EP1986960A2 - Control of the thickening of silicate-containing aqueous systems - Google Patents
Control of the thickening of silicate-containing aqueous systemsInfo
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- EP1986960A2 EP1986960A2 EP07726257A EP07726257A EP1986960A2 EP 1986960 A2 EP1986960 A2 EP 1986960A2 EP 07726257 A EP07726257 A EP 07726257A EP 07726257 A EP07726257 A EP 07726257A EP 1986960 A2 EP1986960 A2 EP 1986960A2
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Definitions
- the present invention relates to a process for controlling the thickening of aqueous systems containing silicates by means of at least one copolymer.
- the invention further relates to thickened aqueous systems containing copolymers as well as the uses of the thickened aqueous systems. Further embodiments of the present invention can be taken from the claims, the description and the examples. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained of the subject matter according to the invention can be used not only in the particular concretely specified combination but also in other combinations without departing from the scope of the invention.
- a technical measure to avoid excessive thickening is the addition of water into the thickened aqueous system.
- the nachgespeiste water is called additional water. Due to an often occurring, permanent tendency to thickening and the therefore necessary supply of make-up water, the thickening in the aqueous system is continuously increased by ingredients contained in the make-up water. From the thickened, up to the technically possible limit aufkon- centered aqueous system is discarded a sufficient amount and replaced by non-thickened additional water until the technically maximum permissible thickening limit is reached.
- This maximum permissible limit depends significantly on the type and amount of dissolved ingredients present in make-up water. Make-up water with only small amounts of dissolved ingredients usually allows a higher thickening and vice versa. As “thickening-limiting” factors occur both ingredients that can cause encrustations and deposits, as well as corrosion-inducing / corrosion-enhancing ingredients on. In this context, the carbonate hardness present in the aqueous system (deposit-forming) and the chloride content present in the aqueous system (initiation / enhancement of corrosion processes) must be mentioned.
- Chemical water treatment methods for controlling the carbonate and chloride contents are known to the person skilled in the art.
- carbonate and chloride contents can be reduced by ion exchangers.
- the formation of sparingly soluble precipitates of carbonate ions and polyvalent cations, such as magnesium or calcium ions, can be suppressed by anti-settling compounds.
- these compounds are often polyacrylates / acrylic acids or copolymers of acrylic acid and maleic acid or complexing agents for polyvalent cations, such as EDTA.
- other ingredients of the water are in the focus of chemical water treatment, which can not be adequately controlled with the known compounds.
- sulfates, phosphates, fluorides, oxalates and, above all, silicates can be thickening and problem-causing.
- WO 04/78662 discloses a method for preventing silicate deposits in aqueous systems with the aid of linear phosphorus-containing copolymers and oligomers having phosphorus-containing groups at the molecular ends.
- EP 0 459 661 A1 discloses a process for preventing silicate deposits in aqueous systems with the aid of (meth) acrylic acid or maleic acid-containing copolymers having an average molecular weight M w (weight average) in the range from 1000 to 25,000 g / mol.
- M w average molecular weight
- As a further method to prevent silicate deposits in the cooling water is the use of polyacrylic acids or polymaleic with a Mw of 1000 to 25000 g / mol, described in conjunction with aluminum or magnesium ions.
- No. 3,684,779 A1 discloses copolymers of maleic acid, acrylic acid and alkenyl phosphonate monomers, as well as derivatives of the individual monomers.
- the molecular weights of the polymers, as determined by intrinsic viscosity measurements, are in the range of 5,000 to 50,000.
- the prevention of deposits of sparingly soluble salts is mentioned in the specification.
- No. 5,124,047 A1 discloses a method for preventing deposits in aqueous systems with the aid of copolymers containing allyl phosphonate monomers.
- the copolymers have Mw values in the range of 500 to 1,000,000 g / mol.
- the object of the invention was to provide an improved method for controlling the thickening of aqueous systems, in particular those containing silicates.
- One aim was to find such a method that allows control of thickening in a given range.
- a further object of the invention was to increase the stability of thickened aqueous systems against the precipitation of dissolved salts, impurities and particles, which lead to deposits and encrustations.
- An additional object of the invention was to allow savings of make-up water with simultaneous protection and high availability of technical systems.
- a method for controlling the thickening of aqueous systems containing silicates has been found by controlling the thickening by adding at least one copolymer having a weight average molecular weight Mw of at least 3000 g / mol to at most 60,000 g / mol in a given range is possible.
- the copolymers used in the process according to the invention are constructed essentially statistically from the following monomeric units:
- R 1 R 2 C C (- (CH 2 ) n -COOH) (COOH) (II),
- R 1 and R 2 independently of one another are H or a straight-chain or branched, optionally substituted alkyl radical having 1 to 20 C atoms, or in the case of (I) R 1 and R 2 together represent an optionally substituted alkylene radical having from 3 to 20 carbon atoms, and n is an integer from 0 to 5, as well as
- polymerization refers to the further polymerization of the monomers (A), (B) and (C) for the preparation of the copolymer.
- the aqueous system contains at least one substance dissolved in the water.
- the solute or solutes may be either molecular or ionic or may be in dispersed or emulsified form.
- the aqueous system contains silicates.
- the aqueous systems frequently contain anions, for example carbonates, chlorides, sulfates, phosphates, fluorides, oxalates and polyvalent cations.
- the aqueous systems may contain both monovalent and polyvalent cations.
- the multivalent cations are usually ions of the elements: Ca, Mg, Fe, Cu, Co, Al, Zn, Mn, Ba, Sr, Mo, Ce, Zr or, in particular, ions of Ca or Mg. Mixtures of the abovementioned ions are also frequently encountered.
- the aqueous system may also contain fractions of water-miscible organic solvents.
- silicates exist as compounds of differing difficulty in their solubility. At pH values below 7, silicates tend to condense to form oligomeric or colloidal silicates. In the pH range greater than 9.5, the monomeric silication is formed. The conversion between the different forms of silicates is often kinetically inhibited and different forms of silicates can exist in parallel in aqueous solution. The various silicates can react with polyvalent cations to form sparingly soluble salts. The composition of the aqueous, silicate-containing solutions is heavily dependent on the history of the system.
- silicates are used to represent silicates (salt or anion) or silicas.
- the molecular weight Mw of the copolymers added in the process according to the invention is preferably in the range from 3000 g / mol to 60000 g / mol. It may be, for example, from 5000 g / mol to 60000 g / mol.
- Mw can be in the range from 5000 g / mol to 55000 g / mol, for example from 7000 g / mol to 55000 g / mol.
- Mw may be from 7000 g / mol to 50,000 g / mol.
- the molecular weight is at least 10,000 g / mol to 50,000 g / mol.
- Mw values are determined by gel permeation chromatography (GPC).
- GPC gel permeation chromatography
- the GPC is calibrated using a widely distributed Na-PAA mixture (Na-PAA: sodium salt of polyacrylic acid), the integral molecular weight distribution curve of which is determined by SEC laser exclusion chromatography (SEC), according to the calibration procedure of MJR Cantow et al. (J. Polym. Sci., A-1, 5 (1967) 1391-1394), but without the concentration correction proposed therein.
- SEC SEC laser exclusion chromatography
- the molecular weight of the copolymers is adjusted by the skilled person according to the desired application.
- copolymers used in the process according to the invention are composed of units which are derived from monoethylenically unsaturated mono- (A) and dicarboxylic acids (B) and additionally, to a lesser extent, from other monoethylenically unsaturated monomers (C).
- copolymer is used differently and in the context of this invention denotes polymers having three or more different types of monomers, in particular terpolymers constructed from three monomer types which contain monoethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids, and only to a minor extent, monoethylenically unsaturated monomers (C).
- the monomer (A) is at least one monoethylenically unsaturated monocarboxylic acid or its hydrolyzable derivatives. It is of course also possible to use mixtures of a plurality of different ethylenically unsaturated monocarboxylic acids. Preferably, the monomer (A) is a monoethylenically unsaturated monocarboxylic acid.
- Suitable monoethylenically unsaturated monocarboxylic acids (A) include acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, vinylacetic acid or C1-C4-half esters of monoethylenically unsaturated dicarboxylic acids.
- the term Ca-Cb designates in the context of this invention chemical compounds having a certain number of carbon atoms. The number of carbon atoms can be selected from the entire range from a to b, including a and b, a is at least 1 and b is always greater than a. Further specification of the chemical compounds is made by expressions of the form Ca-Cb-V. V here stands for a chemical compound class or substituent class, for example for alkyl compounds or alkyl substituents.
- Preferred monomers (A) are acrylic acid and methacrylic acid, acrylic acid being particularly preferred.
- the monomer (A) There are used from 20 to 99.98 wt.% Of the monomer (A), wherein the amount is based on the total amount of all monomers used for the polymerization. From 30 to 90% by weight of the monomer (A) is particularly preferred preferably from 30 to 85% by weight and very particularly preferably from 35 to 80% by weight.
- R 1 and R 2 independently of one another are H or a straight-chain or branched, optionally substituted alkyl radical having 1 to 20 C atoms. It may be preferred that the radicals R 1 and R 2 are longer-chain alcohols and, for example, have ten or more carbon atoms. In another preferred embodiment, the alkyl radical is shorter chain. The alkyl radical preferably has 1 to 4 C atoms. R 1 or R 2 is particularly preferably H and / or a methyl group. The alkyl radical itself can also optionally have one or more substituents, provided that these have no negative influence on the application properties of the copolymer in the process according to the invention.
