JPS6343381B2 - - Google Patents

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JPS6343381B2
JPS6343381B2 JP13316778A JP13316778A JPS6343381B2 JP S6343381 B2 JPS6343381 B2 JP S6343381B2 JP 13316778 A JP13316778 A JP 13316778A JP 13316778 A JP13316778 A JP 13316778A JP S6343381 B2 JPS6343381 B2 JP S6343381B2
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JP
Japan
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acrylamide
copper
treatment
aqueous solution
polymer
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JP13316778A
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Japanese (ja)
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JPS5562054A (en
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Shiro Asano
Kohei Sei
Yoshihiko Kanbara
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Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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Publication date
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Publication of JPS6343381B2 publication Critical patent/JPS6343381B2/ja
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【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、銅系触媒の存在下液相でアクリロニ
トリルと水とを反応させて得られるアクリルアミ
ド水溶液の精製方法に関する。 アクリルアミドは従来からアクリルアミド系ポ
リマーとして製紙薬剤、凝集剤、石油回収剤、お
よび土壌固化剤などに用いられ、また他のポリマ
ーのコモノマーとしても広い用途を有している。
これらの用途に供されるアクリルアミドの製法と
しては、古くはいわゆる硫酸法により製造されて
いたが、近年に至り銅系触媒の存在下に反応させ
る接触法が開発され、現在では硫酸法に代わつて
工業的に実施されている。 アクリルアミドの上記の用途のうち、特に凝集
剤は、近年廃水処理用などに用途が拡大され、こ
れに伴つて品質性能の向上に著しい努力が払われ
ている。就中、凝集剤として用いられるアクリル
アミド系ポリマーの性能に直接的に寄与するとい
われる高分子量化の傾向が著しく、1000万以上特
に1400万程度の高分子量のものが求められてい
る。これは他の用途に用いられるアクリルアミド
系ポリマーあるいは他のポリマーに求められてい
る分子量が通常100万以下であることに比較して
遥かに高い。加うるに得られたアクリルアミド系
ポリマーは凝集剤として通常水に溶解して用いら
れる為に水に対して速かにかつ不溶解分を残さず
に溶解すること、及びアクリルアミドモノマーの
有毒性の為にポリマー中の未反応モノマーが例え
ば0.2%以下の微量であることも必要とされる。
上記した2つの要求は通常高分子量化とは両立し
がたい性質であり、その達成に著しい努力が払わ
れているゆえんである。なお、本発明にいう分子
量とは後述する実施例1に示す試験方法によるも
のであり、また水溶性が問題とされるのは、通常
水性媒体中で得られたポリマーを乾燥して水分を
20%以下、特に10%程度の乾燥粉体とした場合で
あり、本発明にいう水溶性も主としてこの意味で
用いられる。 水溶性の良好な高分子量アクリルアミド系ポリ
マーの製造に関しては多くの提案がなされてい
る。例えば、アクリルアミドの重合反応の前、途
中又は後に不溶化防止剤として尿素系物質、各種
アミン類、ニトリロトリスカルボン酸などを添加
する方法:セリウム塩とアセチルアセトン、油溶
性アゾ化合物とアミン類などの特定の重合開始剤
系を用いる方法:或いは重合反応で得られた含水
ゲルの乾燥に際して溶剤による抽出脱水を併用し
たり異つた条件の2段階の乾燥を行なう方法、な
どが知られている。 而して前記課題の解決はアクリルアミド系ポリ
マーの製造方法に依るだけでなく、アクリルアミ
ドの品質に依るところが大きいとされている。例
えば、特開昭52−68118では原料たるアクリロニ
トリル中のアクロレインは1.5ppm以下でなけれ
ばならないとされ、特開昭52−138585ではアクリ
ルアミド中の3、3′、3″−ニトリロトリスプロピ
オン酸を0.1ppm以下とすべきことが記されてい
るなど、アクリルアミド中の或いは遡つて原料ア
クリロニトリル中の1ppm程度の有機性不純物と
いえども有害とされるほどで、極めて高度の精製
が必要であることがうかがわれる。 このような精製を行なう際に注意しなければな
らないことは、周知のようにアクリルアミドは極
めて反応性に富んだ化合物でビニル重合型重合反
応、カルバモイルエチル化反応或いはアミド基の
水素の移動を伴う反応などの反応性を有するので
精製中にこれらの反応を誘起して新たな不純物を
生成しかねないことであり、また精製の際に用い
るイオン交換樹脂のような材料から溶出混入する
不純物は微量といえども無視できないということ
である。 このような観点からすれば、アクリルアミドの
精製方法のうち従来から行なわれている晶析法は
確実ですぐれた方法であるが、多大のコスト増加
を伴うものである。その理由は、接触法によるア
クリルアミドの製造は必然的に水溶液状で製造さ
れそのまま上市もされており、一方アクリルアミ
ド系ポリマーはアクリルアミドを水溶液状で用い
る水溶液重合または油中水型エマジヨン重合によ
り製造されるのが最も一般的であるからである。
従つてこのことを考えれば、アクリルアミドモノ
マーの製造工程中に結晶化工程を含むことは極め
て不経済といわなければならない。そこで、接触
法により得られるアクリルアミドを水溶液のまま
で精製する方法も多く提案されており、例えば特
定の陽イオン交換処理またはキレート樹脂処理を
行なう方法(特開昭48−62715、49−80016など)、
特定の陰イオン交換処理を行なう方法(特開昭50
−82011)、空気又は酸素ガス処理を行なう方法
(特開昭51−22790)、これら3つのうち2つ以上
を組合わせる方法(特開昭50−83323、52−
91818、など)及び特定の活性炭処理を行なう方
法(特開昭48−62714)などが挙げられる。本発
明者らはこれらの方法とこれらの組合わされた方
法について詳細に検討したが、前記した高分子量
のアクリルアミド系ポリマーの製造に適したアク
リルアミドの精製方法は見出されなかつた。即ち
上記の方法で精製されたアクリルアミドを用いて
高分子量アクリルアミド系ポリマーの乾燥粉末状
製品とする場合は、その品質就中水溶性は、しば
しば不満足でしかも一定しないという不都合が認
められる。 この現象は一つには上記の精製処理に用いられ
る陽イオン樹脂またはキレート樹脂、陰イオン交
換樹脂、空気または酸素ガス、及び活性炭のよう
な活性な材料にアクリルアミドが接触して新たな
不純物を生成する為と想像され、また一つにはこ
れ等の材料から別の不純物が溶出混入する為とも
想像される。従つて上記のような精製処理がある
程度有効であつても、更に最終的に不純物を除去
することが望まれる。そして最終的精製方法はそ
れ自身が新たな不純物の生成原因とならないよう
な温和な雰囲気で行なわれるべきであり、別の不
純物を混入させる原因となつてはならない。 本発明は上記した技術的課題を解決することを
目的とするものであり、第1の目的は分子量1000
万以上特に1400万程度でかつ水に溶解しやすく未
反応単量体含量が例えば、0.2%以下の微量であ
る高分子量アクリルアミド系ポリマーを製造する
方法を提供することにあり、第2の目的は接触法
により得られるアクリルアミド水溶液をかかるア
クリルアミド系ポリマーの製造に供するに先立ち
そのまま高度にかつ経済的に精製する方法を提供
することにあり、更に第3の目的はアクリルアミ
ド水溶液より本発明以外の方法では除去しえなか
つた不純物を除去すると共にそれらの方法で精製
する際に生成又は混入すると考えられる不純物を
最終的に温和な雰囲気で除去するのに適したアク
リルアミド水溶液の新規な精製方法を提供するこ
とにある。 本発明の方法に用いられる銅系触媒の例として
は、(A)銅線、銅粉等の形の銅と銅イオンとの組合
わせ、(B)銅化合物を還元剤で還元して得られるも
の(還元銅)、(C)銅化合物を熱などにより分解し
て得られるもの(分解銅)、及び(D)銅のラネー合
金をアルカリなどで展開して得られるもの(ラネ
ー銅)がある。上記の還元銅の製法の例として
は、(1)酸化銅を気相中で水素、一酸化炭素または
アンモニアで還元する方法、(2)銅の塩又は水酸化
物を水溶液中でホルマリン、ヒドラジン又は硼水
素化ナトリウムで還元する方法及び(3)銅の塩又は
水酸化物を水溶液中で元素状のアルミニウム、亜
銅又は鉄で還元する方法などがあり、得られるも
のの主触媒成分はいずれも元素状の銅と考えられ
る。上記の分解銅の製法の例としては、(1)銅化合
物を次亜燐酸ナトリウムなどで処理して得られる
水素化銅をアルカリ水中で熱分解する方法、(2)蟻
酸銅又は蓚酸銅を熱分解する方法、(3)特開昭49−
108015に示されたいわゆるクラスター銅を熱分解
する方法及び(4)銅アセチリド又は窒化銅を直接ア
クリロニトリルの水和反応系に加える方法などが
あり、得られるものの主触媒成分は(4)項のものも
含めて元素状の銅と考えられる。上記のラネー銅
の製法の例としては、(1)銅−アルミニウム合金を
カセイソーダ、硫酸、水、有機アミンなどでほぼ
完全に展開する方法及び(2)銅−アルミニウム合金
をカセイソーダ、硫酸、水、有機アミンなどで部
分的に展開してアルミニウムの一部を銅と共に残
す方法などがあり、得られるものの主触媒成分は
いずれも元素状の銅と考えられる。而してこれ等
の銅系触媒は、通常用いられる担体に担持されて
いても差支えないし、銅以外の金属、例えばクロ
ム又はモリブデンを含んでいても差支えない。触
媒は使用前および使用中を通じて酸素および酸素
含有ガスとの接触を避けることが望ましい。その
理由は触媒としての活性を損い、エチレンシア
ン、ヒドリンなどの副生物が増加するからであ
る。 本発明のアクリロニトリルの水和反応は上記し
た銅系触媒の存在下に次のようにして行なわれ
る。反応の形式は液相中の懸濁床又は固定床の触
媒床で、流通式又は回分式が行なわれる。水和反
応に供されるアクリロニトリルと水との重量比率
は実質的に任意であるが、好ましくは60:40〜
5:95であり、更に好ましくは50:50〜10:90で
ある。水和反応の好ましい反応温度は50〜200℃
であり、更に好ましくは70〜150℃である。アク
リロニトリルの反応率は好ましくは10〜98%であ
り、更に好ましくは30〜95%である。 上記したアクリロニトリルと水との重量比、反
応温度およびアクリロニトリルの反応率に於て、
未反応アクリロニトリル、未反応水および生成ア
クリルアミドの3者が均一な溶液系を作らないこ
とがあるが、これを避ける為にアクリルアミドそ
の他の共溶剤を加えても良い。反応器内は、上記
した温度と組成に於ける蒸気圧又はそれに窒素な
どの不活性ガスを加えた圧力に保たれるが、その
圧力は通常、常圧ないし10気圧である。反応器に
供給される触媒、アクリロニトリル、水、共溶剤
