DE2653444A1 - Verfahren zur entfernung von wasser aus polymergelen - Google Patents

Verfahren zur entfernung von wasser aus polymergelen

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DE2653444A1
DE2653444A1 DE19762653444 DE2653444A DE2653444A1 DE 2653444 A1 DE2653444 A1 DE 2653444A1 DE 19762653444 DE19762653444 DE 19762653444 DE 2653444 A DE2653444 A DE 2653444A DE 2653444 A1 DE2653444 A1 DE 2653444A1
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aqueous polymer
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Susumu Matsumoto
Atsuo Tago
Rycichi Yamanaka
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Kyoritsu Yuki Co Ltd
Mitsubishi Kasei Corp
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Kyoritsu Yuki Co Ltd
Mitsubishi Kasei Corp
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    • C08F6/06—Treatment of polymer solutions
    • C08F6/12—Separation of polymers from solutions
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  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Separation Of Suspended Particles By Flocculating Agents (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

PATENTANWÄLTE
DiPL-InO1P-WIRTH-Dr-V-SCHMIED-KOWARZIK DIpL-Ing. G. DANNENBERG · Dr. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDEL
28H34 6 FRANKFURT AM MAIN
E 01 287014 GR. ESCHENHEIMER STRASSE 38
SK/SK
Case No. 1755
Kyoritsu Yuki Co., Ltd. 7-13-15, Ginza, Chuo-ku, Tokyo / 3apan
und
Mitsubishi Chemical Industries Limited 5-2, Marunouchi 2-chome, Chiyoda-ku, Toyko / 3apan
l/erfahren zur Entfernung von Wasser aus Polymergelen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entfernung von Wasser aus einer wässrigen, wasserlösliche Polymere enthaltenden Lösung. Sie bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Rückgewinnung wasserlöslicher, hoch molekularer Polymerer aus einem wässrigen Gel derselben ohne Zerstörung ihrer Eigenschaften.
Wasserlösliche, hoch molekulare Polymere, . insbesondere Polymere oder Mischpolymere, die hauptsächlich aus Acrylamid-, Methacrylamid und quaternären Ammoniumsalzen von Dialkylaminoalkylacrylat oder -methacrylat bestehen, finden wäite Verwendung als Ausflokkungsmittel für verschiedene Abwässer, Chemikalien bei der Papierherstellung oder für Textilien usw. Diese wasserlöslichen Polymeren werden gewöhnlich durch ein wässriges Polymerisationssystem, hergestellt, d.h. eine wässrige Monomerenlösung oder eins
709R23/102 8
rige, mit einer organischen Flüsigkeit emulgierte Monomerenlösung wird polymerisiert und das erhaltene Polymere in der wässrigen Lösung gelöst. Da die polymere Lösung gewöhnlich eine viskose oder kautschukartige Masse ist, wird sie im folgenden als Gel oder wässriges Polymergel bezeichnet. Zur Herstellung eines Pulvers aus dem Polymeren muß man das Wasser aus dem wässrigen Polymergel entfernen, bis der Wassergehalt unter 10 Gew.-^ liegt« Die meisten industriellen V/erfahren zur Wasserentfernung aus dem wässrigen Polymergel sind Wärmetrocknungs- und azeotrope Destillationsverfahren (vgl. die DPS 14 94 967).
Es wurde gefunden, daß die Trocknung des wässrigen Polymergels durch diese Verfahren eine schädliche Wirkung auf die Polymer» eigenschaften, insbesondere die für Ausflockungsmittel wichtige Wasserlöslichkeit, hat, die verringert wird. Die Schädigung wird noch stärker, wenn das Polymere bei erhöhten Temperaturen, z.B. über 40 C, behandelt wird.
Erfindungsgemäß wurde nun festgestellt, daß man zweckmäßig dem wässrigen Pnlymergel beim Trocknen gewisse Verbindungen zufügt, um eine Verschlecherung der Polymereigenschaften zu vermeiden»
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Wasserentfernung aus dem wässrigen Gel eines wasserlöslichen, hoch molekularen Polymeren ohne Verminderung der Polymereigenschaften.
