Способ получения порошкообразных акриловых сополимеров

 

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, а именно к получению порошкообразных акриловых сополимеров. Способ включает радикальную сополимеризацию акриламида и/или акриловой кислоты, и/или ее солей аммония и щелочных металлов в концентрированных водных растворах в присутствии химических и антиадгезионной добавки-алкилбензолсульфоната натрия в количестве 0,005-0,05 мас.%, выделение продукта известным приемом. 1 табл.

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, а именно к получению порошкообразных акриловых сополимеров.

Эффективность применения акриловых сополимеров в различных отраслях народного хозяйства в качестве флокулянтов, загустителей для нефтедобычи в значительной степени зависит от выпускной формы продукта. Использование акриловых сополимеров в порошкообразной форме позволяет снизить объемы складирования, улучшить условия транспортировки, упростить технологию их применения, уменьшить время растворения в воде. Одним из способов получения порошкообразных полимеров является полимеризация акриловых мономеров в концентрированных водных растворах под действием радикальных инициаторов, с последующими измельчением и сушкой гелеобразного полимера и дроблением сухих полимерных гранул.

Однако полученный на стадии полимеризации резиноподобный гелеобразный полимер обладает высокой эластичностью и адгезионной способностью, вследствие чего возникают серьезные технологические проблемы в процессе получения порошкообразного продукта. Уменьшается выход продукта за счет отложения липкого гелеобразного полимера на поверхности технологического оборудования, увеличивается время сушки слипшихся гелеобразных полимерных частичек.

Существуют различные технологические решения уменьшения адгезионной способности высоковязкого гелеобразного полимера при получении порошкообразного продукта.

Известны способы получения порошкообразных акриловых полимеров без потерь продукта на поверхности технологического оборудования путем акриламида или акриловых мономеров в концентрированных водных растворах в реакторе полимеризации со специальным фторопластовым покрытием, исключающим налипание полимера на стенки реактора [1] или сушкой гелеобразного полимера в форме агрегированных частиц горячим воздухом в сушильном аппарате с хромированными деталями, исключающими налипание полимера на стенки сушильного устройства [2] Выход продукта высокий 96 Однако время агломерированных полимерных частиц увеличивается в 1,5-2 раза (до 16-26 ч). К тому же требуется изготовление специального оборудования реакторов полимеризации с фторопластовым покрытием и сушильного устройства с хромированными деталями.

Известен способ получения порошкообразных полимеров при полимеризации акриловых мономеров в концентрированны водных растворах в реакторе полимеризации, поверхность которого обработана различными специальными веществами, уменьшающими адгезию полимера к поверхности реактора. Так, например, внутреннюю поверхность реактора покрывают слоем антиадгезионной добавки, не смешивающейся с полимером, силиконовым или вазелиновым маслом или стеариновой или лауриновой кислотой [3] Выгрузка полученного гелеобразного полимера легко осуществляется как через днище реактора, так и через верх опрокинутого реактора.

Однако выход целевого продукта сокращается до 85 из-за потери продукта на поверхности сушильного устройства. Увеличивается время сушки агломерированных полимерных гранул.

Более эффективным и простым в технологическом решении вопроса получения порошкообразных полимеров является введение специальных антиадгезионных добавок на стадии полимеризации в реакционную смесь для получения гелеобразного полимера с удовлетворительными структурно-механическими свойствами: низкими эластичностью и адгезией к поверхности аппаратов.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения порошкообразных акриловых полимеров путем полимеризации акриловых мономеров в присутствии антиадгезионной добавки полиэтиленгликоля [4] Данный способ получения порошкообразных акриловых сополимеров осуществляют следующим образом. Проводят полимеризацию реакционной мономерной смеси, содержащей 0,05 10 (от массы мономеров) полиэтиленгликоля, в течении 3 ч при изменении температуры от 25 до 95^oC. Затем реактор полимеризации переворачивают и легко извлекают из него образовавшийся гелеобразный полимерный блок, который измельчают в измельчителе с решеткой на выходе с размером отверстий 3-4мм. Полученные гелеобразные полимерные частицы сушат горячим воздухом в ротационной сушилке при 60^oC в течение 5 ч либо в течение 15 ч при 45^oC. Сухие полимерные гранулы дробят в мельнице мелкого помола. Используют полиэтиленгликоль с молекулярной массой 1000-20000. По данному способу получают порошкообразные полиакриламид, сополимеры акриламида с катионоактивными мономерами, например, диметиламиноэтилметакрилатом; сополимеры акриламида с аминоактивными мономерами, например, акриловой кислотой и/или ее солью; частично гидролизованный полиакриламид. Полимеризацию осуществляют в концентрированных водных растворах с массовой долей мономеров более 18 в адиабатических условиях в присутствии химических инициаторов.

Выход продукта составляет более 90 мас. от расчетного.

