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DE3528884C2 - - Google Patents

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Publication number
DE3528884C2
DE3528884C2 DE19853528884 DE3528884A DE3528884C2 DE 3528884 C2 DE3528884 C2 DE 3528884C2 DE 19853528884 DE19853528884 DE 19853528884 DE 3528884 A DE3528884 A DE 3528884A DE 3528884 C2 DE3528884 C2 DE 3528884C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
polyacrylamide
reaction
hours
solution
formaldehyde
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE19853528884
Other languages
German (de)
Other versions
DE3528884A1 (en
Inventor
Alfred 8752 Krombach De Albert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sandoz Patent GmbH
Original Assignee
Sandoz Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sandoz Patent GmbH filed Critical Sandoz Patent GmbH
Publication of DE3528884A1 publication Critical patent/DE3528884A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE3528884C2 publication Critical patent/DE3528884C2/de
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F8/00Chemical modification by after-treatment
    • C08F8/30Introducing nitrogen atoms or nitrogen-containing groups
    • C08F8/32Introducing nitrogen atoms or nitrogen-containing groups by reaction with amines

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Separation Of Suspended Particles By Flocculating Agents (AREA)

Description

Technisches FeldTechnical field

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von dimethylaminomethyl-substituiertem Polyacrylamid mit kationischen Eigenschaften, das in der Abwasserbehandlung und/oder in der Entwässerung von Abwasserschlamm, der in Abwasseranlagen anfällt, als Flockungshilfsmittel verwendet wird.The present invention relates to manufacture of dimethylaminomethyl-substituted polyacrylamide with cationic properties used in wastewater treatment and / or in the drainage of sewage sludge used in sewage plants is used as a flocculant.

Die vorliegende Erfindung zeigt eine Möglichkeit zur Herstellung eines dimethylaminomethyl-substituierten Polyacrylamids, wobei die Herstellung die Hydrolyse von Polyacrylamid nicht zuläßt.The present invention shows one way of manufacturing a dimethylaminomethyl-substituted polyacrylamide, the manufacture does not involve the hydrolysis of polyacrylamide allows.

Stand der TechnikState of the art

In der Behandlung von Abwasser und/oder Abwasserschlamm werden Flockungshilfsmittel verwendet, umIn the treatment of wastewater and / or sewage sludge Flocculants used to

  • 1) colloidale Partikel und andere Substanzen zu flocken, oder1) flocculate colloidal particles and other substances, or
  • 2) zu erreichen, daß Schlamm leichter entwässert, um den Trockenstoffgehalt zu erhöhen.2) to achieve that sludge is more easily dewatered to the Increase dry matter content.

Dabei werden oft kationische Polymere verwendet, insbesondere substituierte Polyacrylamide, wie in Formel I.Cationic polymers are often used, in particular substituted polyacrylamides, as in formula I.

Wobei R Methyl oder Ethyl und -N- (CH₃)₂ die aktive Gruppe ist, dieWhere R is methyl or ethyl and -N- (CH₃) ₂ the active group is the

bildet.forms.

Ein anderes kationisches Polymer ist dimethylaminomethyl-substituiertes Polyacrylamid der Formel IIAnother cationic polymer is dimethylaminomethyl substituted Polyacrylamide of formula II

Wie auch immer, diese Polymere werden während ihrer Herstellung leicht hydrolisierend unter Bildung von:Anyway, these polymers are made during their manufacture slightly hydrolyzing to form:

Wobei ihre kationischen Eigenschaften beträchtlich reduziert werden.Whereby their cationic properties are considerably reduced will.

