WO1990011253A1 - Verwendung von nicht hydrolysierten n-vinylformamid-einheiten enthaltenden copolymerisaten als flockungs- und entwässerungsmittel - Google Patents

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WO1990011253A1
WO1990011253A1 PCT/EP1990/000410 EP9000410W WO9011253A1 WO 1990011253 A1 WO1990011253 A1 WO 1990011253A1 EP 9000410 W EP9000410 W EP 9000410W WO 9011253 A1 WO9011253 A1 WO 9011253A1
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flocculation
copolymers
vinylformamide
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water
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PCT/EP1990/000410
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Dietmar Moench
Heinrich Hartmann
Karl-Heinz Buechner
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Basf Aktiengesellschaft
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F226/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen
    • C08F226/02—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen by a single or double bond to nitrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/54—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using organic material

Definitions

  • the invention relates to the use of copolymers containing N-vinylformamide units in copolymerized form as flocculants and dewatering agents for the treatment of waste water and sludge.
  • JP-A-118406/86 discloses water-soluble polyvinylamines which, by polymerizing N-vinylformamide or mixtures of N-vinylformamide with other water-soluble monomers, such as acrylamide, N, N-dialkylacrylamides or diallyldialkylammonium salts and subsequent hydrolysis of the polymers with bases, e.g. Ethylamine, diethylamine, ethylenediamine or morpholine can be produced.
  • the polyvinylamines are used as dewatering and retention agents in papermaking and as flocculants for waste water.
  • Polymers are known from US Pat. No. 4,421,602, which are obtainable by partial hydrolysis of poly-N-vinylformamide with acids or bases. Due to the hydrolysis, these polymers contain vinylamine and N-vinylformamide units. They are used, for example, in the manufacture of paper as drainage aids, flocculants and retention aids. According to the teaching of US Pat. No. 4,444,667, partially hydrolyzed poly-N-vinylformamides are used as flocculants for sludges.
  • R 1 H, CH 3 , C 2 H 5 ,
  • Y mean an anion, contained in copolymerized form, as flocculant for waste water and drainage aid for sludge.
  • N-vinylformamide can be considered as monomer (a) of the copolymers.
  • Suitable monomers of group (b) are the compounds of the formula I, of which the following compounds may be mentioned by way of example:
  • N-ethyldimethylammonium propylacrylamide ethosulfate N-ethyldimethylammonium propylacrylamide ethosulfate.
  • N-Trimethylammonium propyl methacrylamide chloride is preferred.
  • the compounds of formula II are also suitable as monomers of group (b).
  • Compounds of this type are, for example, diallyldimethylammonium chloride, diallyldimethylammonium bromide, di allyldiethylammonium chloride and diallyldiethylammonium bromide.
  • Dialyl dimethyl ammonium chloride is preferably used.
  • the anion Y is an acid residue and is preferably chloride, bromide, iodide, sulfate, methosulfate and ethosulfate.
  • the compounds of the formula I or II can be involved in the synthesis of the copolymers either alone or as a mixture with one another. It is also possible to use several compounds of the formula I or II in the copolymerization with the monomer (a).
  • the monomers of group (b) make up 99 to 1, preferably 40 to 5 mol%, of the copolymers.
  • the monomers (a) and (b) are copolymerized in aqueous solution in the presence of polymerization initiators which decompose into free radicals under the polymerization conditions.
  • Suitable polymerization initiators are, for example, hydrogen peroxide, alkali metal and ammonium salts of peroxidic sulfuric acid, peroxides, hydroperoxides, redox catalysts and particularly non-oxidizing initiators, such as azo compounds which break down into free radicals.
  • water-soluble azo compounds such as 2,2'-azo-bis (2-amidinopropane) dihydrochloride, 2,2'-azo-bis (N, N'-methylene-isobutyramidine) dihydrochloride or 2,2'-azo-bis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) propionamide].
  • the polymerization initiators are customary Amounts used, for example in amounts of 0.01 to 5.0% by weight, based on the monomers to be polymerized.
  • the polymerization can be carried out in a wide temperature range, if appropriate under reduced or also under increased pressure in appropriately designed apparatus.
  • the polymerization is preferably carried out at normal pressure and temperatures up to 100 ° C., in particular in the range from 30 to 80 ° C.
  • the concentration of the monomers in the aqueous solution is preferably selected so that polymer solutions are obtained whose solids content is 10 to 90, preferably 20 to 70,% by weight.
  • the pH of the reaction mixture is adjusted in the range from 4 to 10, preferably 5 to 8.
  • copolymers of different molecular weights are obtained.
  • the K value according to H. Fikentscher is given instead of the molecular weight.
  • the K values (measured in 5% aqueous sodium chloride solution at 25 ° C. and a polymer concentration of 0.1% by weight) are 80 to 350.
