DE1264782B - Verfahren zur Herstellung von perlfoermigen, wasserloeslichen, hochmolekularen Polymerisaten - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von perlfoermigen, wasserloeslichen, hochmolekularen PolymerisatenInfo
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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
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
C08f
Deutsche Kl.: 39 c-25/01
Nummer: 1264 782 "vj: "
Aktenzeichen: M 49957IV d/39 c
Anmeldetag: 8. August 1961
Auslegetag: 28. März 1968
Verfahren zur Herstellung von perlförmigen, wasserlöslichen,
hochmolekularen Polymerisaten aus wasserlöslichen Acrylmonomeren durch Polymerisation einer
wäßrigen Lösung der Acrylmonomeren in umgekehrter Emulsion oder Suspension in mit Wasser nicht mischbaren
organischen Flüssigkeiten in Gegenwart von Redox-Katalysatoren sind bereits bekannt. Die wäßrige
Monomerenlösung kann dabei bereits bis zu 80 Gewichtsprozent des Monomeren enthalten.
Nach diesen bekannten Verfahren ist es jedoch nicht möglich, gleichförmige Produkte hohen Molekulargewichts
herzustellen.
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von perlförmigen wasserlöslichen, hochmolekularen Polymerisaten
oder Copolymerisaten aus wasserlöslichen Acrylmonomeren durch Polymerisation von wäßrigen
Lösungen, die mindestens ein wasserlösliches Acrylmonomeres enthalten und deren Wassermenge kleiner
als die Monomerenmenge ist, als Wasser-in-Öl-Emulsionen in mit Wasser nicht mischbaren organischen
Flüssigkeiten in Gegenwart katalytischer Mengen von Redox-Polymerisationsinitiatoren gefunden, bei dem
dann gleichförmige Produkte, die vollständig frei von unlöslichen Teilchen sind, hergestellt werden können,
wenn die Polymerisation bei Unterdruck erfolgt.
Als wasserlösliche Acrylmonomeren werden Acrylamide, Methacrylamide, Acrylsäure (einschließlich
ihrer Salze, Alkali-Metall- und anderer wasserlöslicher Salze, einschließlich saure Additionssalze), aber auch
Mischungen dieser Acrylmonomeren bei der Homo- oder Copolymerisation eingesetzt.
Die Herstellung der wasserlöslichen Acrylpolymeren erfolgt durch Polymerisation des Monomeren, während
es in der wäßrigen Phase einer Wasser-in-Öl-Emulsion
gelöst ist. Die Polymeren entstehen im flüssigen Medium in Gestalt fester Perlen. Es ist ohne Schwierigkeiten
möglich, Polymeren mit einem Molekulargewicht von 500 000 bis 5 000 000 oder möglicherweise
mehr, bestimmt aus der Strukturviskosität, zu gewinnen. Man kann auch Polymeren mit einem Molekulargewicht
von 15 000 000 bis 20 000 000 und darüber gewinnen, bestimmt nach dem Verfahren der
Lichtstreuung.
Die zur Herstellung der wäßrigen Monomerenlösung notwendige Wassermenge ist kleiner als die
Menge der Monomeren. Das Verhältnis Wasser zu Monomeren beträgt gewöhnlich ungefähr 20 bis
30:100.
Das in Wasser gelöste Acrylmonomere wird in einem Mineralöl oder in einer anderen mit Wasser
sich nicht vermischenden organischen Flüssigkeit, z. B. verschiedenen organischen Lösungsmitteln, mit-Verfahren
zur Herstellung von perlförmigen,
wasserlöslichen, hochmolekularen Polymerisaten
wasserlöslichen, hochmolekularen Polymerisaten
Anmelder:
Momingstar-Paisley, Inc.,
Hawthorne, N. J. (V. St. A.)
