Способ получения сополимеров акриламида

Способ получения сополимеров акриламида

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОНИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬййй (21) 2861229/23-05 (62) 26 20658/03 (22) 04.10.79 (23) 25.05.78 (46) 07.05.85. Бюл. У 17 (72) Л.Я.Сквирский, С.Н.Титков, Ю.С.СаФрыгин, Б.С.Лахтер, Е.В.Шевчен. ко, В.А.Рыбаков, Г.В.Яковлева и В.М.Борейко (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт галургии (53) 678.745 (088.8) (56) 1.Патент США Р 3503941, кл. 260-80, опублик. 1968. 2.Патент США Р 3509113, кл. 260-80,. опублик. 1967.

З.Патент США Р 393 1122, .кл. 260-80, опублик. 1976 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОПОЛИМЕРОВ

АКРИЛАИРЩА радикальной сополимеризаI

„„SU„„1154290 А

4(50 С 08 7 220/56; В 03 D 3/06 цией акриламида с кислотами акрилово.

ro ряда в присутствии катализатора радикальной полимеризации в среде растворителя, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения Фло. кулирукщей активности сополимеров в солевых растворах, в качестве кислот акрилового ряда используют еС, /3 -замещенные кислоты общей формулы ,о

R2--Hi- -С-а . где К и R — насыщенные или ненасыщенные углеводородные радикалы нормального или изостроения с числом З углеродных атомов в R = 2-3 и Яр=3-14, у предварительно омыпенные при рН 8-12, М Ф взятые в количестве 10-40Х от общей массы сомономеров, а в качестве растворителя — воду.

1154290

Изобретение относится к получению сополимеров акриламида, в частности, с производными акриловой кислоты (0(i, „

1-замещенными разветвленными кислота ми акрилового ряда), которые могут ис пользоваться в качестве флокулянтов.

Известны способы получения сополимеров акриламида с акриловой и метакриловой (ж -метилакриловой) кислота10 ми в среде растворителя. В качестве инициаторов реакции сополимеризации используются персульфаты калия, натрия, аммония $1 J и 12)

Однако эти способы характеризуются

f5 недостаточно высокой флокулирующей способностью получаемых сополимеров, Наиболее близким к предлагаемому

rio технической сущности и достигаемому результату является способ получения сополимеров акриламида ради20 кальной сополимеризацией акриламида с кислотами акрилового ряда (акриловой, метакриловой) в присутствии катализатора радикальной полимеризации (смесь персульфата калия, натрия или

25 аммония с алифатическим амином и кислотой Льюиса), в среде растворителя (водно †ацетонов смесь). При этом количество акриламида составля ет 65-99 от массы сополимеров (3) . ®

Однако эффективному промышленному применению сополимеров акриламида с низшими гомологами кислот акрилового ряда (акриловой и метакриловой кислотами) в качестве флокулянтов 35 препятствует резкое уменьшение флокулирующей активности сополимеров в присутствии водорастворимых солей, например хлоридов и сульфатов калия, натрия, магния. Падение флокулирую- 40 щей активности сополимеров этого типа может быть объяснено тем, что водорастворимые соли вызывают глобулизацию (свертывание в клубок) макромолекул сополимеров. Особенно значительно45 снижение активности сополимеров в условиях повышенных температур растворов электролитов, например, при получении чистых солей методом растворения — кристаллизации. Снижение активности флокулянта приводит к необходимости соответствующего увеличения его расхода, что отрицательно сказывается на экономических показателях производства. 55

Цель изобретения — повышение флокулирующей активности сололимеров в солевых растворах.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу получения сополимеров акриламида радикальной сополимеризацией акриламида с кислотами акрилового ряда в присутствии катализатора радикальной полимеризации . в среде растворителя, в качестве кислот акрилового ряда используют

Ф, Р -замещенные кислоты общей формулы о

R - HC=Q-(. ое насыщенные и ненасыщенные углеводородные радикалы нормального или изостроения с числом углеродных атомов в R = 2-3 и R =

3-14 i предварительно омыленные при рН 8-12, взятые в количестве 10-40 . от общей массы сомономеров, а в качестве растворителя — воду.

Предлагаемый способ сополимеризации акриламида с eC,, -эамещенными кислотами акрилового ряда был опробован в лабораторных условиях при соблюдении следующего порядка проведе ния операций: юб -разветвленную кислоту (или смесь кислот) в количестве

10-40Х от общей массы кислоты (смеси кислот) и акриламида предварительно омыпяют .гидратом окиси калия или натрия при значениях рН 8-12, переводя таким образом кислоту (смесь кислот) в водорастворимую форму; в полученный водный раствор мыла 0(, -разветвленной кислоты (смеси кислот) добавляют необходимое количество водного раствора акриламида; вводят инициатор реакции сополимеризации— персульфат калия, натрия или аммония в количестве 1 от общей массы исходньм мономеров. После 24-часовой выдержки при 8-10 С получается водо ный гель сополимера. Концентрация сополимера в геле определяется исходной концентрацией мономеров в водных растворах.

