DE60113684T2

DE60113684T2 - Verfahren zum dispergieren von polyacrylamiden

Info

Publication number: DE60113684T2
Application number: DE60113684T
Authority: DE
Inventors: John Harlukowicz; Morris Lewellyn; G. Roderick RYLES
Original assignee: Cytec Technology Corp
Current assignee: Cytec Technology Corp
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2021-05-26
Also published as: DE60113684D1; CA2414516C; WO2002000769A2; EP1297057B1; CA2414516A1; WO2002000769A3; EP1297057A2; AU2001265046A1; US6642351B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft Verfahren zur Verbesserung der Dispersion von fein verteilten trockenen Polyacrylamidteilchen in Wasser und Verfahren zur Verwendung der resultierenden wässrigen Zusammensetzungen.
Die Verwendung von Polyacrylamiden in einer Vielfalt von industriellen Anwendungen, einschließlich der Ausflockung suspendierter Feststoffe, wie etwa biologischer Feststoffe, z. B. Abwasserschlamm, mineralischer Aufschlämmungen, öligen Wassers und Celluloseaufschlämmungen, ist weit verbreitet. Der Anwender verwendet das Polyacrylamid typischerweise in Form einer wässrigen Zusammensetzung, die etwa 0,01 % bis etwa 1 % dispergiertes Polyacrylamid enthält. Das Polyacrylamid kann wasserlöslich sein, wobei die wässrige Zusammensetzung in diesem Fall eine Polyacrylamidlösung umfassend gelöstes Polyacrylamid sein kann, oder das Polyacrylamid kann wasserquellbar sein, wobei die wässrige Zusammensetzung in diesem Fall gequollene Polyacrylamidteilchen umfassen kann. Die wässrige Zusammensetzung kann auch ein Gemisch aus gelöstem Polyacrylamid und gequollenen Polyacrylamidteilchen umfassen. Ausflockung kann durch Zugabe der wässrigen Zusammensetzung zu den suspendierten Feststoffen auf eine dem Fachmann im Allgemeinen gut bekannte Weise erreicht werden.
Die Hersteller und Lieferanten von Polyacrylamiden stellen dem Anwender das Polymer typischerweise in konzentrierter Form zur Verfügung, um Transportkosten zu senken. Konzentrierte Formen enthalten konzentrierte Polymerlösungen, trockene Polymere, Wasser-in-Öl-Emulsionen, Wasser-in-Öl-Mikroemulsionen, wässrige Dispersionen, Dispersionen des Polymers in Öl usw. Zur Umwandlung der konzentrierten Form in die dispergierte Form, die für eine bestimmte Anwendung erforderlich ist, vermischt der Anwender die konzentrierte Form typischerweise mit einer solchen Menge an Wasser, die zur Bereitstellung einer wässrigen Zusammensetzung mit der gewünschten Menge von dispergiertem Polyacrylamid erforderlich ist.
Jede Form an konzentriertem Polymer weist Vor- und Nachteile auf. Trockene Formen, in denen das Polymer weniger hydratisiert ist, enthalten im Allgemeinen etwa 5 bis etwa 30 % Wasser und tendieren folglich dazu, eine vorteilhaft hohe Konzentration an aktivem Polymer aufzuweisen. In vielen Fällen weisen sie jedoch den Nachteil auf, dass sie schwieriger zu lösen sind als andere Formen mit höheren Wassermengen, in denen das Polymer eher völlig hydratisiert ist, insbesondere wenn das Molekulargewicht des Polymers hoch ist, z. B. etwa 100.000 oder höher.
Die Dispersionsgeschwindigkeit trockener teilchenförmiger Polymere kann auch durch die Teilchengröße beeinflusst werden. In der kommerziellen Praxis werden dem Anwender trockene Formen im Allgemeinen in Form von teilchenförmigen Polymerzusammensetzungen mit einer zahlengemittelten Teilchengröße im Bereich von etwa 500 Mikron bis etwa 1500 Mikron geliefert. Wenn die Teilchen zu groß sind, kann die Dispersion für die praktische kommerzielle Verwendung zu langsam sein. Optimale Dispersionsgeschwindigkeiten werden im Allgemeinen bei mittleren Teilchengrößen beobachtet. Kleinere Teilchengrößen sind im Allgemeinen aufgrund von Handhabungsproblemen, z. B. Stauben, Klumpen usw., nicht begünstigt.
Polymerzusammensetzungen, die Polyacrylamidteilchen mit einer Teilchengröße von etwa 300 Mikron oder weniger aufweisen, können besonders problematisch sein, da diese kleinen Teilchen im Allgemeinen langsamer in Wasser dispergieren als größere Teilchen. Beispiele 44–49 in US-Patent Nr. 5,849,862 zeigen, dass sich die kleineren Teilchen der ausgefällten und sprühgetrockneten Polyacrylamide langsamer lösten als die entsprechenden agglomerierten Formen derselben Polyacrylamide mit einer größeren Teilchengröße, siehe Tabelle 9 in US-Patent Nr. 5,849,862. Es wird angenommen, dass kleinere Teilchen langsamer dispergieren, da sie bei Kontakt mit Wasser eine starke Neigung haben, aneinander zu haften und Kügelchen oder sogenannte "Fischaugen" zu bilden. Die Bildung dieser Fischaugen ist im Allgemeinen nicht nur wegen ihrer Neigung zu einer langsameren Dispersion unerwünscht, sondern auch, weil die Fischaugen nicht ohne Weiteres durch kleinere Öffnungen passieren können und folglich auf unerwünschte Weise Ausrüstung verstopfen und die Produktion verlangsamen können.
Ein Ansatz zur Lösung des Problems einer langsamen Dispersion kleiner Polymerteilchen ist die Agglomerierung der kleineren trockenen Teilchen zur Bildung größerer trockener Teilchen gewesen, die schneller dispergieren, siehe z. B. US-Patent Nr. 5,849,862. Weitere Ansätze zur Lösung dieses Problems umfassen Dispergieren des Polymers in einen flüssigen Träger, in dem das Polymer unlöslich ist, zur Bildung einer Suspension danach Zugeben der Suspension zu Wasser, siehe z. B. US-Patent Nr. 4,499,214; und Dispergieren des Polymers in eine wässrige Lösung eines das Gleichgewicht einstellenden Mittels, siehe z. B. US-Patent Nr. 4,673,704. Diese Ansätze waren jedoch nicht vollständig zufriedenstellend, da sie zusätzliche unangenehme und/oder kostenintensive Verfahrensschritte mit sich brachten. Die Bildung von Fischaugen kann durch Zugeben des Polymers zum Wasser mit einer extrem langsamen Geschwindigkeit vermieden oder verringert werden, die resultierenden den Verzögerungen bei der Produktion und/oder die geringe Menge an dispergiertem Polymer in der resultierenden wässrigen Zusammensetzung können jedoch kommerziell unpraktisch sein. Die Fischaugen können in Wasser über längere Zeiträume gerührt werden, bis sie dispergiert sind, dies kann die Fertigung aber auch unerwünscht verzögern. Die Fischaugen können aus der wässrigen Zusammensetzung entfernt werden, beispielsweise filtriert werden, ein Entfernen kann jedoch mühsam sein und die resultierende wässrige Zusammensetzung kann einen geringeren Polymergehalt als erwünscht aufweisen. Das Dispersionsproblem kann zu einem gewissen Grad gemildert werden durch Herstellen des trockenen Polymers in der Weise, dass die Bildung von kleinen Polymerteilchen verhindert oder verringert wird, in einigen Fällen kann aber die natürliche Tendenz des Verfahrens darin bestehen, kleine Teilchen zu produzieren, siehe beispielsweise das Sprühtrocknungsverfahren von US-Patent Nr. 5,849,862.
