DE3220114A1 - Verfahren zur herstellung von perlfoermigen polymerisaten - Google Patents

Verfahren zur herstellung von perlfoermigen polymerisaten

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Description

  • Verfahren zur Herstellung von perlförmigen Polymerisaten
  • Aus der DE-PS 1 081 228 ist ein Verfahren zur Herstellung von perlförmigen Polymerisaten aus wasserlöslichen, ethylenisch ungesättigten Monomeren nach dem Verfahren der umgekehrten Suspensionspolymerisation bekannt, bei dem man eine wäßrige Lösung der Monomeren in einer inerten hydrophoben Flüssigkeit suspendiert und darin in Gegenwart eines Polymerisationsinitiators und eines Schutzkolloids zu polymeren Produkten in Perlform polymerisiert. Für die praktische Durchführung des Verfahrens ist die richtige Auswahl eines geeigneten Schutzkolloids entscheidend. Man erhält nach diesem Verfahren Polymerisate mit besonders hohen Molekulargewichten und hat außerdem die Möglichkeit, bei geeigneter Wahl der inerten hydrophoben Flüssigkeit das Wasser durch azeotrope Destillation während oder im Anschluß an die Polymerisation aus dem System zu entfernen, so daß man trockene perlförmige Polymerisate erhält.
  • Aus der DE-OS 2 710 372 ist ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von perlförmigen Polymerisaten aus wasserlöslichen, ethylenisch ungesättigten Monomeren nach dem Verfahren der umgekehrten Suspensionspolymerisation bekannt. Als Schutzkolloide verwendet man bei diesem Verfahren Polymerisate aus a) 60 bis 100 Gew.-% Cyclopentadien, Di-Cyclopentadien, Tricyclopentadien undXoder deren alkylsubstituierten Derivaten und b) O bis 40 Gew.-% copolymerisierbaren mono- oder diolefinisch ungesättigten Monomeren. Die Polymerisate müssen in der Inerten hydrophoben Flüssigkeit löslich sein. Auch hier kann sich an wie Polymerisation ein Trocknungsschritt anschließen.
  • Die Polymerisate, die- nach den bekannten Verfahren der umgekehrten Suspensionspolymerisation hergestellt werden, enthalten noch ca. 1 bis 2 Gew.-% des Monomeren, bezogen auf Polymer. Besonders schwierig ist es, restliches Acrylamid aus Polyacrylamid zu entfernen, das nach dem obengenannten Verfahren hergestellt wird.
  • Aus Chemical Abstracts 90, 122284z (1979) ist bekannt, Acrylamid in wäßriger Lösung unter Verwendung von Katalysatormischungen zu polymerisieren, wobei die Katalysatormischung aus üblichen Katalysatoren und 10 bis 800 ppm Azobisisobuttersäurenitril oder Azobis(cyano-valeriansäure) besteht. Man erhält 22 Gew.-% Feststoffe enthaltende Gele von Polyacrylamid, die getrocknet werden.
  • Die Polymerisate zeichnen sich zwar durch einen geringen Restmonomerengehalt aus, enthalten Jedoch beträchtliche Mengen an vernetzten Anteilen. Die Wirksamkeit solcher Produkte beim Einsatz als Flockungsmittel läßt zu wünschen übrig.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Restmonomerengehalt von Polymerisaten, die nach der umgekehrten Suspensionspolymerisation hergestellt werden, zu erniedrigen und Produkte mit verbesserter Wirksamkeit zur Verfügung zu stellen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung von perlförmigen Polymerisaten aus wasserlöslichen, ethylenisch ungesättigten Monomeren nach dem Verfahren der umgekehrten Suspensionspolymerisation, bei dem man eine wäßrige Lösung der Monomeren in einer inerten hydrophoben Flüssigkeit suspendiert und darin in Gegenwart eines Schutzkolloids und eines Polymerisationsinitiators zu Polymerisaten in Perlform polymerisiert, dadurch gelöst, daß man als Polymerisationsinitiator, bezogen auf die Monomeren, eine Mischung aus 0,01 bis 1 Gew.-% 4,4'-Azobis-(4-cyano-valeriansäure) und 0,02 bis 1 Gew.-% 2,2'-Azobis-(2-amidinopropan)dihydrochlorid und/oder 2,2'-Azobis-(N,N'-diemthylen-isobutyramidin) dihydrochlorid einsetzt. Bei der umgekehrten Suspensionspolymerisation kann das Wasser während oder im Anschluß an die Polymerisation azeotrop aus der Mischung abdestilliert werden so daß man trockene, perlförmige Polymerisate erhält.