Однако в присутствии полиэтиленгликоля получают порошкообразные акриловые сополимеры, содержащие до 20 нерастворимой в воде части, не достигается основное требование к качеству полимеров растворимость в воде в процессах применения продукта.

Способ по настоящему изобретению осуществляют путем полимеризации акриламида и/или акриловой кислоты, и/или ее солей щелочных металлов и аммония в концентрированных водных растворах в присутствии антиадгезионной добавки - алкилбензолсульфоната натрия. Введение в качестве антиадгезионной добавки алкилбензолсульфоната натрия позволяет получать продукт водорастворимые порошкообразные акриловые сополимеры (содержание водонерастворимой части менее 3) при высоком выходе (более 90 от расчетного количества) и при оптимальных условиях сушки (5 ч при 65^oC).

Способ получения порошкообразных акриловых сополимеров осуществляют следующим образом. В вертикальный цилиндрический реактор при перемешивании вводят 20-40%-ный раствор мономерной смеси, 0,005-0,05 мас. алкилбензолсульфоната натрия, обескислороживают реакционную мономерную смесь продувкой азотом и вводят водные растворы инициаторов. Проводят полимеризацию в адиабатических условиях в течениe 2-24 ч при росте температуры от 16-25^oC до 70-100^oC. Затем полученный гелеобразный полимерный блок легко извлекают через днище реактора полимеризации (под действием собственной силы тяжести блока). Полимерный блок разрезают на куски и измельчают в измельчителе типа "мясорубки" на выходе с решеткой с размером отверстий 2-5 мм. Измельченные гелеобразные полимерные частицы сушат в сушильном устройстве типа "ленточной сушилки" горячим воздухом при температуре 50-80^oC в течениe 2-10 ч. Сухие гранулы полимера дробят на механической ротационной мельнице до размера частиц менее 1,5 мм в соответствии с требованиями потребителей.

По предлагаемому способу получают порошкообразные акриловые сополимеры акриламида, акриловой кислоты и/или ее солей аммония и щелочных металлов.

В качестве антиадгезионной добавки используют алкилбензолсульфонат натрия, например, препарат Сульфанол, выпускаемый по ТУ 6-01-1001-75, и 6-01-161283-34-89.

В качестве инициаторов используют химические инициаторы: персульфаты, метабисульфиты, гидросульфиты щелочных металлов, азоинициаторы, соли металлов переменной валентности, составляющие 0,003-0,1 от массы мономерной смеси.

При использовании менее 0,005 мас. алкилбензолсульфоната натрия выход продукта уменьшается до 85 время сушки увеличивается до 10-16 ч при 65^oC.

Использование более 0,05 мас. алкилбензолсульфоната натрия нецелесообразно, т.к. технический результат достигнут, увеличивается только пенообразование в реакционной массе.

Эффективность предлагаемого способа получения порошкообразных акриловых сополимеров оценивают по выходу целевого продукта, по продолжительности гелеобразных полимерных частиц, по качеству продукта.

Выход целевого продукта (%) от расчетного исходного количества рассчитывают по весу полученного сополимера с учетом содержания влаги в продукте.

Продолжительность сушки определяют в стандартных условиях. Измельчают гелеобразный полимер в измельчителе, имеющем на выходе решетку с размером отверстий 2 мм, 2 кг измельченных гелеобразных частиц распределяют равномерно слоем 6-10 см на поверхности ленточной сушилки и сушат горячим воздухом при 65^oC до содержания влаги в продукте менее 10 Качество целевого продукта оценивают по содержанию водонерастворимой части в порошкообразных акриловых сополимерах. Содержание водонерастворимой части продукта определяют при растворении 1 г (в 100%-ном исчислении) полимера в 1 л дистилированной воды в течение 2 ч перемешивания раствора со скоростью 700 мин^-1. Фильтруют полученный раствор полимера через предварительно взвешенную сетку, нерастворившийся остаток полимера вместе с фильтром высушивают до постоянного веса и рассчитывают содержание нерастворимой части по формуле: НЧ= Сх100, где С вес сухого полимера на сетке.

Изобретение иллюстрируют следующие примеры.

Пример 1 (по прототипу).

В реактор, снабженный мешалкой, барботером для продувки азота, вводят 5600 мл дистиллированной воды, 2000 г акриламида, 100г акриловой кислоты и 55 г гидроксида натрия. Полученную мономерную смесь перемешивают до полного смешения компонентов, добавляют 200 мл 4%-ного водного раствора полиэтиленгликоля с ММ= 20000, продувают азотом в течении 30 мин. Затем в мономерную смесь вводят 150 мл 0,2-ного раствора надсернокислого натрия, 75 мл 0,2-ного метабисульфита натрия, 10 мл 0,1-ного раствора соли Мора. Начальная температура полимеризации 25^oC. После 4 ч полимеризации температура достигает 92^oC. Полученный гелеобразный полимерный блок извлекают через днище реактора (он выпадает под собственной силой тяжести), измельчают в измельчителе типа "мясорубке" с решеткой на выходе с размером отверстий 2 мм. Полученные гелеобразные полимерные частицы сушат горячим воздухом в ленточной сушилке при 65^oC, распределив равномерно по поверхности 2 кг полимера слоем 6-10 см. Время сушки (до содержания влаги в продукте 10 мас.) и массу полученного продукта контролируют. Сухие полимерные гранулы дробят в дисковой дробилке до размера гранул менее 1,4 мм.