Es wurde eine grobe Vielfalt mechanischer Mittel und Techniken zum Dispergieren von Polymeren in Wasser offenbart, siehe beispielsweise US-Patent Nr. 4,077,612; 4,086,663; 4,390,284; 4,507,470; 4,518,261; 4,529,794; 4,531,673; 4,603,156; 4,643,582; 4,688,945; 4,845,192; 4,874,588; 5,171,781; 5,344,619; 5,368,385; 5,407,975; 5,599,101; 5,626,422; 5,660,466; 5,879,080; 5,947,596 und WO 97/34945. Soweit uns bekannt ist, betrifft jedoch keine dieser Offenbarungen insbesondere das Problem schnell dispergierender, kommerziell bedeutsamer Mengen sehr kleiner Polyacrylamidteilchen in Wasser zur Bereitstellung einheitlicher wässriger Zusammensetzungen, die dispergiertes Polymer enthalten.
US 4,725,379 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer stabilen Dispersion oder Lösung von hydro-löslichem Pulver, wie etwa Polyacrylamidpulver, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

(a) Platzieren des Pulvers in trockener Form in ein Gefäß und Abziehen des Pulvers daraus mit einer Geschwindigkeit von 0,6 kg/h bis 100 kg/h durch Mitreißen des Pulvers in einem Gas; Fördern des mitgerissenen Pulvers durch ein längliches Rohr, in welches Rohr ein Fördergasstrom mit einer Zufuhrgeschwindigkeit eingespeist wird, die so eingestellt wird, dass die Konzentration des Pulvers in dem Fördergasstrom im Bereich von 0,1 kg/m³ bis 1,0 kg/m³ liegt;
(b) Passieren des Fördergasstroms mit dem Pulver darin durch ein elektrostatisches Feld mit einer Spannung im Bereich von 10 kV bis 40 kV, bezogen auf Erde, und
(c) Dispergieren des in dem Fördergasstrom mitgerissenen Pulvers in einer Menge an Wasser, die in einem Behälter aufbewahrt wird, durch Auftreffen des Stroms auf die Oberfläche des Wassers und Rühren des Wassers, so dass eine Reynolds-Zahl im Bereich von 1.000 bis 10.000 erhalten wird, um eine schnelle Erneuerung einer Flüssigkeitsoberfläche auf dem Wasser im Behälter bereitzustellen.

Hersteller können gelegentlich Chargen trockener Polyacrylamidteilchen herstellen, die eine Teilchengröße unterhalb der vom Anwender angegebenen Größe aufweisen, d. h. "den Spezifikationen nicht entsprechende" Chargen. Diese Chargen stellen häufig ein Problem für den Hersteller dar, der sich oft entscheiden muss, diese entweder unter erheblichem finanziellem Aufwand zu entsorgen oder sie mit einem erheblichen Preisnachlass dem Anwender zu überlassen, wobei möglicherweise der Ruf des Herstellers hinsichtlich seiner Qualität gefährdet ist. Soweit uns bekannt ist, beliefert derzeit kein Hersteller den Flockungsmarkt mit kommerziell bedeutsamen Mengen an trockenen Polyacrylamiden mit einer zahlengemittelten Teilchengröße unter etwa 300 Mikron als Teil der regulären den Spezifikationen entsprechenden Fertigung. Für Hersteller wäre es günstig, den Markt direkt mit kleinen Polyacrylamidteilchen beliefern zu können. Bei dem vorstehend genannten Sprühtrocknungsverfahren, bei dem eine natürliche Tendenz zur Bildung kleiner Polyacrylamidteilchen besteht, könnte die Notwendigkeit einer Agglomeration vermieden oder verringert werden. Hersteller könnten auch von dem Verkauf von den Spezifikationen nicht entsprechender Chargen profitieren, ohne ihren wertvollen Ruf zu gefährden. Es besteht jedoch offenbar keine Nachfrage nach kleinen Polyacrylamidteilchen, was direkt mit den verschiedenen vorstehend genannten Problemen und insbesondere dem Problem des Dispergierens kleiner Polyacrylamidteilchen in Wasser in Zusammenhang steht. Aus diesem Grund besteht weiterhin ein Bedarf nach einem Verfahren, das eine Lösung des Dispersionsproblems bereitstellt.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Verbesserung der Dispersion einer Polymerzusammensetzung in Wasser bereitgestellt, umfassend (a) das Bereitstellen einer trockenen Polymerzusammensetzung umfassend eine Mehrzahl von Polyacrylamidteilchen, wobei wenigstens etwa 90 Gew.-% der Polyacrylamidteilchen eine Teilchengröße von etwa 300 Mikron oder weniger aufweisen, (b) das Bereitstellen eines Stroms sich bewegenden Wassers, (c) das Trennen der Polyacrylamidteilchen voneinander zur Bildung eines luftgetragenen Stroms getrennter Polyacrylamidteilchen und (d) das In-Berührung-Bringen des luftgetragenen Stroms getrennter Polyacrylamidteilchen mit einer Geschwindigkeit von 10 Gramm pro Minute oder mehr mit dem Strom sich bewegenden Wassers zur Ausbildung einer wässrigen Zusammensetzung, umfassend etwa 0,01 Gew.-% oder mehr des dispergierten Polymers bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Zusammensetzung, wobei die trockene Polymerzusammensetzung oder das dispergierte Polymer ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von etwa 100.000 oder mehr aufweist und wobei das Trennen und das In-Berührung-Bringen so wirksam sind, dass mehr als etwa 90 Gew.-% der wässrigen Zusammensetzung innerhalb von 15 Minuten nach Ausbildung der wässrigen Zusammensetzung durch ein 50-Mesh-Sieb passiert.
