DE3228843C2

DE3228843C2 - Verfahren zum schnellen Auflösen von wasserlöslichen Polymeren

Info

Publication number: DE3228843C2
Application number: DE3228843A
Authority: DE
Inventors: Erhard Dr.-Ing. Dr. 4005 Meerbusch Goldacker; Wolfgang Dipl.-Chem. Dr. 4152 Kempen Hübner; Helmut Dipl.-Chem. 4150 Krefeld Klein; Otto 4150 Krefeld Schroers
Original assignee: Chemische Fabrik Stockhausen GmbH
Current assignee: Stockhausen GmbH and Co KG
Priority date: 1982-08-02
Filing date: 1982-08-02
Publication date: 1984-11-29
Also published as: EP0100963A3; ES524623A0; FI832786A0; ZA835534B; ES8501422A1; BR8304114A; US4786661A; FI832786A; JPS5947230A; AU1753783A; EP0100963B1; DE3368018D1; EP0100963A2; DE3228843A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum raschen Auflösen von wasserlöslichen Polymeren in Wasser, indem man in das vorgelegte, fein verteilte Polymere unter Druck Wasser in fein verteiltem Zustand einbringt. Das wasserlösliche Polymere kann in Form einer W/O-Emulsion oder in Form einer Pulver-in-Öl-Suspension vorliegen; das Wasser wird bevorzugt unter Druck tangential zur Oberfläche des vorgelegten Polymeren eingedüst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schnellen Auflösen von wasserlöslichen Polymeren.

Wasserlösliche synthetische oder natürliche Polymere werden für die verschiedensten technischen Zwecke verwendet. Besonders bekannt ist ihre Anwendung in Form von sehr verdünnten wäßrigen Lösungen als Flokkungs- und Sedimentationshilfsmittel sowie als iRetentionshilfsmittel in der Papierindustrie.

Die Herstellung von wäßrigen Lösungen dieser Polymeren, ausgehend von den handelsüblichen Pulverprodukten, erweist sich als schwierig. Bei der Berührung der feinteiligeu Pulver mit Wasser entstehen gequollene Partikel, die den weiteren Auflösungsvorgang verhindern oder sehr stark erschweren. Obwohl also an sich wasserlöslich, lassen sich die festen Polymeren in Wasser nur schlecht dispergieren und neigen zur Klumpen- bzw. Agglomeratbildung. Um die Klumpen- bzw. Agglomeratbildung zu verhindern oder gebildete Agglomerate schließlich aufzulösen, ist es erforderlich, intensiv zu rühren, wozu hohe Scherkräfte erforderlich sind. Solche hohen Scherkräfte schädigen jedoch die Polymeren, indem sie einen Kettenabbau bewirken, wodurch das Polymere seine anwendungstechnische Wirksamkeit, zum Beispiel als Flockungsmittel ganz oder teilweise einbüßt.

Man hat daher bereits versucht, solche pulverförmigen Polymere auf Umwegen in Lösung zu bringen. So wird in der US-PS 32 82 874 das pulverförmige Polymere zunächst in einer mit Wasser nicht mischbaren organischen Phase (Ölphase) dispergiert und diese Dispersion mit Wasser zu einer Wasser-in-öl-Emulsion verarbeitet. Diese Emulsion trennt sich in eine organische Phase und eine wäßrige Phase, die ein wäßriges Polymergel enthält. Auch dieses Gel kann nur unier intensivem Rühren, d. h. unter Anwendung hoher, das Polymere gegebenenfalls schädigender Scherkräfte zu einer verdünnten Polymerlösung verarbeitet werden. Die Verfahrensweise zur Herstellung der verdünnten PoIymerlöEüngist außerdem kompliziert