  • Copolymers with low molecular weights and correspondingly low K values are obtained using the customary methods, ie Use of larger amounts of peroxide in the copolymerization or use of polymerization regulators or combinations of the two measures mentioned.
  • Polymers with a high K value and with high molecular weights are obtained, for example, by polymerizing the monomers in the form of the reverse suspension polymerization or by polymerizing the monomers (a) and (b) by the water-in-oil polymerization method.
  • saturated hydrocarbons for example hexane, heptane, cyclohexane, decalin or aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene and cumene, are used as the oil phase.
  • the ratio of oil phase to aqueous phase in the reverse suspension polymerization is, for example, 10: 1 to 1:10, preferably 7: 1 to 1: 1.
  • a protective colloid In order to disperse the aqueous monomer solution in an inert hydrophobic liquid, a protective colloid is required, which has the task of stabilizing the suspension of the aqueous monomer solution in the inert hydrophobic liquid.
  • the protective colloids also have an influence on the particle size of the polymer beads formed by polymerization.
  • protective colloids that can be used are, for example, those substances that are described in US Pat. No. 2,982,749. Also suitable are the protective colloids known from DE-PS 2634486, which are obtainable, for example, by reacting oils and / or resins, each of which has allyl-containing hydrogen atoms, with maleic anhydride. Other suitable protective colloids are for example from DE-PS
  • 27 10 372 known, which are obtainable by thermal or radical solution or bulk polymerization from 60 to 99.9% by weight of dicyclopentadiene, 0 to 30% by weight of styrene and 0.1 to 10% by weight of maleic anhydride.
  • graft polymers which can be obtained by grafting polymers (A) from a) 40 to 100% by weight of monovinylaromatic monomers, b) 0 to 60% by weight of monoethylenically unsaturated carboxylic acids with 3 to
  • the polymers A) have a molecular weight (number average) from 500 to 20,000 and hydrogenation iodine numbers (according to DIN 53 241) from 1.3 to 51, with monomer mixtures
  • an aliphatic hydrocarbon is used as the inert hydrophobic liquid in the reverse suspension polymerization, a mixture of an inorganic suspending agent based on modified fine-particle minerals and a non-ionic surfactant has proven to be very advantageous as a protective colloid.
  • the inorganic suspending agents which have a low hydrophilic-lyophilic balance, are the agents usually used in the reverse suspension polymerization process.
  • the mineral component of these substances is formed, for example, by bentonite, montmorillonite or kaolin.
  • the finely divided minerals are treated for modification with salts of long-chain amines, for example C 8 to C 24 amines or quaternary ammonium salts, with the amine salts or the quaternary ammonium salts being embedded between the individual layers of the finely divided minerals.
  • the optionally quaternized ammonium salts used for the modification preferably contain 1 to 2 C 10 to C 22 alkyl radicals.
  • the other substituents of the ammonium salts are C 1 to C 4 alkyl or hydrogen.
  • the content of free ammonium salts of the amine-modified minerals is at most 2% by weight. Finely divided minerals modified with ammonium salts are commercially available.
  • the inorganic suspending agents for the reverse suspension polymerization also include silicon dioxide which has been reacted with organosilicon compounds.
  • a suitable organosilicon compound is, for example, trimethylsilyl chloride.
  • the aim of modifying the inorganic fine-particle minerals is to improve the wettability of the minerals with the aliphatic hydrocarbon used as the outer phase of the reverse suspension polymerization.
  • the layered natural minerals e.g. Bentonite and montmorillonite
  • by modification with amines causes the modified minerals to swell in the aliphatic hydrocarbon and thereby break down into very fine particles.
  • the particle size is approximately 1 ⁇ m and is generally in the range from 0.5 to 5 ⁇ m.
  • the silicas reacted with organosilicon compounds have a particle size in the range from about 10 to 40 nm.
  • the modified, finely divided minerals are wetted both by the aqueous monomer solution and by the solvent and thereby accumulate in the phase interface between the aqueous and organic phases. They prevent coagulation in the event of a collision between two aqueous monomer droplets in the suspension.
  • copolymers with a solids content of 70 to 99, preferably 80 to 95% by weight are in the form of fine beads with a diameter of 0.05 to 1 mm.
  • Copolymers with K values of 80 to 250 are preferably used.
  • the copolymers described above are used in the non-hydrolyzed form for the treatment of waste water from municipal or industrial sewage treatment plants and for the treatment of sludges.
  • the sludge that comes from municipal wastewater treatment plants or from industrial wastewater treatment plants is the substance that settles on the bottom of the treatment devices when the wastewater is treated.
  • the solids content of the sludge is approximately between 2 and 8% by weight.
  • the copolymers to be used according to the invention to the sludges, in particular to sludges from municipal wastewater treatment plants, it is possible to obtain a readily filterable or centrifugable residue with a high solids content, up to about 30% by weight.