Diese Erfindung stellt ein Verfahren zur Verbesserung der Dispersion von kleinen Polyacrylamidteilchen in Wasser zur Ausbildung von wässrigen Zusammensetzungen bereit, die kommerziell nützliche Mengen homogen dispergierter Polyacrylamide umfassen. Die mittels dieses Verfahrens ausgebildeten wässrigen Zusammensetzungen weisen einen derart niedrigen Gehalt an Fischaugen auf, dass mehr als etwa 90 Gew.-% der wässrigen Zusammensetzung innerhalb von etwa 15 Minuten nach Ausbildung durch ein 50-Mesh-Sieb passiert. Diese schnelle und wirksame Dispersion von Polymerteilchen in Wasser wird durch Trennen der trockenen Polyacrylamidteilchen voneinander zur Bildung eines luftgetragenen Stroms getrennter Polyacrylamidteilchen, anschließendes In-Berührung-Bringen des luftgetragenen Stroms mit einem Strom sich bewegenden Wassers (flowing water) zur Ausbildung der gewünschten wässrigen Zusammensetzungen erreicht.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform umfasst ferner das Zugeben der wässrigen Zusammensetzung zu suspendierten Feststoffen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Verbesserung der Dispersion einer Polymerzusammensetzung in Wasser oder anderen wässrigen Lösungen bereit. Die Polymerzusammensetzung ist vorzugsweise trocken und umfasst eine Mehrzahl von Polyacrylamidteilchen. In diesem Zusammenhang bedeutet "trocken", dass die Polymerzusammensetzung etwa 30 Gew.-% Wasser oder weniger, vorzugsweise etwa 5 bis etwa 30 Gew.-% Wasser, stärker bevorzugt etwa 8 bis etwa 15 Gew.-% Wasser, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, umfasst. Der Begriff "Polyacrylamid" umfasst jedes kationische, anionische, nichtionische oder amphotere Polymer, das Wiederholungseinheiten von Acrylamid oder Methacrylamid umfasst. Die vorliegenden Polyacrylamide sind zweckmäßigerweise Vinyladditionspolymere und können mittels Verfahren hergestellt werden, die dem Fachmann im Allgemeinen bekannt sind, vorzugsweise mittels Homopolymerisation von Acrylamid oder Copolymerisation von Acrylamid mit kationischen, anionischen und/oder nichtionischen Comonomeren. Geeignete kationische Comonomere umfassen Diallyldialkylammoniumhalogenide, die Säure und quartären Salze von Dialkylaminoalkyl(alk)acrylaten und Dialkylaminoalkyl(alk)acrylamiden, vorzugsweise das quartäre Methylchlorid-, Benzylchlorid- und Dimethylsulfatsalz von Dimethylaminoethylacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminoethylacrylamid, Dimethylaminoethylmethacrylamid und Diethylaminoethylacrylat, am stärksten bevorzugt Diallyldimethylammoniumchlorid und das quartäre Methylchloridsalz von Dimethylaminoethylacrylat. Geeignete anionische Comonomere umfassen Acrylsäure, Methacrylsäure und 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure und Salze davon, vorzugsweise Acrylsäure und Natriumacrylat. Geeignete nichtionische Comonomere umfassen Acrylnitril und Alkyl(meth)acrylate, wie etwa Methylacrylat, Methylmethacrylat und Ethylacrylat. Die vorliegenden Polyacrylamide können auch durch Nach-Reaktion von Polyacrylamiden auf eine dem Fachmann gut bekannte Weise durch Umsetzen des Polyacrylamids mit einem Reagenz, welches die chemische Struktur des Polymers verändern kann, gebildet werden. Geeignete Nach-Reaktionen von Polyacrylamid umfassen Hydrolyse mit einer Säure oder Base zur Produktion von hydrolysiertem Polyacrylamid, Mannich-Reaktion (mit fakultativer anschließender Quaternisierung zur Produktion eines quartären Mannich-Polyacrylamids) und Umsetzung mit Hydroxylamin (oder einem Salz davon) zur Produktion von hydroxamiertem Polyacrylamid. Kationische und anionische Polyacrylamide sind bevorzugt.
Die vorliegenden Polyacrylamide können in Gegenwart von Vernetzungsmitteln oder Verzweigungsmitteln, wie etwa Methylenbisacrylamid, und/oder in Gegenwart von Kettenübertragungsmitteln, wie etwa Isopropanol und Milchsäure, hergestellt werden. Mit zunehmender Menge an Vernetzungsmittel tendiert die resultierende wässrige Zusammensetzung von dispergiertem Polymer dazu, größere Mengen an wasserquellbarem Polymer zu enthalten. Mit abnehmender Menge an Vernetzungsmittel neigt die resultierende wässrige Zusammensetzung von dispergiertem Polymer dazu, geringere Mengen an wasserquellbarem Polymer zu enthalten. Kettenübertragungsmittel neigen dazu, das Molekulargewicht des Polymers zu senken und lösliche Polymere bereitzustellen, die ansonsten aufgrund der Gegenwart von Vernetzungsmitteln wasserquellbar wären. Die erfindungsgemäßen wässrigen Zusammensetzungen können wässerlösliches dispergiertes Polymer oder wasserquellbares dispergiertes Polymer oder Gemische davon enthalten.
Die erfindungsgemäßen Polyacrylamide können unter Verwendung von Techniken hergestellt werden, die dem Fachmann im Allgemeinen gut bekannt sind, einschließlich der Polymerisation in Lösung, Wasser-in-Öl-Emulsion, Wasser-in-Öl-Mikroemulsion oder wässriger Dispersion, vorzugsweise Wasser-in-Öl-Emulsion oder Wasser-in-Öl-Mikroemulsion. Polyacrylamidteilchen können mittels Verfahren gebildet werden, die dem Fachmann gut bekannt sind, beispielsweise mittels Vermahlen oder Pulverisieren einer in Lösung polymerisierten Masse an trockenem Polyacrylamid. Sprühgetrocknete Polyacrylamidteilchen sind bevorzugt und können durch Sprühtrocknen einer Polyacrylamid enthaltenden Dispersion, Wasser-in-Öl-Emulsion, Wasser-in-Öl-Mikroemulsion wie in US-Patent Nr. 5,849,862 beschrieben, die hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist, hergestellt werden.
Die Vorteile des vorliegenden Verfahrens lassen sich am besten beurteilen, wenn die Polymerzusammensetzung kleine Polyacrylamidteilchen umfasst, deren Dispersion mittels herkömmlicher Verfahren sich bisher als sehr schwierig gestaltet hat. Vorzugsweise wenigstens etwa 90 Gew.-%, stärker bevorzugt etwa 95 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyacrylamidteilchen in der Polymerzusammensetzung, der Polyacrylamidteilchen in der trockenen Polymerzusammensetzung weisen eine Teilchengröße von etwa 300 Mikron oder weniger auf. Die Polymerzusammensetzung weist vorzugsweise eine zahlengemittelte Teilchengröße von etwa 200 Mikron oder weniger, stärker bevorzugt 150 Mikron oder weniger auf. Teilchengröße und Verteilung können mittel Siebtechniken, die dem Fachmann gut bekannt sind, unter Verwendung von Standardsieben, wie in ASTM E 11-95 beschrieben, ermittelt werden. Wenn die vorliegenden Verfahren wie hier beschrieben ausgeübt werden, sind die Dispersionsgeschwindigkeiten dieser trockenen Polymerzusammensetzungen häufig ähnlich den, oder gelegentlich schneller als die, Dispersionsgeschwindigkeiten vergleichbarer Zusammensetzungen, die größere Polyacrylamidteilchen umfassen oder eine größere zahlengemittelte Teilchengröße aufweisen.
