzt. Hierauf wird das Reaktionsgefäß mit Stickstoff gespült, und unter Stickstoff werden dann 10 ml einer Iprozentigen wäßrigen Kaliumpersulfatlösüng und 10 ml einer 2prozentigen wäßrigen Tfiäthanolaminlösung zugesetzt. Die Polymerisation setzt innerhalb weniger Minuten ein_;und das zuerst homogene und klare Gemisch wird mit fortschreitender Polymerisation zunehmend trübe und weiß. Die Polymerisation wird während 8 Stunden unter Rühren und im Stickstoffstrom durchgeführt. Nach beendeter Umsetzung wird gemäß Beispiel 1 aufgearbeitet. Es werden 230 g eines Copolymerisats erhalten, das eine gute Löslichkeit in Wasser aufweist. Grenzviskositätszahl: 25,2.

Zum Vergleich wird das beschriebene Verfahren ohne Zusatz von Zinkbromid durchgeführt. Die so erhaltene Suspension läßt sich erst nach etwa 4 Stunden ausflocken.

Unter Verwendung von Tetramethyläthylendiamin, Tetramethy!hexamethylendiamin oder" Tetramethylpropylendiamin anstelle von Triäthanolamin wird ein Copolymerisat mit einer Grenzviskositäts- _j

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über
zahl von/25,0 in einer Ausbeute von etwa 90 Prozent erhalten.

Beispiel 3

Ein Gemisch aus 154 g Acrylsäureamid, 83,6 g Acrylsäure, 40 g Polyvinylalkohol (Gosenol GH-17 der Nihon Gosei Kagaku Co., Ltd.), 0,2 g Zinkchlorid, 446 g V/asser und 192 g Aceton wird mit etwa 86 ml einer 10 η Natronlauge neutralisiert. Die erhaltene Lösung wird im Stickstoffstrom mit 10 ml einer Iprozentigen wäßrigen Natriumpersulfatlösung und 10 ml einer 2prozentigen wäßrigen Dimethylaminoäthanollösung versetzt. Die Polymerisation wird während 8 Stunden bei 15⁰C durchgeführt. Die erhaltene Polymersuspension wird abfiltriert und gemäß Beispiel 1 getrocknet. Man erhält ein Copolymerisation guter Wasserlöslichkeit

mit in einer Ausbeute von 90 Prozent und/einer Grenzviskositätszahl

von 22,0.

Bei der Durchführung des Verfahrens, Jedoch ohne Zusatz von Zinkchlorid, erhält man eine instabile und zur Ausflockung neigende ' Suspension. Man erhält ein Copolymerisat mit einer Grenzviskositätszahl von 20,0 in einer Ausbeute von 90 Prozent.

Beispiele 4 bis 6

Gemäß Beispiel 2 wird die Polymerisation unter Verwendung von Lithiumchlorid, Aluminiumbromid oder Antimonchlorid anstelle von Zinkbromid durchgeführt. Die Umsetzung verläuft glatt. In Tabelle I sind die Vierte für die Grenzviskositätszahl der erhaltenen Polymerisate angegeben.

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- 9 Tabelle I

Beispiel Nr.	4	5	6
Lewis-Säure	Lithium chlorid	Aluminium- bromid	Antimon chlorid
Ausbeute (%)	90,5	91,0	92,0
L¹LJ 1n NaNO₃	22,5 -	23,0	23,5

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Claims

P a t e η t a ns ρ r ü c h e

fi/ Verfahren zur Herstellung von Acrylsäureamid-Polymerisäten, dadurch gekennzeichnet, daß man Acrylsäureamid mit einer monomeren Monovinyl verbindung in einem C-smisch aus Wasser und Aceton in Gegenwart eines Redox-Katalysators aus einem Persulfat, einem aliphatischen Amin und Aluminium-, Antimon-, Lithium- oder Zinkchlorid- oder -bromid oder deren Gemisch polymerisiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Monovinylverbindung Acrylsäurenitril, Acrylsäure, deren Salze, Methacrylsäure, deren Salze, Vinylpyridin oder deren Gemisch verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Acrylsäureamid und die Monovinylverbindung in einer Gesamtmenge von 20 bis 30 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht aes Reaktionsgemisches, einsetzt.
A. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß man Acrylsäureamid in einer Menge von 65 bis 99 Gewichtsprozent, be- ' zogen auf das Gesamtgewicht an Acrylsäureamid und der Monovinylverbindung, einsetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polymerisation in einem Gemisch aus V/asser und Aceton durchführt, das 23 bis 30 Gewichtsprozent Aceton enthält.

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6. Verfahren nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, daß man als Persulfat Kaliumpersulfat, Natriumpersulfat, Ammoniurapersulfat oder deren Gemisch verwendet.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als aliphatisches Amin Dimethylaminoäthanol, Triethanolamin, Hexamethylendiamin, Diäthylentriamin, Triät.hyl' ir "et ran in, Tetraäthyl enpentamin, Polyäthylenimin, Tetraraeib^li"' )ylendic-m.1n, Tetramethylpropylendiamin, TetramethylhexamethvJ ¹Ii' ic m\ ι ίάετ deren Gemisch verwendet.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geke:;. m. ; iohi■ <;t_f da 3 man den Redox-Katalysator in einer Menge von 0,01 ois " ,·' Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Acryl,5ärreamids und der monomeren Monovinylverbindung; verwendet.
9. Verfahren nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das Persulfat und das aliphatische Amin in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 0,5 bis 2,5 verwendet.
10. Verfahren nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das aliphatische Amin und die Lewis-Säure in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 0,5 bis 3,0 verwendet.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Copolymerisation in Gegenwart von Polyvinylalkohol als Dispergiermittel durchführt.

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BAD ORIGINAL
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man Polyvinylalkohol in einer Menge von 0,1 bis 4 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Reaktionsgemisches verwendet.
13. Verwendung der nach Anspruch 1 bis 12 hergestellten Acrylsäureamid-Polymerisate als Sedimentationsmittel.
14. Verwendung der nach Anspruch 1 bis 12 hergestellten Acrylsäureamid-Polymerisate zum Sedimentieren von Feststoffen.

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