Das dimethylaminomethyl-substituierte Polyacrylamid ist nach der Mannichreaktion aus Polymethylacrylamid, einem sekundären Amin und Formaldehyd hergestellt, wobei z. B. Formaldehyd und Dimethylamin Dimethylaminomethanol bilden. In der US PS 42 65 835 (Spalte 8) ist die Umsetzung des Salzsäureadduktes des Reaktionsproduktes aus Formaldehyd und Dimethylamin mit Polyacrylamid in wässriger Lösung unter deutlich sauren Bedingungen (pH 3 mit HCl) und bei erhöhten Temperaturen (65°C) beschrieben.The dimethylaminomethyl substituted polyacrylamide is after the Mannich reaction from polymethylacrylamide, a secondary Amine and formaldehyde prepared, z. B. formaldehyde  and dimethylamine form dimethylaminomethanol. In US PS 42 65 835 (column 8) is the implementation of the hydrochloric acid adduct of the reaction product of formaldehyde and dimethylamine with polyacrylamide in aqueous solution under clearly acidic conditions (pH 3 with HCl) and described at elevated temperatures (65 ° C).

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Es wurde nun überraschenderweise die Möglichkeit entdeckt, die Hydrolyse zu unterbinden, wenn man ein aminomethyl-substituiertes Polyacrylamid der Formel II herstellt. Außerdem ist es möglich, die vorhergesagte Stabilität der Aminomethylation der äußeren Aminogruppen zu erhöhen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine niedrig %ige wäßrige Polyacrylamidlösung durch Auflösen von Polyacrylamid in Wasser hergestellt wird, um eine stabile Viskosität von 1200 mPa · s zu erhalten unter Rühren während <24 h, ohne zu "scheren", wonach sekundäre Amide und Formaldehyd in stöchiometrischen Mengen, je nach beabsichtigtem Substitutionsgrad, zugegeben werden und ihnen erlaubt wird, mit dem Polyacrylamid bei <25°C und pH<10 für 72-96 Stunden zu reagieren, während ohne "Scheren" gerührt wird.Surprisingly, the possibility of hydrolysis has now been discovered to prevent if you have an aminomethyl-substituted polyacrylamide of formula II. It is also possible the predicted stability of the aminomethylation of the external amino groups to increase. The invention is characterized in that a low% aqueous polyacrylamide solution by dissolving Polyacrylamide is made in water to have a stable viscosity of Obtain 1200 mPa · s with stirring for <24 h without "shearing", after which secondary amides and formaldehyde in stoichiometric amounts, each according to the intended degree of substitution, are added and allowed with the polyacrylamide at <25 ° C and pH <10 for 72-96 hours to react while stirring without "scissors".

Die Reaktionstemperatur sollte vorzugsweise 20°C nicht überschreiten. Die Reaktionszeit kann genauso 120 Stunden betragen.The reaction temperature should preferably not exceed 20 ° C. The response time can also be 120 hours.

Weitere Charakterisierung ist durch die "Unteransprüche" gegeben.Further characterization is given by the "subclaims".

Um maximales Molekulargewicht zu erhalten, ist es wichtig, die Herstellung des wäßrigen Polyacrylamids (normalerweise 1,2 Gew.-% Polyacrylamid) unter schonenden Bedingungen durchzuführen. Das heißt, zerstörende Bewegungen, wie bei Schraubenblattrühren sollen vermieden werden. Langsam laufende Gatterrührer können verwendet werden, möglich ist auch schonendes Umpumpen mit Exzenterschneckenpumpen oder Mammutpumpen. Zentrifugalpumpen sollen vermieden werden. Das gleiche schonende Rühren soll während der Substitutionsreaktion aufrecht erhalten werden, um ein Zerstören der Polymerketten zu vermeiden.In order to get maximum molecular weight, it is important to manufacture the aqueous polyacrylamide (normally 1.2% by weight polyacrylamide) to be carried out under gentle conditions. That is, destructive Movements such as screw blade stirring should be avoided. Slow running gate stirrers can be used, is also possible gentle pumping with eccentric screw pumps or mammoth pumps. Centrifugal pumps should be avoided. The same gentle stirring  should be maintained during the substitution reaction, to avoid destroying the polymer chains.