などに含まれる溶存酸素は触媒の活性を損い、エ
チレンシアンヒドリンなどの副生物を増加させる
ので、反応器に供給する前に十分に除去すること
が望ましく、また同じ理由から反応器内は酸素を
含まない雰囲気に保つことが望ましい。なお水和
反応後反応器から取り出される反応液は主として
未反応アクリロニトリル、未反応水、アクリルア
ミド及びアクリルアミド以外の共溶剤を用いた場
合はその共溶剤から成り、更にエチレンシアンヒ
ドリン等の副生物と銅を含む。 上記の反応で得られた反応液は必要ならば通常
の蒸発又は蒸留操作に付して濃縮されたアクリル
アミド水溶液を得ると共に未反応のアクリロニト
リルと水(及びアクリルアミド以外の軽質の共溶
剤を用いた場合はその共溶剤)を留出回収する。 上記した反応液または濃縮されたアクリルアミ
ド水溶液(以下これ等の液をモノマー水溶液と略
称する)は次いで陽イオン交換処理、キレート樹
脂処理、陰イオン交換処理、空気又は酸素ガス処
理、活性炭処理のような既に知られている各種の
精製方法により精製される。また活性炭やイオン
交換樹脂と類似の方法で用いられるいわゆる合成
吸着樹脂(例えば北越炭素工業社製、商品名:吸
着樹脂)も使用できる。これ等の精製工程の途中
または後に該モノマー水溶液を上記の濃縮処理に
付しても良いし、また再度濃縮することがあつて
も差支えない。 なお、上記した精製工程に加えて晶析法により
アクリルアミドを精製することは先に記した晶析
法の不経済性の故に本発明の趣旨にはそわない
が、その実施をさまたげるものではない。 本発明の方法で得られるアクリルアミドの主た
る利用目的は凝集剤などに用いられる高分子量ア
クリルアミド系ポリマーの製造であるが、その製
造法は概略次のようである。 アクリルアミドは単独又は他のビニル重合型の
コモノマーと共に用いられる。コモノマーとして
は、アクリル酸及びメタクリル酸又はそれ等の水
溶性塩:アクリル酸及びメタクリル酸のアルキル
アミノアルキルエステル又はそれ等の第4級アン
モニウム誘導体:2−ビニルイミダゾリン及び2
−ビニルピリミジン又はそれ等の第4級アンモニ
ウム誘導体:酢酸ビニル:アクリロニトリルなど
を挙げることができる、これ等のコモノマーとア
クリルアミドとの混合比率は普通アクリルアミド
100モルに対して100モル以下特に50モル以下であ
る。 アクリルアミドとコモノマーとの重合は水溶液
重合、乳化重合等周知の方法で行なわれるが、こ
のうち最も広く用いられる水溶液重合の一般的方
法を述べる。アクリルアミドとコモノマーの合計
濃度は普通5〜50%特に15〜40%とする。重合開
始剤には過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、
過酸化水素、過酸化ベンゾイル等の過酸化物:ア
ゾビスイソブチロニトリル、2、2′−アゾビス
(2−アミジノプロパン)2塩酸塩、4、4′−ア
ゾビス(4−シアノバレリアン酸ナトリウム)な
どのアゾ系遊離基開始剤:場合により上記過酸化
物とレドツクス系開始剤を形成する重亜硫酸ナト
リウム、トリエタノールアミン、硫酸第一鉄アン
モニウムなどの還元剤が用いられる。重合反応の
温度に関しては、アクリルアミドとコモノマーと
の合計濃度が15%以上であつて得られるポリマー
の分子量が1000万以上の高分子量の場合には冷却
などによる温度の制御が困難である為、普通断熱
的な重合形式がとられ、この場合重合系の温度は
重合の進行と共に重合熱によつて上昇する。この
場合に於て重合の開始時の温度は−5〜40℃の範
囲から選ばれることが多く、反応終了時の温度は
例えば55〜100℃の高温度に達する。 分子量を1000万以上特に1400万程度の高分子量
とする為、アクリルアミド及びコモノマーの合計
濃度、使用する重合開始剤の種類と濃度、反応温
度などについて工夫がなされる。未反応アクリル
アミドを例えば0.2%以下の微量とする為にも同
様の工夫がなされるが、特に2種類以上の重合開
始剤を異つた温度領域で作用させる方法が多く提
案され実施されている。 上記のような重合反応によつて得られるものは
含水ゲル、即ちアクリルアミドとコモノマーとを
水溶液にする為に用いた水をほぼそのまま含むゴ
ム状のゲルであるが、通常はこれを乾燥粉末状の
製品とする為、水の抽出又は加熱乾燥による脱
水、或いは含水ゲル又は乾燥ゲルの破砕又は粉砕
などの処理を加える。なおこれ等の処理に先立つ
て又はその途中で含水ゲルにカセイソーダをねり
込み加熱してアミド基の一部をカルボキシル基に
変ずるなどアクリルアミド系ポリマーを化学的に
変性することもある。 以上のようにして高分子量化し、未反応モノマ
ーを減少させ乾燥粉末化し場合により化学的変性
を行なう結果として、得られるアクリルアミド系
ポリマーは、しばしば水に溶解しにくいものとな
り、凝集剤などの商品としての価値を失いがちで
ある。その解決の為に前記したように、重合反応
の前、途中または後に不溶化防止剤を添加する方
法、特定の重合開始剤系を用いる方法、或いは含
水ゲルの乾燥を特定の条件下で行なう方法などが
行なわれる。 本発明の方法が適用されるアクリルアミドは概
略上記のようなアクリロニトリルの水和反応、蒸
発または蒸留操作、各種の精製処理およびその他
の付帯的工程からなる方法で製造され、概略上記
のような高分子量アクリルアミド系ポリマーの製
造に供される。しかし乍らかくして得られるアク
リルアミド系ポリマーの水溶性などの性質は決し
て満足なものではなく、かつその程度がアクリル
アミドの製造ロツトによつて異るという変動性が
ある。そこで本発明者らはアクリルアミド系ポリ
マーの製造方法を特に改良することなく、アクリ
ルアミドの新たな精製方法について検討した結
果、次の本発明の方法に到達した。即ち、本発明
の方法は銅系触媒の存在下アクリロニトリルを水
和してアクリルアミドを製造するに際し、水和し
て得られるアクリルアミド水溶液を予め脱銅処理
して液中の銅含有量を1ppm以下としたのち膜透
過処理するアクリルアミド水溶液の精製方法であ
り、また脱銅処理と同時に又は脱銅処理したのち
陰イオン交換処理ししかるのち膜透過処理するこ
とも出来る。 本発明にいう膜透過法はいわゆる逆浸透法と限
外過法とを包含したものである。ここに逆浸透
法とは、浸透圧現象の原理に基き、溶液に浸透圧
以上の圧溶を加えて溶質排除性の半透膜から浸透
させることにより、溶質濃度の低い透過液と溶質
濃度の高まつた残液(濃縮液)とを得る方法と解
される。また限外過法とは逆浸透法の対象溶質
にくらべて浸透圧への寄与の小さい、従つて高分
子量の溶質を排除するように作られた膜を用い
て、逆浸透法と同様の操作で行なわれる。このよ
うな膜透過法で上記の製造工程から得られたアク
リルアミドの水溶液(これは以下に於てもモノマ
ー水溶液と略称する)を処理すると、アクリルア
ミドの濃度に関しては殆んど差のない透過液と濃
縮液とを得るが、透過液として得られたアクリル
アミドを高分子量アクリルアミド系ポリマーの製
造に供するとその水溶性などの性質は著しく改善
される。これが本発明の要点であつて、本発明に
おいてはこのようにして透過液を得ることを膜透
過処理と称することとする。なお同時に得られる
濃縮液は品質的要求の高くない用途に用いること
ができる。膜透過処理用の膜(以下膜と略称す
る)としては酢酸セルローズ製と芳香族ポリアミ
ド製のものが最も広く使用され、また成書(例え
ば大矢晴彦著「逆浸透法・限外過法、理論」、
昭和51年9月1日刊)でも知られているような各
種の材質と製法のものも開発され使用されている
が、本発明においてはアクリルアミドに対して化
学的に不活性なものであれば良い。膜が有する溶
質排除の能力は、溶質が低分子量の場合(いわゆ
る逆浸透領域)には塩阻止率又は分画分子量で表
され、高分子量の場合(いわゆる限外過領域)
には分画分子量で表わされる。ここで分画分子量
は、同一の分子量の分子のなかで最も分離しにく
いといわれる球状分子に関し99%以上即ちほぼ全
量を分離することのできる分子量を表すものとす
る。本発明に用いられる膜は、分画分子量がおよ
そ22000以下のものがアクリルアミドの品質向上
の点で有効であり、特に8000以下のものが良い。
膜の形状には平膜、管状膜及び中空状膜があり、
本発明の用途にはこれ等のいずれでも使用できる
が、特に平膜と管状膜が使いやすい。 膜透過処理にかけるモノマー水溶液の濃度は好
ましくは5〜60%であり、更に好ましくは20〜45
%である。この範囲外であつても本質的な制約は
ないが、低濃度になるほど処理すべき液量が大き
いので不経済でありかつ一般のポリアクリルアミ
ド系ポリマーを製造する際のアクリルアミド濃度
より低い為に再度濃縮する必要が生ずる。また60
%以上の高濃度では膜を透過する速度が著しく遅
くかつその速度の経時的低下も著しいので実用上
好ましくない。モノマー水溶液のPHはモノマー水
溶液の安定性の観点より3〜9が良く特に5〜8
が良いが、同時に膜の耐用PH範囲内でなければな
らない。 膜透過処理の温度はモノマー水溶液を安定に保
つ為に40℃以下が好ましく、更に膜の耐用温度が
40℃より低い場合は耐用温度以下とする。またモ
ノマー水溶液は、その濃度に応じてアクリルアミ
ドが析出する温度を有するので、膜透過処理の温
度はそれより高温度でなければならない。膜透過
処理の圧力は浸透圧より高ければ良いが、一般に
20〜80Kg/cm2Gで行なわれる。膜透過処理にかけ
るモノマー水溶液に対する透過液の重量比率は小
さいほど透過液中の不純物が少く好ましいと考え
られるが、他の経済的効果も合わせ考えれば10〜
90%が好ましい。以上の如く本発明の膜透過処理
はアクリルアミドの精製処理条件としては極めて
温和な雰囲気下に行なうことが可能であり従つて
従来知られている他のいくつかの精製処理の後に
最終的に不純物を除去するという本発明の目的に
適合するものである。 前記したアクリロニトリルの水和反応で得られ
たモノマー水溶液は10〜1000ppm(対アクリルア
ミド純分。以下同じ)の銅を含む。銅の形態は明
らかでなく、いわゆる銅イオン又は銅錯イオンの
他に元素状銅のコロイド粒子など非イオン性銅も
含まれると考えられる。また銅イオンがアクリル
アミドの安定剤として有効であるところから、上
記の銅をいつたん除いたモノマー水溶液に対し
て、例えば25ppmの銅イオンを加えて市場に出荷
することも行なわれる。かかる多量の銅は一般に
アクリルアミドを重合してアクリルアミド系ポリ
マーを製造する重合反応に対して障害となること
が多いので1ppm以下好ましくは0.1ppm以下とす
る。モノマー水溶液から銅を除去すること即ち脱
銅処理の方法としては、陽イオン交換樹脂を用い
る方法とキレート樹脂を用いる方法が広く知られ
ており、すぐれているが、本発明に於てもこの2
つの方法が採用される。上記した非イオン性銅は
そのままではこれらの脱銅処理では除かれないか
又は除かれにくいが、予め酸素ガスとの接触など
によりイオン性とすることにより容易に除かれ
る。 本発明の特徴の1つは、かかる脱銅処理を膜透
過処理を行なう前に行なう点にある。逆に脱銅処
理を後で行なう場合は、得られるアクリルアミド
の品質は不満足で、かつその程度が一定しないと
いう変動性が認められ、恐らくは脱銅処理中に不
純物が生成または混入する為と考えられる。また
膜透過処理自体も銅イオンを除去する性質を有す
るので脱銅処理を省くことも考えられるが、本発
明者らの見出したところによれば膜透過処理によ
るモノマー水溶液からの銅イオンの除去能力は一
般に予想されるよりも遥かに低く、実用的でな
い。例えば概略の分画分子量が500である酢酸セ
ルローズ系膜を用いて第二銅イオン約500ppmを
含むモノマー水溶液を処理した場合、透過液中の
第二銅イオンは約100ppmと高濃度であつたこと
からも理解できる。そこで予め脱銅処理を行ない
次いで本発明の最も重要な部分である膜透過処理
を行なえば、膜透過処理が効果的に行なわれ高度
な安定な品質のアクリルアミドが得られる。 陽イオン交換樹脂およびキレート樹脂としては
周知の種々のものが使用される。陽イオン交換樹
脂としては、強酸性陽イオン交換樹脂及び弱酸性
陽イオン交換樹脂のいずれでも使用できるが強酸
性陽イオン交換樹脂が使いやすく、ゲル型であつ
てもポーラス型であつてもよく、また遊離酸形で
あつてもナトリウム塩型などの塩型であつても良
いが遊離酸型が使いやすい。具体的な例として