Die vorliegenden trockenen Polymerzusammensetzungen können dem Anwender auf zahlreichen Wegen bereitgestellt werden. Die Bereitstellung der trockenen Polymerzusammensetzungen kann den Erhalt zweckmäßig verpackter trockener Polymerzusammensetzungen und das Überführen des verpackten Inhalts an einen Ort, der für die anschließenden Schritte des Trennens und In-Berührung-Bringens geeignet ist, beinhalten. Beispiele für geeignete Verpackungen sind Fässer und Säcke. Die Verpackung ist vorzugsweise feuchtigkeitsundurchlässig. Stauben ist im Allgemeinen während des Bereitstellungsverfahrens unerwünscht, da es zu Materialverlusten an die nähere Umgebung führen kann und eine Gefahr für die Gesundheit und Sicherheit von Beschäftigten darstellen kann. Die Bereitstellung der trockenen Polymerzusammensetzungen ist vorzugsweise im Wesentlichen staubfrei, sodass weniger als 1 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 0,1 Gew.-%, der trockenen Polymerzusammensetzung während des Bereitstellungsverfahrens verloren geht. Stärker bevorzugt werden die vorliegenden trockenen Polymerzusammensetzungen in Säcken oder Fässern erhalten, die im Wesentlichen feuchtigkeitsundurchlässig sind und die mit Auslassventilen oder Austragsrinnen ausgerüstet sind, die bedeckt oder abgedichtet sind, um das Austreten von Staub zu verhindern oder zu reduzieren, damit sich die trockenen Polymerzusammensetzungen auf eine im Wesentlichen staubfreie Weise überführen lassen. Am stärksten bevorzugt werden die trockenen Polymerzusammensetzungen vom Anwender in einem ausgekleideten Super Sack^® (oder einem ähnlichen Produkt) erhalten, der im Handel von B.A.G. Corp., Dallas, Tex., USA, erhältlich ist, und wobei der Inhalt direkt auf das Zufuhrende eines geeigneten Mittels zum Trennen und In-Berührung-Bringen überführt wird, mittels Anbringen des Super Sack^® auf dem Mittel und Öffnen der Austragsrinne am unteren Ende des Super Sack^® (oder eines ähnlichen Produkts) gemäß den Anweisungen des Herstellers für die jeweilige Verpackungsart.
Die vorliegenden Verfahren werden zweckmäßigerweise durch Trennen der Polyacrylamidteilchen voneinander zur Bildung eines luftgetragenen Stroms getrennter Polyacrylamidteilchen und In-Berührung-Bringen des luftgetragenen Stroms getrennter Polyacrylamidteilchen mit einem Strom sich bewegenden Wassers zur Ausbildung einer wässrigen Zusammensetzung ausgeübt. Polyacrylamidteilchen neigen dazu, aneinander zu haften, wenn die Teilchen zusammengepackt werden, beispielsweise wenn sie zum Versand oder zur Lagerung verpackt sind, was zu Klumpen aus vielen Hunderten oder Tausenden von Polyacrylamidteilchen führt, die in Wasser schwer zu dispergieren sind. Der Zweck des Trennungsschrittes ist es, diese Klumpen auseinander zu brechen (break apart) und die Polyacrylamidteilchen in Form eines luftgetragenen Stroms zu dispergieren, in denen die Polyacrylamidteilchen voneinander getrennt sind. Das Trennen kann mittels jedes geeigneten Verfahrens erreicht werden, das diesen Zweck erfüllt. In einigen Fällen können jegliche Klumpen in der Polymerzusammensetzung mechanisch auseinander gebrochen werden, beispielsweise durch Zwangssieben der Polymerzusammensetzung durch ein Sieb mit passender Maschenweite oder mittels eines Schneckenförderers, und der luftgetragene Strom kann dann durch Streuen oder Sprühen der Polyacrylamidteilchen in einen sich bewegenden Wasserstrom ausgebildet werden. In anderen Fällen kann es erforderlich sein, der Polymerzusammensetzung eine größere Menge mechanischer Energie zuzuführen, um einen geeigneten luftgetragenen Strom auszubilden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Trennung durch Zugeben der Polymerzusammensetzung in das Zentrum einer sich drehenden Scheibe oder eines sich drehenden Flügelrads erreicht, stärker bevorzugt eines Flügelrads einer Zentrifugalpumpe einer Zentrifugaldispersionseinheit, die mit etwa 900 bis 9.000 Umdrehungen pro Minute (Umdr./Min), vorzugsweise 3.000 bis 6.000 Umdr./Min, betrieben wird, wie etwa ausführlich in den US-Patentschriften Nr. 5,407,975; 5,599,101 und 5,879,080 beschrieben ist, wobei diese alle durch Bezugnahme eingeschlossen sind. In dieser Ausführungsform wird ein luftgetragener Strom getrennter Polyacrylamidteilchen hergestellt, wenn die Polyacrylamidteilchen nach außen aus dem Zentrum des sich drehenden Flügelrads ausgestoßen werden. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird die Trennung durch Passieren der Polymerzusammensetzung durch ein Sieb erreicht, um die Klumpen aufzubrechen, wonach ein luftgetragener Strom getrennter Polyacrylamidteilchen hergestellt wird, mittels Saugen der Teilchen in das Zufuhrrohr einer Saugstrahlpumpe, vorzugsweise das Zufuhrrohr einer Saugstrahlpumpe mit einem Druck von 684 Torr (0,9 Atmosphären) oder weniger. Saugstrahlpumpen und die Verwendung des Bernoulli-Prinzips zur Herstellung von subatmosphärischen Drücken sind dem Fachmann gut bekannt. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist "luftgetragener Strom getrennter Polyacrylamidteilchen" ein weit gefasster Begriff, der Ströme umfasst, in denen die getrennten Polyacrylamidteilchen von Luft umgeben sind, sowie Ströme, in denen die getrennten Polyacrylamidteilchen von anderen Gasen oder Gemischen davon, beispielsweise Stickstoff, Helium, Sauerstoff usw., umgeben sind.