  • the flocculants or dewatering agents are used in the sludge treatment in an amount of 50 to 500 g / m3 sludge. It is necessary to distribute the used dewatering agent well in the sludge. This happens, for example, in a mixing drum.
  • the flocculation or dewatering effect occurs almost immediately after the addition of the copolymers. An increase in the particle size of the solids to be flocculated is observed.
  • the water is separated from the residue using conventional devices such as belt presses or centrifuges. The residue can then be stored in a landfill or burned.
  • the non-hydrolyzed copolymers given above are also used as flocculants for waste water from municipal or industrial sewage treatment plants. This generally requires 10 to 500 g / m 3 of wastewater.
  • the advantage of the non-hydrolyzed copolymers over flocculants customary hitherto is that they lead to the formation of large, stable flakes which can be filtered particularly well.
  • the following ingredients were used:
  • Copolymer 1 copolymer of 90 mol% N-vinylformamide (VFA) and 10 mol% 3-methacrylamidopropyltrimethylammonium chloride (MAPTAC)
  • Copolymer 1 was prepared by placing 800 g of cyclohexane and 3 g of the protective colloid described in Example 1 of EP-A-0 290 753 in a 2 1 flask equipped with a stirrer, thermometer, gas inlet tube and reflux condenser is. The initial charge was heated to a temperature of 50 ° C. under a nitrogen atmosphere and with stirring at a speed of the stirrer of 300 revolutions per minute.
  • the resulting white pearly solid was filtered off, washed with 200 g of cyclohexane and freed from the remaining solvent in vacuo. 163 g of a copolymer with a solids content of 96.4% by weight were obtained. The K value was 180.
  • Copolymers 2 to 5 were prepared analogously to the preparation instructions given above.
  • MAPTAC 3-methacrylamide propyl trimethyl ammonium chloride
  • Copolymer 6 Homopolymer of N-vinylformamide with a
  • Copolymer 7 Partially hydrolyzed polymer 6, which by
  • Copolymer 8 commercial copolymer made from 70% acrylamide
  • Copolymer 9 commercial copolymer made from 50% acrylamide
  • Copolymer 10 commercial copolymer made from 20% acrylamide
  • aqueous solutions were each prepared from copolymers 1 to 10 and tested as treatment agents for sewage sludge dewatering by the following methods: a) Determination of the flocculation number and the filtration rate
  • the effectiveness of the copolymers 1 to 10 in the treatment of digested sludge from a municipal sewage treatment plant was determined in each case according to the test method given under a) above, in order to achieve the flocculation number 5, the application rate was 250 mg copolymer / 1 sludge.

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Abstract

Verwendung von nicht hydrolysierten Copolymerisaten aus (a) 99 bis 1 Mol % N-Vinylformamid und (b) 1 bis 99 Mol % mindestens eines wasserlöslichen Dialkylaminoalkylacrylamids in Form der Salze oder Quaternierungsprodukte oder einer Dialkylammoniumverbindung als Mittel zur Behandlung von Abwässern und Schlämmen.

Description

Verwendung von nicht hydrolysierten N-Vinylformamid-Einheiten enthaltenden Copolymerisaten als Flockungs- und Entwässerungsmittel
Beschreibung Die Erfindung betrifft die Verwendung von N-Vinylformamid-Einheiten einpolymerisiert enthaltenden Copolymerisaten als Flockungs- und Entwässerungsmittel für die Behandlung von Abwässern und Schlämmen. Aus der JP-A-118406/86 sind wasserlösliche Polyvinylamine bekannt, die durch Polymerisieren von N-Vinylformamid oder Mischungen aus N-Vinylformamid mit anderen wasserlöslichen Monomeren, wie Acrylamid, N,N-Dialkylacrylamiden oder Diallyldialkylammoniumsalzen und anschließende Hydrolyse der Polymerisate mit Basen, z.B. Ethylamin, Diethylamin, Ethylendiamin oder Morpholin, hergestellt werden. Die Polyvinylamine werden als Entwässerungsmittel und Retentionsmittel bei der Papierherstellung und als Flockungsmittel für Abwässer verwendet.
Aus der US-PS 4421 602 sind Polymerisate bekannt, die durch partielle Hydrolyse von Poly-N-Vinylformamid mit Säuren oder Basen erhältlich sind. Diese Polymerisate enthalten aufgrund der Hydrolyse Vinylamin- und N- Vinylformamid-Einheiten. Sie werden beispielsweise bei der Herstellung von Papier als Entwässerungshilfsmittel, Flockungsmittel und Retentionsmittel verwendet. Gemäß der Lehre der US-PS 4444667 werden partiell hydrolysierte Poly-N-Vinylformamide als Flockungsmittel für Schlämme verwendet.