In der DE-PS 21 54 081 wird eine rasche Auflösung des Polymeren unter Vermeidung von intensivem und/ 5 oder langem Rühren dadurch erreicht daß man eine Wasser-in-öl-Emulsion des Polymeren eines bestimmten Molekulargewichts von über einer Million und einer bestimmten Größe zwischen 5 nm und 5um, die durch Emulsionspolymerisation der entsprechenden Monomeren hergestellt worden ist in Gegenwart eines hydrophilen Netzmittels so in Wasser eingießt daß die Wasser-in-öl-Emulsion in eine Öl-in-Wasser-Emulsion umgekehrt wird.
Nach dem Einrühren der Wasser-in-öl-Emulsion des Polymeren in das vorgelegte Wasser benötigen die erhaltenen wäßrigen Polymerlösungen noch eine bestimmte Reifungszeit um ihren optimalen anwendungs- - technischen Wirkungsgrad zu erreichen. Das Verfahren der DE-PS 21 54 081 beruht auf der Anwendung der an sich bekannten Phasenumkehr in Gegenwart eines Netzmittels auf an sich bekannte Wasser-in-öl-Polymeremulsionen, die z. B. nach dem Emulsions-Polymerisationsverfahren der US-PS 32 84 393 erhältlich sind. Für das Auflösungsverfahren nach DE-PS 21 54 081 ist sowohl erfindungswesentlich, daß die Polymeremulsion zum vorgelegten Wasser zugegeben wird (und nicht umgekehrt), als auch die Anwesenheit eines Netzmittels beim Zusammenbringen von Polymeremulsion mit vorgelegtem Wasser. Nur wenn diese beiden Bedingungen erfüllt sind, wird die angestrebte rasche Auflösung erhalten. Verfährt man umgekehrt, dosiert man also Wasser zur vorgelegten Wasser-in-öl-Emulsion des Polymeren, so erhält man keine rasche Auflösung. Es muß vielmehr zur Auflösung intensiv gerührt werden. Ebensowenig erhält man eine rasche Auflösung, wenn man die Polymeremulsion dem Wasser in Abwesenheit eines Netzmittelf zusetzt.

Es wurde nun gefunden, daß man eine rasche Auflösung der Polymeren erreichen kann, indem man das zur Auflösung erforderliche Wasser in das vorgelegte feinverteilte Polymere unter Druck einbringt.

Daß die erfindungsgemäße Arbeitsweise erfolgreich ist, muß angesichts der folgenden Problematik überraschen:

In der ersten Phase des Zudosierens von Wasser zum vorgelegten Polymeren entsteht bei Verwendung eines pulverförmigen Produkts ein oberflächlich angefeuchteter Kuchen oder Klumpen, der im Inneren noch trockenes Pulver enthält, während die Oberfläche aus gequollenen, d. h. wasserhaltigen Polymerteilchen besteht Ein solches Agglomerat löst sich nur schwer ohne Anwendung von zusätzlichen Hilfsmitteln wie intensivem Rühren weiter auf. Bei Verwendung einer Wasser-in-öl-Emulsion des Polymeren oder einer Suspension des PuI-

verprodukts in einer ölphase tritt, wenn die Emulsion oder Suspension oder das zugegebene Wasser das zur Umkehr erforderliche hydrophile Netzmittel enthält, ebenfalls unmittelbar nach Beginn der Wasserzugabe die Situation ein, daß wenig Wasser mit viel Polymerem zusammenkommt. Die Anwesenheit des hydrophilen Netzmittels aktiviert bzw. bewirkt die Phasenumkehr. Es tritt, bedingt durch Phasenumkehr und rasches in Lösunggehen des Polymeren ein schlagartiger Viskositätsanstieg ein. Die Viskosität der Lösung steigt von der Viskosität eines dünnflüssigen Honigs oder von einer noch geringeren Viskosität innerhalb kürzester Zeit zur Viskosität eines steifen, gummiartigen Gels, das sich praktisch nicht mehr handhaben läßt. Das vorgelegte