  • Geeignete wasserlösliche, ethylenisch ungesättigte Monomere sind beispielsweise Amide von ethylenisch ungesättigten C3 bis C4-Carbonsäuren, wie Acrylamid und Meth-4 acrylamid, 03- bis C5-ethylenisch ungesättigte Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure und Itaconsäure, Vinylsulfonsäure und 2-Acrylamido-2-methyl--propan-sulfonsäure sowie substituierte Amide ethylenisch ungesättigter Carbonsäuren, wie N-Methylolacrylamid, N-Methylolmethacrylamid und die entspreehenden veretherten Produkte. Die Monomeren, die eine Carboxylgruppe oder Sulfonsäuregruppe auSweisen, werden in Form von wasserlöslichen Salzen polymerisiert, beispielsweise verwendet man die Lithium-, Natrium-, Kalium-, Ammonium- und Kalziumsalze. Die Neutralisation der sauren Monomeren kann bei der Herstellung der wäßrigen Suspension vorgenommen werden bzw. man verwendet direkt die Salze zur Herstellung der Suspensionen. Nach dem Verfahren können sowohl Homopolymerisate als auch Copolymerisate hergestellt werden. Von den Homopolymerisaten besitzen vor allem Polyacrylamid und Polyacrylsäure besondere technische Bedeutung. Daneben können auch nach dem Verfahren Copolymerisate erhalten werden, indem man bei der umgekehrten Suspensionspolymeri- sation Monomerenmischungen einsetzt, z.B. Mischungen aus Acrylamid und Acrylsäure, Acrylamid und Acrylamidopropansulfonsäure, Acrylsäure und Methacrylsau, Acrylamid, Methacrylsäure und Acrylsäure sowie Acrylamid und N-Vinylpyrrolidon.
  • Bei der Polymerisation können auch in untergeordnetem Maße solche Monomeren Verwendung finden die in Wasser weniger gut löslich sind, sich dagegen in der Hilfsphase lösen.
  • Voraussetzung ist allerdings, daß sich diese Monomeren mit den genannten wasserlöslichen Monomeren gut copolymerisieren lassen. Solche Monomere sind beispielsweise Acrylnitril, Methacrylnitril, Methylacrylat und Methylmethacrylat.
  • Der pH-Wert der wäßrigen Lösung der Monomeren wird auf Werte von 8 bis 14, vorzugsweise 9 bis 11 eingestellt. Die Konzentration der wasserlöslichen Monomeren in der wäßrigen Phase beträgt 20 bis 80, vorzugsweise 35 bis 55 Gew.-%.
  • Die wäßrige Lösung der Monomeren wird anschließend in einer inerten hydrophoben Flüssigkeit suspendiert. Als hydrophobe Flüssigkeiten können prinzipiell alle mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeiten verwendet werden, die in die Polymerisation nicht eingreifen. Vorzugsweise verwendet man aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffmischungen sowie chlorierte aliphatische oder auch chlorierte aromatische Kohlenwasserstoffe. Beispiele für hydrophobe Flüssigkeiten sind Pentan, n-Hexan, Cyclohexan, Heptan, n-Octan, Isooctan, Benzol, Toluol, Xylol, Chlorbenzol, Trichlorethan, Hexachlorethan und Tetrachlorethylen0 Die Copolymerisation kann auch in Gegenwart von 0,001 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die gesamten Monomeren, eines wasserlöstichen Vernetzers mit mindestens zwei ethylenisch ungesättigten Doppelbindungen durchgeführt werden. Geeignete Vernetzer sind beispielsweise Ethandioldiacrylat, Methylen-bis-acrylamid, Methylen-bis-methacrylamid, Polyallyl- oder Polyvinylether von mehrwertigen Alkoholen, insbesondere von Sorbit, Pentaerythrit und Saccharose, Diallylacrylamid und Divinyldioxan. Für die Anwendung der Polymerisate als Verdickungsmittel verwendet man, bezogen auf die Monomerenmischung, 0,001 bis 0,5 Gew.-% eines Vernetzers, während man für die Herstellung wasserabsorbierender Mittel Vernetzer in der Größenordnung von 3 bis 7 Gew.-% in das Polymerisat einbaut.
  • Die wäßrige Lösung der Monomeren wird in Gegenwart eines Schutzkolloids in der inerten hydrophoben Flüssigkeit suspendiert. Als Schutzkolloide eignen sich beispielsweise Sorbitanester, wie Sorbitanmonostearat oder Sorbitanmonooleat, ethoxylierte Fettsäureamide, Glycerinfettester, Sorbitandioleat oder Sorbitanmonooleat als auch Schutzkolloide auf Basis von Block- oder Pfropfpolymerisaten, die mindestens einen polymeren hydrophilen Teil und einen polymeren hydrophoben Teil im Molekül enthalten.
  • Vorzugsweise verwendet man Schutzkolloide, auf Basis von Cyclopentadienpolymerisaten, die als Komponente a) 70 bis 98, vorzugsweise 85 bis 97 Gew.-% Cyclopentadien, Di-, Tri-, Tetracyclopentadien und/oder jeweils deren Alkylderivate mit 1 bis 3 C-Atomen Je Alkylrest einpolymerisiert enthalten. Zur tierstellung solcher Polymerisate verwendet man häufig ohlenwasserstoffgemische, die bei der destillativen Trennung von Pyrolysebenzin anfallen.