Erfindungsgemäß wird nun das Wasser aus dem wässrigen Gel des wässerlöslichen, hoch molekularen Polymeren, das als Hauptkomponenten wiederkehrende Einheiten der Formeln (i) und/oder (2)
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H R1
I I
4- C - - c —-
I I
H CONH
H R* , - ■■ ■ · ' . ■ '■■■■■-. I I -. ■ ·■■ ■■■■·.
(ι) -t- c - c rf ■ nh ' ..
. H COOR3 N—-r5 X (2)
enthält, in Anwesenheit mindestens einer Verbindung aus der Gruppe von mehrwertigen Phenolen, Benzochinonenund deren Derivaten entfernt.
In den obigen Formel (i) und (2) bedeuten R und R Wasserstoff
3 4
oder eine Methylgruppe, R steht für eine C^3 Alkylengruppe, R , R und R , die gleich oder verschieden sind, stehen für eine
C. , Alkylgruppe oder eine Benzylgruppe, und X^-/ ist ein Anion.
Die wasserlöslichen Polymeren der vorliegenden Erfindung haben als Hauptkomponenten wiederkehrende Einheiten gemäß den obigen Formel (1) und/oder (2). Diese Polymere werden durch Polymerisieren ungesättigter Fettsäureamide der Formel (I1) und/oder quaternärer Ammoniumsalze der Formel (21) nach, bekannten wässrigen Polymerisationsverföhren hergestellt:
CH? =C ; C1 J
CONH2 . - . -—3 x-r6 .
wobei R bis R und Xv-^die Bedeutung gemäß Formel (1) und (2) haben.
Ungesättigte Fettsäureamide der Formel (1 ') umfassen Acrylamid und Methacrylamid. Typische quaternäre Ammoniumsalze der Formel (2') umfassen Acryloyloxyäthyltrimethylammoniumchlorid, Methacryloyloxyäthyltrimethylammoniumchlorid, Acryloyloxyäthyltri-
. 709823/1028
26534U
yi ζ>
met hy lammoniummeth/sulfat, Methacryloyloxyäthyltrimethylammoniummethylsulfat, Methacryloyloxyäthyltriäthylammoniumchlorid, Methacryloyloxyäthyldimethyläthylammoniumchlorid usw. Die wasserlöslichen Polymeren der vorliegenden Erfindung können auch andere äthylenisch ungesättigte, monomere Einheiten als geringfügigere Komponente enthalten. So können z.B. Mischpolymere aus Acrylamid und Acrylsäure oder deren Salz oder teilweise hydrolysiertes Polyacrylamid verwendet werden. In jedem Fall muß die geringere Komponente weniger als 40 Μ0Ι-/0, bezogen auf alle, das polymere bildenden Monomeren, betragen.
Zur Herstellung des wässrigen Polymergels kann jedes übliche wässrige Polymerisationssystem, d.h. ein wässriges'Lösungs- oder Emulsionspolymerisationssystetii, verwendet werden (vgl. z.B. die US PS 2 982 749 und die japanische Patentveröffentlichung Mo. 15033/1962). Wässrige Lösungspolymerisationsverfahren erfolgen durch Bildung einer wässrigen, weniger als 70 %, vorzugsweise 10-50 Gew.^/o, Monomeres enthaltenden Lösung, Zugabe eines Polymerisationsinitiators und Stehenlassen der Lösung bei entsprechender Temperatur, gewöhnlich 40-80 C.