Aus der EP-A-0 220 603 ist u.a. bekannt, N-Vinylformamid zusammen mit basischen Acrylsäureestern, wie Dimethylaminoethylacrylat oder N-Vinylimidazolinen, in überkritischem Kohlendioxid der Copolymerisation zu unterwerfen. Die dabei anfallenden feinteiligen Copolymerisate werden in partiell hydrolysierter Form, in der sie Vinylamin-Einheiten enthalten, beispielsweise als Retentionsmittel und Flockungsmittel bei der Herstellung von Papier sowie als Flockungsmittel für Schlämme verwendet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Flockungs- und Entwässerungsmittel zur Verfügung zu stellen, die möglichst wirksamer sind als die bisher bekannten und die technisch leichter zugänglich sind.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit der Verwendung von nicht hydrolysierten Copolymerisaten, die
(a) 99 bis 1 Mol% N-Vinylformamid und (b) 1 bis 99 Mo1% mindestens eines wasserlöslichen basischen
Monomers der Formeln (I) oder
(II),
Figure imgf000004_0001
in denen
R1 = H, CH3, C2H5,
R2, R3 und R4= H, CH3, C2H5, (-CH2-CH2-O-)nH, R5, R6 = C1- bis C10-Alkyl
A = C1- bis C6-Alkylen n = 1 bis 6 und
Y
Figure imgf000004_0002
= ein Anion bedeuten, einpolymerisiert enthalten, als Flockungsmittel für Abwässer und Entwässerungshilfsmittel für Schlämme.
Der Vorteil der nicht hydrolysierten N-Vinylformamid-Einheiten enthaltenden Copolymerisate gegenüber den bisher verwendeten hydrolysierten Copolymerisate, die nach der Hydrolyse Vinylamin-Einheiten enthalten, ist darin zu sehen, daß die in vielen Fällen schwierig durchzuführende Hydrolyse fortfällt und durch direkte Copolymerisation wirksame Hilfsmittel für die oben angegebenen Anwendungen erhältlich sind. Als Monomer (a) der Copolymerisate kommt N-Vinylformamid in Betracht.
Dieses Monomer ist zu 1 bis 99, vorzugsweise 60 bis 95 Mol%, am Aufbau der Copolymerisate beteiligt. Als Monomere der Gruppe (b) eignen sich die Verbindungen der Formel I, von denen folgende Verbindungen beispielhaft genannt seien:
N-Trimethylammoniumethylacrylamidchlorid,
N-Trimethylammoniumethylmethacrylamidchlorid,
N-Trimethylammoniumethylacrylamidmethosulfat,
N-Trimethylammoniumethylmethacrylamidmethosulfat,
N-Ethyldimethylammoniummethylmethacrylamidethosulfat,
N-Ethy1dimethylammoniummethylacrylamidethosulfat,
N-Trimethylammoniumpropylacrylamidchlorid,
N-Trimethylammoniumpropylmethacrylamidchlorid,
N-Trimethylammoniumpropylacrylamidmethosulfat,
N-Trimethylammoniumpropylmethacrylamidmethosulfat,
N-Ethyldimethylammoniumpropylmethacrylamidethosulfat,
N-Ethyldimethylammoniumpropylacrylamidethosulfat.
Bevorzugt ist N-Trimethylammoniumpropylmethacrylamidchlorid.
Als Monomere der Gruppe (b) kommen außerdem die Verbindungen der Formel II in Betracht. Verbindungen dieser Art sind beispielsweise Diallyldimethylammoniumchlorid, Diallyldimethy1ammoniumbromid, Di allyldiethylammoniumchlorid und Diallyldiethylammoniumbromid. Vorzugsweise verwendet man Di- allyldimethylammoniumchlorid. Das Anion Y
Figure imgf000005_0001
ist ein Säurerest und steht vorzugsweise für Chlorid, Bromid, Jodid, Sulfat, Methosulfat und Ethosulfat.
Am Aufbau der Copolymerisate können von den Monomeren der Gruppe (b) die Verbindungen der Formel I oder II entweder allein oder in Mischung untereinander beteiligt sein. Ebenso ist es auch möglich, mehrere Verbindungen der Formel I oder II bei der Copolymerisation mit dem Monomer (a) einzusetzen. Die Monomeren der Gruppe (b) sind zu 99 bis 1, vorzugsweise 40 bis 5 Mol%, am Aufbau der Copolymerisate beteiligt.