Polymere verdickt sich zu einem solchen Gel, das sich nur mit hohen Scherkräften, die das Polymere durch Kettenaöbau schädigen, überhaupt im Gefäß bewegen und nach Zugabe von viel weiterem Wasser und intensiver Beaufschlagung mit Scherkräften in Lösung bringen läßt Es ist nun überraschend, daß bei Einbringen des Wassers in fein verteilter Form unter hohem Druck dieser rasche Viskositätsanstieg zu einem praktisch nicht mehr handhabbaren Gel nicht eintritt

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum raschen Auflösen in Wasser, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man in das vorgelegte fein verteilte Polymere in Form einer Wasser-in-Öl-Emulsion oder einer Pulverin-Öl-Suspension unter Druck und in Gegenwart eines hydrophilen Netzmittels, Wasser in feinverteiltem Zustand einbringt wobei das Netzmittel in der Emulsion oder in der Suspension und/oder in dem zugedüsten Wasser enthalten ist

Die Orfindungsgemäße Arbeitsweise ist auch angesichts der US-PS 42 17 145 überraschend, aus der es bekannt ist eine Polymeremulsion unter rascher Bildung einer hochviskosen Flüssigkeit mit Wasser zu vermischen. Dies geschieht, indem Wasser und Polymeremulsion miteinander vermischt werden, worauf die Mischung unter einem Druck von ca. 1 bis 20 bar durch eine Düse, d. h. eine Zone verringerten Strömungsquerschnitts gepreßt wird, worauf die Mischung in einer Zone, in der turbulente Strömung herrscht, entspannt wird, wobei in dieser turbulenten Zone kräftig gerührt wird, wonach schließlich das Gemisch aus der turbulenten Zone in eine Beruhigungszone abgezogen wird. Das Verfahren gemäß US-PS 42 17 145 ist vergleichsweise kompliziert und erfordert mehrere Verfahrensschritte.

Es ist überraschend, daß bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise, insbesondere bei Verwendung einer Wasser-in-Öl-Emulsion des Polymeren während der Wasserzugabe keinerlei Brechungs- bzw. Aufrahmerscheinungen auftreten, sondern sich offenbar die Wasser-in-Öl-Emulsion rasch in eine Wascer-in-öl-in-Wasser-Emulsion überführen läßt.

Das Wasser wird vorteilhaft mit einem Druck von mindestens 20, vorzugsweise > 25, insbesondere 50 bis 80 bar eingedüst. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das Wasser tangential zur Oberfläche der vorgelegten Emulsion bzw. Suspension zuzugeben, wodurch eine sehr gute Durchmischung erzielt wird.

Als Polymere sind für die Zwecke der Erfindung die bekannten wasserlöslichen synthetischen oder natürlichen Produkte geeignet, zum Beispiel Polymere und Copolymere der Acrylsäure, des Acrylamids, der Methacrylsäure, des Methacrylamids, des Vinylpyrrolidons, des Acroleins, der Vinylgruppen enthaltenden quartären Ammoniumsalze sowie natürliche Gummen.

Als hydrophile Netzmittel, die die Wasser-in-Öl-Emulsion oder die Suspension des pulverförmigen Polymeren in öl zu einer Öl-in-Wasser-Emulsion umkehren, sind ebenfalls bekannte Produkte geeignet. Das verwendete Netzmittel ist hydrophil und wasserlöslich. Es wird in Mengen von 0,01 bis 20%, bezogen auf das Polymere, eingesetzt, wobei für praktische Zwecke Netzmittelmengen von 1,0 bis 10% ausreichen.

Als Netzmittel können verwendet werden: oxethylierte Alkylphenole, z. B. Nonylphenol-9-EO, Na- oder Ka-Seifen höherer Fettsäuren, Fettalkoholsulfate, Alkylsulfonate, Alkylarylsulfonate, sulfatierte und sulfonierte öle, z. B. sulfatiertes Rizinusöl etc.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele er-

Beispiel 1

1,2 kg eines anionischen, 25%igen E-Polymerisats (aus 65 MoI-% Acrylamid und 35 Mol-% Na-Acrylat) werden in einen 1201 Polyethyten-Lösebehälter gegeben. Das Emulsionspolymerisat enthält bereits das Netzmittel zur Phasenumkehr. Das Produkt wird durch Wasserzugabe rasch aufgelöst indem 98,81 Wasser mittels der Wasserlanze eines Hochdrucksprühgeräts, die