Es werden bekannte Radikalpolymerisationsinitiatoren verwendet, z.B. Peroxide, wie Kaliumpersulfat, Ammoniumpersulfat, Wasserstoffperoxid, BenzoyIperoxid; Azoverbindungen, wie Azobisisobutyronitril, 2,2·-Azobis-(2-amidinopropan)-hydrochlorid. Die Initiatormengen betragen 0,0Πΐ-2 Gew.-% des Monomeren, Gegebenenfalls kann ein Redox-Initiatorsystem in Kombination mit einem Metallsalz, wie Natriumsulfit oder ein tertiäres Amin, wie Triäthanolamin mit einem oben genannten Peroxid verwendet werden. Im Fall eines Redoxsysteminitiators können niedrigere Polymerisationstemperaturen
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_ sr -
angewendet werden. Die erhaltenen Produkte sind wässrige Polymergele mit einem Wassergehalt von 50-90 Gew. -% und 10-50 Gew.-$ wasserlöslichem Polymeren.
Bei der wässrigen Emulsionspolymerisation uiird eine wässrige, weniger als 70 Gew.-%, vorzugsweise 30-60 Gew.-%, Monomeres enthaltende Lösung mit einer organischen Flüssigkeit unter Verwendung eines Emulgators emulgiert. Als organische Flüssigkeit kann ein chlorierter Kohlenwasserstoff, wie Dichloräthan, Trichloräthylen, ein aliphatischer oder alicyclischer Kohlenwasserstoff, wie Hexan, Cyclohexan, oder ein aromatischer Kohlenwasserstoff, wie Benzol, Xylol usw., verwendet werden. Die erhaltene Emulsion wird bei entsprechender Temperatur in Anwesenheit eines geeigneten Initiators, wie er auch bei der wässrigen Lösungspolymerisation verwendet wird, stehen gelassen.
Das Verhältnis der.organischen Flüssigkeit zur wässrigen Monomerenlösung liegt gewöhnlich zwischen 1-3 Gew.-%. Die bei der Emulsionspolymerisation verwendeten Emulgatoren umfassen nicht-ionische Emulgatoren, wie Polyoxyäthylenalkylätherverbindungen, Polyoxy ät hy lenalkylph en oläth erverbinduηgen, Polyoxyäthylenalkylesterverbindungen, SorbitanalkyIesterνerbindungen, Polyoxyäthylenalkylamidverbindungen oder übliche kationische oder anionische Emulgatoren. Entsprechend der Emulgatorart, z.B. bei Verwendung öllöslicher Emulgatoren mit einem HLB ("hydrophilic-lipophilic balance" = hydrophiler-lipophiler Ausgleich) von 3,5-6 werden Wasser-in-Öl-Emulsionen gebildet, während bei Verwendung wasserlöslicher Emulgatoren mit einem HLB von 8-18 Öl-in-Wasser-Emulsionen gebildet werden. Die Emulgatormenge beträgt gewöhnlich
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' - tr -
0,01-5 Geiu,-/b der Emulsion. Das erhaltene u/ässrige Polymergel· ist in der organischen Flüssigkeit dispergiert oder suspendiert, und nach Abtrennung der organischen Flüssigkeit durch Filtrieren usui. erhält man ein wässriges Polymergel mit einem Wassergehalt von 40-70 %.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Entfernung von Wasser und erfolgt bei erhöhter Temperatur.
Die bekannten Tröcknungsverfahren der Wärmetrocknung und azeotropen Destillation (vgl. die oben genannte DPS) u/erden zur Wasserentfernung aus dem wässrigen Polymergel angewendet. Bei der Wärmetrocknung wird das wässrige Polymergel durch geeignete Mittel, wie heiGe Luft, unter atmosphärischem oder vermindertem Druck auf 60-100 C. erhitzt. Es ist zweckmäßig, das Polymergel vor dem Erhitzen zu kleinen Teilchen oder Strängen zu zerschneiden; gegebenenfalls wird ein Trommeltrockner oder eine ähnliche Vorrichtung verwendet.
Bei der azeotropen Destillation wird das wässrige Polymergel in die organische Flüssigkeit dispergiert, die mit Wasser ein Azeotrop bildet und ein Nicht-Lösungsmittel für das Polymere ist,, worauf die Dispersion zum azeotropen Siedepunkt erhitzt wird. Geeignete organische Flüssigkeiten umfassen Toluol, Xylol, Cyclohexan, Hexan, Tetrachlorkohlenstoff, Dichloräthan, Trichloräthan usw. Wird das wässrige Polymergel durch Emulsionspolymerisation gebildet, dann kann das erhaltene Reaktionsprodukt ohne Trennung des wässrigen Polymergels von der organischen Flüssigkeit auf Destillationstemperatur erhitzt werden.