は、アンバーライトIR120B及びIRC50(いずれも
商品名、ロームアンドハース社製)、ダイアイオ
ンSK1B、PK208及びWK10(いずれも商品名、
三菱化成社製)、レバチツトSP100、PP112及び
CNP80(いずれも商品名、バイエル社製)などが
挙げられる。キレート樹脂としては、スチレン−
ジビニルベンゼン共重合体に各種のキレート形成
基を導入した樹脂のほか各種のものが知られてい
るが、これ等のうちスチレン−ジビニルベンゼン
重合体にキレート形成基を導入したものが好まし
い。具体的な例としてはダイアイオンCR−10(商
品名、三菱化成社製)、レバチツトTP−207(商品
名、バイエル社製)が挙げられる。これ等のキレ
ート樹脂は通常ナトリウム塩型で使用される。 次に脱銅処理の方法を述べる。陽イオン交換樹
脂又はキレート樹脂は固定床、移動床及び懸濁床
のいずれの型式でも用いられるが、このうち固定
床が最も良い。脱銅処理におけるモノマー水溶液
の濃度は好ましくは5〜60%である。この範囲外
であつても本質的な制約はないが、これより低濃
度では処理すべき液量が大きいので不経済であり
かつ一般のアクリルアミド系ポリマーを製造する
際のアクリルアミド濃度より低い為に再度濃縮す
る必要が生じ、またこれより高い濃度では脱銅処
理中にアクリルアミドの重合反応も誘起しやす
い。処理温度はモノマー水溶液を安定に保つ為に
40℃以下が好ましく、またモノマー水溶液はその
濃度に応じてアクリルアミドが析出する温度を有
するのでそれより高温度でなければならない。処
理前のモノマー水溶液のPHはモノマー水溶液を安
定に保つ為に2〜10が好ましく、3〜9が一層好
ましいが、更に使用する陽イオン交換樹脂または
キレート樹脂の種類に特有の好ましい使用範囲に
も制約される。脱銅処理は以上の諸条件および陽
イオン交換樹脂またはキレート樹脂の使用量など
の条件のもとに行ない、処理後の銅含有量を
1ppm以下好ましくは0.1ppmとする。 一般に膜透過法に於ては、膜の使用時間と共に
膜の圧密化、化学的変質及びゲル状物質などの付
着が進むため、透過液の透過速度は経時的に低下
する。その経過は第2図に示す如くで、時間と透
過速度を夫々の対数で示せばA及びBのように通
常直線的となることが多く、経時低下の度合を直
線の勾配mの絶対値で表わすことが行なわれる。
そして透過速度が一定の値まで低下した時点で膜
は更新するか洗滌等により再生する。本発明者ら
の知見によれば、モノマー水溶液を膜透過処理す
る場合の特徴として他の多くの物質の水溶液の場
合に比して透過速度が小さく、かつ経時低下の度
合すなわちmの絶対値が大きく、加えて洗滌など
によつて再生もされない。そこで本発明者らはm
の絶対値を小さくする方法を見出す為に、膜透過
処理とその他の精製処理との組合わせを検討した
結果、前記した脱銅処理に加えてモノマー水溶液
を陰イオン交換処理し、しかる後に膜透過処理す
ることによりmの絶対値を小さくすることができ
ることを見出した。アクリルアミドを陰イオン交
換処理により精製する方法は既に知られており、
その効果も認められるが、本発明者らの知見によ
れば、その効果は不十分であるばかりでなく、し
ばしばその処理によつてむしろ品質の低下を来た
すことがあり、またその程度が一定しないといく
変動性が認められる。これは樹脂中に新たな不純
物を生成したか処理に用いられる陰イオン交換樹
脂から不純物が溶出混入する為と考えられる。し
かるに本発明のように陰イオン交換処理の後に膜
透過処理を行なえばかかる品質の低下と変動は避
けられ、陰イオン交換処理の本来の精製効果が安
定に得られることがわかつた。本発明の特徴の一
つはこのように陰イオン交換処理と膜透過処理を
互いに補完させて本来の効果を発揮せしめる点に
ある。 本発明の陰イオン交換処理は、いわゆる陰イオ
ン交換樹脂を用いて行なわれる。陰イオン交換樹
脂としては周知の種々のものが使用され、いわゆ
る強塩基性陰イオン交換樹脂といわゆる弱塩基性
陰イオン交換樹脂のいずれでも使用できるが、ア
クリルアミドの安定性の観点から弱塩基性陰イオ
ン交換樹脂の方が好ましい。強塩基性陰イオン交
換樹脂としてはスチレン−ジビニルベンゼン共重
合体に主たるイオン交換基として第4級アミノ基
を導入したものが広く用いられ、第4級アミノ基
の導入の際に用いるアミンの種類によつて型と
型に分類することも行なわれ、またゲル型とポ
ーラス型の2種類があるが、これ等のいずれでも
使用できる。その例としては、アンバーライト
IRA400及びIRA900(いずれも商品名、ロームア
ンドハース社製)、レバチツトM500及びMP500
(商品名、バイエル社製)、ダイアイオンPA316
(商品名、三菱化成工業社製)が挙げられる。ま
た使用に際してはその対イオンを遊離塩基型又は
重炭酸塩などの弱酸塩型にして用いるのが好まし
い。他方弱塩基性陰イオン交換樹脂としては、ス
チレン−ジビニルベンゼン共重合体に第1級、第
2級または/および第3級アミノ基を導入したも
のが用いられ、例としてアンバーライトIRA93
(商品名、ロームアンドハース社製)、レバチツト
MP62及びMP64(商品名、バイエル社製)、ダイ
アイオンWA10(商品名、三菱化成社製)を挙げ
ることができる。また使用に際しては塩型とせず
に遊離アミン型で用いる方が好ましい。 陰イオン交換樹脂により除去されるモノマー水
溶液中の不純物については明らかではないが、ア
クリロニトリルの水和反応の際副生するアクリル
酸などのカルボン酸類及び脱銅処理の際生成又は
溶出する陰イオン性の化合物が考えられる。 なお、本発明の陰イオン交換処理は、脱銅処理
の後に行なつても良いし、また陽イオン交換樹脂
と陰イオン交換樹脂とをいわゆる混床として用い
て脱銅処理と陰イオン交換処理とを同時に行なう
こともできるが、実施の容易さにおいて前者の方
法の方がすぐれている。また陰イオン交換処理を
脱銅処理の前に行なう場合は、本発明の効果は得
られても、他の好ましくない影響があつて良い方
法ではない。 次に陰イオン交換処理を脱銅処理の後に行なう
具体的方法について述べる。陰イオン交換樹脂は
固定床、移動床及び懸濁床のいずれの型式でも使
用できるが、このうち固定床が最も実施しやす
い。処理するモノマー水溶液の好ましい濃度およ
び温度は脱銅処理の場合と同じ事情から夫々5〜
60%及び析出温度以上40℃以下である。処理前の
モノマー水溶液のPHはモノマー水溶液を安定に保
つ為に2−10が好ましく、3〜9が一層好ましい
が、更に使用する陰イオン交換樹脂の種類に特有
の好ましい使用範囲にも制約される。陰イオン交
換樹脂は周知のように、ある期間の使用により交
換容量を失なつた後、カセイソーダなどの再生液
による処理により再使用される。この使用期間は
特定の不純物濃度が処理された液中で一定の限度
を超えるまでとして求めるのが一般的であるが、
本発明に於ては次のように行なうことが好まし
い。 即ち、弱塩基性陰イオン交換樹脂を用いる場合
は、処理されたモノマー水溶液のPHが使用時間の
経過と共に低下するので、一定のPH値に達するま
でとして求めることができ、この場合、使用期間
は好ましくはPH4までであり、更に好ましくはPH
5までである。この限界を超えて処理を続ければ
陰イオン交換処理の効果、即ち膜透過処理に於け
る透過速度の経時低下を抑える効果が失なわれ
る。強塩基性陰イオン交換樹脂を用いる場合は使
用期間をPH値によつて求めることは困難である
が、透過速度の経時低下を抑える効果を監視する
ことによつて経験的に求めることができる。 以上の如く本発明の方法を実施することにより
得られる利点は、(1)本発明の方法以外の方法では
除去しえなかつた不純物を除去し得ると共に、そ
れ等の方法で精製する際に生成又は混入すると考
えられる不純物を最終的に温和な雰囲気で除去す
ることができ、かつその際新たな不純物を生成又
は混入させることもなく、(2)アクリルアミドを水
溶液のまま高度にかつ晶析による方法などに比し
て経済的に精製することができ、(3)本発明の方法
で得られたアクリルアミドを用いれば分子量1000
万以上特に1400万程度でかつ水に溶解し易く未反
応単量体含量が例えば0.2%以下の微量であるア
クリルアミド系ポリマーを容易に製造することが
できる。 次に実施例により本発明を更に説明する。 実施例 1 水和反応の触媒:80メツシユ以下のラネー銅合
金を常法によりカセイソーダを用いて展開し先滌
してラネー銅触媒を製造した。製造中及びその後
の取扱いに際して、酸素ガスとの接触を避けた。 水和反応:ステンレススチール製で撹拌機と触
媒分離器を内蔵した約2の反応器に上記の触媒
を仕込み、これに予め窒素ガスを用いて溶存酸素
を除いたアクリロニトリルと水を夫々600、900
g/hrの速度で供給し反応させた。反応液は触媒
と共に撹拌されて懸濁液となり、次いで触媒分離
器を通つて触媒を殆んど含まない液として反応器
からとりだされる。この反応を24時間を続けた。 濃縮:得られた反応液を回分式の減圧濃縮にか
け、未反応アクリロニトリルの全量と未反応水の
一部とを留去して濃度40%のモノマー水溶液を得
た。モノマー水溶液は銅350ppm(アクリルアミド
に対して、以下同じ)を含み、PH約6.5であつた。 脱銅処理:アンバーライトIR−120B(商品名ロ
ームアンドハース社製、強酸基性陽イオン交換樹
脂)150c.c.を遊離酸型としてガラス管カラムに充
填し、これにモノマー水溶液5900ml/hrの速度で
室温で通した。得られた液の銅含量は0.02ppm、
PHは3.7であつた。この脱銅処理を24時間続けた。 PH調整:脱銅処理の間、4時間毎に処理液のPH
をカセイソーダを用いて約6.5に調整した。 膜透過処理:膜はDDS社(デンマーク)製の
平膜999、865、GR8P及びGR6Pの4種を用いた。
概略の分画分子量が夫々180、500、8000及び
22000と称されている。 次いで第1図に示した処理工程に従つて処理し
た。即ち膜透過装置3は0.018m2の透過面積の平
膜を20枚(計0.36m2)まで装着できるもので、こ
れにまず膜999を20枚を装着した。 モノマー水溶液貯槽1に上記PH調整で得られた
モノマー水溶液4をいれ、供給ポンプ2を用い
て供給配管5を経て膜透過装置3に供給し、透過
液は透過液出口6を経て透過液受器4に捕集し濃
縮液は調圧弁7と濃縮液出口管8を経てモノマー
水溶液貯槽に戻した。この間、液の温度は28〜30
℃に保ち、また処理圧力は調圧弁7を調整して約
40Kg/cm2Gに保つた。以上の操作を透過液が約2
捕集されるまで続けた。同じ処理を膜865、
GR8P及びGR6Pを用いて繰返し、合計4種類の
透過液を得た。 アクリルアミドポリマーの製造方法:次の方法
でモノマー水溶液からアクリルアミドポリマーを
製造した。モノマー水溶液に水を加えて濃度20%
とし、この500gを1ポリエチレン容器に入れ、
18℃に保ちながら窒素ガスを通じて液中の溶存酸
素を除き、直ちに発泡スチロール製の保温用ブロ
ツクの中に入れた。次いでこれに200×10-6mpm
(アクリルアミドに対するモル比)の4、4′−ア
ゾビス(4−シアノバレリアン酸ナトリウム)、
200×10-6mpmのジメチルアミノプロピオニトリ
ル及び80×10-6mpmの過硫酸アンモニウムを
夫々少量の水に溶解してこの順に素早く注入し
た。これらの試薬には予め窒素ガスを通じて溶存
酸素を除いておき、また注入およびその前後には
上記ポリエチレン容器にも少量の窒素ガスを通じ
ておくなどして酸素ガスの混入を防止した。試薬
を注入して数分間の誘導期の後、ポリエチレン容
器の内部の温度が上昇するのが認められたので窒
素ガスの供給をとめた。約100分後に温度が約70
℃の頂点に達してからポリエチレン容器を保温用
ブロツクから取出して97℃の水に2時間浸漬し、
次いで冷水に浸漬して冷却した。かくして得られ
たアクリルアミドポリマーの含水ゲルを小塊に分
け、肉挽機ですりつぶし、100℃の熱風で2時間
乾燥し、高速回転刃式粉砕機で3分間粉砕して乾
燥粉末状のアクリルアミドポリマーを得た。更に
これを篩にかけて32〜42メツシユのものを分取
し、以后の試験に供するポリマーサンプルとし
た。ポリマーサンプルの水分を125℃1夜の熱風
乾燥による減量として求めたところ、いずれのポ
リマーサンプルについても約10%であつた。 アクリルアミドポリマーの試験方法:ポリマー
サンプルの水溶性、分子量、標準粘度および未反