Полученные таким образом сополимеры акриламида и Ф, Р -замещенный разветвленных кислот акрилового ряда обладают значительно большей флокулирующей активностью по сравнению с аналогичными сополимерами, полученными известными способами. Это объясняется более высоким молекуляр1154290

3. ным весом и регулярностью включения в цепи макромолекул сополимера карбоновых кислот, разветвленные молекулы препятствуют глобулизации флокулянта в насьйценных растворах электролитов.

В результате проведения реакции сополимеризации предлагаемым способом получаются водные гели сополимеров с содержанием основного вещества

5-15 масЛ (в зависимости от концентрации исходных водных растворов мыл пй -разветвленных кислот, акриламида).

Содержание разветвленных кислот в

15 сополимере составляет 10-40 мас.7.

Содержание 40 мас.7. является максимально допустимой величиной, так как при дальнейшем наращивании концентрации избыток разветвленных кислот не втсупает B реакцию, оставаясь в виде

20 органического слоя производных минеральных и разветвленных кислот над более плотным гелем сополимера.

Такое явление может быть объяснено

"перенасыщением" макромолекул сополимера разветвленными звеньями в случае превьппения оптимальных пределов соотношения акриламид : разветвленная кислота.

Молекулярный вес полученных сополимеров находится в пределах 2 10— б

3 ° 10 у.е. Эта величина также может быть увеличена или уменьшена с изменением степени полимеризации, которая может регулироваться количеством до- 35 бавляемых катализаторов и температу-. рой ведения процесса.

Сополимер акриламида и g /3 -разветвленной кислоты С о, полученный предлагаемым способом, обладает эна- 40 чительно большей флокулирующей активкостью, чем аналогичные сополимеры, полученные известным способом (табл,1)

Это подтверждает предположение о большем молекулярном весе и регулярности 4 включений в йолимерную цепь звеньев разветвленной кислоты.

Но предлагаемому способу синтезируют сополимеры акриламида с различными представителями разветвленных 50 кислот акрилового ряда :0| -разветвленной кислотой С>, м -разветвленной кислотой Сю, а также кубовым продуктом производства g -разветвленной кислоты Сю — смесью разветвленных кислот Сю, С >-и Спа в массовом соотношении 6:3:1 соответственно(табл.2).

Содержание разветвленных кислот в активной части сополимеров варьируется в пределах 10-40 мас.7 (табл.3) .

Проверка флокулирующей активности проводится стандартным методом при температурах осаждения 20 и 90 С.

Кроме того, испытывают в этих же условиях известные Алокулянты: полиакриламид — гель технический и сополимеры акриламида с акриловой и метакриламида с метакриловой кислотами.

Пример 1 (предлагаемый способ). Растворяют 21 r кристаллического акриламида в 119 г воды (раствор 1).

Омьитяют 9 г разветвленной кислоты

107.-ным водным раствором гидрата окиси натрия до значения рН среды

8-12, получая водный раствор натриевого мыла разветвленной кислоты (раствор 2) . Растворы 1 и 2 смешивают. Добавляют 0,3 г (17. от массы исходных мономеров) персульфата аммония, При температуре 8-10 С выдерживают ре— о акционную массу в течение 24 ч. В результате получают 157,-ныл водный гель сополимера, содержащий 30 мас.7 ь . -разветвленной кислоты С„(образец 1).

Пример 2. (no известному способу). Растворяют 21 г кристаллическо го акриламида и 9 г разветвленной кислоты Сю в 170 г водно-ацетоновой смеси, содержащей 20 мас.7. ацетона, после чего добавляют по 0,3 г (17 от массы исходных мономеров) персульфата аммония и триэтаноламина, а также

0,6 r (2X от массы исходных мономеров) хлорида алюминия, и выдерживают в течение 40 ч (образец И) .

Оценку флокулирующей активности проводят следующим образом.

Готовят 0,25X — ныл (по массе) рабочий раствор сополи 1ера в насыщенном при 20 С хлоридом калия и натрия о водном щелоке (20,57. хлорида натрия, 1;57 хлорида калия). Эта операция проводится при слабом перемешивании раствора на магнитной мешалке. Время растворения предварительно набухшего в течение суток в насьш енном щелоке сополимера не превышает 4-5 ч.

Приготовленным рабочим раствором сополимера в щелоке проводят осаждение глинисто-карбонатного шлама также в насыщенном хлоридом калия и нат" рия щелоке при 20 С и определяют. о, скорость осаждения шлама.

Результаты оценки флокулирующей активности сополимеров якрилямнда с пь -разветвленной кислотой Сю (3071154290

Продолжение табл.1

Расход флоку5 лянта сополимера, г/т шлама

300

39,4

13,5

400

17,3

43,3

15 500

20,8

46,6

Таблица1

1000

36,9

58,5

Расход флоку лянта сополи мера, г/т шлама

51,6

2000

66,8.I l и.

65,5

73,5

200

5 5

9,7

27,5

34,5

Таблица 2

Rz (P -положение) к, ложение) Кислота Н2 ( НЗ

СН— ,Г (H ("Н, $ кислоты), полученных в примерах 1 и 3, показаны в табл. 1.