Die Copolymerisation der Monomeren (a) und (b) erfolgt in wäßriger Lösung in Gegenwart von Polymerisationsinitiatoren, die unter den Polymerisationsbedingungen in Radikale zerfallen. Geeignete Polymerisationsinitiatoren sind beispielsweise Wasserstoffperoxid, Alkali- und Ammoniumsalze der Peroxidischwefelsäure, Peroxide, Hydroperoxide, Redoxkatalysatoren und besonders nicht-oxidierende Initiatoren, wie in Radikale zerfallende Azo- Verbindungen. Vorzugsweise verwendet man wasserlösliche Azoverbindungen, wie 2,2'-Azo-bis(2-amidinopropan)dihydrochlorid, 2,2'-Azo-bis(N,N'-di- methylenisobutyramidin)dihydrochlorid oder 2,2'-Azo-bis[2-methyl-N-(2-hy- droxyethyl)propionamid]. Die Polymerisationsinitiatoren werden in üblichen Mengen eingesetzt, z.B. in Mengen von 0,01 bis 5,0 Gew.%, bezogen auf die zu polymerisierenden Monomeren. Die Polymerisation kann in einem weiten Temperaturbereich, gegebenenfalls unter vermindertem oder auch unter erhöhtem Druck in entsprechend ausgelegten Apparaturen, vorgenommen werden. Vorzugsweise erfolgt die Polymerisation bei Normaldruck und Temperaturen bis zu 100°C, insbesondere in dem Bereich von 30 bis 80°C. Die Konzentration der Monomeren in der wäßrigen Lösung wird vorzugsweise so gewählt, daß Polymerisatlösungen anfallen, deren Feststoffgehalt 10 bis 90, vorzugsweise 20 bis 70 Gew.%, beträgt. Der pH-Wert des Reaktionsgemisches wird in dem Bereich von 4 bis 10, vorzugsweise 5 bis 8, eingestellt.
In Abhängigkeit von den Polymerisationsbedingungen erhält man Copolymerisate eines unterschiedlichen Molekulargewichts. Zur Charakterisierung der Copolymerisate wird anstelle des Molekulargewichts der K-Wert nach H. Fi- kentscher angegeben. Die K-Werte (gemessen in 5%iger wäßriger Kochsalzlösung bei 25°C und einer Polymerkonzentration von 0,1 Gew.%) betragen 80 bis 350. Copolymerisate mit niedrigen Molekulargewichten und entsprechend niedrigen K-Werten erhält man mit Hilfe der üblichen Methoden, d.h. Einsatz größerer Peroxidmengen bei der Copolymerisation oder Verwendung von Polymerisationsreglern oder Kombinationen der beiden genannten Maßnahmen. Polymerisate mit einem hohen K-Wert und mit hohen Molekulargewichten erhält man beispielsweise durch Polymerisieren der Monomeren in Form der umgekehrten Suspensionspolymerisation oder durch Polymerisieren der Monomeren (a) und (b) nach dem Verfahren der Wasser-in-öl-Polymerisation. Bei dem Verfahren der umgekehrten Suspensionspolymerisation sowie der Wasser- in-öl-Polymerisation verwendet man als ölphase gesättigte Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Hexan, Heptan, Cyclohexan, Dekalin oder aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol, Xylol und Cumol. Das Verhältnis von ölphase zu wäßriger Phase beträgt bei der umgekehrten Suspensionspolymerisation beispielsweise 10 : 1 bis 1 : 10, vorzugsweise 7 : 1 bis 1 : 1.
Um die wäßrige Monomerlösung in einer inerten hydrophoben Flüssigkeit zu dispergieren, benötigt man ein Schutzkolloid, das die Aufgabe hat, die Suspension der wäßrigen Monomerlösung in der inerten hydrophoben Flüssig- keit zu stabilisieren. Die Schutzkolloide haben außerdem einen Einfluß auf die Teilchengröße der durch Polymerisation entstehenden Polymerperlen.
Als Schutzkolloide können beispielsweise diejenigen Substanzen verwendet werden, die in der US-PS 2 982749 beschrieben sind. Außerdem eignen sich die aus der DE-PS 2634486 bekannten Schutzkolloide, die beispielsweise durch Umsetzung von ölen und/oder Harzen, die jeweils allylständige Wasserstoffatome aufweisen, mit Maleinsäureanhydrid erhältlich sind. Weitere geeignete Schutzkolloide sind beispielsweise aus der DE-PS
27 10 372 bekannt, die erhältlich sind durch thermische oder radikalische Lösungs- oder Substanzpolymerisation aus 60 bis 99,9 Gew.% Dicyclopentadien, 0 bis 30 Gew.% Styrol und 0,1 bis 10 Gew.% Maleinsäureanhydrid.