応アクリルアミドの測定を次の方法で行なつた。
水溶性は1ビーカーに水600mlを入れ、定めら
れた形状の撹拌羽根で撹拌しながらポリマーサン
プル0.66g(純分約0.60g)を添加し、500rpmで
2時間撹拌を行ない、得られた溶液を150メツシ
ユの金網で過し、残渣(不溶分)を125℃の熱
風で一夜乾燥した後秤量し、これをもとのポリマ
ーサンプルの純分0.60gに対する百分率で表わす
方法によつた。また水溶性の悪いポリマーサンプ
ルの場合は金網による不溶分の別ができないこ
とがあり、この場合は過不能と表示した。分子
量は上記と同様の操作で得られた液を用いて濃
度の異るいくつかのアクリルアミドポリマー水溶
液を調製し、これに1M濃度相当の硝酸ナトリウ
ムを加え、毛管型粘度計を用いて極限粘度を求
め、次式を用いて算出した。 極限粘度=3.73×10-4〔重量平均分子量0.66〕 この式を分子量1000万以上のアクリルアミドポ
リマーに適用することには疑問があることが
Reports on Progres in Polymer Physics in
Japan、20、5(1977)から示唆されるが、広く
慣用もされている。 なお上記の水溶性試験により得られる液は水
溶性の良好の場合は濃度0.1%のポリマー水溶液
であるが、これに1M濃度相当の塩化ナトリウム
を加え、BL型粘度計でBLアダプターを用いて25
℃ローター回転数rpmで粘度を測定した(標準粘
度)。このような方法で得られる標準粘度は分子
量に相関のある値として慣用されるので本実施例
においても併用した。末反応アクリルアミドはポ
リマーサンプルに水20%を含むメタノールを加え
て1夜振とう抽出し抽出液をガスクロマトグラフ
にかける方法により定量した。 アクリルアミドポリマーの試験結果:前記の膜
透過処理で透過液として得た4種類のモノマー水
溶液と膜透過処理前のモノマー水溶液とを夫々前
記のアクリルアミドポリマーの製造方法でポリマ
ーサンプルとし、前記のアクリルアミドポリマー
の試験方法で試験し、第1表の結果を得た。
The present invention relates to a method for purifying an aqueous acrylamide solution obtained by reacting acrylonitrile and water in a liquid phase in the presence of a copper-based catalyst. Acrylamide has traditionally been used as an acrylamide-based polymer in paper-making agents, flocculants, oil recovery agents, soil solidification agents, etc., and also has a wide range of uses as a comonomer for other polymers.
In the past, acrylamide used for these purposes was produced by the so-called sulfuric acid method, but in recent years a contact method in which the reaction is carried out in the presence of a copper catalyst has been developed, and the sulfuric acid method has now been replaced by a contact method. It is practiced industrially. Among the above-mentioned uses of acrylamide, its use as a flocculant has recently been expanded to include wastewater treatment, and in conjunction with this, significant efforts have been made to improve quality and performance. In particular, there is a remarkable tendency towards higher molecular weights, which are said to directly contribute to the performance of acrylamide polymers used as flocculants, and polymers with high molecular weights of 10 million or more, especially around 14 million, are in demand. This is much higher than the molecular weight required for acrylamide-based polymers or other polymers used for other purposes, which is usually less than 1 million. In addition, the obtained acrylamide-based polymer is usually used as a flocculant by being dissolved in water, so it dissolves quickly in water without leaving any insoluble matter, and because the acrylamide monomer is toxic. It is also required that the amount of unreacted monomer in the polymer is small, for example, 0.2% or less.
The above two requirements are generally incompatible with increasing the molecular weight, and this is why significant efforts are being made to achieve them. In addition, the molecular weight referred to in the present invention is determined by the test method shown in Example 1, which will be described later.Water solubility is usually a problem when the polymer obtained in an aqueous medium is dried to remove water.
This is the case when the dry powder is 20% or less, particularly about 10%, and water-soluble in the present invention is mainly used in this sense. Many proposals have been made regarding the production of high molecular weight acrylamide polymers with good water solubility. For example, a method in which urea-based substances, various amines, nitrilotriscarboxylic acid, etc. are added as an insolubilization inhibitor before, during, or after the polymerization reaction of acrylamide; A method using a polymerization initiator system, or a method in which extractive dehydration with a solvent is used in combination with the drying of a hydrogel obtained by a polymerization reaction, or a method in which drying is performed in two stages under different conditions is known. Therefore, it is said that the solution to the above problem depends not only on the production method of the acrylamide-based polymer but also on the quality of the acrylamide. For example, in JP-A-52-68118, the acrolein content in the raw material acrylonitrile must be 1.5 ppm or less, and in JP-A-52-138,585, the amount of 3,3',3''-nitrilotrispropionic acid in acrylamide must be 0.1 ppm or less. It is stated that organic impurities in acrylamide, or even in the raw material acrylonitrile, at a level of 1 ppm or less, are considered harmful and require extremely high levels of purification. When carrying out such purification, care must be taken, as it is well known that acrylamide is an extremely reactive compound and should not be subjected to vinyl polymerization type polymerization reactions, carbamoylethylation reactions, or the transfer of hydrogen from the amide group. Because it has reactivity such as reactions involving Even though the amount is small, it cannot be ignored.From this perspective, the conventional crystallization method among the purification methods for acrylamide is reliable and excellent, but it requires a large increase in cost. The reason for this is that when acrylamide is produced by the contact method, it is necessarily produced in the form of an aqueous solution and marketed as is, whereas acrylamide-based polymers require aqueous solution polymerization using acrylamide in the form of an aqueous solution or water-in-oil emulsion. This is because it is most commonly produced by polymerization.