- R 1 and R 2 may furthermore together represent an alkylene group having 3 to 20 C-atoms, which may be further substituted also optional.
- the ring formed from the double bond and the alkylene radical comprises 5 or 6 carbon atoms.
- alkylene radicals include, in particular, a 1,3-propylene or a 1,4-butylene radical which may also have further alkyl groups as substituents.
- N is an integer from 0 to 5, preferably from 0 to 3 and most preferably 0 or 1.
- Suitable monomers (B) of the formula (I) include maleic acid, fumaric acid, methylfumaric acid, methylmaleic acid, dimethylmaleic acid and optionally the corresponding cyclic anhydrides.
- Examples of formula (II) include methylenemalonic acid and itaconic acid. Preference is given to using maleic acid or maleic anhydride or itaconic acid or itaconic anhydride. It can also be mixtures of Maleic acid or maleic anhydride are used with itaconic acid or itaconic anhydride.
- the monomers (B) There are used from 0.01 to 70 wt.% Of the monomers (B), wherein the amount is based on the total amount of all monomers used for the polymerization. Preference is given to using from 1 to 60% by weight of the monomer (B), more preferably from 5 to 55% by weight and very particularly preferably from 10 to 45% by weight.
- an ethylenically unsaturated monomer (C) or more ethylenically unsaturated monomers (C) is also used. In addition, no other monomers are used.
- the monomers (C) serve to fine-tune the properties of the copolymer.
- monomers (C) can be used. They are selected by the skilled person depending on the desired properties of the copolymer.
- the monomers (C) are also free-radically polymerizable.
- the monomers (C) may be either acidic or basic or neutral monomers or else mixtures of these monomers. They are preferably neutral monomers or acidic monomers or mixtures of neutral and acidic monomers.
- Suitable monomers (C) include, in particular, monomers which have phosphoric acid or phosphonic acid groups. Particular mention should be made here of vinylphosphonic acid. Furthermore, 3-butenylphosphonic acid can be used. Further preferred monomers are dimethyl vinylphosphonate, (phosphonoxyethyl) acrylate or phosphonoxyethyl methacrylate. Allylphosphonic acid may be an, although not preferred, monomer (C). Other examples include esters of phosphoric acid such as monovinyl phosphoric acid, monoesters of phosphoric acid.
- Mono (3-butenyl) phosphoric acid mono- (4-vinyloxybutyl) phosphoric acid, mono (- 2-hydroxy-3-vinyloxypropyl) phosphoric acid, phosphoric mono (1-phosphonoxymethyl-2-vinyloxy-ethyl ) ester, phosphoric acid mono- (3-allyloxy-2-hydroxy-propyl) ester, or phosphoric acid mono-2- (allylox-1-phosphate) phonoxymethyl-ethyl) esters.
- suitable monomers (C) are 2-hydroxy-4-vinyloxymethyl-1,3,2-dioxaphosphol or 2-hydroxy-4-allyloxymethyl-1,3,2-dioxaphosphole.
- salts or esters or mixtures of salts and esters in particular C 1 -C 8 -mono-, di- or trialkyl esters of phosphoric acid or phosphonic acid-containing monomers.
- mixtures of the above monomers can be used.
- Vinylphosphonic acid, its salts and / or esters are particularly preferred.
- monomers containing sulfonic acid groups such as methallylsulfonic acid, styrenesulfonate, allyloxybenzenesulfonic acid, or 2- (methylacryloyl) ethylsulfonic acid or its salts and / or esters.
- sulfonic acid groups such as methallylsulfonic acid, styrenesulfonate, allyloxybenzenesulfonic acid, or 2- (methylacryloyl) ethylsulfonic acid or its salts and / or esters.
- substantially neutral monomers (C) include, unless already used as monomers (A), C 1 to C 1 alkyl esters or C 1 to C 4 hydroxyalkyl esters of (meth) acrylic acid, such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate or butanediol -1, 4-monoacrylate.
- Other neutral monomers are (methyl) styrene, maleimide or maleic acid N-alkylimide.
- vinyl or allyl ethers e.g. Methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, propyl vinyl ether, isobutyl vinyl ether, 2-ethylhexyl vinyl ether, vinyl cyclohexyl ether, vinyl 4-hydroxybutyl ether, decyl vinyl ether, dodecyl vinyl ether, octadecyl vinyl ether, 2- (diethylamino) ethyl vinyl ether, 2- (di-n-butyl-amino) ethyl vinyl ether or methyl diglycol vinyl ether or the corresponding allyl compounds.
- vinyl esters such as vinyl acetate or vinyl propionate.
- Examples of basic monomers include acrylamides and alkyl-substituted acrylamides, e.g. Acrylamide, methacrylamide, N-tert-butylacrylamide or N-methyl (meth) acrylamide.
- alkoxylated monomers in particular ethoxylated monomers.
- R 3 is hydrogen or methyl
- R 4 is - (CH 2 ) XO-, -CH 2 -NR 7 -, -CH 2 -O-CH 2 -CR 8 R 9 -CH 2 -O- or -CONH-; COO
- R 5 identical or different C 2 -C 4 -alkylene radicals which may be arranged in blocks or randomly, wherein the proportion of ethylene radicals is at least 50 mol%;
- R 6 is hydrogen, C 1 -C 4 -alkyl, -SO 3 M or -PO 3 M 2 ;
- R 7 is hydrogen or ethyl
- M is alkali metal or hydrogen, preferably hydrogen, m is 1 to 250, preferably 2 to 50, particularly preferably 3 to 10; x O or i.
- crosslinking monomers include molecules having a plurality of ethylenically unsaturated groups, for example di (meth) acrylates such as ethylene glycol di (meth) acrylate or butanediol-1,4-di (meth) acrylate or poly (meth) acrylates such as trimethylolpropane tri (meth) acrylate or else di (meth) acrylates of oligo- or polyalkylene glycols such as di-, tri- or tetraethylene glycol di (meth) acrylate.
- di (meth) acrylates such as ethylene glycol di (meth) acrylate or butanediol-1,4-di (meth) acrylate
- poly (meth) acrylates such as trimethylolpropane tri (meth) acrylate or else di (meth) acrylates of oligo- or polyalkylene glycols such as di-, tri- or tetraethylene glycol di
- the person skilled in the art will make a suitable choice among the monomers (C) depending on the desired properties of the copolymer as well as the desired application of the copolymer.
- the monomer (C) used is preferably phosphonic acid or phosphoric acid-containing monomers, in particular vinylphosphonic acid or its hydrolyzable derivatives.
- the amount of monomers (C) is from 0.01 to 40% by weight, based on the total amount of all monomers used for the polymerization. After one of the The preferred embodiment is the amount, preferably from 0.01 to 30% by weight. In another preferred embodiment, the amount is from 0.1 to 27% and most preferably from 1 to 20% by weight. If crosslinking monomers (C) are present, their amount as a rule should not exceed 5% by weight, preferably 2% by weight, based on the total amount of all monomers used for the process.
- Copolymers are suitable for use in the process according to the invention for example from 20 to 99.98% by weight of acrylic acid (A) and from 0.01 to 70% by weight of itaconic acid (B) and from 0.01 to 40% by weight of vinylphosphonic acid ( C).
- Copolymers are preferably suitable from 40 to 90% by weight of acrylic acid (A) and from 5 to 40% by weight of itaconic acid (B) and from 0.1 to 30% by weight of vinylphosphonic acid (C).
- copolymers are from 50 to 80 wt.% Acrylic acid (A) and from 10 to 35 wt.% Itaconic acid (B) and from 0.5 to 25 wt.% Vinylphosphonic acid (C). Copolymers are very particularly preferably suitable from 55 to 75% by weight of acrylic acid (A) and from 15 to 30% by weight of itaconic acid (B) and from 1 to 20% by weight of vinylphosphonic acid (C).
- copolymers are, for example, from 20 to 99.98% by weight of acrylic acid (A) and from 0.01 to 70% by weight of maleic acid (B) and from 0.01 to 40% by weight of vinylphosphonic acid (C).
- Copolymers are preferably suitable from 40 to 90% by weight of acrylic acid (A) and from 5 to 40% by weight of maleic acid (B) and from 0.1 to 30% by weight of vinylphosphonic acid (C).
- Particularly preferred copolymers are from 50 to 80 wt.% Acrylic acid (A) and from 10 to 35 wt.% Maleic acid (B) and from 0.5 to 25 wt.% Vinylphosphonic acid (C).
- Copolymers are very particularly preferably suitable from 55 to 75 wt.% Acrylic acid (A) and from 15 to 30 wt.% Maleic acid (B) and from 1 to 20 wt.% Vinylphosphonic acid (C).
- the total amount of monomers (A), (B) and (C) used is 100% by weight.
- the copolymers used in the process according to the invention are preferably obtained from the monomers by free radical polymerization in aqueous solution.
- the microstructure of the copolymers is given by a statistical distribution of the monomers.
- aqueous solution in the context of free-radical polymerization means that the solvent or diluent used in the preparation of the copolymers comprises water as the main constituent, but also amounts of water-miscible organic solvents may be present during the polymerization This may be advantageous in order to improve the solubility of certain monomers, in particular of the monomers (C) in the reaction medium.
- the solvent or diluent used in the free-radical polymerization accordingly has at least 50% by weight of water with respect to the total amount of the solvent.
- one or more water-miscible solvents can be used. These include, in particular, alcohols, for example monoalcohols, such as ethanol, propanol or isopropanol, dialcohols, such as glycol, diethylene glycol or polyalkylene glycols or derivatives thereof. Preferred alcohols are propanol and isopropanol.