Außerdem eignen sich als Schutzkolloide Pfropfpolymerisate, die erhältlich sind durch Pfropfen von Polymeri aten (A) aus a) 40 bis 100 Gew.% monovinylaromatischen Monomeren, b) 0 bis 60 Gew.% monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren mit 3 bis
6 C-Atomen, Maleinsäureanhydrid und/oder Itacon- säureanhydrid und c) 0 bis 20 Gew.% anderen monoethylenisch ungesättigten Monomeren, mit der Maßgabe, daß die Summe der Gewichtsprozente (a) bis (c) immer 100 beträgt, die Polymerisate A) ein Molekulargewicht (Zahlenmittel) von 500 bis 20 000 und Hydrierjodzahlen (nach DIN 53 241) von 1,3 bis 51 aufweisen, mit Monomermischungen aus
1) 70 bis 100 Gew.% Acrylsäureester und/oder Methacrylsäureester von 1 bis 20 C-Atome enthaltenden einwertigen Alkoholen, 2) 0 bis 15 Gew.% monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren mit 3 bis 6 C-Atomen, Maleinsäureanhydrid und/oder
Itaconsäureanhydrid,
3) 0 bis 10 Gew.% Acrylsäuremonoester und/oder Methacrylsäuremonoester von mindestens zweiwertigen Alkohlen,
4) 0 bis 15 Gew.% monovinylaromatischen Monomeren und
5) 0 bis 7,5 Gew.% Acrylamid und/oder Methacrylamid, mit der Maßgabe, daß die Summe der Gewichtsprozente a) bis e) immer 100 beträgt, bei Temperaturen bis zu 150°C in einem inerten hydrophoben Verdünnungsmittel in Gegenwart von Polymerisationsinitiatoren, wobei die Monomeren in einer Menge von 97,5 bis 50 Gew.%, bezogen auf die Mischung aus Polymerisat (A) und Monomeren, eingesetzt werden. Schutzkolloide dieser Art werden in der EP-A-0290 753 beschrieben. Wenn bei der umgekehrten Suspensionspolymerisation ein aliphatischer Kohlenwasserstoff als inerte hydrophobe Flüssigkeit eingesetzt wird, hat sich als Schutzkolloid eine Mischung aus einem anorganischen Suspensionsmittel auf Basis modifizierter feinteil iger Mineralien und einem nicht- ionischen Tensid als sehr vorteilhaft erwiesen.
Die anorganischen Suspensionsmittel, die eine niedrige hydrophile-lyophile Balance haben, sind die bei den umgekehrten Suspensionspolymerisations- verfahren üblicherweise eingesetzten Mittel. Die mineralische Komponente dieser Stoffe wird beispielsweise von Bentonit, Montmorillonit oder Kaolin gebildet. Die feinteiligen Mineralien werden zur Modifizierung mit Salzen langkettiger Amine, z.B. C8- bis C24-Aminen oder quaternären Ammonium- salzen behandelt, wobei eine Einlagerung der Aminsalze bzw. der quaternären Ammoniumsalze zwischen die einzelnen Schichten der feinteiligen Mineralien erfolgt. Die zur Modifizierung verwendeten gegebenenfalls quaternisierten Ammoniumsalze enthalten vorzugsweise 1 bis 2 C10- bis C22- Alkylreste. Die anderen Substituenten der Ammoniumsalze sind C1- bis C4- Alkyl oder Wasserstoff. Der Gehalt an freien Ammoniumsalzen der aminmodi- fizierten Mineralien beträgt höchstens 2 Gew.%. Mit Ammoniumsalzen modifi- zierte feinteilige Mineralien sind im Handel erhältlich.
Zu den anorganischen Suspensionsmitteln für die umgekehrte Suspensionspolymerisation gehört auch Siliciumdioxid, das mit siliciumorganischen Verbindungen umgesetzt worden ist. Eine geeignete siliciumororganische Verbindung ist beispielsweise Trimethylsilylchlorid.
Ziel der Modifizierung der anorganischen feinteiligen Mineralien ist es, die Benetzbarkeit der Mineralien mit dem als äußere Phase der umgekehrten Suspensionspolymerisation verwendeten aliphatischen Kohlenwasserstoff zu verbessern. Bei den schichtförmig aufgebauten natürlichen Mineralien, z.B. Bentonit und Montmorillonit, wird durch die Modifizierung mit Aminen erreicht, daß die modifizierten Mineralien in dem aliphatischen Kohlenwasserstoff quellen und dabei zu sehr feinen Teilchen zerfallen. Die Teilchengröße beträgt etwa 1 μm und liegt im allgemeinen in dem Bereich von 0,5 bis 5 μm. Die mit siliciumorganischen Verbindungen umgesetzten Siliciumdioxide haben eine Teilchengröße in dem Bereich von etwa 10 bis 40 nm. Die modifizierten feinteiligen Mineralien werden sowohl von der wäßrigen Monomerlösung als auch von dem Lösungsmittel benetzt und lagern sich dadurch in die Phasengrenzfläche zwischen wäßriger und organischer Phase an. Sie verhindern bei einer Kollision zweier wäßriger Monomer- tröpfchen in der Suspension eine Koagulation.