Considering this, it must be said that it is extremely uneconomical to include a crystallization step in the production process of acrylamide monomer. Therefore, many methods have been proposed for purifying acrylamide obtained by the contact method in its aqueous solution state, such as methods involving specific cation exchange treatment or chelate resin treatment (Japanese Patent Application Laid-open Nos. 48-62715, 1983-80016, etc.). ,
Method of performing specific anion exchange treatment
-82011), a method of performing air or oxygen gas treatment (JP-A-51-22790), a method of combining two or more of these three (JP-A-50-83323, 52-
91818, etc.) and a method of performing a specific activated carbon treatment (Japanese Patent Application Laid-open No. 48-62714). The present inventors have studied these methods and their combined methods in detail, but have not found a method for purifying acrylamide suitable for producing the above-mentioned high molecular weight acrylamide polymer. That is, when acrylamide purified by the above method is used to produce a dry powder product of a high molecular weight acrylamide polymer, there is a disadvantage that the quality, especially the water solubility, is often unsatisfactory and inconsistent. This phenomenon is due in part to the formation of new impurities when acrylamide comes into contact with active materials such as cation or chelate resins, anion exchange resins, air or oxygen gas, and activated carbon used in the purification process described above. It is assumed that this is due to the leaching of other impurities from these materials. Therefore, even if the purification treatment described above is effective to some extent, it is desirable to further remove impurities as a final step. The final purification process itself should be carried out in a mild atmosphere that does not cause the formation of new impurities, and should not become a source of contamination with other impurities. The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned technical problems, and the first purpose is to
The second objective is to provide a method for producing a high molecular weight acrylamide polymer having a molecular weight of more than 14,000,000 and is easily soluble in water and has a trace amount of unreacted monomer, for example, 0.2% or less. It is an object of the present invention to provide a method for highly and economically purifying an acrylamide aqueous solution obtained by a contact method prior to its use in the production of such an acrylamide polymer. To provide a new method for purifying an aqueous acrylamide solution suitable for removing impurities that could not be removed and finally removing impurities that are thought to be generated or mixed during purification in a mild atmosphere. It is in. Examples of copper-based catalysts used in the method of the present invention include (A) a combination of copper in the form of copper wire, copper powder, etc. and copper ions, and (B) a catalyst obtained by reducing a copper compound with a reducing agent. (C) those obtained by decomposing copper compounds with heat, etc. (decomposed copper), and (D) those obtained by developing Raney alloys of copper with alkalis, etc. (Raney copper). . Examples of the above methods for producing reduced copper include (1) reducing copper oxide with hydrogen, carbon monoxide, or ammonia in the gas phase; (2) reducing copper salts or hydroxides with formalin or hydrazine in an aqueous solution; or (3) reducing a copper salt or hydroxide with elemental aluminum, copper or iron in an aqueous solution, and the main catalyst component of the resulting product is It is considered to be elemental copper. Examples of the above methods for producing decomposed copper include (1) a method of thermally decomposing copper hydride obtained by treating a copper compound with sodium hypophosphite in alkaline water, (2) a method of thermally decomposing copper formate or copper oxalate. Method of disassembling, (3) Japanese Patent Application Laid-open No. 1973-
108015, and (4) adding copper acetylide or copper nitride directly to the acrylonitrile hydration reaction system, the main catalyst component of the resulting product is the one in item (4). It is considered to be elemental copper. Examples of the Raney copper manufacturing methods mentioned above include (1) a method in which a copper-aluminum alloy is almost completely expanded with caustic soda, sulfuric acid, water, an organic amine, etc.; There are methods such as partial development with organic amines and the like to leave some of the aluminum together with the copper, and the main catalyst component of the resulting product is thought to be elemental copper. These copper-based catalysts may be supported on commonly used carriers, or may contain metals other than copper, such as chromium or molybdenum. It is desirable to avoid contact of the catalyst with oxygen and oxygen-containing gases before and during use. The reason for this is that the catalytic activity is impaired and by-products such as ethylene cyanide and hydrin increase. The hydration reaction of acrylonitrile of the present invention is carried out in the presence of the above-mentioned copper catalyst as follows. The reaction type is a suspended or fixed catalyst bed in a liquid phase, and a flow type or batch type is carried out. The weight ratio of acrylonitrile and water to be subjected to the hydration reaction is substantially arbitrary, but is preferably from 60:40 to
The ratio is 5:95, more preferably 50:50 to 10:90. The preferred reaction temperature for hydration reaction is 50-200℃
The temperature is more preferably 70 to 150°C. The reaction rate of acrylonitrile is preferably 10 to 98%, more preferably 30 to 95%. In the above-mentioned weight ratio of acrylonitrile and water, reaction temperature and reaction rate of acrylonitrile,
Unreacted acrylonitrile, unreacted water, and acrylamide produced may prevent a homogeneous solution system from being formed, but to avoid this, acrylamide or other co-solvent may be added. The inside of the reactor is maintained at the vapor pressure at the above-mentioned temperature and composition or at a pressure obtained by adding an inert gas such as nitrogen to the vapor pressure, and the pressure is usually from normal pressure to 10 atmospheres. Dissolved oxygen contained in the catalyst, acrylonitrile, water, co-solvent, etc. fed to the reactor will impair the activity of the catalyst and increase by-products such as ethylene cyanohydrin, so be sure to For the same reason, it is desirable to maintain an oxygen-free atmosphere in the reactor. The reaction solution taken out from the reactor after the hydration reaction mainly consists of unreacted acrylonitrile, unreacted water, acrylamide, and if a co-solvent other than acrylamide is used, the co-solvent, and also by-products such as ethylene cyanohydrin. Contains copper. The reaction solution obtained in the above reaction is subjected to a conventional evaporation or distillation operation if necessary to obtain a concentrated aqueous acrylamide solution, as well as unreacted acrylonitrile and water (and if a light co-solvent other than acrylamide is used) The co-solvent) is distilled and recovered. The above-mentioned reaction solution or concentrated aqueous acrylamide solution (hereinafter referred to as monomer aqueous solution) is then subjected to cation exchange treatment, chelate resin treatment, anion exchange treatment, air or oxygen gas treatment, activated carbon treatment, etc. It is purified by various known purification methods. Also, so-called synthetic adsorption resins (for example, manufactured by Hokuetsu Tanso Kogyo Co., Ltd., trade name: Adsorption Resin), which are used in a similar manner to activated carbon and ion exchange resins, can also be used. The aqueous monomer solution may be subjected to the above concentration treatment during or after these purification steps, or may be concentrated again. Note that, although purifying acrylamide by a crystallization method in addition to the above-mentioned purification step is not in accordance with the spirit of the present invention due to the uneconomical nature of the crystallization method described above, this does not preclude its implementation. The main purpose of using the acrylamide obtained by the method of the present invention is the production of high molecular weight acrylamide polymers used as flocculants, etc., and the production method is generally as follows. Acrylamide may be used alone or with other vinyl polymerizable comonomers. Comonomers include acrylic acid and methacrylic acid or water-soluble salts thereof; alkylaminoalkyl esters of acrylic acid and methacrylic acid or quaternary ammonium derivatives thereof; 2-vinylimidazoline and 2-vinylimidazoline;
- Vinylpyrimidine or its quaternary ammonium derivatives: vinyl acetate: acrylonitrile, etc. The mixing ratio of these comonomers and acrylamide is usually acrylamide.
The amount is 100 mol or less, particularly 50 mol or less, per 100 mol. Polymerization of acrylamide and a comonomer can be carried out by well-known methods such as aqueous solution polymerization and emulsion polymerization, among which the most widely used general method of aqueous solution polymerization will be described. The total concentration of acrylamide and comonomer is usually between 5 and 50%, especially between 15 and 40%. Polymerization initiators include potassium persulfate, ammonium persulfate,
Peroxides such as hydrogen peroxide and benzoyl peroxide: azobisisobutyronitrile, 2,2'-azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride, 4,4'-azobis(sodium 4-cyanovalerate) Azo free radical initiators such as: In some cases, reducing agents such as sodium bisulfite, triethanolamine, and ferrous ammonium sulfate, which form redox initiators with the above peroxides, are used. Regarding the temperature of the polymerization reaction, if the total concentration of acrylamide and comonomer is 15% or more and the resulting polymer has a high molecular weight of 10 million or more, it is difficult to control the temperature by cooling etc. An adiabatic polymerization mode is used, in which the temperature of the polymerization system increases as the polymerization progresses due to the heat of polymerization. In this case, the temperature at the start of polymerization is often selected from the range of -5 to 40°C, and the temperature at the end of the reaction reaches a high temperature of, for example, 55 to 100°C. In order to have a high molecular weight of 10 million or more, especially about 14 million, the total concentration of acrylamide and comonomer, the type and concentration of the polymerization initiator used, the reaction temperature, etc. are devised. Similar measures have been taken to reduce the amount of unreacted acrylamide to a trace amount of, for example, 0.2% or less, but in particular, many methods have been proposed and implemented in which two or more types of polymerization initiators are made to act in different temperature ranges. What is obtained by the above polymerization reaction is a hydrogel, that is, a rubber-like gel that contains almost all the water used to make the acrylamide and comonomer into an aqueous solution, but it is usually converted into a dry powder. In order to produce products, treatments such as water extraction or dehydration by heat drying, or crushing or pulverization of hydrous gels or dry gels are added. Note that, prior to or during these treatments, the acrylamide polymer may be chemically modified, such as by stirring caustic soda into a hydrogel and heating it to convert some of the amide groups into carboxyl groups. As a result of increasing the molecular weight as described above, reducing unreacted monomers, drying it into powder, and optionally chemically modifying it, the resulting acrylamide-based polymer is often difficult to dissolve in water and is used as a product such as a flocculant. tends to lose its value. To solve this problem, as mentioned above, methods include adding an insolubilization inhibitor before, during, or after the polymerization reaction, using a specific polymerization initiator system, or drying the hydrogel under specific conditions. will be carried out. Acrylamide to which the method of the present invention is applied is produced by a method consisting of the hydration reaction of acrylonitrile, evaporation or distillation operations, various purification treatments, and other incidental steps as described above, and has a high molecular weight as generally described above. Used for the production of acrylamide polymers. However, the water solubility and other properties of the acrylamide polymer thus obtained are by no means satisfactory, and the degree of such properties is variable depending on the production lot of acrylamide. Therefore, the present inventors investigated a new method for purifying acrylamide without particularly improving the method for producing an acrylamide-based polymer, and as a result, arrived at the following method of the present invention. That is, in the method of the present invention, when producing acrylamide by hydrating acrylonitrile in the presence of a copper-based catalyst, the acrylamide aqueous solution obtained by hydration is previously decoppered to reduce the copper content in the solution to 1 ppm or less. This is a method for purifying an acrylamide aqueous solution which is then subjected to membrane permeation treatment, and it is also possible to perform anion exchange treatment at the same time as copper removal treatment or after copper removal treatment, followed by membrane permeation treatment. The membrane permeation method referred to in the present invention includes so-called reverse osmosis method and ultrafiltration method. Here, the reverse osmosis method is based on the principle of osmotic pressure phenomenon, and by applying force above the osmotic pressure to the solution and allowing it to permeate through a semipermeable membrane that excludes solutes, the permeated liquid with a low solute concentration and the solute concentration are separated. It is understood as a method of obtaining a raised residual liquid (concentrated liquid). In addition, ultrafiltration is a process similar to reverse osmosis, using a membrane made to exclude high molecular weight solutes that contribute less to osmotic pressure than the solutes targeted by reverse osmosis. It will be held in When the aqueous solution of acrylamide obtained from the above manufacturing process (hereinafter also referred to as monomer aqueous solution) is treated with this membrane permeation method, the permeate and the acrylamide are almost the same in concentration. However, when acrylamide obtained as a permeate is used to produce a high molecular weight acrylamide polymer, its water solubility and other properties are significantly improved. This is the gist of the present invention, and in the present invention, obtaining the permeate in this manner is referred to as membrane permeation treatment. The concentrated solution obtained at the same time can be used for applications that do not have high quality requirements. The most widely used membranes for membrane permeation treatment (hereinafter referred to as membranes) are those made of cellulose acetate and aromatic polyamide. ”,
Various materials and manufacturing methods have been developed and used, such as those known in the publication (September 1, 1976), but in the present invention, any material that is chemically inert to acrylamide will suffice. . The ability of a membrane to exclude solutes is expressed by the salt rejection rate or fractional molecular weight when the solute has a low molecular weight (so-called reverse osmosis region), and when the solute has a high molecular weight (so-called ultrafiltration region).
is expressed by the molecular weight cutoff. The molecular weight cutoff here refers to the molecular weight at which 99% or more, that is, almost the entire amount of spherical molecules, which are said to be the most difficult to separate among molecules of the same molecular weight, can be separated. The membrane used in the present invention has a molecular weight cut-off of about 22,000 or less, which is effective in improving the quality of acrylamide, and particularly preferably 8,000 or less.