- the proportion of water is preferably at least 70% by weight, more preferably at least 80% by weight, particularly preferably at least 90% by weight. Most preferably, only water is used.
- the amount of the monomers used in each case is selected by the person skilled in the art such that the monomers are soluble in the particular solvent or diluent used. Accordingly, less soluble monomers are used by the skilled person only to the extent that they can be dissolved. Optionally, small amounts of emulsifiers may be added to increase the solubility.
- the polymerization is carried out in the presence of a base, for example of alkali metal hydroxides, such as NaOH or KOH, alkaline earth metal hydroxides, NH 3 or organic amines.
- a base for example of alkali metal hydroxides, such as NaOH or KOH, alkaline earth metal hydroxides, NH 3 or organic amines.
- compounds can be used which react in the reaction medium to form a base. Examples could be alkali or alkaline earth oxides.
- N-heterocycles can also be used.
- the polymerization is carried out in the presence of an organic amine.
- Organic amines are referred to hereinafter as amines
- the content of base is generally from 0.01 to 100 mol%, for example from 1 to 80 mol%, or from 1 to 50 mol%, in particular from 2 to 19, 9 mol%, preferably in the range from 3 to 15 and more preferably from 5 to 10 mol%
- the above quantities in mol% refer to the total amount of all COOH groups of the monocarboxylic acid (A) and of the dicarboxylic acids (B) Copolymer, other acidic groups which may be present are disregarded. In other words, the COOH groups are partially neutralized.
- a mixture of two or more bases can be used.
- the amines used as base may have one or more primary and / or secondary and / or tertiary amino groups and the corresponding number of organic groups.
- the organic groups may be alkyl, aralkyl, aryl or alkylaryl groups. Preference is given to straight-chain or branched alkyl groups. They may also have other functional groups. Such functional groups are preferably OH groups and / or ether groups. It is also possible to use amines which are not per se water-soluble, because in contact with the acidic monomers the formation of ammonium ions advantageously increases the water solubility.
- the amines can also be ethoxylated.
- Suitable amines include linear, cyclic and / or branched C 1 -C 8 mono-, di- and trialkylamines, linear or branched C 1 -C 5 -mono-, di- or trialkanolamines, in particular mono-, di- or trialkanolamines, linear or branched C 1 -C 8 -alkyl ethers of linear or branched C 1 -C 8 -mono-, di- or trialkanolamines, oligo- and polyamines, for example diethylenetriamine.
- the amines may also be heterocyclic amines, for example morpholine, piperazine, imidazole, pyrazole, triazoles, tetrazoles, piperidine. Particularly advantageous such heterocycles can be used which have corrosion inhibiting properties. Examples include benzotriazole and / or tolyltriazole.
- amines which have ethylenically unsaturated groups in particular monoethylenic amines.
- Such amines can perform a dual function as an amine for neutralization as well as a monomer (C).
- allylamine can be used.
- the amount of amine used is preferably from 0.01 to 100 mol%, for example from 1 to 80 mol%, or from 1 to 50 mol%, in particular from 2 to 19.9 mol%. Preference is given to working in the range from 3 to 15 and more preferably from 5 to 10 mol%.
- the above amounts in mol% refer to the total amount of all COOH groups of the monocarboxylic acid (A) and the dicarboxylic acids (B) in the copolymer.
- the base for example the amine
- the base can be added before or during the polymerization. It is preferably added already before or at the latest at the beginning of the polymerization.
- the base such as amine
- the base can here be added to the monomer feed, either the monocarboxylic acid, the dicarboxylic acid or both, and metered in with them.
- the carboxylic acids can thus be partially added in the form of the corresponding ammonium salts.
- the base for example the amine, is metered directly into the original.
- Monoethylenically unsaturated dicarboxylic acids usually react significantly slower than monocarboxylic acids in the course of radical polymerization. Therefore, copolymers of monoethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids often contain more or less large amounts of non-polymerized dicarboxylic acids. High residual contents of dicarboxylic acids are undesirable for many applications because, for example, free residual dicarboxylic acid can be leached out again.
- copolymers with a very high proportion of copolymerized dicarboxylic acids Even if relatively small amounts of amines are used as the base, the polymerization still leads to copolymers which have only small amounts of non-polymerized dicarboxylic acids.
- the residual amount of unpolymerized dicarboxylic acids in the product when using amines is in the range of 2 to 19.9 mol%, based on the total amount of all COOH groups in the mono- and dicarboxylic, is lower than using other bases, such as NH3 or NaOH.
- the residual content is generally no more than 2.5% by weight with respect to the copolymer, even in the case of copolymers with relatively large dicarboxylic acid contents.
- the residual content of monocarboxylic acids (A) is also very low, it is usually not more than 0.1% by weight with respect to the copolymer.
- the copolymers by the use of a base such as an amine, during the polymerization, a degree of neutralization of the carboxyl groups of all mono- and dicarboxylic acid units from 0.01 to 100 mol% with respect to the total amount of all carboxyl groups (COOH Groups) in the mono- and dicarboxylic acid units.
- a degree of neutralization results simply from the amount of base originally added, for example of the amine.
- base e.g. Amine
- small amounts of the base for example of the amine, in the course of polymerization and / or work-up can be lost.
- the degree of neutralization may also be higher than that resulting from the amount of the base, for example the amine.
- the amines are usually present in the product as ammonium ions. Depending on the basicity of the amine, however, certain proportions of the amine may be present unprotonated in the product.
- the free-radical polymerization is preferably started by the use of suitable thermally activatable polymerization initiators. Alternatively, however, it can also be triggered by suitable radiation, for example.
- the free-radical initiators should be soluble in the solvent of the reaction, preferably water-soluble.
- thermally activatable polymerization initiators are initiators having a decomposition temperature in the range from 30 to 150.degree. C., in particular from 50 to 130.degree. vorzugt. This temperature refers as usual to 10h half-life.
- suitable thermal initiators are inorganic peroxo compounds, such as peroxodisulfates, in particular ammonium and preferably sodium peroxodisulfate, peroxosulfates, percarbonates and hydrogen peroxide; organic peroxy compounds, such as diacetyl peroxide, di-tert-butyl peroxide, diamyl peroxide, dioctanoyl peroxide, didecanyl peroxide, dilauroyl peroxide, dibenzoyl peroxide, bis (o-toloyl) peroxide, succinyl peroxide, tert-butyl peracetate, tert-butyl permalate, tert Butyl perisobutyrate
- Suitable azo compounds that are soluble in organic solvents are 2,2'-azobis (4-methoxy-2,4-dimethyl-valeronitrile), dimethyl 2,2'-azobis (2-methylpropionate), 1, 1 ' Azobis (cyclohexane-1-carbonitrile), 1 - [(cyano-1-methylethyl) azo] formamide, 2,2'-azobis (N-cyclohexyl-2-methylpropionamide), 2,2'-azobis (2,4-dimethyl valeronitrile), 2,2'-azobis [N- (2-propenyl) -2-methylpropionamide], 2,2'-azobis (N-butyl-2-methylpropionamide).
- water-soluble compounds such as. 2,2'-azobis [2- (5-methyl-2-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride, 2,2'-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propanedisulfate dihydrate, 2,2'-azobis [N- (2-carboxyethyl) -2-methylpropionamidine] tetrahydrate, 2,2'-azobis ⁇ 2- [1- (2-hydroxyethyl) -2-imidazolin-2-yl] propane ⁇ dihydrochloride , 2,2'-Azobis ⁇ 2-methyl-N- [1,1-bis (hydroxymethyl) -2-hydroxyethyl] propionamide, 2,2'-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) propionamide] , 2,2'-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride, 2,2'-azobis (2-methylpropionamide) di
- initiators can be used in combination with reducing compounds as starter / regulator systems.
- reducing compounds include phosphorus-containing compounds, such as phosphorous acid, hypophosphites and phosphinates, and sulfur-containing compounds, such as sodium hydrogen sulfite, sodium sulfite and sodium formaldehyde sulfoxilate.
- transition metal catalysts for example salts of iron, cobalt, nickel, copper, vanadium and manganese.
- Suitable salts are, for example, iron (II) sulfate, cobalt (II) chloride, nickel (II) sulfate, copper (I) chloride.
- the reducing transition metal salt is usually used in an amount of 0.1 to 1000 ppm, based on the sum of the monomers.
- combinations are particularly advantageous of hydrogen peroxide and iron (II) salts, such as a combination of 0.5 to 30 wt .-% hydrogen peroxide and 0.1 to 500 ppm FeSO 4 x 7H 2 O, in each case based on the sum of the monomers.
- combinations of sodium peroxodisulfate with FeSO 4 .7H 2 O or a mixture of sodium peroxodisulfate and hydrogen peroxide with FeSO 4 .7H 2 O It is preferred to use from 1 to 450 ppm, more preferably from 10 to 400 ppm FeSO 4 .times.7 H 2 O.
- photoinitiators examples include acetophenone, benzoin ethers, benzyl dialkyl ketones and their derivatives.
- thermal initiators Preference is given to using thermal initiators, inorganic peroxo compounds, in particular hydrogen peroxide and above all sodium peroxodisulfate, and mixtures of hydrogen peroxide and sodium peroxodisulfate being preferred. Very particular preference is given to the mixture of hydrogen peroxide and sodium peroxodisulfate.
- the amount is determined by the skilled person depending on the desired copolymer. As a rule, from 0.05% by weight to 30% by weight, preferably from 0.1 to 15% by weight and particularly preferably from 0.2 to 8% by weight, of the initiator are used with respect to the total amount of all monomers.