Nach Beendigung der Copolymerisation wird ein Teil des Wassers azeotrop abdestilliert, so daß man Copolymerisate mit einem Feststoffgehalt von 70 bis 99, vorzugsweise 80 bis 95 Gew.%, erhält. Die Copolymerisate liegen in Form feiner Perlen eines Durchmessers von 0,05 bis 1 mm vor. Copolymerisate mit K-Werten von 80 bis 250 werden vorzugsweise eingesetzt. Die oben beschriebenen Copolymerisate werden zum Unterschied gegenüber dem Stand der Technik in der nicht hydrolysierten Form zur Behandlung von Abwässern aus kommunalen oder industriellen Kläranlagen sowie zur Behandlung von Schlämmen verwendet. Bei den Schlämmen, die aus kommunalen Kläranlagen oder aus Industriekläranlagen stammen, handelt es sich um diejenigen Stoffe, die sich bei der Klärung der Abwässer am Boden der Behandlungsvorrichtungen absetzen. Der Feststoffgehalt der Schlämme liegt etwa zwischen 2 und 8 Gew.%. Durch Zugabe der erfindungsgemäß zu verwendenden Copolymerisate zu den Schlämmen, insbesondere zu Schlämmen aus kommunalen Kläranlagen, ist es möglich, einen gut filtrierbaren bzw. zentrifugierbaren Rückstand mit einem hohen Feststoffgehalt, bis zu etwa 30 Gew.%, zu gewinnen. Die Flockungsmittel bzw. Entwässerungsmittel werden bei der Schlammbehandlung in einer Menge von 50 bis 500 g/m3 Schlamm angewendet. Es ist erforderlich, das ein- gesetzte Entwässerungsmittel im Schlamm gut zu verteilen. Dies geschieht beispielsweise in einer Mischtrommel.
Die Flockungs- bzw. Entwässerungswirkung tritt praktisch sofort nach Zugabe der Copolymerisate ein. Man beobachtet dabei eine Teilchenvergrößerung der zu flockenden Feststoffe. Das Wasser wird mit Hilfe üblicher Vorrichtungen, wie Siebbandpressen oder Zentrifugen vom Rückstand getrennt. Der Rückstand kann dann auf einer Deponie gelagert oder auch verbrannt werden. Die oben angegebenen nicht hydrolysierten Copolymerisate werden auch als Flockungsmittel für Abwässer aus kommunalen oder industriellen Kläranlagen verwendet. Man benötigt hierfür im allgemeinen 10 bis 500 g/m3 Abwasser. Der Vorteil der nicht hydrolysierten Copolymerisate gegenüber bisher üblichen Flockungsmitteln liegt darin, daß sie zur Bildung großer, stabiler Flocken führen, die sich besonders gut filtrieren lassen.
Der K-Wert der Copolymerisate wurde nach H. Fikentscher, Cellulosechemie Bd. 13, 58 - 64 und 71 - 74 (1932) bei einer Temperatur von 25°C in 5%iger wäßriger Kochsalzlösung und einer Polymerkonzentration von 0,1 Gew.% bestimmt; dabei bedeutet K = k . 103. Folgende Einsatzstoffe wurden verwendet:
Copolymerisat 1 Copolymerisat aus 90 Mol% N-Vinylformamid (VFA) und 10 Mol% 3-Methacrylamidopropyltrimethylammoniumchlorid (MAPTAC)
Copolymerisat 1 wurde hergestellt, indem man in einem 2 1-Kolben, der mit einem Rührer, Thermometer, Gaseinleitungsrohr und Rückflußkühler versehen war, 800 g Cyclohexan und 3 g des Schutzkolloids vorlegte, das in Beispiel 1 der EP-A-0 290 753 beschrieben ist. Die Vorlage wurde unter einer Stickstoffatmosphäre und unter Rühren bei einer Drehzahl des Rührers von 300 Umdrehungen pro Minute auf eine Temperatur von 50°C erwärmt. Sobald diese Temperatur erreicht war, gab man innerhalb von 30 Minuten eine Lösung von 117 g N-Vinylformamid, 80 g einer 50gew.%igen wäßrigen Lösung von 3-Meth- acrylamidopropyltrimethylammoniumchlorid, 0,15 g Diethylentriaminpenta- essigsäure-Natriumsalz, 0,65 g 2,2'-Azo-bis(2-amidinopropan)dihydrochlorid und 100 g Wasser hinzu. Der pH-Wert der wäßrigen Phase betrug 6,5. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch 16 Stunden bei 50°C gerührt. Danach wurde die Temperatur auf 78°C erhöht und mit Hilfe eines Wasserabscheiders 134 g Wasser azeotrop abdestilliert. Der anfallende weiße perlförmige Feststoff wurde abfiltriert, mit 200 g Cyclohexan gewaschen und im Vakuum vom restlichen Lösemittel befreit. Man erhielt 163 g eines Copolymerisats mit einem Feststoffgehalt von 96,4 Gew.%. Der K-Wert betrug 180.
Analog zu der oben angegebenen HerstellVorschrift wurden die Copolymerisate 2 bis 5 hergestellt, deren Zusammensetzung in Tabelle 1 angegeben ist.