  • Geeignete Gemische dieser Art bestehen zu mindestens 85 Gew.-% aus den obengenannten Cyclopentadienmonomeren, können daneben aber auch andere Diene, wie Butadien, Isopren, Piperylen und deren Codimere mit (Methyl)cyclopentadien enthalten. Bevorzugt wird tethnisches Dicyclopentadien von mindestens 95 %iger Reinheit eingesetzt, das jedoch bis zu 30 Gew.-% durch (Methyl)cyclopentadien oder Oligomere des (Methyl)cyclopentadiens ersetzt sein kann.
  • Als Komponente b) der bevorzugt einzusetzenden Schutzkolloide kommen Maleinsäureanhydrid und/oder Halbester der Maleinsäure von 1 bis 20 C-Atome enthaltenden Alkanolen in Betracht, wie Methyl, Ethyl-, n- oder i-Propyl-, die isomeren Butyl-, Hexyl-, Octyl- und Decylmaleinate sowie die Maleinhalbester des Lauryl- oder Stearylalkohols, der Alkoholkomponenten des Kokosöls oder Talgfetts einzeln oder im Gemisch oder auch Cycloalkylester wie Cyclohexylmaleinat.
  • Von den Monomeren der Komponente b) setzt man vorzugsweise Maleinsäureanhydrid bei der Polymerisation ein und gibt entweder vor, während oder nach Ende der Polymerisation mindestens einen Alkohol in einer Menge von 0,1 bis 1 Mol je Mol eingesetztes Maleinsäureanhydrid dem Polymerisationsansatz hinzu, so daß die entsprechenden Maleinsäurehalbester entstehen. Die Monomeren der Gruppe b) sind zu 2 bis 15, vorzugsweise 3 bis 10 Gew.-% am Aufbau der Schutzkolloide beteiligt.
  • Zum Aufbau der bevorzugten Schutzkolloide können Monomere der Gruppe c) eingesetzt werden. Zu dieser Gruppe von Monomeren zählen 2 bis 12 C-Atome enthaltende Monoolefine wie Ethylen, Propylen, Isobuten, Hexen oder Diisobuten, Vinylaromaten mit 8 bis 12 C-Atomen wie Styrol, Methylstyrol, Vinyltoluol oder Inden. Der Anteil der Monomeren c) am Aufbau der Schutzkolloide beträgt 0 bis 20 Gew.-%.
  • 'Die Schutzkolloide können durch Einpolymerisieren von Monomeren der Gruppe d) modifiziert werden. Bei dieser Gruppe von Monomeren handelt es sich um polare Vinylmonomere wie (Meth)-acrylsäurealkylester mit 1 bis 20 C-Atomen im Alkylrest, z.B. Methyl, Ethyl-, n-, i-, t-und sekundär-Butyl-, Cyclohexyl-, 2-Ethylhexyl-, i-Decyl-oder auch Lauryl(meth)-acrylat, (Meth)acrylnitril, (Meth)acrylsäure, Vinylacetat oder Vinylpropionat. Der Anteil der Monomeren der Gruppe d) am Aufbau der Schutzkolloide beträgt 0 bis 10 Gew.-% und richtet sich im allgemeinen danach, welche Polarität und Löslichkeit des Schutzkolloids eingestellt werden sollen. Vorzugsweise werden Schutzkolloide verwendet, die mindestens ein Monomeres aus den Gruppen a), b) und gegebenenfalls c) einpolymerisiert enthalten.
  • Die Herstellung der Schutzkolloide erfolgt durch Polymerisieren der Monomeren in Abwesenheit ionischer Katalysatoren bei Temperaturen zwischen 220 und 300, vorzugsweise 240 bis 3000C, innerhalb von 0,1 bis 10, vorzugsweise 0,5 bis 5 Stunden. Die Herstellung kann in Substanz oder in Lösung erfolgen. Als Lösungsmittel eignen sich beispielsweise aliphatische Kohlenwasserstoffe wie Benzine, (Cyclo)hexan, aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol3 Xylol oder Tetralin, Ketone wie Methylethylketone, Ester wie Ethyl- und Butylacetat, Ether wie Dibutylether, Etherester wie Butylglykolacetat, Halogenwasserstoffe wie 1,2-Dichlorethan und Chlorbenzol oder auch Dimethylformamid. Gegebebenenfalls können nicht umgesetzte Einsatz und Begleitstoffe als (Co)solventien bei der wmgekehrten Suspensionspolymerisation mitverwendet werden. Die Schutzkolloide haben K-Werte nach DIN 53 726 (3-%ig in Tetrahydrofuran) von 8 bis 15.