Membrane shapes include flat membranes, tubular membranes, and hollow membranes.
Although any of these can be used in the application of the present invention, flat membranes and tubular membranes are particularly easy to use. The concentration of the monomer aqueous solution subjected to the membrane permeation treatment is preferably 5 to 60%, more preferably 20 to 45%.
%. There is no essential restriction even if it is outside this range, but the lower the concentration, the larger the amount of liquid to be treated, which is uneconomical, and the lower the concentration of acrylamide than when producing general polyacrylamide polymers, It becomes necessary to concentrate. 60 again
% or more, the rate of permeation through the membrane is extremely slow and the rate decreases significantly over time, which is not preferred in practice. From the viewpoint of stability of the monomer aqueous solution, the pH of the monomer aqueous solution is preferably 3 to 9, especially 5 to 8.
However, at the same time, it must be within the tolerable pH range of the membrane. The temperature of the membrane permeation treatment is preferably 40℃ or less in order to keep the monomer aqueous solution stable, and the membrane's durability temperature is
If the temperature is lower than 40℃, it should be below the withstand temperature. Furthermore, since the aqueous monomer solution has a temperature at which acrylamide precipitates depending on its concentration, the temperature for membrane permeation treatment must be higher than that temperature. The pressure for membrane permeation treatment should be higher than the osmotic pressure, but in general
It is carried out at 20 to 80 Kg/cm 2 G. It is thought that the smaller the weight ratio of the permeated liquid to the monomer aqueous solution subjected to membrane permeation treatment, the less impurities in the permeated liquid, which is preferable.
90% is preferred. As described above, the membrane permeation treatment of the present invention can be carried out under an extremely mild atmosphere as the purification treatment conditions for acrylamide. This is compatible with the purpose of the present invention to remove the The aqueous monomer solution obtained by the hydration reaction of acrylonitrile described above contains 10 to 1000 ppm (based on pure acrylamide content; the same applies hereinafter) of copper. The form of copper is not clear, and it is thought that nonionic copper such as colloidal particles of elemental copper is also included in addition to so-called copper ions or copper complex ions. Furthermore, since copper ions are effective as stabilizers for acrylamide, for example, 25 ppm of copper ions are added to the monomer aqueous solution from which copper has been removed before being shipped to the market. Since such a large amount of copper generally becomes a hindrance to the polymerization reaction of polymerizing acrylamide to produce an acrylamide-based polymer, the amount of copper is set to 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less. As a method for removing copper from an aqueous monomer solution, that is, a method for decoppering treatment, a method using a cation exchange resin and a method using a chelate resin are widely known and excellent, but the present invention also uses these two methods.
Two methods are adopted. The above-mentioned nonionic copper cannot be removed or is difficult to remove as it is by these decoppering treatments, but it can be easily removed by making it ionic by contacting it with oxygen gas in advance. One of the features of the present invention is that such copper removal treatment is performed before membrane permeation treatment. On the other hand, when decoppering is performed later, the quality of the acrylamide obtained is unsatisfactory, and its degree is variable, which is probably due to the generation or contamination of impurities during the decoppering. . In addition, since the membrane permeation treatment itself has the property of removing copper ions, it is possible to omit the decopper treatment, but the present inventors have found that the membrane permeation treatment has the ability to remove copper ions from the monomer aqueous solution. is much lower than generally expected and is not practical. For example, when a monomer aqueous solution containing about 500 ppm of cupric ions was treated using a cellulose acetate membrane with an approximate molecular weight cutoff of 500, the concentration of cupric ions in the permeate was as high as about 100 ppm. It can also be understood from Therefore, if the copper removal treatment is performed in advance and then the membrane permeation treatment, which is the most important part of the present invention, is performed, the membrane permeation treatment can be carried out effectively and acrylamide of highly stable quality can be obtained. Various well-known cation exchange resins and chelate resins can be used. As the cation exchange resin, both strongly acidic cation exchange resins and weakly acidic cation exchange resins can be used, but strongly acidic cation exchange resins are easy to use, and may be of gel type or porous type. Further, it may be in a free acid form or a salt form such as a sodium salt type, but the free acid form is easy to use. Specific examples include Amberlite IR120B and IRC50 (all product names, manufactured by Rohm and Haas), Diaion SK1B, PK208, and WK10 (all product names, manufactured by Rohm and Haas).
manufactured by Mitsubishi Kasei Corporation), Revachit SP100, PP112 and
Examples include CNP80 (all product names, manufactured by Bayer). As a chelate resin, styrene-
In addition to resins in which various chelate-forming groups are introduced into a divinylbenzene copolymer, various other resins are known, but among these, those in which a chelate-forming group is introduced into a styrene-divinylbenzene polymer are preferred. Specific examples include Diaion CR-10 (trade name, manufactured by Mitsubishi Kasei Corporation) and Revachit TP-207 (trade name, manufactured by Bayer AG). These chelate resins are usually used in the form of sodium salts. Next, the method of copper removal treatment will be described. Cation exchange resins or chelate resins can be used in any of fixed bed, moving bed and suspended bed formats, of which fixed bed is the best. The concentration of the monomer aqueous solution in the copper removal treatment is preferably 5 to 60%. There are no essential restrictions even if the concentration is outside this range, but if the concentration is lower than this, the amount of liquid to be treated is large and it is uneconomical. It becomes necessary to concentrate, and if the concentration is higher than this, the polymerization reaction of acrylamide is likely to be induced during the copper removal treatment. The processing temperature is set to keep the monomer aqueous solution stable.
The temperature is preferably 40° C. or lower, and since the aqueous monomer solution has a temperature at which acrylamide precipitates depending on its concentration, the temperature must be higher than that. The pH of the monomer aqueous solution before treatment is preferably 2 to 10, more preferably 3 to 9, in order to keep the monomer aqueous solution stable, but it can also be adjusted depending on the preferred range of use specific to the type of cation exchange resin or chelate resin used. be restricted. Copper removal treatment is performed under the above conditions and the amount of cation exchange resin or chelate resin used, and the copper content after treatment is determined.
The amount is 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm. Generally, in the membrane permeation method, the permeation rate of the permeate decreases over time because the membrane becomes more compacted, chemically deteriorated, and gel-like substances adhere to the membrane as the membrane is used. The progress is as shown in Figure 2. If time and permeation rate are expressed in their respective logarithms, they are usually linear as shown in A and B, and the degree of decline over time is expressed as the absolute value of the slope m of the straight line. Expression is done.
Then, when the permeation rate decreases to a certain value, the membrane is renewed or regenerated by washing or the like. According to the findings of the present inventors, the characteristics of membrane permeation treatment of an aqueous monomer solution are that the permeation rate is lower than that of aqueous solutions of many other substances, and the degree of decrease over time, that is, the absolute value of m, is It is large and cannot be regenerated by washing. Therefore, the present inventors m
In order to find a method to reduce the absolute value of It has been found that the absolute value of m can be reduced by processing. A method for purifying acrylamide by anion exchange treatment is already known.
Although this effect is recognized, according to the findings of the present inventors, the effect is not only insufficient, but also that the treatment often causes a decrease in quality, and the degree of the effect is not constant. A considerable degree of variability is observed. This is thought to be because new impurities were generated in the resin or impurities were eluted and mixed in from the anion exchange resin used for treatment. However, it has been found that if membrane permeation treatment is performed after anion exchange treatment as in the present invention, such deterioration and fluctuation in quality can be avoided and the original purification effect of anion exchange treatment can be stably obtained. One of the features of the present invention is that the anion exchange treatment and the membrane permeation treatment complement each other in this way to bring out their original effects. The anion exchange treatment of the present invention is carried out using a so-called anion exchange resin. Various well-known anion exchange resins are used, and both so-called strongly basic anion exchange resins and so-called weakly basic anion exchange resins can be used, but from the viewpoint of stability of acrylamide, weakly basic anion exchange resins are used. Ion exchange resins are preferred. As a strongly basic anion exchange resin, a styrene-divinylbenzene copolymer into which a quaternary amino group is introduced as the main ion exchange group is widely used, and the type of amine used to introduce the quaternary amino group is widely used. It is also classified into types and types based on the criteria, and there are two types: gel type and porous type, but either of these types can be used. An example of this is Amber Light
IRA400 and IRA900 (both product names, manufactured by Rohm and Haas), Revachit M500 and MP500
(Product name, manufactured by Bayer), Diaion PA316
(trade name, manufactured by Mitsubishi Chemical Industries, Ltd.). Further, when used, it is preferable to use the counter ion in the form of a free base or a weak acid salt such as bicarbonate. On the other hand, as the weakly basic anion exchange resin, a styrene-divinylbenzene copolymer into which primary, secondary, or/and tertiary amino groups are introduced is used, such as Amberlite IRA93.
(Product name, manufactured by Rohm and Haas), Revachit
Examples include MP62 and MP64 (trade name, manufactured by Bayer) and Diaion WA10 (trade name, manufactured by Mitsubishi Kasei). Furthermore, when using it, it is preferable to use it in the free amine form rather than in the salt form. The impurities in the monomer aqueous solution that are removed by the anion exchange resin are not clear, but they include carboxylic acids such as acrylic acid, which are by-produced during the hydration reaction of acrylonitrile, and anionic acids, which are produced or eluted during copper removal treatment. Compounds are possible. The anion exchange treatment of the present invention may be performed after the copper removal treatment, or the cation exchange resin and anion exchange resin may be used as a so-called mixed bed to perform the copper removal treatment and the anion exchange treatment. Although it is possible to perform both at the same time, the former method is superior in terms of ease of implementation. Furthermore, if the anion exchange treatment is performed before the copper removal treatment, although the effects of the present invention may be obtained, other undesirable effects may occur, and this is not a good method. Next, a specific method of performing anion exchange treatment after copper removal treatment will be described. The anion exchange resin can be used in any of fixed bed, moving bed and suspended bed formats, but of these, fixed bed is the easiest to implement. The preferable concentration and temperature of the monomer aqueous solution to be treated are 5 to 5, respectively, from the same circumstances as in the case of copper removal treatment.