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φ»
3
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Wasser vom wässrigen Polymergel in Anu/esenheit mindestens eines Zusatzes aus der Gruppe von mehrwertigen Phenolen, Benzochinonen und deren Derivaten entfernt. Die mehrwertigen Phenole umfassen Brenzkatechin, Resorcin, Pyrogallol und Hydrochinon. Die Benzochinone sind z.B. o-Benzochinon und p-Benzochinon. Die Derivate umfassen niedrige p-Alkoxyphenole, wie den Hydro.chinonmonomethy lather, Hydrochinonmonoäthyläther und deren o- oder m-Isomerenj wasserlösliches Dihydroxybenzole mit niedrigen Alkylgruppen im Benzolring, wie Orcin; wasserlösliche Benzochinone mit niedrigen Alkylgruppen im Benzolring, wie o-Methylbenzochinon, p-Ä'thylbenzochinon usw. Die oben genannten niedrigen Alkyl- oder Alkoxygruppen bedeuten C, , Alkyl- oder Alkoxygruppen.
Die Menge dieser Zusätze liegt gewähnlich zwischen 0,005-5 vorzugsweise 0,01-1,5 Gew.-%, des Polymeren. Die Zusätze können während der Polymerisation oder .während der Wasserentfernung zugefügt werden; es ist jedoch zweckmäßig, sie nach der Polymerisation und vor der Wasserentfernung zuzugeben, da sie eine Inhibierung der Polymerisationsreaktion bewirken. Obgleich die Zusätze in Form eines Pulvers oder einer wässrigen Lösung zugegeben werden können, wird eine wässrige Lösung bevorzugt, damit ein homogener Kontakt von Polymergel und Zusatz erreicht wird.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung, ohne sie zu beschränken. In den Beispielen wurde die Viskosität wie folgt gemessen: das Polymere wurde in einer 4-/oigen wässrigen Natriumchloridlösung zu einer 0,5-gew.-^igen Lösung
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/O
das wasserlöslichen Polymeren gelöst, und die Viskosität wurde bei 25 C. mittels eines Ostwald-Viskometers gemessen. In den Beispielen bedeutet % immer Gew.-/o.
Beispiel 1
Eine 45-$£ige wässrige Monome renlösung, die Acrylamid und Methacryloyloxyäthyltrimethylammoniumchlorid in einem molaren l/erhältnis von 60:40 enthielt, wurde mit dem 1,5-Fachen an Cyclohexan zu einer Emulsion gemischt. Als Emulgator u/urde Polyoxyäthylenrionylphenyläther (HLB = 12,9) zugefügt. Als Polymerisationsinitator wurde 2 ,2 · -Azobis-(2-amidinopropan) -hydrochlorid verwendet. Die Polymerisation erfolgte 3 Stunden- bei 45-60°C, dann wurde das Cyclohexan abfiltriert, und man erhielt ein wässriges Palymergel mit einem Wassergehalt von 55 % und einer Viskosität von 20 cp. 20 g des erhaltenen wässrigen Polymergels wurden in einen Kolben gegeben, und es wurden 100 ecm Cyclohexan zugefügt. Der Kolben wurde mit einem Cyclohexan-Wasser-Scheider und Kühler versehen
und in einem Wasserbad, dessen Temperatur auf 85-90 C. gehalten wurde, zum Abdestillieren des Wassers vom wässrigen Gel durch azeotrope Destillation 5 Stunden erhitzt. Diese azeotrope Destillation wurde mit verschiedenen Zusätzen vor der Destillation wiederholt. Die Menge an Zusatz betrug 1 % des getrockneten Polymeren.