Beispielexample

1000 kg Wasser wurden sorgfältig mit 12 kg festem Polyacrylamid eines Molekulargewichtes von 10×10⁶ gemischt. Die Lösung wurde 30 Stunden umgepumpt bis die Viskosität einen Wert von 1200 mPa · s (Brookfield Viscosimeter, Spindel-Nr. 3) erreicht hatte. Eine "Scherung" des Polyacrylamids konnte nicht festgestellt werden.1000 kg of water were carefully mixed with 12 kg of solid polyacrylamide a molecular weight of 10 × 10⁶ mixed. The solution was pumped around for 30 hours until the viscosity reached a value 1200 mPa · s (Brookfield Viscosimeter, spindle no.3) would have. A "shear" of the polyacrylamide was not found will.

Zu der Lösung des Polyacrylamids wurden 2,8 kg Formaldehyd und 4,2 kg Dimethylamin gegeben. Dabei wurde aufgrund des Dimethylamineinflusses ein pH von 11 erreicht. Formaldehyd und Dimethylamin wurden zugegeben, um einen Substitutionsgrad von 100% zu erhalten. Die Temperatur im Reaktionsbehälter wurde für 96 Stunden bei 18°C gehalten, während dieser Zeit wurde die Reaktionslösung leicht durch Umpumpen mittels extern angeordneter Schneckenexcenterpumpe bewegt. Nach vollendeter Reaktion wurde eine wäßrige Lösung von Polydimethylaminomethylacrylamid mit einem Substitutionsgrad von 100% erhalten. Hydrolyse wurde nicht festgestellt.2.8 kg of formaldehyde were added to the solution of the polyacrylamide and 4.2 kg of dimethylamine. It was due to the influence of dimethylamine reached a pH of 11. Formaldehyde and dimethylamine were added to a degree of substitution to get from 100%. The temperature in the reaction vessel was held at 18 ° C for 96 hours at this time, the reaction solution was easily pumped around moved by means of an externally arranged screw eccentric pump. After the reaction was complete, an aqueous solution of polydimethylaminomethylacrylamide with a degree of substitution of 100% received. No hydrolysis was found.

In korrespondierender Weise wurde Polydimethylaminomethylacrylamid mit einem Substitutionsgrad von 30% hergestellt unter Zugabe von 84 kg Formaldehyd und 1265 kg Dimethylamin zu einer 1,2 Gewichts%igen Lösung von Polyacrylamid in Wasser (12 kg Polyacrylamid in 1000 kg Wasser).Correspondingly, polydimethylaminomethylacrylamide was used manufactured with a degree of substitution of 30% below Add 84 kg of formaldehyde and 1265 kg of dimethylamine to one 1.2% by weight solution of polyacrylamide in water (12 kg Polyacrylamide in 1000 kg water).

Die Flockungs- und Absetzeigenschaften der vorliegenden Polymere wurden mit Abwasserschlamm getestet und mit einer Anzahl kommerziell verfügbarer Flockungshilfsmittel verglichen, die in verschiedenen Abwasseranlagen eingesetzt werden. Die Tests wurden unter Messung der Absetzzeit in ml/Minute in einem Meßzylinder durchgeführt. Unterschiedliche Polymertypen der vorliegenden Erfindung wurden verwendet. Invention/100 bedeutet ein Polymer mit 100% Substitutionsgrad. Invention/59 bedeutet ein Polymer mit 59% Substitutionsgrad usw. The flocculation and settling properties of the present polymers have been tested with sewage sludge and with a number commercially available flocculants compared can be used in various sewage systems. The tests  were measured in ml / minute in a measuring cylinder carried out. Different types of polymer of the present Invention were used. Invention / 100 means a Polymer with 100% degree of substitution. Invention / 59 means a polymer with 59% degree of substitution, etc.  