- suitable regulators for example mercaptoethanol, can also be used in a manner known in principle.
- no controllers are used.
- the molecular weight M w of the copolymers can also be set between 3000 g / mol and 60 000 g / mol.
- the polymerization is generally carried out at a temperature of more than 60 ° C, for example, the polymerization temperature in a range of 65 to 130 ° C, preferably from 70 to 120 ° C, more preferably from 80 to 1 10 ° C and in particular chosen from 90 to 105 0 C.
- the temperature may be varied within a wide range by those skilled in the art depending on the type of monomers used, the initiator and the desired copolymer.
- the temperature can be kept constant during the polymerization or temperature profiles can also be run.
- the polymerization can be carried out in conventional free-radical polymerization apparatus. If one works above the boiling point of the water or the mixture of water and other solvents, working in a suitable pressure vessel, otherwise it can be operated without pressure.
- a base such as amine
- the carboxylic anhydrides hydrolyze more or less rapidly to the corresponding dicarboxylic acids.
- the monocarboxylic acid, optionally further monomers (C) and the initiator expediently also be metered in aqueous solution. Inlet times of from 0.5 h to 24 h, preferably from 1 h to 12 h and more preferably from 2 to 8 h, have proven useful.
- the concentration of the more reactive monocarboxylic acids in the aqueous solution is kept relatively low. This reduces the tendency of the monocarboxylic acid to react with itself and results in a more uniform incorporation of the dicarboxylic acid units into the copolymer.
- a post-reaction time for example, from 0.5 to 3 hours. This ensures that the polymerization reaction proceeds as completely as possible.
- the completion can also be achieved by post-dosing polymerization initiator again. Inlet times and post-reaction time can vary over a wide range depending on the boundary conditions of the polymerization, such as the structure of the reactor.
- copolymers may under some circumstances hydrolyze wholly or partly, depending on the polymerization conditions.
- the copolymers then contain the monomers copolymerized with the acid group resulting from the hydrolysis or else both unhydrolyzed groups and hydrolyzed groups next to one another.
- the synthesized copolymers can be isolated from the aqueous solution by conventional methods known to those skilled in the art, for example by evaporation of the solution, spray drying, freeze drying or precipitation.
- the copolymers are not isolated at all from the aqueous solution after the polymerization, but the resulting preparation solutions are used as such.
- Partially neutralized, carboxylate-rich copolymers are obtainable by the polymerization.
- the composition of the copolymers essentially corresponds to the ratio of the monomers (A), (B) and (C) used.
- the copolymer may also contain portions of unhydrolyzed monomers, depending on the rate of hydrolysis and the conditions.
- the pH of the preparation solution is generally less than 5, preferably less than 4, and more preferably less than 3.
- copolymers used in the process according to the invention are soluble or at least dispersible in water or at least 50% by weight of water-containing aqueous solvent mixtures, and copolymer solutions are obtained. It is known to the person skilled in the art that the solubility of carboxylate-rich copolymers can be strongly pH-dependent.
- water-dispersible means that although the solution is not very clear, the copolymer is homogeneously dispersed throughout and does not settle out, preferably copolymers that are water-soluble.
- the copolymers are used according to the invention for controlling the thickening of aqueous systems, for example those containing silicates.
- the copolymers can be used as such in various dosage forms, for example as powder, gel, granules or tablets. These dosage forms may contain other auxiliaries and additives, in other words constitute a solid formulation.
- the copolymers can also be used as described above in the form of their preparation solution.
- the copolymers can be used as components of liquid formulations, for example as components of formulations for chemical water treatment.
- the co-formulants present in solid dosage form are usually used. received polymers in a solvent or diluent. It is preferably an aqueous solvent.
- the desired formulation can be obtained by adding further solvents or diluents.
- the pH of the formulations can be controlled by acid or base addition or by buffer.
- Suitable bases for adjusting the pH are the bases already described in the presence of which the polymerization of the copolymer is carried out. Preference is given to using as bases for adjusting the pH, NaOH, KOH or ammonia.
- corrosion inhibitors, biocides, surfactants, phosphonates, as well as builders and co (builders) and possibly also other auxiliaries may also be present in the formulations.
- the method for controlling the thickening can in principle be applied to any aqueous systems, preferably those containing silicates, in any plant.
- the thickening in the aqueous system is characterized by the so-called thickening number.
- EDZ V (t1) A / (t2).
- a simple measurement of the EDC is possible by determining the electrical conductivity in the aqueous system.
- the electrical conductivity of the aqueous system depends directly on the type and amount of dissolved in the water ingredients.
- the EDC results roughly by the ratio of the conductivity in the aqueous system to that in the make-up water.
- the measurement of the EDC can also be carried out by other methods, for example, samples can be taken from the aqueous system and the determination of the concentration of the dissolved substances, in particular the silicate concentration, can be carried out with physical or chemical measuring methods known to the person skilled in the art.
- the control of EDC in a certain predetermined range is carried out according to the invention by appropriate addition of the copolymers or a solid or liquid formulation containing the copolymers to the aqueous system.
- the dosage can be either at certain times or continuously.
- the first There may be, for example, at a time prior to the actual startup of the plant in which the aqueous system is located.
- the concentration of the copolymers in the aqueous system in the practice of the method according to the invention after addition of the appropriate dosage form or formulation to the aqueous system is generally in the range of 0.5 to 800 ppm, preferably in the range of 2 to 500 ppm.
- the pH of the formulation prior to addition to the aqueous system is preferably in the basic range, but may also be in the acidic range, while the pH of the thickened aqueous system in the acidic, neutral, or even basic range.
- the pH of the thickened aqueous system is in the range of 7 to 10.
- the chemical treatment of water influences the thickening limiting factors to allow a higher thickening than in untreated water.
- the greatest effect is achieved with the method according to the invention, depending on the specific application, often with an EDZ of 1.1 to 8, preferably with an EDC in the range of 1.5 to 8, particularly preferably with an EDZ of 2 to 5, especially with an EDC in the range of 3 to 5.
- the efficiency of the process no longer increases so much with the increase in EDZ. Since an EDZ larger than 10 barely brings any further water savings and frequently introduced dirt particles must be discharged, this value will generally hardly exceed this value.
- silicates containing aqueous systems with uncontrolled high EDC are often triggers for problems, the cause of which does not seem to have directly to do with the deposits.
- heat exchangers coated with silicate layers only insufficiently dissipate the energy. This leads to overheating of machines and units.
- the use of the method according to the invention leads to a reduction of the silicate coating, for example in heat exchangers, thus preventing overheating.
- the reduction achieved by the process according to the invention can vary within wide limits. This depends, for example, on the flow rate, the temperature or the residence time.
- the reduction by the process according to the invention can be from 20 to 90% compared to the process without control of the EDC. This extends the service life of the aqueous system in systems in which silicates are the thickening limiting factor many times over. In particular, service life extensions are achieved by a factor of 2 to 5.
- the reduction of the silicate coating by controlling the EDZ also leads to an improved effect of the corrosion inhibitors contained in the formulation for chemical water treatment by using the method according to the invention.
- Corrosion inhibitors often do not reach the surfaces of the system components more if it is covered by a silicate layer. It comes to massive corrosion processes under the layer, which are visible only when corrosion damage is present. Just like corrosion inhibitors, biocides can hardly reach the seed nests that are under deposits.
- aqueous systems containing silicates are, for example, systems whose function is essentially based on thermal effects in the aqueous system or depends on thermal effects in the aqueous system .
- cooling systems such as open or closed cooling water circuits; Heating systems, such as water heaters, boilers, boilers; Heat exchanger; Water desalination plants or humidifiers.
- Heating systems such as water heaters, boilers, boilers; Heat exchanger; Water desalination plants or humidifiers.
- evaporation of water often causes a constant tendency to increase EDC.
- the range in which a stable and efficient operation of a heat exchanger is ensured can be extended.
- the method according to the invention prevents the deposition of silicate coatings on the heat exchanger, which would otherwise lead to a reduced heat transfer.
- systems that are based in the broadest sense on filtration systems operate more efficiently with the inventive method. Examples are water desalination plants, reverse osmosis (RO) systems, hyper- and nano-filtration plants and dialysis machines in medical technology. Filtration processes can be carried out more efficiently by the inventive method even at a higher EDZ, since a stabilization of the aqueous system takes place against the formation of solid coatings that would clog or destroy the filter.
- RO reverse osmosis
- the process according to the invention is likewise of interest for use in household appliances, for example in washing machines or dishwashers, since silicates, also as zeolites, are frequently present in the corresponding cleaning agents.
- silicates also as zeolites
- EDC electrowetting-on-dielectric
- geothermal processes for generating electricity or heat Processes of oil extraction, sugar production, or papermaking. All these methods have in common that enormous amounts of water are used with many additives. The water used is often heated strongly in some steps of these processes. This heating leads to the evaporation of water and an increase in EDC. If the increase in the EDC uncontrolled, it comes to increased deposits, especially of silicates in the plants, which can be removed only by decommissioning and cleaning. This uncontrolled increase in EDC is avoided by the method according to the invention.
- the inventive method can be used for example in the bleaching of wood pulp (PuIp).
- peroxide such as hydrogen peroxide (H2O2) or sodium peroxide (Na2Ü2) are often used.
- H2O2 hydrogen peroxide
- Na2Ü2 sodium peroxide
- Peroxide bleaching is used, among other things, for bleaching pulp or wood pulp.
- Peroxide bleaching is also used for the removal of the printing inks contained in waste paper (deinking).