  • Die wäßrige Lösung der Monomeren, die in inerter hydrophober Flüssigkeit suspendiert ist wird gemäß Erfindung in Gegenwart einer speziell ausgewählten Katalysatormischung polymerisiert. Bezogen auf die zu polymerisierenden Monomeren verwendet man 0,01 bis 1, vorzugsweise 0,01 bis 0,25 Gew.-% 4,4'-Azobis-(4-cyano-valeriansäure) und als zweite Komponente der Initiatormischung 0,02 bis 1, vorzugsweise 0,05 bis 0,3 Gew.-% 2,2'-Azobis-(2--amidinopropan)dihydrochlorid und/oder 2,2'-Azobis-(N,N'--dimethylen-isobutyramidin) dihydrochlorid. Anstelle der Dihydrochloride können auch die Monohydrochloride bzw. die freien Basen verwendet werden.
  • Bei den ausgewählten Katalysatoren handelt es sich um wasserlösliche Verbindungen, die bei den Polymerisationstemperaturen zerfallen und damit die Polymerisation initieren. Die erfindungsgemäß zu verwendenden Polymerisationsinitiatoren werden in Form einer wäßrigen Lösung in die Polymerisationseinrichtung eingebracht. Die Starterlösung wird dabei, gemischt mit den wäßrigen Lösungen der Monomeren, der Polymerisationsvorrichtung zugeführt. Die Monomerenlösung und die Starterlösung werden der Polymerisationszone etwa in dem Maße zugeführt, wie die Polymerisation fortschreitet. Bei kleineren Ansätzen, bei denen die bei der Polymerisation entstehende Wärme in ausreichendem Maße abgeführt werden kann, ist es jedoch auch möglich, die Monomeren- und Initiatormischung im Polymerisationsgefäß vorzulegen, sie darin auf die Polymerisationstemperatur zu erhitzen und zu polymerisieren. Vorzugsweise geht man Jedoch so vor, daß man die inerte hydrophobe organische Flüssigkeit zusammen mit einer geringen Menge Wasser und einem Schutzkolloid vorlegt und die die Initiatorenmischung enthaltende Monomerlösung Je nach Fortschritt der Polymerisation zu der Vorlage zugibt. Es ist selbstverständlich, daß die inerte organische Phase mit 'der wäßrigen Monomerlösung und der Starterlösung vermischt wird. Je nach Intensität der Mischung erhält man eine Suspension der Monomeren in der inerten hydrophoben Flüssigkeit mit unterschiedlicher Teilchengröße der suspendierten Phase. Die Teilchengröße der suspendierten wäßrigen Phase beträgt 0,05 bis 1,5 mm. Das Verhältnis von inerter hydrophober Flüssigkeit zu der wäßrigen Monomerlösung beträgt 1:1 bis 5:1.
  • Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Produkte können für verschiedene Zwecke verwendet werden.
  • Beispielsweise setzt man Acrylamidpolymerisate als Flockungsmittel ein, z.B. zum Klären von Abwässern aus kommunalen und Industriekläranlagen, zum Entwässern von Schlämmen verschiedener Herkunft und bei der Tertiärförderung von Erdöl. Polymerisate der Acrylsäure, insbesondere wasserquellbare vernetzte Polymerisate, werden als Verdickungsmittel zur Erhöhung der Viskosität von Dispersionen oder von Druckpasten oder auch zum Absorbieren von Wasser verwendet. Solche wasserabsorbierende Mittel finden beispielsweise in Windeln oder auch Verbandstoffen Verwendung.
  • Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polymerisate zeichnen sich gegenüber solchen Polymerisaten, die nach bekannten Verfahren der umgekehrten Suspensionspolymerisation hergestellt werden, dadurch aus, daß sie einen wesentlich geringeren Restmonomerengehalt aufweisen und außerdem eine höhere Wirksamkeit, beispielsweise bei der Anwendung als Flockungsmittel besitzen.
  • Bisher wurden nach Verfahren der Lösungspolymerisation in Wasser in der Regel wirksamere Flockungsmittel auf Basis von Acrylamid hergestellt, als dies nach Verfahren der umgekehrten Suspensionspolymerisation möglich war. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Acrylamid- polymerisate haben Jedoch gegenüber den Lösungspolymerisaten eine etwa gleiche WirksankeitO Die in den Beispielen angegebenen Teile sind Gewichtsteile, die Angaben in Prozent beziehen sich auf das Gewicht der Stoffe. Die K-Werte der Polymerisate - mit Ausnahme der K-Werte der Schutzkolloide - wurden nach H. Fikentscher, Cellulose Chemie 13, 58 bis 64 und 71 bis 74 (1932) in 5-%iger wäßriger Kochsalzlösung bei einer Temperatur von 20°C gemessen; dabei bedeutet K=k.lO3.