Die erfindungsgemäßen Verfahren können zweckmäßig durch In-Berührung-Bringen des luftgetragenen Stroms getrennter Polyacrylamidteilchen mit einem sich bewegenden Wasserstrom ausgeübt werden. In diesem Zusammenhang ist "Wasser" ein weit gefasster Begriff, der verschiedene Typen von Wasser und wässrigen Lösungen umfasst, einschließlich frischen Wassers, wieder aufbereiteten Brauchwassers, Wassers, das bereits dispergiertes Polymer enthält, usw. Geeignete Mittel zum Trennen und In- Berührung-Bringen sind in US-Patent Nr. 4,643,582 beschrieben. Ein geeignetes Mittel zum Trennen und In-Berührung-Bringen ist das POLYMAIR Modell 512-Polyelektrolyt-Processing-Modul, im Handel erhältlich von Acrison, Inc., aus Moonachie, N.J., USA. In bevorzugten Ausführungsformen, in denen Trennung durch Zugeben der Polyacrylamidteilchen in das Zentrum eines sich drehenden Flügelrads erreicht wird, ist der Strom sich bewegenden Wassers, wie ausführlich in US-Patent Nr. 5,407,975; 5,599,101 und 5,879,080 beschrieben, vorzugsweise um den Umfang des Flügelrads angeordnet. Ein bevorzugtes Mittel zur Ausübung der vorliegenden Erfindung mit einem sich drehenden Flügelrad und einem im Umfang angeordneten Strom sich bewegenden Wassers ist ein POWDERCAT^TM-"Trocken-Polymer-Processing-System", im Handel erhältlich von Norchem Industries, Tinley Park, Ill., USA. In bevorzugten Ausführungsformen, in denen Trennen durch Passieren der Polyacrylamidteilchen durch ein Sieb und ein Saugstrahl-Zufuhrrohr mit einem Druck von 684 Torr oder weniger erreicht wird, ist der Strom sich bewegenden Wassers vorzugsweise derselbe Strom, der zur Bereitstellung des subatmosphärischen Drucks in der Saugstrahlpumpe mittels des Bernoulli-Effekts verwendet wird. Ein bevorzugtes Mittel zur Ausübung der vorliegenden Erfindung mit einem Saugstrahl-Zufuhrrohr, Sieb und Strom sich bewegenden Wassers ist ein POL-E-DUC^®-"Polymer-Makedown-System", im Handel erhältlich von ProFlow, Inc., aus North Haven, Conn., USA.
Das In-Berührung-Bringen der Polyacrylamidteilchen mit dem sich bewegenden Wasserstrom wird zweckmäßig derart durchgeführt, dass eine wässrige Zusammensetzung resultiert, die etwa 0,01 Gew.-% oder mehr dispergiertes Polymer, vorzugsweise 0,05 Gew.-% oder mehr, stärker bevorzugt 0,1 Gew.-% oder mehr, am stärksten bevorzugt 0,2 Gew.-% oder mehr, bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Zusammensetzung, umfasst. In einigen Fällen kann die wässrige Zusammensetzung mehr als 5 Gew.-% dispergiertes Polymer, bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Zusammensetzung, enthalten, typischerweise enthält sie jedoch etwa 5 Gew.-% oder weniger dispergiertes Polymer, vorzugsweise etwa 2 Gew.-% oder weniger, am stärksten bevorzugt etwa 1 Gew.-% oder weniger, bezogen auf dieselbe Grundlage. Das In-Berührung-Bringen des luftgetragenen Stroms getrennter Polyacrylamidteilchen mit dem Strom sich bewegenden Wassers wird zweckmäßig durch Zugeben der Polyacrylamidteilchen zu dem Wasser mit einer industriell nützlichen Geschwindigkeit von etwa 10 Gramm Polyacrylamidteilchen pro Minute oder mehr, vorzugsweise etwa 20 Gramm pro Minute oder mehr, am stärksten bevorzugt etwa 100 bis etwa 2000 Gramm pro Minute, durchgeführt. Geeignete wässrige Zusammensetzungen mit der gewünschten Menge an darin dispergiertem Polyacrylamid, können durch langsameres Zugeben der Polyacrylamidteilchen hergestellt werden, für die praktische industrielle Verwendung sind jedoch üblicherweise höhere Geschwindigkeiten erwünscht. Das Wasser wird zweckmäßigerweise mit einer Geschwindigkeit bewegt, die so wirksam ist, dass unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit, mit der die Polyacrylamidteilchen mit dem Wasser in Berührung kommen, wässrige Zusammensetzungen mit der gewünschten Menge an dispergiertem Polymer erzeugt werden. Falls sich der Strom sich bewegenden Wassers zu schnell bewegt, kann die Menge an dispergiertem Polymer in der wässrigen Zusammensetzung geringer als erwünscht sein. Unter Verwendung dieser Richtlinien können Routineversuche zur Bestimmung der gewünschten Bewegungsgeschwindigkeit für den Strom sich bewegenden Wassers durchgeführt werden.
Es wird bevorzugt, dass der luftgetragene Strom Polyacrylamidteilchen mit dem Strom sich bewegenden Wassers bald nach Trennung der Polyacrylamidteilchen voneinander in Berührung gebracht wird, vorzugsweise innerhalb weniger Sekunden oder Bruchteile einer Sekunde, um die Neigung der luftgetragenen Teilchen, sich abzusetzen und/oder aneinander zu haften, zu senken. Das Erzielen der gewünschten Menge an dispergiertem Polymer kann über Routineversuche durch Steuerung des Stroms sich bewegenden Wassers, so dass sich dieser im Verhältnis zu der Geschwindigkeit, mit der der luftgetragene Strom Polyacrylamidteilchen mit dem sich bewegenden Wasserstrom in Berührung gebracht wird, nicht zu schnell bewegt, oder durch Steuerung der Geschwindigkeit, mit der der luftgetragene Strom Polyacrylamidteilchen produziert und mit dem Wasser in Berührung gebracht wird, erreicht werden.
Das Trennen und In-Berührung-Bringen werden zweckmäßigerweise zusammen auf wirksame Weise durchgeführt, so dass mehr als etwa 90 Gew.-% der wässrigen Zusammensetzung innerhalb von etwa 15 Minuten, vorzugsweise innerhalb von etwa 10 Minuten, am stärksten bevorzugt innerhalb von etwa 5 Minuten, nach Ausbildung der wässrigen Zusammensetzung durch ein 50-Mesh-Sieb passiert. Wenn das Trennen nicht wirksam durchgeführt wird, kann der luftgetragene Strom Polyacrylamidteilchen Klumpen enthalten, die bei Berührung mit Wasser Fischaugen bilden, welche nicht durch das 50-Mesh-Sieb passieren. Wenn das In-Berührung-Bringen nicht wirksam durchgeführt wird, da sich der Wasserstrom zu langsam bewegt, können die eintretenden luftgetragenen Polyacrylamidteilchen durch Berühren von und Anhaften an nassen Polyacrylamidteilchen auf der Oberfläche des Stroms sich bewegenden Wassers, die noch nicht durch die Bewegung des Wassers mitgerissen wurden, Fischaugen bilden. wird Fischaugenbildung festgestellt, kann es erforderlich sein, die Polyacrylamidteilchen im luftgetragenen Strom wirksamer voneinander zu trennen, beispielsweise durch Senken der Zufuhrgeschwindigkeit der Polymerzusammensetzung oder durch Erhöhen der Menge an mechanischer Energie, die der Polymerzusammensetzung zugeführt wird. Unter Verwendung dieser Richtlinien können geeignete Bedingungen für das Trennen und In-Berührung-Bringen durch Routineversuche bestimmt werden.