- Peroxides, especially under the catalytic action of heavy metals can undesirably decompose.
- heavy metals such as manganese, especially in wood pulp present. Another source of heavy metals are the processing plants.
- water glass is used to stabilize the peroxides.
- Water glass is a soluble sodium silicate.
- the compounds of polyvalent cations, such as magnesium compounds also have an advantageous effect on the stability of the peroxide bleach.
- the method of the present invention allows the control of EDC in papermaking within a given range. This ensures the stable operation of the plants even at higher silicate concentrations and concentrations of polyvalent cations, such as magnesium.
- groundwater or surface water are used as cost-effective means of aging. native to drinking water.
- more or less large amounts of dissolved ingredients are included, which accumulate during the thickening process in the water.
- the non-problematic ingredients present in non-concentrated water in their natural concentration can lead to very serious technical problems if they are highly concentrated and the EDC becomes too large.
- the inventive method allows the control of EDC even with the use of silicate-rich groundwater or surface water with a silicate content of 1 CH to 10 " 2 mol / l Si, for example, with a content of 10 3 to 10 2 mol / l Si.
- cooling towers which dissipate heat by evaporation of water.
- the operation of a cooling tower is characterized in that the water to be cooled is trickled through a distribution system with nozzles from above via cooling tower internals, which produce a large water surface.
- cooling tower internals which produce a large water surface.
- the predominant cooling capacity is usually obtained to more than 85% only from the necessary energy for the evaporation process.
- natural, not specially treated water is used in most cases. Evaporation causes thickening of the remaining water.
- Evaporative coolers are usually referred to as open cooling towers, but also similar systems, for example, sprinkled or pre-moistened air coolers, and hybrid cooling towers as a combination of evaporative cooling towers with air coolers.
- An open cooling circuit can only be thickened to a technically sensible upper limit. Above this limit, interference or damage occurs. conditions of the cooling system.
- An optionally automatically controlled bleed valve ensures a short-term water exchange when the upper limit of the maximum possible thickening is exceeded, it is drained from the aqueous system via the bleed valve desalination and fed to the aqueous system make-up water.
- the inventive method can also be used in the operation of reverse osmosis (RO) systems.
- RO reverse osmosis
- solutions of different concentrations e.g. aqueous systems with different salt contents separated by a semipermeable membrane
- the more concentrated solution tends to dilute.
- water molecules enter the concentrated solution, which increases its volume.
- This process called osmosis, lasts until the osmotic balance is reached.
- the osmotic balance is a dynamic balance between the dilution effort on the one hand and the hydrostatic pressure due to the increase in volume on the other hand.
- This hydrostatic overpressure corresponds to the difference between the osmotic pressures of the differently concentrated solutions and is essentially dependent on the concentration of the substances dissolved in the liquid.
- the use of the process according to the invention in RO plants prevents the uncontrolled thickening of the raw water and thus reduces the deposits on the membrane that block them and endanger the continuous operation of the plant. that would.
- To protect the membrane from blocking may optionally be carried out a pretreatment of the raw water.
- the pretreatment depends on the quality of the raw water. This pretreatment can be achieved by technical measures, eg. B. filtration, or softening done.
- silicates play an important role in the blocking of the membrane.
- the selection of a suitable formulation has to be done very carefully. The compatibility with the existing membranes must be ensured.
- the cost of pretreatment of the raw water can be reduced. By saving other compounds for the chemical pretreatment of the raw water, the selection of a suitable formulation for the respective membrane is facilitated.
- the method according to the invention is available for controlling the EDZ in aqueous systems, which in particular contain silicates, for any system.
- aqueous systems which in particular contain silicates, for any system.
- Water savings are realized by the method according to the invention, which controls biological growth in aqueous systems and facilitates the mobilization of sludge and silt.
- the amounts of biocides and corrosives can be reduced with the same efficiency of chemical water treatment.
- the method according to the invention makes it possible to keep the thickening in the technically required range over a long service life.
- the copolymers used in the process according to the invention have a very low residual content of monomers due to the partially neutralized production process.
- the determination of the increased silicate concentration in the aqueous system was carried out by means of turbidity titration.
- Test Solution A 9.06 g / L Na 2 SiO 3 * 5 H 2 O
- Test solution B 12.55 g / l MgCl 2 .6H 2 O
- the error limit is: max. +/- 5%.
- Mw values are determined by gel permeation chromatography (GPC).
- GPC gel permeation chromatography
- the calibration of the GPC is carried out with a widely distributed Na-PAA mixture whose integral molecular weight distribution curve is determined by SEC laser light scattering coupling, according to the calibration method of M.J.R. Cantow et al. (J. Polym. Sci., A-1, 5 (1967) 1391-1394), but without the concentration correction proposed therein.
- the K values were measured according to H. Fikentscher, Cellulose-Chemie, Vol. 13, pp. 58-64 and 71-74 (1932) in 1% strength by weight aqueous solution at 25 ° C. at uncorrected pH.
- Example 1 Copolymers with maleic acid
- the copolymers are characterized by their composition, their molecular weight Mw and the K value.
- the degree of magnesium silicate inhibition is given by the ⁇ (SiO 2) value, higher ⁇ (SiO 2) values correspond to an improved effect.
- ITS itaconic acid
- AS acrylic acid
- VPS vinylphosphonic acid
- the copolymers are characterized by their composition, their molecular weight Mw and the K value.
- the degree of magnesium silicate inhibition is given by the ⁇ (SiO 2) value, higher ⁇ (SiO 2) values correspond to an improved effect.
- the dosage of the copolymers is in all cases 400 ppm FG. For the determination of the zero value (0 value) no copolymer is used.
- ITS itaconic acid
- AS acrylic acid
- VPS vinylphosphonic acid
- MS maleic acid (used as anhydride)
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Abstract
The invention relates to a method for controlling the thickening of aqueous, silicate-containing systems, characterized in that at least one copolymer having an average molecular weight (Mw) of at least 3000 g/mol and not more than 60000 g/mol is added to said aqueous system and that the copolymer is, essentially statistically, made of monoethylenically unsaturated monocarboxylic acids, monoethylenically unsaturated dicarboxylic acids and eventually ethylenically unsaturated comonomers. The method is also characterized in that the polymerization is carried out in the presence of 0.01 to 100 mol-%, in relation to the total amount of all COOH groups of the mono- and dicarboxylic acids, of at least one base for producing the copolymer, the indicated amounts in wt.-% each referring to the total amount of all used monomers.
Description
Kontrolle der Eindickung silikathaltiger wässriger SystemeControl of the thickening of silicate-containing aqueous systems
Beschreibung:Description:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle der Eindickung wässriger Systeme, die Silikate enthalten, mit Hilfe mindestens eines Copolymeren. Die Erfindung betrifft weiterhin eingedickte wässrige Systeme, die Copolymere enthalten, sowie die Verwendungen der eingedickten wässrigen Systeme. Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind den Ansprüchen, der Beschreibung und den Beispie- len zu entnehmen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale des erfindungsgemäßen Gegenstandes nicht nur in der jeweils konkret angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The present invention relates to a process for controlling the thickening of aqueous systems containing silicates by means of at least one copolymer. The invention further relates to thickened aqueous systems containing copolymers as well as the uses of the thickened aqueous systems. Further embodiments of the present invention can be taken from the claims, the description and the examples. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained of the subject matter according to the invention can be used not only in the particular concretely specified combination but also in other combinations without departing from the scope of the invention.
In vielen technischen Prozessen kommt es zu einer Aufkonzentration gelöster Inhaltsstoffe in wässrigen Systemen. Diese Aufkonzentration wird als Eindickung bezeichnet. Häufig ist der effiziente und sichere Betrieb technischer Anlagen nur gewährleistet, wenn die Eindickung in einem vordefinierten Bereich kontrolliert werden kann. Das wässrige System, beispielweise Kühlwasser, wird häufig mehrfach genutzt. Hierfür müssen Maßnahmen getroffen werden, die einen stabilen Betrieb der Anlagen, bei einer möglicht hohen Kreislaufführung, gewährleisten. Die Kontrolle der Eindickung erfolgt meist durch eine Kombination technischer und chemischer Maßnahmen.Many technical processes involve the concentration of dissolved ingredients in aqueous systems. This concentration is called thickening. Frequently, the efficient and safe operation of technical systems is only guaranteed if the thickening can be controlled in a predefined area. The aqueous system, for example, cooling water, is often used multiple times. For this purpose, measures must be taken to ensure stable operation of the plants, with the highest possible circulation. The control of the thickening is usually done by a combination of technical and chemical measures.
Eine technische Maßnahme eine zu hohe Eindickung zu vermeiden, ist die Nachspei- sung von Wasser ins eingedickte wässrige System. Das nachgespeiste Wasser wird als Zusatzwasser bezeichnet. Durch eine oft auftretende, permanente Tendenz zur Eindickung und die deshalb notwendige Zuführung von Zusatzwasser, wird kontinuierlich die Eindickung im wässrigen System, durch im Zusatzwasser enthaltene Inhaltsstoffe, erhöht. Von dem eingedickten, bis an die technisch mögliche Grenze aufkon- zentrierten wässrigen System wird eine ausreichende Menge verworfen und durch nicht eingedicktes Zusatzwasser ausgetauscht, bis die technisch maximal zulässige Eindickungsgrenze unterschritten ist.A technical measure to avoid excessive thickening is the addition of water into the thickened aqueous system. The nachgespeiste water is called additional water. Due to an often occurring, permanent tendency to thickening and the therefore necessary supply of make-up water, the thickening in the aqueous system is continuously increased by ingredients contained in the make-up water. From the thickened, up to the technically possible limit aufkon- centered aqueous system is discarded a sufficient amount and replaced by non-thickened additional water until the technically maximum permissible thickening limit is reached.