  • Herstellung der Schutzkolloide Schutzkolloid A In einem Druckreaktor wurden 15 Teile technisches Dicyclopentadien (95-%ig), 3 Teile Methylcyclopentadien, 0,6 Teile Vinylacetat, 2,4 Teile Maleinsäureanhydrid und 8 Teile technisches Xylol eine Stunde bei 270 bis 274°C und anschließend eine Stunde bei 245 bis 2500C polymerisiert. Danach destillierte man die flüssigen Anteile bei Temperaturen von 240 bis 2200C ab, zuerst unter Überdruck, danach unter vermindertem Druck bis herab zu 400 mbar. Zu dem Rückstand fügte man 34,5 Teile Cyclohexan und 2,9 Teile i-Decanol. Man erhielt eine Lösung des Schutzkolloids A vom K-Wert 12,1.
  • Schutzkolloid B Nach der für das Schutzkolloid A gegebenen Vorschrift wird das Schutzkolloid B hergestellt, indem man in dem Druckreaktor 259,5 Teile technisches Dicyclopentadien, 18 Teile Styrol und 13,7 Teile Maleinsäureanhydrid und 100 Teile des bei der Herstellung des Schutzkolloids A erhaltenen Destillats 90 Minuten auf eine Temperatur von 275 bis 2800C erhitzte. Das Reaktionsgemisch wurde dann wie oben Cbeschrieben entgast und mit 437 Teilen Cyclohexan und 5,2 Teilen i-Butanol versetzt. Das Polymerisat hatte einen K-Wert von 12,5; es lag als ca. 40-%ige Lösung in Cyclohexan vor.
  • Schutzkolloid C Eine Lösung aus 64 Teilen Dicyclopentadien, 12 Teilen eines Cyclopentadien-Oligomerengemisches (hergestellt durch 15-minütiges Erhitzen von Dicyclopentadien auf 270 bis 2750C und Abtrennung der flüchtigen Anteile bei 700C und 60 mbar), 8 Teilen Diisobuten, 4 Teilen Methylmethacrylat, 3,6 Teilen Maleinsäureanhydrid, 15 Teilen Toluol und 20 Teilen Ethylbenzol wurde 2 Stunden bei 268 bis 272°C polymerisiert. Danach kühlte man das Reaktionsgemisch auf 250°C ab, destillierte die flüchtigen Anteile zunächst unter ueberdruck, dann unter vermindertem Druck bis 400 mbar ab und trug die Schmelze aus. 24 Teile des Harzes wurden dann mit 50 Teilen Cyclohexan und 0,23 Teilen Methanol 4 Stunden auf 700C erwärmt. Man erhielt ein Harz mit einem K-Wert von 13,4.
  • Schutzkolloid D Man verfährt wie für die Herstellung des Schutzkolloids B angegeben, setzt Jedoch anstatt 5,2 Teilen i-Butenol 18,4Teile Stearylalkohol ein. Das Polymere hatte einen K-Wert von 12,2.
  • Beispiele für die umgekehrte Suspensionspolymerisation Allgemeine Polymerisationsvorschrift Die Polymerisation wurde in einem 5 1 Stahlgefäß durchgeführt, das mit RückrluAkühler, Rührer, Stickstoffein- und Auslaßvorrichtungen und Zulaufgefäßen ausgestattet war. In dem Polymerisationsgefäß wurde eine Mischung aus 1,6 1 Cyclohexan, 30 ml Wasser und den in den Beispielen genannten Schutzkolloiden vorgelegt. Durch das in der Vorlage befindliche Gemisch wurde zunächst Stickstoff geleitet, dann erhitzte man es unter vermindertem Druck, so daß es unter Rückfluß siedete. Bereits während des Durchleitens von Stickstoff wurde die Mischung gerührt. Das Rühren wurde bis zum Ende der Nachpolymerisation fortgesetzt. Die Polymerisation erfolgte dann in der Weise, daß man die in den Beispielen angegegebenen Monomeransätze mit den dort ebenfalls genannten Initiatormischungen kombinierte und die Mischung dann innerhalb von einer Stunde kontinuierlich zu der Vorlage tropfen ließ. Die Polymerisationstemperatur ist in den Beispielen angegeben. Nach Beendigung der Monomeren- und Initiatorzugabe wurde das Reaktionsgemisch noch eine Stunde unter Rückflußsieden nachpolymerisiert. Danach setzte man 0,04 % Hydroxylammoniumsulfat, bezogen auf Monomere, zu und destillierte das in in den Polymerteilchen befindliche Wasser azeotrop ab. Die erhaltenen Polymerperlen wurden dann von Cyclohexan getrennt und bei 400C im Vakuum getrocknet.