Die Schritte des Trennens und In-Berührung-Bringens wurden erfindungsgemäß durchgeführt, wenn das Polymer in der resultierenden wässrigen Zusammensetzung so gut dispergiert ist, dass mehr als etwa 90 Gew.-%, vorzugsweise mehr als etwa 95 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Zusammensetzung, innerhalb von etwa 15 Minuten, vorzugsweise innerhalb von etwa 10 Minuten, am stärksten bevorzugt innerhalb von etwa 5 Minuten, nach Ausbildung der wässrigen Zusammensetzung durch ein 50-Mesh-Sieb passiert. Folglich ist ein einfacher Siebfiltertest zur Bestimmung der Wirksamkeit der Schritte des Trennens und In-Berührung-Bringens geeignet. In diesem Zusammenhang hat ein "50-Mesh-Sieb" die in ASTM E 11-95, "Standard Specification for Wire Cloth and Sieves for Testing Purposes," für eine Siebbezeichnung von 300 μm (Standard) oder Nr. 50 (Alternative) beschriebene Bedeutung. ASTM E 11-95 ist hierin spezifisch durch Bezugnahme eingeschlossen, um das vorliegende 50-Mesh-Sieb zu beschreiben. Das vorliegende 50-Mesh-Sieb ist folglich ein quadratisches Maschensieb mit einer mittleren Maschenweite (Abstand zwischen Paralleldrähten, in der Mitte der Masche bzw. Öffnung (mesh) gemessen) von 300 μm. Geeignete 50-Mesh-Siebe sind im Handel von Gilson Company, Inc., aus Lewis Center, Ohio, USA, erhältlich. Der Versuch wird zweckmäßig so durchgeführt, dass zuerst die Zufuhrgeschwindigkeit der Polymerzusammensetzung und des sich bewegenden Wassers gewählt wird, so dass ein geeignetes Volumen, beispielsweise etwa 100 Liter oder mehr, einer wässrigen Zusammensetzung mit der gewünschten Konzentration an dispergiertem Polymer erzeugt wird. Dann wird das Trennen wie vorstehend beschrieben durchgeführt, beispielsweise durch Zugeben der Polymerzusammensetzung in das Zentrum eines Flügelrads, wie in US-Patent Nr. 5,407,975; 5,599,101 und 5,879,080 beschrieben. Anschließend wird der resultierende luftgetragene Strom Polyacrylamidteilchen mit dem Strom sich bewegenden Wassers in Berührung gebracht. Die wässrige Zusammensetzung gilt für die Zwecke dieser Erfindung als "ausgebildet", sobald der luftgetragene Strom Polyacrylamidteilchen mit dem Strom an sich bewegendem Wasser in Berührung kommt. Die resultierende wässrige Zusammensetzung, die dispergiertes Polymer umfasst, wird dann in einem Auffangbehälter gesammelt und das Trennen und In-Berührung-Bringen wird für den Versuchszeitraum fortgesetzt, beispielsweise etwa 5, etwa 10 oder etwa 15 Minuten, gemessen ab dem Zeitpunkt, zu dem die wässrige Zusammensetzung "ausgebildet" wurde. Am Ende des Versuchszeitraums wird sofort eine Probe von 300 Millilitern (ml) der wässrigen Zusammensetzung, die im Auffangbehälter gesammelt wurde, genommen, gewogen und durch ein etwa 6 Zoll mal 6 Zoll großes, vorgewogenes 50-Mesh-Sieb filtriert, das zu einem Becher mit einem Durchmesser von etwa 4 Zoll geformt ist. Fischaugen, die nach dem Filtrieren auf dem Sieb verbleiben, werden mit einigen Millilitern frischem Wasser abgespült und das Sieb mit den nassen Fischaugen wird sofort gewogen und das Gewicht der nassen Fischaugen durch Differenzwägung bestimmt. Das Gewicht der Fischaugen wird dann von dem Gewicht der 300-ml-Probe vor dem Filtrieren abgezogen, um das Gewicht der wässrigen Zusammensetzung zu bestimmen, die durch das 50-Mesh-Sieb passiert ist, welches dann durch das Gewicht der 300-ml-Probe vor dem Filtrieren dividiert und mit 100 multipliziert wird, um den gewichtsprozentualen Anteil der wässrigen Zusammensetzung zu ermitteln, der während des Versuchszeitraums nach Ausbildung der wässrigen Zusammensetzung durch ein 50-Mesh-Sieb passiert ist.
Die vorliegende Erfindung kann mit Polyacrylamiden mit einem breiten Spektrum an Molekulargewichten ausgeübt werden, ist jedoch bei hohem Molekulargewicht besonders wertvoll, da Polyacrylamide mit zunehmendem Molekulargewicht zu einer langsameren Dispersion neigen. Die vorliegende Erfindung wird zweckmäßigerweise ausgeübt, wenn die Polymerzusammensetzung oder das dispergierte Polymer ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von etwa 100.000 oder mehr, vorzugsweise etwa 1.000.000 oder mehr, am stärksten bevorzugt etwa 10.000.000 oder mehr aufweist. Gewichtsgemittelte Molekulargewichte können mittels Lichtstreuung unter Verwendung von im Handel erhältlichen Instrumenten und dem Fachmann gut bekannten Techniken bestimmt werden.
Die erfindungsgemäßen wässrigen Zusammensetzungen können zum Ausflocken suspendierter Feststoffe verwendet werden, indem die wässrige Zusammensetzung in einer für das Ausflocken der Feststoffe wirksamen Menge zu den suspendierten Feststoffen gegeben wird. Geeignete Dosen einer wässrigen Zusammensetzung, die zum Ausflocken suspendierte Feststoffe wirksam sind, können im Bereich von etwa 1 bis etwa 10.000 Teilen Polymer pro Teil trockene Feststoffe in den suspendierten Feststoffen liegen und können durch Routineversuche auf für den Fachmann gut bekannte Weise bestimmt werden. Die wässrige Zusammensetzung kann den suspendierten Feststoffen direkt zugegeben werden oder die wässrige Zusammensetzung kann mit Wasser zur Ausbildung einer Behandlungslösung verdünnt werden, die dann den suspendierten Feststoffen zugegeben wird. Bevorzugte Behandlungslösungen enthalten etwa 0,001 bis etwa 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis etwa 1 Gew.-% dispergiertes Polymer, bezogen auf das Gesamtgewicht der Behandlungslösung. Beispiele für bevorzugte suspendierte Feststoffe, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen wässrigen Zusammensetzungen oder verdünnten wässrigen Zusammensetzungen behandelt werden können, umfassen biologische Feststoffe, (einschließlich Abwasserschlämme, Lebensmittel- und Pflanzenfeststoffe und biotechnologischer Feststoffe), mineralische Aufschlämmungen, öliges Wasser und Celluloseaufschlämmungen.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele veranschaulicht, wobei Beispiele mit dem Suffix "C" Vergleichsbeispiele darstellen. Alle hier genannten Prozentangaben sind Gewichtsprozentangaben, die – wenn nicht anders angegeben – auf das Gesamtgewicht bezogen sind.
BEISPIELE
POLYACRYLAMIDTEILCHEN
Tabelle 1 unten zeigt die Polymerzusammensetzungen (umfassend Polyacrylamid-(PAM)-Teilchen), die in den nachfolgenden Beispielen verwendet wurden. Die Polymere A, B und C wurden durch Sprühtrocknung der entsprechenden Emulsionen, wie in US-Patent Nr. 5,849,862 beschrieben, erhalten. Die Polymere D und E sind agglomerierte Versionen von Polymer A bzw. B. Die Agglomeration wurde wie in US-Patent Nr. 5,849,862 beschrieben durchgeführt. Polymer F war das anionische PAM Superfloc A-130HMW^®, im Handel erhältlich von Cytec Industries, Inc, West Paterson, N.J., USA. Tabelle 1 zeigt die zahlengemittelte Teilchengröße (Mikron) jeder teilchenförmigen Polymerprobe und den gewichtsprozentualen Anteil mit einer Größe von 300 Mikron oder weniger jeder Probe.