Diese maximal zulässige Grenze hängt signifikant von der Art und der Menge der im Zusatzwasser vorhandenen gelösten Inhaltsstoffe ab. Zusatzwasser mit nur geringen Mengen an gelösten Inhaltsstoffen erlaubt in der Regel eine höhere Eindickung und umgekehrt. Als „eindickungsbegrenzende" Faktoren treten sowohl Inhaltsstoffe, die Inkrustierungen und Ablagerungen auslösen können, wie auch korrosionsauslösende /
korrosionsverstärkende Inhaltsstoffe auf. In diesem Zusammenhang ist die im wässri- gen System vorhandene Carbonathärte (ablagerungsbildend) und der im wässrigen System vorhandene Chloridgehalt (Auslösung /Verstärkung von Korrosionsvorgängen) zu nennen.This maximum permissible limit depends significantly on the type and amount of dissolved ingredients present in make-up water. Make-up water with only small amounts of dissolved ingredients usually allows a higher thickening and vice versa. As "thickening-limiting" factors occur both ingredients that can cause encrustations and deposits, as well as corrosion-inducing / corrosion-enhancing ingredients on. In this context, the carbonate hardness present in the aqueous system (deposit-forming) and the chloride content present in the aqueous system (initiation / enhancement of corrosion processes) must be mentioned.
Chemische Wasserbehandlungsmethoden zur Kontrolle des Carbonat- und Chloridgehaltes sind dem Fachmann bekannt. Beispielsweise lassen sich Carbonat- und Chloridgehalte durch Ionenaustauscher reduzieren. Die Bildung von schwerlöslichen Niederschlägen aus Carbonationen und mehrwertigen Kationen, wie Magnesium- oder Calciumionen, lässt sich durch ablagerungshemmende Verbindungen unterdrücken. Wie dem Fachmann bekannt ist, handelt es sich bei diesen Verbindungen oft um PoIy- acrylate/-acrylsäuren oder Copolymere aus Acrylsäure und Maleinsäure oder um Komplexbildner für mehrwertige Kationen wie EDTA. Oft treten jedoch, nachdem Carbonat- und Chloridgehalte unter Kontrolle sind, andere Inhaltsstoffe des Wassers in den Fo- kus der chemischen Wasserbehandlung, die sich mit den bekannten Verbindungen nur unzureichend kontrollieren lassen. Sulfate, Phosphate, Fluoride, Oxalate, und vor allem auch Silikate können je nach technischer Ausführung der Anlagen eindickungsbegren- zend und problemauslösend sein.Chemical water treatment methods for controlling the carbonate and chloride contents are known to the person skilled in the art. For example, carbonate and chloride contents can be reduced by ion exchangers. The formation of sparingly soluble precipitates of carbonate ions and polyvalent cations, such as magnesium or calcium ions, can be suppressed by anti-settling compounds. As is known to the person skilled in the art, these compounds are often polyacrylates / acrylic acids or copolymers of acrylic acid and maleic acid or complexing agents for polyvalent cations, such as EDTA. Often, however, after carbonate and chloride levels are under control, other ingredients of the water are in the focus of chemical water treatment, which can not be adequately controlled with the known compounds. Depending on the technical design of the plants, sulfates, phosphates, fluorides, oxalates and, above all, silicates can be thickening and problem-causing.
Die Kontrolle der Eindickung in wässrigen Systemen, die Silikate enthalten, erweist sich trotz der bekannten chemischen Wasserbehandlungsmethoden häufig als schwierig.The control of thickening in aqueous systems containing silicates often proves difficult despite the known chemical water treatment methods.
Stoffe, die Ablagerungen von Silikaten verhindern und ihre Herstellungsverfahren sind prinzipiell bekannt.Substances that prevent deposits of silicates and their production processes are known in principle.
WO 04/78662 offenbart ein Verfahren zur Verhinderung von Silikatablagerungen in wässrigen Systemen mit Hilfe linearer phosphorhaltiger Copolymere und Oligomere, die an den Molekülenden phosphorhaltige Gruppen aufweisen.WO 04/78662 discloses a method for preventing silicate deposits in aqueous systems with the aid of linear phosphorus-containing copolymers and oligomers having phosphorus-containing groups at the molecular ends.
EP 0 459 661 A1 offenbart ein Verfahren zur Verhinderung von Silikatablagerungen in wässrigen Systemen mit Hilfe von (Meth)Acrylsäure oder Maleinsäure enthaltenden Copolymeren mit einem mittleren Molekulargewicht Mw (Gewichtsmittel) im Bereich von 1000 bis 25000 g/mol. Als weitere Methode um Silikatablagerungen im Kühlwasser zu verhindern wird der Einsatz von Polyacrylsäuren oder Polymaleinsäuren mit einem Mw von 1000 bis 25000 g/mol, in Verbindung mit Aluminium- oder Magnesiumionen beschrieben.
US 3,684,779 A1 offenbart Copolymere aus Maleinsäure, Acrylsäure und Alkenyl- Phosphonat Monomeren, sowie Derivaten der einzelnen Monomere. Die Molekulargewichte der Polymere, bestimmt durch die Messung der intrinsischen Viskosität, bewegen sich im Bereich von 5000 bis 50000. Die Verhinderung von Ablagerungen schwerlöslicher Salze wird in der Beschreibung erwähnt.EP 0 459 661 A1 discloses a process for preventing silicate deposits in aqueous systems with the aid of (meth) acrylic acid or maleic acid-containing copolymers having an average molecular weight M w (weight average) in the range from 1000 to 25,000 g / mol. As a further method to prevent silicate deposits in the cooling water is the use of polyacrylic acids or polymaleic with a Mw of 1000 to 25000 g / mol, described in conjunction with aluminum or magnesium ions. No. 3,684,779 A1 discloses copolymers of maleic acid, acrylic acid and alkenyl phosphonate monomers, as well as derivatives of the individual monomers. The molecular weights of the polymers, as determined by intrinsic viscosity measurements, are in the range of 5,000 to 50,000. The prevention of deposits of sparingly soluble salts is mentioned in the specification.
US 5,124,047 A1 offenbart ein Verfahren zur Verhinderung von Ablagerungen in wäss- rigen Systemen mit Hilfe von Copolymeren, die Allylphosphonat-Monomere enthalten. Die Copolymere weisen Mw Werte aus dem Bereich von 500 bis 1000000 g/mol auf.No. 5,124,047 A1 discloses a method for preventing deposits in aqueous systems with the aid of copolymers containing allyl phosphonate monomers. The copolymers have Mw values in the range of 500 to 1,000,000 g / mol.
Aufgabe der Erfindung war es, ein verbessertes Verfahren zur Kontrolle der Eindickung wässriger Systeme, insbesondere solcher, die Silikate enthalten, bereit zu stellen. Ein Ziel war es, ein derartiges Verfahren zu finden, das die Kontrolle der Eindickung in einem vorgegebenen Bereich ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung war es, die Stabilität eingedickter wässriger Systeme gegen das Ausfallen gelöster Salze, Verunreinigungen und Partikel zu erhöhen, die zu Ablagerungen und Inkrustierungen führen. Eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung bestand darin Einsparungen von Zusatzwasser bei gleichzeitigem Schutz und hoher Verfügbarkeit der technischen Systeme zu ermöglichen. Weitere Teilaufgaben der Erfindung waren die Kontrolle des biologischen Wachstums in den wässrigen Systemen, die Verwendung von möglicht wenig Bioziden oder Korrosionsmitteln bei gleicher Effizienz, sowie der Mobilisierung (Dispergierung) von Schlämmen und Schlick im wässrigen System. Des weiteren sollte erreicht werden, dass die Eindickung über eine lange Standzeit im technisch erforderlichen Bereich gehalten werden kann. Ferner sollte die Kontrolle der Eindickung wässriger Systeme durch kostengünstige und umweltverträgliche Maßnahmen der chemischen Wasserbehandlung erreicht werden. Insbesondere sollten die eingesetzten Copolymere niedrige Restgehalte an Monomeren aufweisen.The object of the invention was to provide an improved method for controlling the thickening of aqueous systems, in particular those containing silicates. One aim was to find such a method that allows control of thickening in a given range. A further object of the invention was to increase the stability of thickened aqueous systems against the precipitation of dissolved salts, impurities and particles, which lead to deposits and encrustations. An additional object of the invention was to allow savings of make-up water with simultaneous protection and high availability of technical systems. Further sub-tasks of the invention were the control of the biological growth in the aqueous systems, the use of as few biocides or corrosives with the same efficiency, as well as the mobilization (dispersion) of sludge and silt in the aqueous system. Furthermore, it should be achieved that the thickening can be maintained over a long service life in the technically required range. Furthermore, the control of the thickening of aqueous systems should be achieved through cost-effective and environmentally friendly measures of chemical water treatment. In particular, the copolymers used should have low residual contents of monomers.