  • Folgende Abkürzungen wurden in den Beispielen verwendet: Starter A: 4,4'-Azobis-(4-cyeano-valeriansäure) Starter B: 2,2'-Azobis-(2-amidinopropan)dihydrochlorid Starter C: 2,2-Azobis-(N,N'-dimethylen-isobutyramidin)dihydrochlorid KPS: Kaliumperoxidisulfat Beispiel 1 Polymerisatperlen vom mittleren Durchmesser 0,5 mm wurden hergestellt, indem man nach der oben angegebenen allgemeinen Vorschrift arbeitete und als Schutzkolloid 2 g des Schutzkolloids B verwendete und die Reaktionstemperatur auf 50 0C einstellte. Der Zulauf bestand aus einer Lösung aus 313 g Wasser, 212 g Acrylamid, 93 g Acrylsäure, 51 g Natriumhydroxyd und 2 ml konzentriertem Ammoniak. Darin gelöst waren 0,004 %,bezogen auf die Monomeren, des Starters A und 0,2 , bezogen auf die Monomeren, des Starters B. Der Restacrylamidgehalt betrug 200 ppm.
  • Beispiel 2 In der oben angegebenen allgemeinen Vorschrift wurden 3 g des Schutzkolloids D vorgelegt und die Polymerisationstemperatur auf 50°C eingestellt. Der Zulauf bestand aus einer Lösung von 313 g Wasser, 212 g Acrylamid, 93 g Acrylsäure, 51 g Natriumhydroxyd und 2 ml konzentriertem Ammoniak. Der Zulauf enthielt außerdem, jeweils bezogen auf die Monomeren, 0,12 % des Starters A und 0,12 % des Starters B. Man erhielt ein perlförmiges Polymerisat, das einen mittleren Teilchendurchmesser von 0,5 mm und einen Restacrylamidgehalt von 300 ppm hatte. Der staubförmige Anteil war0,1 %.
  • Beispiel 3 In der oben beschriebenen Apparatur wurden 3 g des Schutzkolloids A vorgelegt und darin zusammen mit Cyclohexan und Wasser im Vakuum auf eine Temperatur von 50°C erhitzt, so daß die Mischung unter Rückfluß siedete. Der Monomerenzulauf bestand aus 381 g Wasser, 338 g Acrylamid und 6 ml 10-%igem wäßrigen Ammoniak und enthielt, Jeweils bezogen auf Acrylamid, 0,12 % Starter A und 0,12 % Starter C.
  • Man erhielt fast staubfreie Perlen aus Polyacrylamid mit einem mittleren Durchmesser von 0,4 mm und einem Restacrylamidgehalt von 300 ppm.
  • Beispiel 4 Die in der allgemeinen Vorschrift angegebene Vorlage enthielt 3 g des Schutzkolloids C. Die Polymerisationstempera-"tur wurde auf 500C eingestellt. Der Zulauf bestand aus einer Mischung von 380 g Wasser, 259 g Acrylsäure, 144 g Natriumhydroxyd, 0,08 %, bezogen auf Acrylsäure, Starter A und 0,2 , bezogen auf Acrylsäure, Starter B. Man erhielt perlförmige Polyacrylsäure, der mittlere Teilchendurchmesser betrug 0,6 mm.
  • Beispiel 5 Die Vorlage enthielt 2 g Schutzkollid C. Die Polymerisationstemperatur wurde auf 400C eingestellt. Der Zulauf bestand aus einer Mischung von 335 g Wasser, 173 g Acrylamid, 105 g 2-Acrylamido-2'-methylpropansulfosäure, 17 g Natriumhydroxyd, 2 ml konzentriertem Ammoniak, 0,04 Gew.-%, bezogen auf die Monomeren, Starter A und 0,2 , bezogen auf die Monomeren, Starter B. Man erhielt Polymerisatperlen mit einem Durchmesser von 0,4 mm. Der Restacrylamidgehalt des Polymerisates betrug 470 ppm.
  • Beispiel 6 Die Vorlage enthielt 2 g Schutzkolloid B. Die Polymerisationstemperatur wurde auf 40°C eingestellt. Der Zulauf bestand aus 313 g Wasser, 212 g Acrylamid, 93 g Acrylsäure, 51 g Natriumhydroxyd, 10 mg Methylen-bis-acrylamid, 0,08 %, bezogen auf die Monomeren, Starter A und 0,2 %, bezogen auf die Monomeren, Starter B. Man erhielt ein perlförmiges Polymerisat, das einen Teilchendurchmesser von 0,5 mm hatte. Der Restacrylamidgehalt des Polymerisates betrug 360 ppm.
  • Vergleichsbeispiele Vergleichsbeispiel 1 Es wurde dieselbe Apparatur verwendet wie für die Beispiele. Man arbeitete außerdem nach der oben angegebenen allgemeinen Vorschrift für die umgekehrte Suspensionpolymerisation. Als Schutzkolloid wurden 5 g B verwendet. Die Polymerisationstemperatur wurde auf 500C eingestellt. Der Zulauf enthielt 432 g Wasser, 288 g Acrylamid, 7 ml konzentriertem Ammoniak und war durch Zugabe von Natronlauge auf einen pH-Wert von 10 eingestellt. Die Starterlösung, die zusammen mit der Monomerenlösung in die Vorlage gegeben wurde, enthielt 0,05 % Kaliumpersulfat, bezogen auf Acrylamid. Man erhielt Polyacrylamid in Form von Perlen eines Durchmessers von 0,5 mm. Der Restacrylamidgehalt des Polymerisates betrug 1,3 %.