Hawthorne, N. J. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr. F. Zumstein, Dr. E. Assmann,
Dr. R. Koenigsberger
und Dipl.-Phys. R. Holzbauer, Patentanwälte,
8000 München 2, Bräuhausstr. 4
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 8. August 1960 (47 990)
tels eines geeigneten Emulgiermittels, und nötigenfalls
in Anwesenheit einer geringen Menge eines die Suspension stabilisierenden oder die Zusammenballung verhindernden
Mittels, emulgiert.
Die angewandte Wassermenge ist in jedem Falle kleiner als die eingesetzte Menge der organischen
Flüssigkeit. Günstig sind 1 bis 9 Teile Wasser auf 10 Teile organischer Flüssigkeit oder noch geringere
Wassermengen. Geeignete Emulgiermittel sind Calcium- und Zinkoleat, Sorbitsesquioleat und Sorbitmonooleat.
Praktisch kann jedes, vor allem in der »Öl«-Phase lösliche Emulgiermittel, das Wasser-in-Öl-Emulsionen
herbeiführt, verwendet werden.
Die Suspensions-Stabilisierungsmittel bzw. Verhütungsmittel einer Verklumpung haben die praktische
Aufgabe, ein Zusammenbacken der sich im Verlaufe der Polymerisation gebildeten Perlen zu verhüten. In
manchen Fällen ist die Anwesenheit eines Füllmittels als Ergänzung sehr erwünscht. Wird das Füllmittel
zusammen mit dem entsprechend konzentrierten oberflächenwirksamen Emulgiermittel eingesetzt, so wird
deren Funktion als Dispersionsmittel verstärkt. Mineralische Füllmittel stellen eine sehr praktische Art von
Agglomerationsinhibitoren dar und umfassen Verbindungen wie Tricalciumphosphat, Hydroxyapatit
oder Silikate. Weitere brauchbare Verbindungen sind schwerlösliche Salze, wie die Calcium- und Magnet
siumcarbonate, Calcium- und Magnesiumsilikate und feinverteilte Oxyde, wie Tonerde, Fuller-Erde, Talkum
809 520/683
3 4
und Betonit. Organische Substanzen, die den gleichen Die jeweilige Korngröße der nach dem Verfahren
Zweck erfüllen, wie Stärke, Gelatine, Cellulosederivate der Erfindung hergestellten Perlen beruht auf folgenden
oder Polyvinylalkohol, können ebenfalls Verwendung Voraussetzungen:
finden Die Stabilisierungsmittel und die Inhibitoren L Fdnste Verteilung der Wasser-Öl-Emulsion,
gegen Zusammenballen beispielsweise Calciumphos- 5 2>
Rührgeschwindigkeit während der Polymerisation,
phat, können dem Reaktionsmedium vor Eintritt der 3 ^rt ^5 Rührwerkes
Reaktion bzw. der Polymerisation in die klebrige 4] M und Größe der mineraIischen FüUmitteI.
Phase zu jedem Zeitpunkt zugesetzt werden. Am vorteilhaftesten ist es, diese bei Beginn des Verfahrens Im allgemeinen liegt die zugesetzte Menge an minezuzusetzen
oder sie in die Wasser-organische-Flüssig- 10 rauschen Füllstoffen zwischen 0,1 und 5,0% und
keits-Mischung vor der Homogenisierung einzubringen. darüber (bezogen auf die ganze Suspension).