Dementsprechend wurde ein Verfahren zur Kontrolle der Eindickung wässriger Syste- me, die Silikate enthalten, gefunden, bei dem durch Zugabe mindestens eines Copolymeren mit einem mittleren Molekulargewicht Mw (Gewichtsmittel) von mindestens 3000 g/mol bis höchstens 60000 g/mol die Kontrolle der Eindickung in einem vorgegebenen Bereich möglich ist. Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Copolymere sind im wesentlichen statistisch aus folgenden monomeren Einheiten aufge- baut:Accordingly, a method for controlling the thickening of aqueous systems containing silicates has been found by controlling the thickening by adding at least one copolymer having a weight average molecular weight Mw of at least 3000 g / mol to at most 60,000 g / mol in a given range is possible. The copolymers used in the process according to the invention are constructed essentially statistically from the following monomeric units:
(A) 20 bis 99,98 Gew. % mindestens einer monoethylenisch ungesättigten Monocar- bonsäure,(A) from 20 to 99.98% by weight of at least one monoethylenically unsaturated monocarboxylic acid,
(B) 0,01 bis 70 Gew. % mindestens einer monoethylenisch ungesättigten Dicarbon- säure der allgemeinen Formel
(HOOC)R1C=CR^COOH) (I), und/oder(B) 0.01 to 70 wt.% Of at least one monoethylenically unsaturated dicarboxylic acid of the general formula (HOOC) R 1 C = CR 1 COOH) (I), and / or
R1R2C=C(-(CH2)n-COOH)(COOH) (ll),R 1 R 2 C = C (- (CH 2 ) n -COOH) (COOH) (II),
oder der entsprechenden Carbonsäureanhydride und/oder anderer hydrolysier- barer Derivate, wobei R1 und R2 unabhängig voneinander für H oder einen geradkettigen oder verzweigten, optional substituierten Alkylrest mit 1 bis 20 C-Atomen stehen, oder im Falle von (I) R1 und R2 gemeinsam für einen optional substituierten Alkylenrest mit 3 bis 20 C-Atome stehen, und n für eine ganze Zahl von 0 bis 5 steht, sowieor the corresponding carboxylic acid anhydrides and / or other hydrolyzable derivatives, where R 1 and R 2 independently of one another are H or a straight-chain or branched, optionally substituted alkyl radical having 1 to 20 C atoms, or in the case of (I) R 1 and R 2 together represent an optionally substituted alkylene radical having from 3 to 20 carbon atoms, and n is an integer from 0 to 5, as well as
(C) 0,01 bis 40 Gew. % mindestens eines weiteren, von (A) und (B) verschiedenen, ethylenisch ungesättigten Comonomers,(C) 0.01 to 40% by weight of at least one further ethylenically unsaturated comonomer other than (A) and (B),
wobei man die Polymerisation zur Herstellung des Copolymeren in Gegenwart von 0,01 bis 100 mol% mindestens einer Base, bezogen auf die Gesamtmenge allerwherein the polymerization for the preparation of the copolymer in the presence of 0.01 to 100 mol% of at least one base, based on the total amount of all
COOH-Gruppen der Mono- und Dicarbonsäuren, vornimmt, und wobei die Mengenangaben in Gew. % jeweils auf die Gesamtmenge aller eingesetzten Monomere bezogen sind.COOH groups of the mono- and dicarboxylic acids, and wherein the quantities in% by weight are based in each case on the total amount of all monomers used.
Der Begriff „Polymerisation" bezeichnet im weiteren die Polymerisation der Monomere (A), (B) und (C) zur Herstellung des Copolymeren.The term "polymerization" refers to the further polymerization of the monomers (A), (B) and (C) for the preparation of the copolymer.
Der Aufbau und die Herstellung der Copolymeren, die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, ist anlog zu Aufbau und Herstellung eng verwandter Copolyme- re in der noch unveröffentlichten Anmeldung DE 102004041 127.1 beschrieben, auf die ausdrücklich verwiesen wird.The structure and the preparation of the copolymers which are used in the process according to the invention is described analogously to the construction and production of closely related copolymers in the as yet unpublished application DE 102004041 127.1, to which reference is expressly made.
Das wässrige System enthält neben Wasser mindestens einen im Wasser gelösten Stoff. Der gelöste Stoff oder die gelösten Stoffe können entweder molekular oder unter Bildung von Ionen gelöst oder auch in dispergierter oder emulgierter Form vorliegen. Insbesondere enthält das wässrige System Silikate. Die wässrigen Systeme können neben Silikaten häufig Anionen, beispielsweise Carbonate, Chloride, Sulfate, Phosphate, Fluoride, Oxalate und mehrwertige Kationen enthalten. Die wässrigen Systeme können sowohl einwertige als auch mehrwertige Kationen enthalten. Bei den mehrwer- tigen Kationen handelt es sich meist um Ionen der Elemente: Ca, Mg, Fe, Cu, Co, AI,
Zn, Mn, Ba, Sr, Mo, Ce, Zr oder insbesondere um Ionen des Ca oder Mg. Weiterhin trifft man häufig Gemische der obengenannten Ionen an. Das wässrige System kann neben dem Hauptbestandteil Wasser auch noch Anteile von mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmitteln enthalten.In addition to water, the aqueous system contains at least one substance dissolved in the water. The solute or solutes may be either molecular or ionic or may be in dispersed or emulsified form. In particular, the aqueous system contains silicates. In addition to silicates, the aqueous systems frequently contain anions, for example carbonates, chlorides, sulfates, phosphates, fluorides, oxalates and polyvalent cations. The aqueous systems may contain both monovalent and polyvalent cations. The multivalent cations are usually ions of the elements: Ca, Mg, Fe, Cu, Co, Al, Zn, Mn, Ba, Sr, Mo, Ce, Zr or, in particular, ions of Ca or Mg. Mixtures of the abovementioned ions are also frequently encountered. In addition to the main constituent water, the aqueous system may also contain fractions of water-miscible organic solvents.
Silikate existieren, je nach den Bedingungen im wässrigen System, als unterschiedlich schwerlösliche Verbindungen. Bei pH Werten kleiner 7 neigen Silikate zur Kondensation und bilden oligomere oder kolloidale Silikate. Im pH Bereich größer 9,5 bildet sich das monomere Silikation. Die Umwandlung zwischen den verschiedenen Formen der Silikate ist oft kinetisch gehemmt und unterschiedliche Formen von Silikaten können parallel zueinander in wässriger Lösung existieren. Die verschiedenen Silikationen können mit mehrwertigen Kationen zu schwerlöslichen Salzen reagieren. Die Zusammensetzung der wässrigen, Silikat enthaltenden Lösungen ist dabei stark von der Vorgeschichte des Systems abhängig. Es existieren jedoch häufig nebeneinander mono- meres, oligomeres und kolloidales Silikat, sowie Magnesium- und Calciumsilikate und andere Silikatsalze. Diese Systeme werden hier als wässrige Systeme, die Silikate enthalten, bezeichnet. Der Begriff „Silikate" wird stellvertretend für Silikate (Salz oder Anion) oder Kieselsäuren benutzt.Depending on the conditions in the aqueous system, silicates exist as compounds of differing difficulty in their solubility. At pH values below 7, silicates tend to condense to form oligomeric or colloidal silicates. In the pH range greater than 9.5, the monomeric silication is formed. The conversion between the different forms of silicates is often kinetically inhibited and different forms of silicates can exist in parallel in aqueous solution. The various silicates can react with polyvalent cations to form sparingly soluble salts. The composition of the aqueous, silicate-containing solutions is heavily dependent on the history of the system. However, there are often side by side monomeric, oligomeric and colloidal silicates, as well as magnesium and calcium silicates and other silicate salts. These systems are referred to herein as aqueous systems containing silicates. The term "silicates" is used to represent silicates (salt or anion) or silicas.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass das erfindungsgemäße Verfahren mit den oben beschriebenen Copolymeren, eine effektive Kontrolle der Eindickung wässriger Systeme, die Silikate enthalten, erlaubt. Natürlich können die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Copolymere, im Prinzip auch in wässrigen Systemen, die keine Silikate enthalten, eine effektive Kontrolle der Eindickung erlauben.Surprisingly, it has been found that the process of the invention with the copolymers described above, an effective control of the thickening of aqueous systems containing silicates allowed. Of course, the copolymers used in the process according to the invention, in principle also in aqueous systems which do not contain silicates, can permit effective control of the thickening.
Das Molekulargewicht Mw der im erfindungsgemäßen Verfahren zugegebenen Copolymere liegt bevorzugt im Bereich von 3000 g/mol bis 60000 g/mol. Es kann beispielsweise von 5000 g/mol bis 60000 g/mol betragen. So kann Mw beispielsweise im Bereich von 5000 g/mol bis 55000 g/mol, zum Beispiel von 7000 g/mol bis 55000 g/mol liegen. Insbesondere kann Mw von 7000 g/mol bis 50000 g/mol betragen. Nach einer der bevorzugten Ausführungsformen beträgt das Molekulargewicht mindestens 10000 g/mol bis 50000 g/mol. Die Mw-Werte werden mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) bestimmt. Die Kalibrierung der GPC erfolgt mit einer breit verteilten Na-PAA- Mischung (Na-PAA: Natrimsalz der Polyacrylsäure), deren integrale Molekularge- wichtsverteilungskurve durch SEC- Laserlichtstreu-kopplung (SEC: Size Exclusion Chromatogaphy) bestimmt wird, nach dem Kalibrierverfahren von M. J. R. Cantow u.a. (J.Polym.Sci. ,A-1 , 5(1967)1391-1394), allerdings ohne die dort vorgeschlagene Konzentrationskorrektur. Das Molekulargewicht der Copolymeren wird vom Fachmann je nach der gewünschten Anwendung eingestellt.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Copolymere sind aus Einheiten aufgebaut, die sich von monoethylenisch ungesättigten Mono- (A) und Dicarbonsäuren (B), und zusätzlich, zu einem geringeren Anteil, von anderen monoethylenisch unge- sättigten Monomeren (C), ableiten.The molecular weight Mw of the copolymers added in the process according to the invention is preferably in the range from 3000 g / mol to 60000 g / mol. It may be, for example, from 5000 g / mol to 60000 g / mol. For example, Mw can be in the range from 5000 g / mol to 55000 g / mol, for example from 7000 g / mol to 55000 g / mol. In particular, Mw may be from 7000 g / mol to 50,000 g / mol. In one of the preferred embodiments, the molecular weight is at least 10,000 g / mol to 50,000 g / mol. Mw values are determined by gel permeation chromatography (GPC). The GPC is calibrated using a widely distributed Na-PAA mixture (Na-PAA: sodium salt of polyacrylic acid), the integral molecular weight distribution curve of which is determined by SEC laser exclusion chromatography (SEC), according to the calibration procedure of MJR Cantow et al. (J. Polym. Sci., A-1, 5 (1967) 1391-1394), but without the concentration correction proposed therein. The molecular weight of the copolymers is adjusted by the skilled person according to the desired application. The copolymers used in the process according to the invention are composed of units which are derived from monoethylenically unsaturated mono- (A) and dicarboxylic acids (B) and additionally, to a lesser extent, from other monoethylenically unsaturated monomers (C).