  • Vergleichsbeispiel 2 Man arbeitete ebenfalls nach der oben angegebenen Vorschrift für die umgekehrte Suspensionspolymerisation, legte 5 g des Schutzkolloids B zusammen mit Wasser und Cyclohexan vor und stellte die Polymerisationstemperatur auf 50°C ein. Der Zulauf bestand aus 476 g Wasser, 184 g Acrylamid, 80 g Acrylsäure, 44 g Natriumhydroxyd und 5 ml konzentriertem Ammoniak. Als Polymerisationsinitiator enthielt die Monomerenlösung 0,03 % Kaliumpersulfat, bezogen auf die Monomeren. Man erhielt ein perlförmiges Copolymerisat aus Acrylamid und Acrylsäure, dessen Teilchen einen Durchmesser von 0,5 mm hatten. Der Restacrylamidgehalt des Copolymerisates betrug 1,1 %.
  • Vergleichsbeispiel 3 Man arbeitete nach der oben angegebenen Vorschrift für die umgekehrte Suspensionspolymerisation und verwendete 5 g Schutzkolloid B. Die Polymerisationstemperatur wurde auf 50°C eingestellt. Der Zulauf bestand aus 477 g Wasser, 221 g Acrylsäure, 123 g Natriumhydroxyd, 5 ml konzentriertem Ammoniak und enthielt 0>1 %> bezogen auf Acrylsäure, an Kaliumpersulfat. Man erhielt perlförmige Polyacrylsäure mit einem Teilchendurchmesser von 0,7 mm.
  • Vergleichsbeispiel 4 Man arbeitete auch hier wiederum nach der oben angegebenen Vorschrift für die umgekehrte Suspensionspolymerisation und verwendete als Schutzkolloid 3 g des Schutzkolloids B.
  • Die Polymerisationstemperatur wurde auf 500C eingestellt.
  • Als Zulauf verwendete man eine Mischung aus 313 g Wasser, 212 g Acrylamid, 93 g Acrylsäure, 51 g Natriumhydroxyd und 2 ml konzentriertem Ammoniak. Der Zulauf enthielt außerdem die in Tabelle 1 angegebenen Starter. Man erhielt in allen Fällen perlförmige Polymerisate, die einen Teilchendurchmesser von 0,3 bis 0,6 mm hatten. Der Restacrylamidgehalt ist in Tabelle 1 angegeben.
  • Tabelle 1 Starter Menge des Starters Restacrylamidgehalt bezogen auf Monomere des Polymerisates E%1 a) B 0,1 0,4 b) C 0,06 0,5 c) A 0,2 1,8 d) KPS 0,03 2,1 A 0,003 e) KPS 0,03 + 1,5 c 0,06 Vergleichsbeispiel 5 Gemäß Chemical Abstracts 90, 122284 z (1979) wurden 330 g Acrylamid in 1000 ml Wasser bei einem pH-Wert von 8 mit den in Tabelle 2 angegebenen Startermengen bei 20 bis 90 C (adiabatisch) polymerisiert. Man erhielt in allen Fällen vernetzte Produkte, die nicht mehr wasserlöslich waren.
  • Die Polymerisate besaßen auch keine Wirksamkeit als Flockungsmittel. Der Restmonomerengehalt der Produkte konnte nicht bestimmt werden, weil die Produkte in Wasser unlöslich waren.
  • Tabelle 2 Starter A Starter B Viskosität Rest-Acrylamidgehalt Fppm Eppm] 0 270 vernetzt 50 270 vernetzt 100 270 vernetzt 200 270 vernetzt nicht bestimmbar, 300 270 vernetzt da Produkte ver-400 270 vernetzt netzt und nicht 600 270 vernetzt mehr wasserlös-800 270 vernetzt lich waren 1000 270 vernetzt Prüfung der Flockungswirksamkeit Um die Wirksamkeit der Produkte als Flockungsmittel zu bestimmen wurde die Absetzgeschwindigkeit von Schlämmen bestimmt. Dazu füllte man Jeweils 1 1 der unten näher bezeichneten Schlämme in Glaszylinder, die einen Durchmesser von 6 cm und eine Höhe von 40 cm hatten. Die als Flockungshilfsmittel zu untersuchende Substanz wurde jeweils in Form einer 0,1-%igen wäßrigen Lösung zugegeben.