In bestimmten Fällen kann man das Verfahren . -T1
auch dadurch abändern, daß man in die Wasserphase B e 1 s ρ 1 e J
der Emulsion Stärke, Gummi oder andere wasserlös- Einer Emulsion aus folgenden Bestandteilen
liehe Mittel einbringt. Außerdem kann man durch 15 750 ccm Toluol
Zusetzen von öllöslichen oder quellbaren Verdickungs- 7 5 Tricalc'iumphosphat
mitteln die Suspendierwilligkeit der bei Herstellung 25V Sorbitsesquioleat
der Emulsion verwendeten Mineralöle oder anderer ^n * Woo*»- ' '
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organischer Flüssigkeiten erhohen. ·
Die mit Wasser nicht mischbare organische Flüssig- 20 werden 190 g Acrylamid und 10 g Acrylsäure zuge-
keit ist eine inerte, hydrophobe Flüssigkeit und stellt setzt. Das Reaktionsgefäß wurde mit Stickstoff
das »Öl« der Wasser-in-Öl-Emulsion dar. In Wasser gereinigt und auf 3O0C erhitzt. Das Reaktionsgefäß
nicht mischbare organische Flüssigkeiten, die ver- wird auf Unterdruck gehalten, die Reaktion mittels
wendet werden können, sind auch Heptan, Toluol 2 ecm des beschriebenen Redox-Katalysators in Gang
und Kohlenstofftetrachlorid. 25 gebracht und die Reaktion so lange fortgeführt,
Die Emulsion des Acrylmonomeren wird auf bis sich Perlen bilden.
bekannte Weise hergestellt, indem man zuerst das Der Redox-Katalysator wurde durch Vermischen
Wasser in der organischen Flüssigkeit emulgiert und von 63,2 g Cerammoniumsulfat in 1000 Teilen Wasser
dann das Monomere zusetzt, oder umgekehrt, indem und 50 ecm konzentrierter Schwefelsäure und Auf-
man zuerst das Monomere in Wasser auflöst und 30 lösen von wasserfreiem Natriumsulfit in Wasser zu
dann die erhaltene Lösung in der organischen Flüssig- einer 21Io0I0IgQn Lösung hergestellt,
keit emulgiert. In beiden Fällen kann der Emulgier- _ .
prozeß durch Homogenisieren in einer Kolloidmühle Beispiel _
gefördert werden und so eine besonders feine Ver- Einer Emulsion aus folgenden Bestandteilen
teilung des Wassers oder der wäßrigen Lösung in der 35 -750 ccm Toluol
organischen hydrophoben Flüssigkeit erzielt werden. 75 Tricaiciumphosphat,
Em Redox-Katalysator, der besonders geeignet ist 25 g Sorbitsesquioleat,
für die Herstellung von Perlen mit einem optimal ^q ^ Wasser
hohen Molekulargewicht, hat folgende Zusammen- 7 Salzsäure
setzung: Cerammoniumsulfat zusammen mit wasser- 4o 10~ Dimethylaminoäthylmethacrylat,
freiem Natriumsulfat m wäßriger saurer Lösung. Es
freiem Natriumsulfat m wäßriger saurer Lösung. Es
können auch andere Redoxkatalysatoren, wie das wird 190 g Acrylamid zugesetzt. Das Reaktions-
Natriumsalz des Formaldehydsulfoxylats oder Na- gefäß wird mit Stickstoff gereinigt und auf 300C
triumbisulfit als Reduktionsmittel, und Wasserstoff- erhitzt. Das Gefäß wird auf Unterdruck gehalten»
peroxyd oder Ammonium- oder Kaliumpersulfat oder 45 die Reaktion mittels des im Beispiel 1 genannten
Natriumchlorat als Oxydationsmittel eingesetzt werden. Redox-Katalysators in Gang gebracht und die Reak-
Nach Zusatz eines Redox-Katalysators wird die tion so lange fortgeführt, bis sich Perlen bilden.