TABELLE 1
BEISPIEL 1C–4C
Proben der Polymere A, B, D und E mit einem Gewicht von jeweils 0,6 Gramm wurden mit einer Geschwindigkeit von etwa 2–3 Gramm pro Minute zur Ausbildung wässriger Zusammensetzungen in die Seite des Wirbels von vier getrennten gerührten 300-Gramm-Proben Wasser gestreut. Der Vergleich von Polymer A mit D und Polymer B mit E ergab, dass die Dispersionsgeschwindigkeiten etwa gleich waren und dass die Dispersion nach etwa 90 Minuten vollständig war, was anhand einer Verfolgung der Viskosität der resultierenden wässrigen Zusammensetzungen in Abhängigkeit von der Zeit und durch Bestimmen der Dispersionseigenschaften jedes Polymers ermittelt wurde. Dieser Versuch zeigt, dass bei verhältnismäßig langsamen Zugabegeschwindigkeiten, d. h., weniger als 10 Gramm pro Minute, im Wesentlichen keine Unterschiede zwischen großen und kleinen Polyacrylamidteilchen bei der Dispersionsgeschwindigkeit auftreten.
BEISPIEL 5C–8C
Proben der Polymere A, B, D und E mit einem Gewicht von jeweils 0,6 Gramm wurden mit einer Geschwindigkeit von etwa 30–40 Gramm pro Minute zur Ausbildung wässriger Zusammensetzungen in die Seite des Wirbels von vier getrennten gerührten 300-Gramm-Proben Wasser gestreut. Die Polymere A und B bildeten Klumpen im Wasser, die auch nach 330 Minuten langem Rühren noch nicht dispergiert waren. Die Polymere D und E waren jedoch nach 330 Minuten langem Rühren vollständig dispergiert. Dieser Versuch zeigt, dass kleinere Polyacrylamidteilchen bei verhältnismäßig hohen Zugabegeschwindigkeiten, d. h., mehr als 10 Gramm pro Minute, sehr viel langsamer und weniger einheitlich dispergieren als große Polyacrylamidteilchen.
BEISPIEL 9–14C
Es wurde eine Versuchsreihe durchgeführt, bei der Polymere A, B, C und F mit einer Geschwindigkeit von 1400 Gramm pro Minute in das Zentrum des sich drehenden Flügelrads eines POWDERCAT^TM-"Trocken-Polymer-Processing-Systems", im Handel erhältlich von Norchem Industries, Tinley Park, Ill., USA, zugegeben wurden. Der resultierende luftgetragene Strom Polyacrylamidteilchen wurde mit einem Strom sich bewegenden Wassers in Berührung gebracht, der um den Umfang des Flügelrads des Systems angeordnet war. Im System wurden wässrige Zusammensetzungen (mit den nachstehend in Tabelle 2 dargestellten gewichtsprozentualen Konzentrationen von dispergiertem Polymer bezogen auf das Gesamtgewicht) ausgebildet, als der luftgetragene Strom Polyacrylamidteilchen mit dem Strom sich bewegenden Wassers in Berührung kam. Die resultierenden wässrigen Zusammensetzungen, die dispergiertes Polymer umfassten, wurden in einem Auffangbehälter gesammelt und die Qualität der Dispersion wurde in regelmäßigen Zeitabständen, gemessen (in Minuten) ab dem Zeitpunkt der Ausbildung, durch Entnahme von 300-ml-Proben der wässrigen Zusammensetzungen bestimmt. Die 300-ml-Proben wurden durch ein etwa 6 Zoll mal 6 Zoll großes, vorgewogenes 50-Mesh-Sieb filtriert, das zu einem Becher mit einem Durchmesser von etwa 4 Zoll geformt war. Jegliche Fischaugen, die nach Filtrieren auf dem Sieb verbleiben, wurden mit einigen Millilitern frischem Wasser abgespült und das Sieb mit den nassen Fischaugen wurde sofort gewogen und das Gewicht der nassen Fischaugen durch Differenzwägung bestimmt. Das Gewicht der Fischaugen wurde dann von dem Gewicht der 300-ml- Probe vor dem Filtrieren abgezogen, um das Gewicht der wässrigen Zusammensetzung zu bestimmen, die durch das 50-Mesh-Sieb passierte, welches dann durch das Gewicht der 300-ml-Probe vor dem Filtrieren dividiert und mit 100 multipliziert wurde, um den gewichtsprozentualen Anteil der wässrigen Zusammensetzung zu ermitteln, der während des Versuchszeitraums nach Ausbildung der wässrigen Zusammensetzung durch ein 50-Mesh-Sieb passierte. Die Ergebnisse gehen nachstehend aus Tabelle 2 hervor und zeigen, dass PAMs (Polyacrylamide) mit kleiner Teilchengröße mittels der erfindungsgemäßen Verfahren schneller zur Herstellung von wässrigen Zusammensetzungen dispergiert werden können als bei Verwendung eines PAM mit großer Teilchengröße.
TABELLE 2
BEISPIEL 15–18C
Die Polymere A, B, D und E wurden wie in den Beispielen 9–14C dispergiert, mit der Ausnahme, dass die Polymere mit einer Geschwindigkeit von etwa 450 Gramm pro Minute zugegeben wurden, um wässrige Zusammensetzungen mit einer Konzentration von etwa 0,3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht, auszubilden. Die Ergebnisse gehen nachstehend aus Tabelle 3 hervor. Diese Ergebnisse zeigen, dass kleine Polyacrylamidteilchen durch die erfindungsgemäßen Verfahren genauso rasch oder sogar rascher dispergiert werden können als größere Teilchengrößen desselben Polymers.
TABELLE 3
BEISPIEL 19C
Ein Versuch wurde unternommen, Polymer B zur Ausbildung einer wässrigen Zusammensetzung mit einer Polymerkonzentration von 0,4 % unter Verwendung einer Löseeinheit Modell 7020, im Handel erhältlich von Excell Design and Construction, Somerset, N.J., in Wasser hinein zu dispergieren. Diese Löseeinheit besteht aus einer Saugstrahlpumpe, die mit einer Zufuhrvorrichtung für Polymerpulver ausgestattet ist, um die Zufuhrgeschwindigkeit des Pulvers zu steuern. Die Zufuhrvorrichtung fungiert derart, dass Polymerpulver von einem Trichter auf eine flache Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 50 Zentimetern fällt, welche sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 2–5 Umdr./Min dreht. Das Polymerpulver wird nicht durch ein Sieb zugeführt. Die Scheibe führt das Pulver zu einem Rohr, das die Saugseite einer Saugstrahlpumpe beschickt. Die bei diesem Versuch gebildete wässrige Zusammensetzung enthielt zahlreiche Gelklumpen, von denen mehr als 20 % innerhalb von 30 Minuten nach der Ausbildung nicht durch ein 50-Mesh-Sieb passieren konnten.