Полученный порошкообразный продукт анализируют на содержание водонерастворимой части по стандартной методике.

Результаты исследований представлены в таблице.

Пример 2. Аналогично примеру 1, в реакторе продувают азотом в течении 30 мин мономерную смесь, полученную при смешении 5600 мл дистиллированной воды, 2000 г акриламида, 100 г акриловой кислоты, 55 г гидроксида натрия и 100 мл 4 -ного раствора алкилбензолсульфоната натрия. Вводят в мономерную смесь обескислороженные растворы надсернокислого натрия, метабисульфита натрия и соли Мора ( 0,01 0,01 и 0,0005 к массе мономеров, соответственно) и полимеризуют в течениe 4 ч при подъеме температуры реакционной массы от 25 до 92^oC. Извлекают полученный гелеобразный полимерный блок через днище реактора (он выпадает под собственной силой тяжести) и перерабатывают в порошкообразный продукт в стандартных режимах, аналогично примеру 1: измельчают до размера частиц 2 мм и сушат при 65^oC. Сухие гранулы дробят до размера полимерных частиц диаметром частиц диаметром менее 1,4 мм.

Полученный порошкообразный продукт взвешивают и определяют содержание в нем влаги, водонерастворимой части полимера.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример 3. Аналогично примеру 1 полимеризуют мономерную смесь, полученную при смешении 4600 мл дистиллированной воды, 1840 г акриловой кислоты, 570 г гидроксида натрия и 780 г углекислого калия, 100 мл 4-ного водного раствора алкилбензолсульфоната натрия, в присутствии инициирующей смеси 0,01 надсернокислого калия, 0,01 метабисульфита натрия и 0,005 соли Мора (к массе мономеров). Температура реакции возрастает от 30 до 88^oC. Полученный гелеобразный полимерный блок извлекают через днище реактора, измельчают в измельчителе до гелеобразный полимерных частиц диаметром менее 2 мм и сушат при 65^oC в ленточной сушилке, контролируя время сушки до остаточной влаги в полимере менее 10 мас. Сухие полимерные гранулы дробят до частиц размером менее 1,4 мм.

Полученный порошкообразный продукт взвешивают, анализируют на содержании влаги и водонерастворимой части полимера.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример 4. Аналогично примеру 1, полимеризуют мономерную смесь, полученную при смешивании 5200 мл дистиллированной воды, 1200 г акриламида, 1400 г акрилата натрия, 100 мл 2-ного раствора алкилбензолсульфоната натрия, в присутствии инициирующей смеси: 0,02 надсернокислого натрия, 0,01 метабисульфита натрия, 0,002 соли Мора (к массе мономеров, соответственно). Температура реакции возрастает от 20 до 95^oC. Полученный гелеобразный полимерный блок измельчают до гелеобразных полимерных частиц размером менее 2 мм и сушат горячим воздухом в ленточной сушилке при 65^oC, контролируя время сушки до остаточной влаги в продукте менее 10 мас. Сухие полимерные гранулы дробят до размера менее 1,4 мм.

Полученный порошкообразный продукт взвешивают, анализируют на содержание влаги и водонерастворимой части полимера.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 5. Аналогично примеру 1, полимеризуют мономерную смесь, полученную при смешении 6300 мл дистиллированной воды, 1600 к акриламида, 107 г акрилата аммония, 100 мл 0,4-ого водного раствора алкилбензолсульфоната натрия, в присутствии инициирующей системы, содержащей 0,01 надсернокислого калия, 0,005 метабисульфита калия, 0,0005 соли Мора (от массы мономеров). Температура полимеризации изменяется от 30 до 82^oC. Полученный полимерный гелеобразный блок извлекают через днище реактора, измельчают до размера гелеобразных полимерных частиц менее 2 мм и сушат при 65^oC до содержания влаги в продукте менее 10 мас. Сухие гранулы дробят до размера менее 1,4 мм.

Полученный порошкообразный продукт взвешивают, анализируют на содержание влаги и водонерастворимой части полимера.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Формула изобретения

Способ получения порошкообразных акриловых сополимеров радикальной сополимеризацией акриламида, и/или акриловой кислоты, и/или ее солей с щелочными металлами или аммонием в концентрированном водном растворе в присутствии химического инициатора и антиадгезионной добавки, измельчением полученного гелеобразного сополимера и сушкой с последующим дроблением, отличающийся тем, что в качестве антиадгезионной добавки используют алкилбензолсульфонат натрия в количестве 0,005 0,050 мас.

РИСУНКИ

Рисунок 1