ίο das Wasser unter einem Druck von 80 bar abgibt fortlaufend zum flüssigen Ε-Polymerisat gegeben werden. Das unter Druck zudosierte Wasser vermischt sich mit dem Ε-Polymerisat es tritt Phasenumkehr der Emulsion ein und das Polymerisat geht in Lösung, wobei die Viskosität stark ansteigt Durch die weitere Wasserzugabe unter Druck wird die viskose Lösung zu einer homogenen 0,3%igen Lösung mit einer Viskosität von 800 mPa.s (nach Brookfield, bei 20°) verdünnt. Der Vorgang dauert ca. 5 Minuten.

Der anschließend durchgeführte Flockungstest an einer wäßrigen Tonsuspension (18 g Blauton Witterschlick/l) ergibt bei einem Zusatz von 1 ppm Polymerisat einen Flockungswert von 4 see.

Beispiel 2

1,2 kg eines anionischen 25%igen Ε-Polymerisats von Beispiel (B) ι werden nach dem Verfahren von Beispiel (B) 1 ge'öst, jedoch wird das vorgelegte Produkt zunächst mit 101 Wasser versetzt und sofort danach durch Zugabe von 88,81 Wasser durch die Wasserlanze mit einem Druck von 80 bar gelöst. Nach ca. 4 Min. wird eine homogene 0,3%ige Lösung des Polymerisats mit einer Viskosität von 800 mPa.s erhalten.

Der anschließend durchgeführte Flockungstest an einer wäßrigen Tonsuspension (18 g Blauton Witterschlick/l) ergibt bei einem Zusatz von 1 ppm Polymerisat einen Flockungswert von 4 see.

Beispiel 3

2,406 kg eines kationisch wirksamen, 37,4%igen Ε-Polymerisats (Anteil der kationischen Gruppe 70 Gew.-%), das den Aktivator zur Phasenumkehr enthält, werden in einen 0,5 m³-Lösetank gegeben. Zur Herstellung einer 0,3%igen Lösung werden 297,3 1 Wasser unter einem Druck von 18 bar durch 4 ringförmig auf einer Wasserleitung ca. 25 cm über dem Gefäßboden tangential zur Flüssigkeitsoberfläche angeordnete Düsen gegeben, gleichzeitig wird von oben eine Teilmenge des Wassers durch ein Fallrohr zugefügt. Es bildet sich eine 0,3%ige Lösung des Polymerisats in Wasser mit einer Viskosität von 440 mPa.s.

Der anschließend durchgeführte Flockungstest an einer wäßrigen Tonsuspension (18 g Blauton Witterschlick/l) ergibt bei einem Zusatz von 2 ppm einen Flockungswert von 5 see.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum raschen Auflösen von wasserlöslichen Polymeren in Wasser durch Vermischen des Polymeren mit Was.^r unter Verwendung von 0,01 bis 20%, bezogen auf das Polymere, eines hydrophilen Netzmittels, dadurch gekennzeichnet, daß man in das vorgelegte fein verteilte Polymere in Form eine W/O-Emuision oder einer Pulver-in-öl-Suspension unter Druck und in Gegenwart eines hydrophilen Netzmittels Wassei in fein verteiltem Zustand einbringt, wobei das Netzmittel in der Emulsion oder in der Suspension und/oder in dem eingebrachten Wasser enthalten ist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Wasser unter einem Druck von wenigstens 20, vorzugsweise 50 bis 80 bar auf das Polymere einwirken läßt

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Wasser tangential zur Oberfläche der vorgelegten Emulsion bzw. Suspension zugibt

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man Wasser in einer zur Herstellung einer verdünnten wäßrigen Lösung einer Konzentration von 0,01 bis 1 Gew.-% erforderlichen Menge zugibt.