60% and the precipitation temperature is above 40℃. The pH of the monomer aqueous solution before treatment is preferably 2-10, more preferably 3-9 in order to keep the monomer aqueous solution stable, but it is further restricted by the preferred range of use specific to the type of anion exchange resin used. . As is well known, after an anion exchange resin loses its exchange capacity due to use for a certain period of time, it is reused by treatment with a regenerating liquid such as caustic soda. This period of use is generally determined as the period until the concentration of a specific impurity exceeds a certain limit in the treated liquid.
In the present invention, it is preferable to carry out the following procedure. That is, when using a weakly basic anion exchange resin, the PH of the treated monomer aqueous solution decreases with the passage of time of use, so it can be determined until a certain PH value is reached, and in this case, the period of use is Preferably PH up to 4, more preferably PH
Up to 5. If the treatment continues beyond this limit, the effect of the anion exchange treatment, that is, the effect of suppressing the decrease in permeation rate over time in membrane permeation treatment, will be lost. When using a strongly basic anion exchange resin, it is difficult to determine the period of use based on the PH value, but it can be determined empirically by monitoring the effect of suppressing the decrease in permeation rate over time. As described above, the advantages obtained by carrying out the method of the present invention are (1) impurities that could not be removed by methods other than the method of the present invention can be removed, and Alternatively, impurities that are thought to be mixed in can be finally removed in a mild atmosphere, and no new impurities are created or mixed in. (3) If acrylamide obtained by the method of the present invention is used, the molecular weight can be reduced to 1000.
It is possible to easily produce an acrylamide-based polymer which has a molecular weight of 10,000 or more, particularly about 14,000,000, is easily soluble in water, and has a trace amount of unreacted monomer, for example, 0.2% or less. Next, the present invention will be further explained with reference to Examples. Example 1 Catalyst for hydration reaction: A Raney copper catalyst was prepared by expanding a Raney copper alloy of 80 mesh or less using caustic soda in a conventional manner. Contact with oxygen gas was avoided during manufacturing and subsequent handling. Hydration reaction: The above catalyst is charged into about 2 stainless steel reactors equipped with a stirrer and a catalyst separator, and acrylonitrile and water, which have been previously removed with nitrogen gas, are added at 600 and 900 mL, respectively.
The reaction was carried out by feeding at a rate of g/hr. The reaction liquid is stirred with the catalyst to form a suspension, and then passed through a catalyst separator and taken out from the reactor as a liquid containing almost no catalyst. This reaction continued for 24 hours. Concentration: The obtained reaction solution was subjected to batchwise vacuum concentration to remove the entire amount of unreacted acrylonitrile and a portion of unreacted water to obtain an aqueous monomer solution with a concentration of 40%. The aqueous monomer solution contained 350 ppm copper (based on acrylamide, the same hereinafter) and had a pH of about 6.5. Copper removal treatment: A glass tube column was filled with 150 c.c. of Amberlite IR-120B (product name: Rohm and Haas, strong acidic cation exchange resin) in the free acid form, and a monomer aqueous solution of 5900 ml/hr was added to the column. Passed at room temperature at speed. The copper content of the obtained liquid was 0.02ppm,
The pH was 3.7. This decopper treatment was continued for 24 hours. PH adjustment: During the copper removal process, the PH of the processing solution is adjusted every 4 hours.
was adjusted to approximately 6.5 using caustic soda. Membrane permeation treatment: Four types of membranes were used: flat membranes 999, 865, GR8P, and GR6P manufactured by DDS (Denmark).
The approximate molecular weight cutoff is 180, 500, 8000 and
It is called 22000. It was then treated according to the treatment steps shown in FIG. That is, the membrane permeation device 3 can be equipped with up to 20 flat membranes with a permeation area of 0.018 m 2 (0.36 m 2 in total), and 20 membranes 999 were first installed thereon. The monomer aqueous solution 4 obtained by the above PH adjustment is put into the monomer aqueous solution storage tank 1, and is supplied to the membrane permeation device 3 through the supply pipe 5 using the supply pump 2, and the permeate is passed through the permeate outlet 6 to the permeate receiver. 4 and the concentrated liquid was returned to the monomer aqueous solution storage tank via the pressure regulating valve 7 and the concentrated liquid outlet pipe 8. During this time, the temperature of the liquid is 28-30
℃, and the processing pressure is adjusted by adjusting the pressure regulating valve 7 to approx.
It was maintained at 40Kg/cm 2 G. After the above operation, the permeate is about 2
He continued until he was captured. Membrane 865, same treatment
The procedure was repeated using GR8P and GR6P to obtain a total of four types of permeate. Method for producing acrylamide polymer: An acrylamide polymer was produced from an aqueous monomer solution using the following method. Add water to monomer aqueous solution to make concentration 20%
Put 500g of this into a polyethylene container,
Dissolved oxygen in the liquid was removed by passing nitrogen gas while maintaining the temperature at 18°C, and the liquid was immediately placed in a heat-insulating block made of styrofoam. This is then followed by 200×10 -6 mpm
(molar ratio to acrylamide) of 4,4'-azobis(sodium 4-cyanovalerate),
200×10 −6 mpm of dimethylaminopropionitrile and 80×10 −6 mpm of ammonium persulfate were each dissolved in a small amount of water and quickly injected in this order. Dissolved oxygen was removed from these reagents by passing nitrogen gas in advance, and a small amount of nitrogen gas was passed through the polyethylene container before and after the injection to prevent oxygen gas from being mixed in. After an induction period of several minutes after injecting the reagent, the temperature inside the polyethylene container was observed to rise, so the supply of nitrogen gas was stopped. After about 100 minutes, the temperature is about 70
After the temperature reached the peak, the polyethylene container was removed from the insulating block and immersed in water at 97°C for 2 hours.
It was then cooled by immersing it in cold water. The acrylamide polymer hydrogel thus obtained was divided into small pieces, ground in a meat grinder, dried with hot air at 100°C for 2 hours, and ground in a high-speed rotary blade grinder for 3 minutes to obtain dry powdered acrylamide polymer. Obtained. Further, this was sieved to separate 32 to 42 meshes, which were used as polymer samples for subsequent tests. The moisture content of the polymer samples was determined as the weight loss by hot air drying at 125°C overnight, and was found to be about 10% for all polymer samples. Test method for acrylamide polymer: The water solubility, molecular weight, standard viscosity, and unreacted acrylamide of a polymer sample were measured using the following method.
For water solubility, put 600ml of water in one beaker, add 0.66g of polymer sample (approx. 0.60g of pure content) while stirring with a stirring blade of a specified shape, stir at 500 rpm for 2 hours, and add the resulting solution. It was filtered through a 150-mesh wire mesh, and the residue (insoluble matter) was dried overnight with hot air at 125°C, then weighed, and expressed as a percentage of the pure content of the original polymer sample (0.60 g). In addition, in the case of polymer samples with poor water solubility, it may not be possible to separate the insoluble components using a wire mesh, and in this case, the sample was labeled as insoluble. To determine the molecular weight, prepare several acrylamide polymer aqueous solutions with different concentrations using the liquid obtained in the same manner as above, add sodium nitrate equivalent to 1M concentration, and measure the intrinsic viscosity using a capillary viscometer. It was calculated using the following formula. Intrinsic viscosity = 3.73 x 10 -4 [Weight average molecular weight 0.66 ] There are some doubts about applying this formula to acrylamide polymers with a molecular weight of 10 million or more.
Reports on Progres in Polymer Physics in
Japan, 20 , 5 (1977), but it is also widely used. The liquid obtained by the above water solubility test is a polymer aqueous solution with a concentration of 0.1% if the water solubility is good, but sodium chloride equivalent to a concentration of 1M is added to this and the solution is measured using a BL type viscometer using a BL adapter.
Viscosity was measured at °C rotor rotation speed rpm (standard viscosity). Since the standard viscosity obtained by such a method is commonly used as a value correlated with molecular weight, it was also used in this example. The terminally reacted acrylamide was quantified by adding methanol containing 20% water to a polymer sample, shaking it overnight for extraction, and subjecting the extract to gas chromatography. Acrylamide polymer test results: The four types of monomer aqueous solutions obtained as the permeate in the above membrane permeation treatment and the monomer aqueous solution before the membrane permeation treatment were used as polymer samples by the above acrylamide polymer production method, and the acrylamide polymer It was tested according to the test method and the results shown in Table 1 were obtained.