Die Ergebnisse dieser Tests sind in der folgenden Tabelle I gezeigt. Der Löslichkeitstest erfolgte durch Zugabe van 0,2 g des getrockneten Polymeren zu 200 ecm entsalztem Wasser und Rühren der Mischung für 4 Stunden. Dann^wurde die Menge der unlöslichen Fraktion rrrit dem bloßen Auge festgestellt. Die Löslichkeit wurde
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entsprechend der Menge an unlöslicher Fraktion uon 0 bis 6 bewertet,
wobei 0 keine unlösliche Fraktion und 6 eine solche Menge an
unlöslicher Fraktion bedeutet, als ob keine Zugabe erfolgte märe.
Tabelle I
Zusatz Löslichkeit
keiner - 6
Hydrochinon 1
Resorcin 2
Brenzkatechin 0
Pyrogallol 0
Hydrochinonmonomethylather 2
Beispie' 1 2
Beispiel 1 uiurde unter Zugabe von p- oder o-Benzochinon wiederholt; die Ergebnisse sind in Tabelle II gezeigt:
Tabelle'II
Zusatz Löslichkeit keiner 6
p-Benzochinon 0
o-Benzochinon 0
B e i s ρ i e 1 3
Wie in Beispiel 1 wurde ein wässriges Polymergel hergestellt; dann wurde nach der Polymerisation zur erhaltenen Aufschlämmung des wässrigen Polymergels (Viskositpt des Polymeren = 20 cp) .Brenzkatechin oder p-Benzochinon zugefügt und das Wasser durch azeotrope Destillation abdestilliert. Die Löslichkeit des erhaltenen Polymeren ist in Tabelle III gezeigt.
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26534A4
Menga an Zusatz
- re- -
41, ...
Tabelle III		 p-Benzo-
chinon
6
6
Löslichkeit 1
Brenzkate-
chin		 0
6 0
5
1
O
O
keiner 0,001 0,005 0,01 0,5
Aus Tabelle III ist ersichtlich, daß ein Zusatz von mehr als 0,0C5 % zweckmäßig ist.
Beispiel 4
Eine Mischung aus Acrylamid und Rethacryloyloxyäthyltrimethylammoniumchlorid in einem molaren Verhältnis *vaη 60:40 wurde in Wasser zu einer 40-^igen wässrigen Lösung gelöst. Die Mischpolymerisation erfolgte 3 Stunden in einem Bad, dessen Temperatur auf 50-600C. gehalten wurde, unter Verwendung von 2,2f-Azobis-(2-amidinoprcpan)-hydrochlorid als Polymerisationsinitiator. Das erhaltene wässrige Gel des Mischpolymeren mit 60 % Wassergehalt wurde zu kleinen Teilchen zerstoßen. 20g der Polymerteilchen wurden auf eine Platte gegeben und diese zur Wasserentfernung Stunden auf einen auf 85-9O0C. gehaltenen Thermostattrockner gestellt. Vor der Trocknung wurden den Polymerteilchen verschiedene Zusätze zugefügt. Die Löslichkeit des getrockneten Polymeren ist in Tabelle IV gezeigt.
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JS. :
Tabelle IW
Zusatz ■ Löslichkeit
keiner 6
Hydrochinon .2
Brenzkatechin D
Pyrogallol ■ 0
p-Benzochinon 0
Hydrochinonmonomethyläther 2
B e i s-p i e 1 5
In einen 10-1-Reaktor aus rostfreiem Stahl wurden 2950 g Cyclohexan und 87 g Polyoxyäthylennonylphenyläther (HLB = 10,9) gegeben, dann wurde dem Reaktor zur Bildung einer Emulsion eine Lösung aus 870 g Acrylamid in 1300 g Wasser zugefügt. Der Reaktor wurde unter Einführung uon gasförmigem Stickstoff auf 60 C. eihitzt und die Polymerisation durch Zugabe von 17,4 g einer 0,5~/£igen wässrigen Ammoniumpersulfatlösung eingeleitet und 30 Minuten fortgesetzt. Zur erhaltenen Aufschlämmung des wässrigen Polymergels wurden 87 g einer 10-^igen wässrigen BrenzkatechinlÖsung (1 %, bezogen auf das getrocknete Polymere) zugefügt, worauf das Wasser durch azeotrope Destillation entfernt wurde. Die Löslichkeite-, Uiskositäts- und Ausflockungseigenschaften für ein Halbstoffabwässer sind in Tabelle U gezeigt: '
Tabelle U
mm keiner Zusatz Brenzkatechin
6 1 % 1
Löslichkeit 100 120
Viskosität? cp 1 3
Ausflockungsfähigkeit*;
pH 4,5		 2 4
pH 5,5 2 3
- pH 6,5
709 8 2 3 /1 0 2 6
- vt- -4+
* Die AusflockungsfMhigkeit zeigt die Große der gebildeten Flocken, wenn das Abwasser eines Kraft-Haibstoffes mit 1 ppm des Polymeren und 400 ppai Aluminiumsulfat behandelt uiurde.