Übersicht Overview

Die Reaktionsgeschwindigkeit ist sichtlich langsam, kann aber durch ein kurzkettiges Polymer der Formel III katalysiert werden:The reaction speed is obviously slow, but it can can be catalyzed by a short-chain polymer of the formula III:

R¹ ist O-Me⁺, O/NH₂(CH₃)₂/oder O/NH₂ (C₂H₅)₂/ Me⁺ ist Na, K oder Salze von Mono-Carbonismen, R ist eine Vermischung von -CHO; -CH(OH)₂ und CO-O-CH₂CH₂COO- Me⁺, wenn R¹ O-Me⁺ oder CO-O-CH₂CH₂COO/NH₂(CH₃)₂/ ist, wenn R¹ O/NH₂(CH₃)₂/ ist oder CO-O-CH₂ CH₂ COO/NH₂-(C₂H₅)₂/, wenn R¹ O/NH₂(C₂H₅)₂/ ist und wobei das Verhältnis n : m zwischen 0,7-0,5 : 0,3-0,15 schwankt. Die Kette enthält p Moleküle, worin p 20-60 ist. Hiermit kann die Reaktionszeit beträchtlich verkürzt werden. R₁ darf nicht OH sein, weil dies zu unerwünschter Protonisierung des kationischen Polymers führt.R¹ is O - Me⁺, O / NH₂ (CH₃) ₂ / or O / NH₂ (C₂H₅) ₂ / Me⁺ is Na, K or salts of monocarbonisms, R is a mixture of -CHO; -CH (OH) ₂ and CO-O-CH₂CH₂COO - Me⁺ when R¹ is O - Me⁺ or CO-O-CH₂CH₂COO / NH₂ (CH₃) ₂ / when R¹ is O / NH₂ (CH₃) ₂ / or CO -O-CH₂ CH₂ COO / NH₂- (C₂H₅) ₂ / when R¹ is O / NH₂ (C₂H₅) ₂ / and the ratio n : m varies between 0.7-0.5: 0.3-0.15 . The chain contains p molecules, where p is 20-60. This can significantly reduce the response time. R 1 must not be OH, because this leads to undesired protonization of the cationic polymer.

Claims (3)

1. Ein Verfahren für die Herstellung von Dimethylaminomethyl substituiertem Polyacrylamid durch "Mannich"-Reaktion, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Schritt eine niedrigkonzentrierte wäßrige Polyacrylamidlösung durch Auflösung von Polyacrylamid in Wasser durchgeführt wird, während schonender Bewegung der Lösung für mindestens 24 Stunden, und im zweiten Schritt die so entstandene wäßrige Lösung von Polyacrylamid mit Dimethylamin und Formaldehyd in stöchiometrischen Mengen reagiert, abhängig vom gewollten Substitutionsgrad des Endproduktes, wobei die Reaktion bei einem pH größer als 10 und einer Temperatur von 25°C oder weniger, aufgeführt wird, bei einer Zeitdauer von mindestens 72 Stunden, unter leichter Bewegung des Reaktionsgemisches.1. A process for the preparation of dimethylaminomethyl substituted polyacrylamide by "Mannich" reaction, characterized in that in the first step a low-concentration aqueous polyacrylamide solution is carried out by dissolving polyacrylamide in water, while gently agitating the solution for at least 24 hours, and in second step, the resulting aqueous solution of polyacrylamide reacts with dimethylamine and formaldehyde in stoichiometric amounts, depending on the desired degree of substitution of the end product, the reaction being carried out at a pH greater than 10 and a temperature of 25 ° C. or less over a period of time of at least 72 hours with gentle agitation of the reaction mixture. 2. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionstemperatur unter 20°C gehalten wird.2. A method according to claim 1, characterized in that the Reaction temperature is kept below 20 ° C. 3. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszeit 72 bis 120 Stunden beträgt.3. A method according to claim 1, characterized in that the Response time is 72 to 120 hours.
DE19853528884 1984-08-28 1985-08-12 Cationic polymer, and the preparation thereof Granted DE3528884A1 (en)

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US4265835A (en) * 1979-09-10 1981-05-05 The Dow Chemical Company Conversion of carboxamide to N-substituted derivative thereof using carbon magnetic analysis

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CH669200A5 (en) 1989-02-28
SE8404282D0 (en) 1984-08-28
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