Emulsion erhitzt, um die Polymerisation in Gang zu
bringen. Durch die sich dabei entwickelnde exotherme Beispiel3
Wärme wird jedoch die Reaktion so lange fortgeführt, 50
bis sich das gebildete Polymere, nachdem es erst 6 g Glyzerinmonostearat (mit einem »HLB-Vert«
klebrig-weich geworden war, zu harten Perlen formt. von 11,0) werden bei 403C in 700 ccm Toluol auf-
Unter Umständen ist es notwendig, die Reaktions- gelöst (Teile I). 200 g Acrylamid werden durch
masse zu kühlen, damit die Reaktionstemperatur ent- Erhitzen in 60 ccm destilliertem Wasser aufgelöst
sprechend niedrig bleibt, um ein Verdampfen von 55 (Teil II). Teil II wird langsam zu Teil I gegeben und
zuviel Wasser und auch die Imidisierung zu vermeiden. durch Homogenisieren in einem Eppenbach-Homo-
Die Reaktion wird bei Unterdruck durchgeführt. Das genisator eine Emulsion gebildet. Dabei wird die
bietet den Vorteil, daß sich das nichtwäßrige Medium Temperatur auf 35 bis 400C gehalten. Die Emulsion
verflüchtigt und so das Reaktionsmedium auf günstiger wird in eine Dreihalsflasche eingebracht, die mit
Reaktionstemperatur gehalten wird. 60 einem Rückflußkühler versehen ist. Es wird Stickstoff-
Die gewonnenen Perlen können sehr leicht durch gas zur Reinigung durch die Emulsion geleitet, wobei
Zentrifugieren von der organischen Flüssigkeit und die Temperatur auf 3O0C gehalten wird. Die Reini-
dem restlichen Wasser abgetrennt werden. gung dauert wenige Minuten und erfolgt unter Rühren
Wie den Beispielen zu entnehmen ist, sind Suspen- (200 Umdr./Min.).
sionsstabilisierungsmittel oder Agglomerationsinhibi- 65 Der Hahn mit dem Stickstoff wird geschlossen,
toren nicht unbedingt nötig, im Gegensatz zu den die Flasche wird ausgepumpt und ein Vakuum von
lipophilen, oberflächenwirksamen Emulgiermitteln, 180 mm Hg für die ganze Dauer der Reaktion her-
die notwendig sind, um eine Emulsion zu erhalten. ' gestellt.
Der Redox-Katalysator ist derselbe wie im Beispiel 1.
Der Zusatz von 2 bis 4 ecm Redox-Katalysator bringt die Reaktion in Gang, dabei steigt die Temperatur
nicht über 63 0C, da kaltes, kondensiertes Toluol zurückfließt und dauernd kaltes Wasser durch
den Außenmantel der Reaktionsflasche fließt.
Nach beendeter Reaktion wird das Toluol abzentrifugiert und abgezogen. Die Polyacrylamidperlen
werden in einem Ofen getrocknet. Sie sind in Wasser klar löslich, und das Molekulargewicht beträgt
20 000 000.
Vergleichsbeispiel
Wiederholung des Beispiels 3 bei Atmosphärendruck.
6 g Glycerinmonostearat werden in 700 ecm Toluol bei 40°C gelöst (Teil I).
200 g Acrylamid werden in 60 ecm destilliertem Wasser unter Erhitzen aufgelöst (Teil II).
Teil II wird langsam zu Teil I gegeben und durch Homogenisieren in einem Eppenbach-Homogenisator
eine Emulsion gebildet, dabei wird die Temperatur auf 35 bis 4O0C gehalten. Die Emulsion wird in eine
Dreihalsflasche eingebracht, die mit einem Rückflußkühler versehen ist. Es wird Stickstoffgas zur Reinigung
durch die Emulsion geleitet, wobei die Temperatur auf 3O0C gehalten wird. Die Reinigung dauert
wenige Minuten und erfolgt unter Rühren {200 Umdr./Min.).
Es wird kein Vakuum angewendet, sondern unter Atmosphärendruck gearbeitet.
Der Zusatz von 2 bis 4 ecm Redox-Katalysator bringt die Polymerisation in Gang. Dabei steigt die
Temperatur auf 930C, da kaltes kondensiertes Toluol
zurückfließt und dauernd kaltes Wasser durch den Außenmantel der Reaktionsflasche fließt. Nach beendeter
Reaktion wird das Toluol abzentrifugiert und das Produkt getrocknet.