Figure imgf000010_0001
1) VFA = N-Vinylformamid
2) MAPTAC = 3-Methacrylamidpropyltrimethylammoniumchlorid Zum Vergleich wurden folgende Polymerisate verwendet:
Copolymerisat 6: Homopolymerisat des N-Vinylformamids mit einem
Feststoffgehalt von 96,6 % und einem K-wert von
203 hergestellt analog der Vorschrift für Copolymerisat 1 durch Homopolymerisation von N-Vinylformamid.
Copolymerisat 7: Partiell hydrolysiertes Polymerisat 6, das durch
Homopolymerisation von N-Vinylformamid nach der für das Copolymerisat 1 angegebenen Herstellvorschrift erhalten wurde, wobei jedoch vor dem Entfernen des Wassers 105 g einer 38%igen Salzsäure zugegeben und die Mischung 3 Stunden bei 50°C gerührt wurde und erst danach das Wasser azeotrop abdestilliert wurde. Der Hydrolysegrad betrug
42 %, der K-Wert 185, der Feststoffgehalt 93,5 %.
Copolymerisat 8: handelsübliches Copolymerisat aus 70 % Acrylamid
und 30 % Dimethylaminoethylacrylat-Methochlorid, K-Wert 220.
Copolymerisat 9: handelsübliches Copolymerisat aus 50 % Acrylamid
und 50 % Dimethylaminoethylacrylat-Methochlorid, K-Wert 213.
Copolymerisat 10: handelsübliches Copolymerisat aus 20 % Acrylamid
und 80 % Dimethylaminoethylacrylat-Methochlorid, K-Wert 200.
Aus den Copolymerisaten 1 bis 10 wurden jeweils 0,1 %ige wäßrige Lösungen hergestellt und als Behandlungsmittel für die Klärschlammentwässerung nach folgenden Methoden geprüft: a) Bestimmung der Flockungszahl und der Filtrationsgeschwindigkeit
500 ml eines Abwasserschlammes wurden in einem 1 1-Meßzylinder mit bestimmten Mengen einer 0,1 %igen wäßrigen Flockungsmittel-Lösung versetzt. Die Flockung trat während der Durchmischung ein. Der Inhalt des Meßzylinders wird dann in einen Büchner-Trichter entleert und filtriert. Anhand des Filters wird die Flockung visuell beurteilt. Dabei bedeutete: kaum sichtbare Flockung = Flockungszahl 1 geringe Flockung = Flockungszahl 2 mittlere Flockung = Flockungszahl 3 gute Flockung für die Praxis meistens ausreichend = Flockungszahl 4 sehr gute, optimale Flockung = Flockungszahl 5
Gleichzeitig wurde die Filtratmenge nach 15, 30, 45 und 60 sek.
gemessen. b) Flockungswirksamkeit
Bei diesem Test wurde ebenfalls - in einem 1 1-Meßzylinder die Flockungsmittelmenge ermittelt, die zu einem Schlamm gegeben werden muß, um eine optimale Flockung (Flockungszahl = 5) zu erzielen.
Die Wirksamkeit der Copolymerisate 1 bis 10 bei der Behandlung von Faulschlamm aus einer kommunalen Kläranlage wurde jeweils nach der oben unter a) angegebenen Testmethode bestimmt, um die Flockungszahl 5 zu erreichen, betrug die Aufwandmenge 250 mg Copolymerisat/1 Schlamm.
Figure imgf000012_0001
* Die Flockenzahl 5 wurde mit der hier verwendeten Aufwandmenge nicht erreicht

Claims

Patentanspruch
Verwendung von nicht hydrolysierten Copolymerisaten, die (a) 99 bis 1 Mol% N-Vinylformamid und
(b) 1 bis 99 Mol% mindestens eines wasserlöslichen basischen
Monomers der Formeln (I) oder
(II),
Figure imgf000013_0001
in denen
R1 = H, CH3, C2H5,
R2, R3 und R4= H, CH3, C2H5, (-CH2-CH2-O-)nH,
R5, R6 = C1- bis C10-Alkyl
A = C1- bis C6-Alkylen n = 1 bis 6 und
Y = ein Anion bedeuten, einpolymerisiert enthalten, als Flockungsmittel für Abwässer und Entwässerungsmittel für Schlämme. Verwendung von nicht hydrolysierten N-Vinylformamid-Einheiten enthaltenden Copolymerisaten als Flockungs- und Entwässerungsmittel
Zusammenfassung
Verwendung von nicht hydrolysierten Copolymerisaten aus
(a) 99 bis 1 Mol% N-Vinylformamid und (b) 1 bis 99 Mol% mindestens eines wasserlöslichen Dialkylaminoalkylacrylamids in Form der Salze oder Quaternierungsprodukte oder einer Dialkylammoniumverbindung als Mittel zur Behandlung von Abwässern und Schlämmen.
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