BEISPIEL 20–22
Eine Löseeinheit Pol-E-Duc PowerDown Eductor, im Handel erhältlich von ProFlow Modular Systems aus North Haven, Conn., USA, wurde zur Dispersion von Polymer A in einer Versuchsreihe mit unterschiedlichen Zufuhrgeschwindigkeiten verwendet. Luftgetragene Ströme Polyacrylamidteilchen wurden durch Passieren von Polymer A durch ein Sieb (Öffnungen etwa 1 cm) und dann durch ein Saugstrahl-Zufuhrrohr gebildet. Der Wasserstrom durch die Saugstrahlpumpe betrug etwa 200 Liter pro Minute und erzeugte einen subatmosphärischen Druck im Zufuhrrohr von weniger als 684 Torr. Das Polymer kam mit dem Wasser in der Saugstrahlpumpe mit Zufuhrgeschwindigkeiten von 570, 750 und 950 Gramm pro Minute in Berührung und bildete in jedem Fall gleichmäßige wässrige Zusammensetzungen mit einer Konzentration an dispergiertem Polymer von etwa 0,3–0,5 % aus. Mehr als 90 Gew.-% der ausgebildeten wässrigen Zusammensetzungen konnten innerhalb von 15 Minuten nach der Ausbildung durch ein 50-Mesh-Sieb passieren.
BEISPIEL 23
Ein Modul zur polyelektrolytischen Verarbeitung Polymair Modell 512, im Handel erhältlich von Acrison, Inc., Moonachie, N.J., USA, wurde zur Dispersion von Polymer A verwendet. Luftgetragene Ströme Polyacrylamidteilchen wurden gebildet, durch Zugeben von Polymer A in die Benetzungswirbelkammer dieses Moduls. Das Polymer kam in der Kammer mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 820 Gramm pro Minute mit dem Wasser in Berührung und bildete eine gleichmäßige wässrige Zusammensetzung mit einer Konzentration an dispergiertem Polymer von etwa 0,2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht, aus. Mehr als 90 Gew.-% der ausgebildeten wässrigen Zusammensetzung konnte innerhalb von 15 Minuten nach der Ausbildung durch ein 50-Mesh-Sieb passieren.
BEISPIEL 24
Die in Beispiel 23 ausgebildete wässrige Zusammensetzung wurde in einer Dosierung von etwa 10 Gewichtsteilen Polymer pro Millionen Gewichtsteile Abfallaufschlämmung zum Ausflocken einer Kohleabfallaufschlämmung (etwa 5 % Feststoffe) verwendet. Die Absetzleistung war mit der Leistung vergleichbar, die mit wässrigen Zusammensetzungen erhalten wird, die durch herkömmliche Dispersionsverfahren ausgebildet werden.
BEISPIEL 25–26
Die in den Beispielen 9 und 10 ausgebildeten wässrigen Zusammensetzungen wurden in einem Dosierungsbereich von etwa 0,5 bis etwa 1 Gew.-% Polymer, bezogen auf das Trockengewicht der Aufschlämmung, zum Ausflocken einer Abwasserschlammaufschlämmung verwendet. Die Absetzleistung war mit der Leistung vergleichbar, die mit wässrigen Zusammensetzungen erhalten wird, die durch herkömmliche Dispersionsverfahren ausgebildet werden.

Claims

Verfahren zur Verbesserung der Dispersion einer Polymerzusammensetzung in Wasser, umfassend (a) das Bereitstellen einer trockenen Polymerzusammensetzung umfassend eine Mehrzahl von Polyacrylamidteilchen, wobei wenigstens 90 Gew.-% der Polyacrylamidteilchen eine Teilchengröße von 300 Mikron oder weniger aufweisen, (b) das Bereitstellen eines Stroms sich bewegenden Wassers; (c) das Trennen der Polyacrylamidteilchen voneinander zur Bildung eines luftgetragenen Stroms getrennter Polyacrylamidteilchen und (d) das In-Berührung-Bringen des luftgetragenen Stroms getrennter Polyacrylamidteilchen mit einer Geschwindigkeit von 10 Gramm pro Minute oder mehr mit dem Strom sich bewegenden Wassers zur Ausbildung einer wässrigen Zusammensetzung, umfassend 0,01 Gew.-% oder mehr des dispergierten Polymers bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Zusammensetzung, wobei die trockene Polymerzusammensetzung oder das dispergierte Polymer ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 100.000 oder mehr aufweist und wobei das Trennen und das In-Berührung-Bringen so wirksam sind, dass mehr als 90 Gew.-% der wässrigen Zusammensetzung innerhalb von 15 Minuten nach Ausbildung der wässrigen Zusammensetzung durch ein 50-Mesh-Sieb passiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Trennen durch Zusetzen der Polyacrylamidteilchen in das Zentrum eines sich drehenden Flügelrads erreicht wird und wobei der Strom sich bewegenden Wassers um den Umfang des Flügelrads angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Trennen durch Passieren der Polyacrylamidteilchen durch ein Sieb und ein Saugstrahl-Zufuhrrohr mit einem Druck von 684 Torr (9,1 × 10⁴ N/m²) oder weniger erreicht wird.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei die Polyacrylamidteilchen sprühgetrocknete Teilchen sind.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei die Polymerzusammensetzung eine zahlengemittelte Teilchengröße von 200 Mikron oder weniger aufweist.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei die wässrige Zusammensetzung 0,1 Gew.-% oder mehr des dispergierten Polymers bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Zusammensetzung umfasst.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei die wässrige Zusammensetzung 0,2 Gew.-% oder mehr des dispergierten Polymers bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Zusammensetzung umfasst.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei die Polymerzusammensetzung oder das dispergierte Polymer ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 1.000.000 oder mehr aufweist.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei das Polyacrylamid kationisch oder anionisch ist.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei das Trennen und das In-Berührung-Bringen so wirksam sind, dass mehr als 90 Gew.-% der wässrigen Zusammensetzung innerhalb von 5 Minuten nach Ausbildung der wässrigen Zusammensetzung durch ein 50-Mesh-Sieb passiert.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei das Trennen und das In-Berührung-Bringen so wirksam sind, dass mehr als 95 Gew.-% der wässrigen Zusammensetzung innerhalb von 15 Minuten nach Ausbildung der wässrigen Zusammensetzung durch ein 50-Mesh-Sieb passiert.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei die trockene Polymerzusammensetzung im Wesentlichen staubfrei ist.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, das ferner das Verdünnen der wässrigen Zusammensetzung mit Wasser umfasst.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, das ferner das Zugeben der wässrigen Zusammensetzung zu suspendierten Feststoffen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die suspendierten Feststoffe ausgewählt sind aus biologischen Feststoffen, mineralischer Aufschlämmung, öligem Wasser und Celluloseaufschlämmung.