Аналогично пол,"-.ены сополимеры с кислотами. Строение углеводородных радикалов, входящих в молекулы кислот акрилового ряда, приведено в табл. 2. Состав полученных сополимеров указан в табл. 3, а результаты испытаний флокулирующей активностив табл, 4.

Из представленных в табл.4 результатов следует, что флокулирующая активность предлагаемых флокулянтов значительно выше, по сравнению с известными.

Скорость осаждения молекул при использовании образца, м/ч

Акриловая

Иетакриловая (,ф — метилакриловая)

М -Этил, Р -пропилакриловая (2-этиленгексеновая; g -разветвленная кислота С ) с(- "Изопропил, р -изобутилакриловая (2-изопропил, 5-метилгексеновая; ж -разветвленная кислота C(p) 3

М, -Разветвленная кислота С(5

Скорость осаждения молекул при использовании образца, м/ч

1154290

Продолжение табл.2

Таблица 3

Полиакриламид — гель технический

Сополимер акриламида с акриловой кислотой

Сополимер метакриламида с метакриловой кислотой

Сополимер акриламида с g -разветвленной кислотой С

40

Сополимер акриламида с Ы -разветвленной кислотой С 8

Сополимер акриламида с м -разветвленной кислотой С, 20

Сополимер акриламида с otl -разветвленной кислотой С (пример 1) 30

Сополимер акриламида с Ж -разветвленной кислотой С р

Сополимер акриламида с кубовым продуктом производства Ы -разветвленной кислоты С (смесь кислот.С,, С,,С) 20

Сополимер.акриламида с кубовым продуктом проэводства Ы -разветвленной кислоты С о (смесь кислот С о, С, zo)

30 м -Разветвленная кислота С2

СН—

Г НЗ, -НЗ

1154290

Продолжение табл.3

Сополимер акриламида с кубовым продуктом производства g -разветвленной кислоты Сш (смесь кислот С,, Сбэ эCzo) 40

Сополимер акриламнда с кубовым продуктом производства 4 -pasaevaaessoA кислоты С® (смесь кислот С«, С,,С) Таблица 4

Скорость осаждения шлама, и/ч растворами флокулянтов ь

1 7

20 90

20 90 . 20 90

20 90

20 0

20 90

100

2э 5 Çэ2 19э 7 21э1 12э2 12э 2 22э 2 23э 7 22э4 23 ° 7 24э3 25э 7

4,5 5,0 23,7 25,2 15,9 20,3 26,4 28,2 28,0 30,0 29,8 31,7

200

6,4 6,5 26,4 28, 1

29,2 31,1 31,8 33,8 33,7 35,8

300

8,3 7,8 28 5 30,3

31,4 33,5 34,8 37,1 36,7 39,0

33 ° 2 35э4 37э4 39 8 39,2 41,7

10 1 9 0 30,3 32,1 22,5 25,2

500

1000

1500

34,1 22,0 43,9 56,2 38,3 34,9 46,8 50,0 58,1 62,1 59эО 63,2

2000 продолжение табл.4

Скорость осаждения шлама, м/ч растворами флокулянтов при температуре, С

7 ) 8

9 10 11 12

20 90 20 90 20 90 20 90 20 90 20 90

100 27,5 32,3 29,7 35,3 32,7 35,0 33,4 36,1

36,2 38 7 23,6 28,4

200 34,5 39,7 36,6 42,4 40,0 42,8 41, 1 44,3

43 5 46 5 30,4 36 0

300 39,4 44,7 41,4 47,3 45, 1 48, 1 46,4 50,0

48,4 51,8 35,3 41,4

400 43.,3 48,7 45,1 51,1 49,0 52,4 50,5 54,5 52,3 55,9 39,2 45,6

Расход флокулянта, г/т шлама

Расход флоку лянта, г/т шлама

18э 5 14 э 1. Збэ 5 38э5 !

265 183 406 428

18,5 22,3

20,7 23,9

29,4 29,7 39,4 42,1 46,6 49,7 48,1 51,3

34,3 32 7 43,5 46,6 53,0 56,6 54,2 57,9

1154290

Продолжение табл.4

Скорость осаждения шлама, м/ч растворами флокулянтов при температуре, С

10 . 11

) в

9 12

20 .90 20 9g 20 90 20 90 20 90 20 90

500 46,6 52,0 48,3 54, 1 52,3

1000 58,5 63,8 59,6 65,1 64,0

55,4 59,3 42,6 49,3

66,6 71,3 54,9 62,5

1500 66,8 71,9 67,4 72,5 72,0 77,0 75,1 80,7 74,1 79,4 63,7 71,8

2000 73 5. 78,3 73 5 78,3 78,3 88,7 81 8 87,8 80,0 85 7 70,8 79,2

Составитель О.Рокачевская

Редактор А.Шишкина Техред Т.Фанта

Корректор М.Максимишинец

Заказ 2627/22 Тирах 475

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное м

Филиал ППП "Патент", г.ухгород, ул.Проектная,4

Расход флоку лянта, Г/Т шлама

55,9 54,0 58,2

68,4 66,5 71,5