【表】 即ち、膜999、865及びGR8P(概略の分子量が
夫々180、500及び8000)による処理には著しい効
果が認められ、GR6P(同じく2200)にも若干の
効果が認められた。 実施例 2 実施例1と同じ方法で得られたPH調整液から約
4をモノマー水溶液貯槽に入れ、膜透過装置に
膜865の20枚を装着し、モノマー水溶液を28〜30
℃、約40Kg/cm2で膜透過装置に供給し透過液を濃
縮液と同様にモノマー水溶液貯槽に戻す(第1図
の点線の経路)方法で24時間処理を行なつた。こ
の間、処理開始後1、2、5、10及び24時間目に
透過液をメスシリンダーに分取する方法で透過速
度を測定した。次いでモノマー水溶液貯槽の液を
未使用のPH調整液で更新し、前日と同じ処理を24
時間続けた。更に同じことを2回繰返し、合計96
時間の処理を行なつた。この間48、72及び96時間
目に透過液の透過速度を測定した。こうして得ら
れた透過速度の経時変化は第2図の直線A(×印)
のようになり、その勾配mは−0.23であつた。 図中、横軸は膜の使用時間であり、縦軸は膜の
単位時間当りの透過速度を夫々対数目盛で示した
ものである。 次に陰イオン交換処理効果の実験を行なつた。
レバチツトMP−62(商品名、バイエル社製、弱
塩基性陰イオン交換樹脂)400mlをカセイソーダ
を用いて遊離アミン型としてガラス管カラムに充
填し、これを実施例1で脱銅処理の為に設けられ
た陽イオン交換樹脂のカラムに直結させてモノマ
ー水溶液が脱銅処理のあと陰イオン交換処理を経
てPH調整されるようにした。このようにした他は
実施例1と同様にしてPH調整液を製造し、これを
用いて先に行なつた96時間の処理と同様にして、
96時間の処理を行なつた。 その間の透過液の透過速度の経時変化は第2図
の直線B(〇印)のようになり、その勾配mは−
0.12であつた。即ち陰イオン交換処理によつて透
過速度の経時的低下は著しく改善された。 実施例 3 実施例1で得られた4種類の膜透過処理液と処
理前液の品質を更に比較検査する為、これらのモ
ノマー水溶液を用いて次の方法でアクリルアミド
ポリマー及びアクリルアミド−アクリル酸ナトリ
ウムコポリマーとした。 アクリルアミドポリマーの製造方法:モノマー
水溶液に水を加えて濃度27%とし、この500gを
1ポリエチレン容器に入れ、氷水で冷却しなが
ら窒素ガスを通じて溶存酸素を除去した後、発泡
スチロール製の保温用ブロツクの中に入れた。次
いでこれに少量のメタノールに溶解した200mgの
アゾビスイソブチロニトリル、少量の水に溶解し
た2.0mgの硫酸第一鉄アンモニウム及び少量の水
に溶解した4.0mgの過硫酸アンモニウムを素早く
注入した。これらの試薬には予め窒素ガスを通じ
て溶存酸素を除いておき、又注入中及びその前後
には上記ポリエチレン容器にも少量の窒素ガスを
通じておくなどして酸素ガスの混入を防止した。
試薬を注入してから数分間の誘導期の後ポリエチ
レン容器の内部の温度が上昇するのが認められた
ので窒素ガスの供給をとめた。温度はやがて頂点
に達して反応がほぼ完結したことがうかがわれた
が、更に約2時間放置した後、ポリエチレン容器
を保温用ブロツクから取出して冷却した。かくし
て得られたアクリルアミドポリマーの含水ゲルを
実施例1と同様に処理して32〜42メツシユのポリ
マーサンプルとした。 アクリルアミド−アクリル酸ナトリウムコポリ
マーの製造:前項のアクリルアミドポリマーの製
造方法のうち、アクリルアミド27%の他にアクリ
ル酸ナトリウム5%を加えて合計濃度32%とした
以外は前項と同様にして含水ゲルを製造し、実施
例1と同様に処理して32〜42メツシユのポリマー
サンプルとした。 ポリマーの試験方法:実施例1に示したアクリ
ルアミドポリマーの試験方法と同様にしてポリマ
ーサンプルの水溶性、分子量、標準粘度及び未反
応モノマーを測定した。 ポリマーの試験結果:第2表及び第3表の結果
を得た。
[Table] That is, remarkable effects were observed in treatments with membranes 999, 865, and GR8P (approximate molecular weights of 180, 500, and 8000, respectively), and some effects were also observed with GR6P (also 2200). Example 2 From the PH adjustment solution obtained in the same manner as in Example 1, approximately 40% of the aqueous monomer solution was placed in a monomer aqueous solution storage tank, 20 membranes of 865 were attached to a membrane permeation device, and the monomer aqueous solution was
The treatment was carried out for 24 hours by supplying the permeate to the membrane permeation device at a temperature of about 40 kg/cm 2 and returning the permeate to the monomer aqueous solution storage tank in the same way as the concentrate (the dotted line path in Figure 1). During this period, the permeation rate was measured at 1, 2, 5, 10, and 24 hours after the start of treatment by a method in which the permeate was collected into a measuring cylinder. Next, the liquid in the monomer aqueous solution storage tank was renewed with unused PH adjustment liquid, and the same treatment as the previous day was carried out for 24 hours.
It lasted for hours. Repeat the same thing twice for a total of 96
I processed time. During this period, the permeation rate of the permeate was measured at 48, 72 and 96 hours. The change in permeation rate over time obtained in this way is shown by straight line A (x mark) in Figure 2.
The slope m was -0.23. In the figure, the horizontal axis is the usage time of the membrane, and the vertical axis is the permeation rate of the membrane per unit time, respectively, shown on a logarithmic scale. Next, we conducted an experiment on the effect of anion exchange treatment.
400 ml of Revachit MP-62 (trade name, manufactured by Bayer AG, weakly basic anion exchange resin) was packed into a glass tube column in the free amine form using caustic soda, and this was prepared for copper removal treatment in Example 1. The aqueous monomer solution was directly connected to a cation exchange resin column, and the pH of the monomer aqueous solution was adjusted after copper removal treatment and anion exchange treatment. Other than this, a PH adjustment solution was produced in the same manner as in Example 1, and the same procedure as in the previous 96-hour treatment using this solution was carried out.
The treatment was carried out for 96 hours. The time-dependent change in the permeation rate of the permeated liquid during this period is as shown in the straight line B (marked with ○) in Figure 2, and its slope m is -
It was 0.12. That is, the anion exchange treatment significantly improved the decrease in permeation rate over time. Example 3 In order to further compare and inspect the quality of the four types of membrane permeation treatment liquid and pre-treatment liquid obtained in Example 1, acrylamide polymer and acrylamide-sodium acrylate copolymer were prepared using these monomer aqueous solutions in the following manner. And so. Method for producing acrylamide polymer: Add water to an aqueous monomer solution to make a concentration of 27%, put 500 g of this in a polyethylene container, cool it with ice water, remove dissolved oxygen by passing nitrogen gas, and then store it in a styrofoam heat-insulating block. I put it in. This was then quickly injected with 200 mg of azobisisobutyronitrile dissolved in a small amount of methanol, 2.0 mg of ferrous ammonium sulfate dissolved in a small amount of water, and 4.0 mg of ammonium persulfate dissolved in a small amount of water. Dissolved oxygen was removed from these reagents by passing nitrogen gas in advance, and a small amount of nitrogen gas was also passed through the polyethylene container during and before and after the injection to prevent oxygen gas from entering.
After an induction period of several minutes after injecting the reagent, the temperature inside the polyethylene container was observed to rise, so the supply of nitrogen gas was stopped. The temperature eventually reached a peak, indicating that the reaction was almost complete, but after being left for about 2 hours, the polyethylene container was removed from the heat-insulating block and cooled. The acrylamide polymer hydrogel thus obtained was treated in the same manner as in Example 1 to obtain polymer samples of 32 to 42 meshes. Production of acrylamide-sodium acrylate copolymer: Produce a hydrous gel in the same manner as in the previous section except for adding 5% sodium acrylate in addition to 27% acrylamide to make the total concentration 32%. Then, it was treated in the same manner as in Example 1 to obtain a polymer sample of 32 to 42 meshes. Polymer test method: The water solubility, molecular weight, standard viscosity, and unreacted monomer of the polymer sample were measured in the same manner as the acrylamide polymer test method shown in Example 1. Polymer test results: Results shown in Tables 2 and 3 were obtained.

【表】【table】

【表】 〓以下であつた。
即ち、膜999、865及びGR8Pには著しい効果が
認められ、GR6Pにも若干の効果が認められた。 実施例 4 実施例1と同様の水和反応を行い、濃縮によつ
て濃度約40%のモノマー水溶液を製造し、これに
ついて実施例1と同様の条件で脱銅処理を80時間
続行し、その60〜65、65〜70、70〜75及び75〜80
時間の区間に得られた処理液を分取した。各分取
液の銅含有量は夫々0.02、0.73、5.2及び38ppmで
あつた。また各分取液のPHをカセイソーダを用い
て約6.5に調整した。これらの分取液4づつに
ついて、夫々実施例1と同様にして膜865による
膜透過処理を行なつて透過液約2づつを採取し
た。これらの透過液について実施例1と同様のポ
リマー製造とポリマー試験を行なつた。 更に、銅含有量の多かつた70〜75及び75〜80時
間の分取液から得られた透過液の一部について、
再度実施例1と同様に、脱銅処理とPH調整を繰返
して銅含有量を共に0.01ppmとし、ポリマー製造
とポリマー試験を行なつた。以上で得られた結果
は第4表の通りであつた。
[Table] It was as follows.
That is, a remarkable effect was observed in the films 999, 865, and GR8P, and a slight effect was also observed in GR6P. Example 4 A hydration reaction similar to that in Example 1 was carried out, and an aqueous monomer solution with a concentration of approximately 40% was produced by concentration, and copper removal treatment was continued for 80 hours under the same conditions as in Example 1. 60-65, 65-70, 70-75 and 75-80
The treated solution obtained during the time period was fractionated. The copper content of each fraction was 0.02, 0.73, 5.2, and 38 ppm, respectively. In addition, the pH of each fraction was adjusted to approximately 6.5 using caustic soda. Each of these four aliquots was subjected to membrane permeation treatment using the membrane 865 in the same manner as in Example 1, and about two permeated liquids were collected. Polymer production and polymer tests similar to those in Example 1 were performed on these permeated liquids. Furthermore, for a portion of the permeate obtained from the 70-75 and 75-80 hour aliquots with high copper content,
Again, in the same manner as in Example 1, the copper removal treatment and pH adjustment were repeated until the copper content was both 0.01 ppm, and polymer production and polymer testing were performed. The results obtained above are shown in Table 4.

【表】【table】 【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は実施例1の膜透過処理に於いてモノマ
ー水溶液が処理された経路を示したものである。
1:モノマー水溶液貯槽、2:供給ポンプ、3:
膜透過装置、4:透過液受器、5:供給配管、
6:透過液出口管、7:調圧弁、8:濃縮液出口
管。 第2図は実施例2の膜透過処理に於ける透過速
度の経時変化を示したものである。
FIG. 1 shows the route through which the monomer aqueous solution was treated in the membrane permeation treatment of Example 1.
1: Monomer aqueous solution storage tank, 2: Supply pump, 3:
Membrane permeation device, 4: permeate receiver, 5: supply piping,
6: Permeated liquid outlet pipe, 7: Pressure regulating valve, 8: Concentrated liquid outlet pipe. FIG. 2 shows the change over time in the permeation rate in the membrane permeation treatment of Example 2.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 銅系触媒の存在下アクリロニトリルを水和し
てアクリルアミド水溶液を製造するに際し、水和
して得られるアクリルアミド水溶液を予め脱銅処
理して液中の銅含有量を1ppm以下としたのち、
分画分子量が180〜22000の膜を用いて膜透過処理
することを特徴とするアクリルアミド水溶液の精
製方法。 2 水和して得られるアクリルアミド水溶液を脱
銅処理と同時に又は脱銅処理したのち陰イオン交
換処理し、しかる後に分画分子量が180〜22000の
膜を用いて膜透過処理する特許請求の範囲第1項
記載の方法。
[Claims] 1. When producing an acrylamide aqueous solution by hydrating acrylonitrile in the presence of a copper-based catalyst, the acrylamide aqueous solution obtained by hydration is previously treated to remove copper to reduce the copper content in the solution to 1 ppm or less. After that,
1. A method for purifying an aqueous acrylamide solution, the method comprising membrane permeation treatment using a membrane having a molecular weight cut-off of 180 to 22,000. 2. The acrylamide aqueous solution obtained by hydration is subjected to an anion exchange treatment at the same time as or after copper removal treatment, and then membrane permeation treatment is performed using a membrane having a molecular weight cut-off of 180 to 22,000. The method described in Section 1.
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