Tabelle V zeigt deutlich, daß Löslichkeit, Viskosität und Ausflockungsfähigkeit durch die Zugabe von Brenzkatechin erhöht wurden.
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Claims (1)

  1. 2653U4
    Patentansprüche
    1·- Verfahren zur Entfernung von Wasser aus dem wässrigen Gel eines hoch molekularen Polymeren, das als Hauptkomponenten wiederkehrende Einheiten der Formeln (i) tind/oder (2) aufweist
    H f
    i V (2)
    2 •R* R - r5 : I Ml . - C ·)-' COOR3 N ^ .H I . C ·
    ι         - I
    H-
    ι ι
    "Η- COMBL·-
    12
    in welchen R und R Wasserstoff oder eine Methylgruppe bedeuten, R für eine C, -, Alkylengruppe steht, R bis R , die gleich oder verschieden sind, eine niedrige C. , Alkylgruppe oder eine Ben- ■ zy!gruppe bedeuten und X ~ für ein Anion steht, dadurch gekennzeichnet, daß man Wasser vom wässrigen Gel des Polymeren in Anwesenheit mindestens einer Verbindung aus der Gruppe wasserlöslicher mehrwertiger Phenole, Benzochinone oder deren Derivate entfernt.
    \J/.- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wässrige Polymergel durch Polymerisation eines ungesättigten Fettsäureamids der Formel (3) HR1 " - ' '
    ι -1 -■,■"- ■-■■'.■.
    H CONH2 ■ · .· .-...-...,*
    und einem quaternären Ammoniumsalz der Formel (4) in wässrigem Medium
    HR2 : . ■ - .-·
    > ι ■■"--■ - .
    c=c L . ■ . ■·■"-'.-
    H C00,H^|XO ■· ()..
    hergestellt.wird, wobei R bis R und X die obige Bedeutung haben.
    709823/1026
    ORIGINAL· INSFSCIED
    3,- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wässrige Polymergel durch Polymerisation eines quaternären Ammoniumsalzes der Formel: ? · ' " ·
    Il
    H COOITN — R^. XW . * -
    hergestellt wird, ujobei R bis R und X ~ die obiga Bedeutung haben.
    4,- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wässrige Polymergel durch Polymerisation von Acrylamid und Methacryloyloxyäthyltrimebhylammoniumchlorid hergestellt uiird.
    5.- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserentfernung bei erhöhter Temperatur durchgeführt luird.
    6,- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser vom wässrigen Polymergel in Anwesenheit von Brenzkatechin, Resorcin, Hydrochinon oder Pyrogallol entfernt wird.
    7.- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser vom wässrigen Polymergel in Anwesenheit von Benzochinon entfernt wird.
    8,- Verfahren aach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser vom wässrigen Polymergel durch Wärmetrocknungsverfahren entfernt wird.
    9,- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das. Wasser vom wässirgen Polymergel durch azeotrope Destillation entfernt wird.
    Der Patentanwalt:
    709823/1026
DE19762653444 1975-11-26 1976-11-25 Verfahren zur entfernung von wasser aus polymergelen Ceased DE2653444A1 (de)

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