Wenn das Endprodukt als eine l°/oige wäßrige
Lösung aufgelöst wird, zeigt es unlösliche Teilchen. Die Anwesenheit dieser unlöslichen Teilchen ist ein
Beweis, daß eine Vernetzung und Gelbildung erfolgten, wenn ein Vakuum nicht verwendet wird,
und in diesem Falle ein nichtgleichförmiges Polymerisationsprodukt
erhalten wird.
Die in vorstehenden Beispielen gebrachten Verfahren können variiert werden, indem man andere
Bestandteile verwendet und Wasser in einem anderen prozentualen Verhältnis, z. B. das Wasser in Mengen
von 20 bis 40 Teilen, bezogen auf Mineralöl oder eine andere organische Flüssigkeit. Zahlreiche Kombinationen
der Reduktions- und Oxydationsmittel wurden mit den genannten Katalysatoren zusammengestellt.
Bei derartigen Reaktionen wurden stets feste Polyacrylamidperlen erhalten. Das Molekulargewicht
kann nicht nur in üblicher Weise durch die Art der jeweils verwendeten Redox-Katalysatoren
eingestellt, sondern auch durch die Menge des Katalysators kontrolliert werden. Der Reaktionsablauf
kann durch eine Erhöhung der Wasserstoffionen, ζ. Β. durch Zusatz von Schwefelsäure, beschleunigt
werden. Ferner läßt sich das Molekulargewicht in bekannter Weise mit Hilfe von Mercaptanen durch
Regulierung der Temperatur und durch Zusatz von Metallsalzen, wie Eisen-, Chrom- und Nickelsalze,
regulieren.
Die erfindungsgemäß hergestellten wasserlöslichen Polymerisate finden z. B. im Bergbau, bei der Papierherstellung,
bei der Behandlung von Wasser, als Textilhilfsmittel und als Mittel zur Verbesserung des
Bodens Verwendung.
Auf dem Gebiet des Bergbaus wirken die erfindungsgemäß hergestellten Polymerisate als Flockungsmittel,
indem sie Ton und ähnliche Stoffe aus Suspensionen entfernen, wobei supernatante Liquore
entstehen, die sich leicht verarbeiten lassen. Das gleiche geschieht bei der Behandlung von Wasser,
wobei die klare Flüssigkeit in einen Kreislauf zurückgeleitet oder abgelassen werden kann, ohne daß
das Problem der Verunreinigung, infolge suspendierter Feststoffe entsteht. In der Papierherstellung
dienen die Acrylpolymeren der Bindung des Titanoxyds auf dem Papiererzeugnis. Dabei spielen die Gleichmäßigkeit
und das außerordentlich hohe Molekulargewicht der erfindungsgemäß hergestellten Produkte
eine bedeutsame Rolle. Auf dem Arbeitsgebiet der Textilherstellung finden die Produkte Anwendung
als Dickungsmittel bei Druckpasten oder als lösliche Leimungsmittel für hydrophobe Fasern.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von perlförmigen, wasserlöslichen, hochmolekularen Polymerisaten oder Copolymerisaten aus wasserlöslichen Acrylmonomeren durch Polymerisation von wäßrigen Lösungen, die mindestens ein wasserlösliches Acrylmonomeres enthalten, und deren Wassermenge kleiner als die Monomerenmenge ist, als Wasser-in-Öl-Emulsionen in mit Wasser nicht mischbaren organischen Flüssigkeiten in Gegenwart katalytischer Mengen von Redox-Polymerisationsinitiatoren, dadurchgekennzeichn e t, daß die Polymerisation bei Unterdruck erfolgt.In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 081 228,1082 409; ausgelegte Unterlagen des belgischen Patents Nr. 585 256.809 520/683 3.68 © Bundesdruckerei Berlin
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| US4799060A | 1960-08-08 | 1960-08-08 |
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| GB (1) | GB991416A (de) |
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Also Published As
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