  • Die Glaszylinder wurden dann verschlossen und mit den untereinander zu vergleichenden Proben jeweils gleichzeitig zehnmal in einer Vorrichtung gekippt um eine gute Durchmischung zu erreichen. 15 Sekunden nach Stillstand der Glaszylinder wurde die zurückgelegte Strecke gemessen, die die sich absetzende Suspension von der Oberfläche aus zurückgelegt hatte. Die Werte wurden in Prozentzahlen umgerechnet, wobei eine Standardsubstanz den Wert 100 % erhielt.
  • 1. Polyacrylamide Es wurde Kaolinschlamm als Testsubstanz verwendet, der Feststoffgehalt des Schlamms betrug 30 g/l, der pH-Wert 2.
  • Die Zugabemenge betrug 5 g/m³ . Während das Polyacrylamid, das gemäß Vergleichsbeispiel 1 hergestellt wurde, eine Wirksamkeit von 100 % hatte, hatte das Polyacrylamid gemäß Beipsiel 3 der vorliegenden Erfindung eine Wirksamkeit von 120 %.
  • 2. Copolymere aus Acrylamid und Natriumacrylat Es wurde ein Kohleschlamm mit einem Feststoffgehalt von 50 g/l verwendet. Die Menge an Flockungsmittel betrug 2,5 g/m³. Die Flockungswirksamkeiten wurden auf das Polymerisat gemäß Vergleichsbeispiel 2 bezogen, vgl.
  • Tabelle 3.
  • Tabelle 3 Polymerisat gemäß Beispiel Wirksamkeit 1 200 % 2 200 % Vergleichsbeispiel 4a 96 % 4b 4b 126 % 4c 4c 104 % 4d 4d 118 % 4e 68 % Vergleichsbeispiel 2 100 % 3. Natriumacrylat Es wurde ein'Bauxitschlamm verwendet9 der einen Feststoffgehalt von 200 g/l hatte. Die Zugabemenge an Flockungsmittel betrug 5 g/m3. Die Wirksamkeit des Polymerisates gemäß Vergleichsbeispiel 3 wurde als 100 % ermittelt, demgegenüber erreichte man mit dem Polymerisat gemäß Beispiel 4 eine Wirksamkeit von 150 %.

Claims (5)

  1. Patentansprüche Verfahren zur Herstellung von perlförmigen Polymerisaten aus wasserlöslichen, ethylenisch ungesättigten Monomeren nach dem Verfahren der umgekehrten Suspensionspolymerisation, bei dem man eine wäßrige Lösung der Monomeren in einer inerten hydrophoben Flüssigkeit suspendiert und darin in Gegenwart eines Schutzkolloids und eines Polymerisationsinitiators zu Polymerisaten in Perlform polymerisiert, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polymerisationsinitiator, bezogen auf die Monomeren, eine Mischung aus 0,01 bis 1 Gew.-% 4,4'-Azobis-(4-cyano-valeriansäure) und 0,02 bis 1 Gew.-% 2,2'-Azobis-(2-amidinopropan)dihydrochlorid und/oder 2,2'-Azobis-(N,N'-dimethylen--isobutyramidin) dihyd rochlorid einsetzt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Wasser während oder im Anschluß an die Polymerisation azeotrop aus der Mischung abdestilliert.
  3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Schutzkolloid Polymerisate mit K-Werten nach DIN 53 726 von 8 bis 15 verwendet, die a) 70 bis 98 Gew.-% Cyclopentadien, Di-, Tri-, Tetracyclopentadien und/oder deren Alkv7'derivate mit 1 bis 3 C-Atomen Je Alkylrest, b) 2 bis 15 Gew.-% Maleinsäureanhydrid und/oder Maleinsäurehalbester, die sich von 1 bis 20 C-Atome enthaltenden Alkanolen ableiten, c) 0 bis 20 Gew.-% copolymerisierbare Monomere aus der Gruppe 2 bis 12 C-Atome enthaltender Monoolefine und 8 bis 12 C-Atome enthaltender Vinylaromaten und d) 0 bis 10 Gew.-% (Meth)acrylsäurealkylester mit 1 bis 20 C-Atomen Je Alkylrest, (Meth)acrylsäure, (Meth)acrylnitril, Vinylacetat und/oder Vinylpropionat einpolymerisiert enthalten.
  4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich Monomere in einer Menge von 0,001 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die gesamten Monomeren, eines wasserlöslichen Vernetzers mit mindestens zwei ethylenisch ungesättigten Doppelbindungen einsetzt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als wasserlösliche Vernetzer Methylen-bis--(meth)acrylamld, Polyallyl- oder Polyvinylether von mehrwertigen Alkoholen einsetzt.
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Patent Citations (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2710372A1 (de) * 1977-03-10 1978-09-14 Basf Ag Verfahren zur herstellung von perlfoermigen polymerisaten aus wasserloeslichen, aethylenisch ungesaettigten monomeren

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Chemical Abstract 90, 122 284 z, 1979 *

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