Der Begriff „Copolymer" wird in der Fachliteratur unterschiedlich verwendet und bezeichnet im Rahmen dieser Erfindung Polymere mit drei oder mehr verschiedenen Mo- nomerarten, insbesondere auch aus drei Monomerarten aufgebaute Terpolymere. Be- vorzugt werden im erfindungsgemäßen Verfahren carboxylatreiche Copolymere eingesetzt. Carboxylatreiche Copolymere sind Copolymere, die monoethylenisch ungesättigte Mono- und Dicarbonsäuren, und nur zu einem geringeren Anteil, monoethylenisch ungesättigte Monomere (C) enthalten.In the context of this invention, the term "copolymer" is used differently and in the context of this invention denotes polymers having three or more different types of monomers, in particular terpolymers constructed from three monomer types which contain monoethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids, and only to a minor extent, monoethylenically unsaturated monomers (C).
Bei dem Monomer (A) handelt es sich um mindestens eine monoethylenisch ungesättigte Monocarbonsäure oder deren hydrolysierbare Derivate. Es können selbstverständlich auch Gemische mehrerer verschiedener ethylenisch ungesättigter Monocar- bonsäuren eingesetzt werden. Bevorzugt handelt es sich bei dem Monomer (A) um eine monoethylenisch ungesättigte Monocarbonsäure.The monomer (A) is at least one monoethylenically unsaturated monocarboxylic acid or its hydrolyzable derivatives. It is of course also possible to use mixtures of a plurality of different ethylenically unsaturated monocarboxylic acids. Preferably, the monomer (A) is a monoethylenically unsaturated monocarboxylic acid.
Beispiele geeigneter monoethylenisch ungesättigter Monocarbonsäuren (A) umfassen Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Vinylessigsäure oder auch C1-C4-Halbester monoethylenisch ungesättigter Dicarbonsäuren. Der Ausdruck Ca-Cb bezeichnet im Rahmen dieser Erfindung chemische Verbindungen mit einer bestimmten Anzahl von Kohlenstoffatomen. Die Anzahl an Kohlenstoffatomen kann aus dem gesamten Bereich von a bis b, einschließlich a und b gewählt werden, a ist mindestens 1 und b immer größer als a. Eine weitere Spezifizierung der chemischen Verbindungen erfolgt durch Ausdrücke der Form Ca-Cb-V. V steht hierbei für eine chemische Verbindungsklasse oder Substituentenklasse, beispielsweise für Alkylverbindungen oder Alkylsubstituen- ten.Examples of suitable monoethylenically unsaturated monocarboxylic acids (A) include acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, vinylacetic acid or C1-C4-half esters of monoethylenically unsaturated dicarboxylic acids. The term Ca-Cb designates in the context of this invention chemical compounds having a certain number of carbon atoms. The number of carbon atoms can be selected from the entire range from a to b, including a and b, a is at least 1 and b is always greater than a. Further specification of the chemical compounds is made by expressions of the form Ca-Cb-V. V here stands for a chemical compound class or substituent class, for example for alkyl compounds or alkyl substituents.
Bei bevorzugten Monomeren (A) handelt es sich um Acrylsäure und Methacrylsäure, besonders bevorzugt ist Acrylsäure.Preferred monomers (A) are acrylic acid and methacrylic acid, acrylic acid being particularly preferred.
Es werden von 20 bis 99,98 Gew. % des Monomers (A) eingesetzt, wobei die Mengenangabe auf die Gesamtmenge aller für die Polymerisation eingesetzten Monomere bezogen ist. Bevorzugt werden von 30 bis 90 Gew. % des Monomers (A), besonders
bevorzugt von 30 bis 85 Gew. % und ganz besonders bevorzugt von 35 bis 80 Gew. % eingesetzt.There are used from 20 to 99.98 wt.% Of the monomer (A), wherein the amount is based on the total amount of all monomers used for the polymerization. From 30 to 90% by weight of the monomer (A) is particularly preferred preferably from 30 to 85% by weight and very particularly preferably from 35 to 80% by weight.
Bei dem Monomer (B) handelt es sich um mindestens eine monoethylenisch ungesättigte Dicarbonsäure der allgemeinen Formel (HOOC)R1C=CR2(COOH) (I) oder R1R2C=C(-(CH2)n-COOH)(COOH) (ll).The monomer (B) is at least one monoethylenically unsaturated dicarboxylic acid of the general formula (HOOC) R 1 C = CR 2 (COOH) (I) or R 1 R 2 C = C (- (CH 2 ) n -COOH ) (COOH) (II).
Es können auch Gemische mehrerer verschiedener Monomere (B) eingesetzt werden. Im Falle von (I) kann es sich jeweils um die eis und/oder die trans-Form des Monomers handeln. Die Monomere können auch in Form der entsprechenden Carbonsäureanhydride oder anderer hydrolysierbarer Carbonsäurederivate eingesetzt werden. Sofern die COOH-Gruppen in cis-Stellung angeordnet sind, können besonders vorteilhaft cyc- lische Anhydride eingesetzt werden.It is also possible to use mixtures of several different monomers (B). In the case of (I), it may be the ice and / or the trans form of the monomer. The monomers can also be used in the form of the corresponding carboxylic anhydrides or other hydrolyzable carboxylic acid derivatives. If the COOH groups are arranged in the cis position, it is particularly advantageous to use cyclic anhydrides.
Bei R1 und R2 handelt es sich unabhängig voneinander um H oder einen geradkettigen oder verzweigten, optional substituierten Alkylrest mit 1 bis 20 C-Atomen. Dabei kann es bevorzugt sein, dass die Reste R1 beziehungsweise R2 längerkettige Alkohole sind und beispielsweise zehn oder mehr C-Atome aufweisen. Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Alkylrest kürzerkettig. Bevorzugt weist der Alkylrest 1 bis 4 C-Atome auf. Besonders bevorzugt handelt es sich bei R1 bzw. R2 um H und/oder eine Methylgruppe. Der Alkylrest selbst kann auch optional noch einen oder mehrere Substituenten aufweisen, vorausgesetzt diese haben keinen negativen Einfluss auf die Anwendungseigenschaften des Copolymers im erfindungsgemäßen Verfahren.R 1 and R 2 independently of one another are H or a straight-chain or branched, optionally substituted alkyl radical having 1 to 20 C atoms. It may be preferred that the radicals R 1 and R 2 are longer-chain alcohols and, for example, have ten or more carbon atoms. In another preferred embodiment, the alkyl radical is shorter chain. The alkyl radical preferably has 1 to 4 C atoms. R 1 or R 2 is particularly preferably H and / or a methyl group. The alkyl radical itself can also optionally have one or more substituents, provided that these have no negative influence on the application properties of the copolymer in the process according to the invention.
Im Falle der Formel (I) können R1 und R2 weiterhin gemeinsam für einen Alkylenrest mit 3 bis 20 C-Atomen stehen, der auch optional noch weiter substituiert sein kann. Bevorzugt umfasst der aus der Doppelbindung und dem Alkylenrest gebildete Ring 5 oder 6 C-Atome. Beispiele von Alkylenresten umfassen insbesondere einen 1 ,3- Propylen oder einen 1 ,4-Butylenrest, die auch noch weitere Alkylgruppen als Substi- tuenten aufweisen können. Bei n handelt es sich um eine ganze Zahl von 0 bis 5, bevorzugt von 0 bis 3 und ganz besonders bevorzugt 0 oder 1.In the case of the formula (I) R 1 and R 2 may furthermore together represent an alkylene group having 3 to 20 C-atoms, which may be further substituted also optional. Preferably, the ring formed from the double bond and the alkylene radical comprises 5 or 6 carbon atoms. Examples of alkylene radicals include, in particular, a 1,3-propylene or a 1,4-butylene radical which may also have further alkyl groups as substituents. N is an integer from 0 to 5, preferably from 0 to 3 and most preferably 0 or 1.
Beispiele geeigneter Monomere (B) der Formel (I) umfassen Maleinsäure, Fumarsäure, Methylfumarsäure, Methylmaleinsäure, Dimethylmaleinsäure sowie gegebenenfalls die entsprechenden cyclischen Anhydride. Beispiele für Formel (II) umfassen Methylenma- lonsäure und Itakonsäure. Bevorzugt werden Maleinsäure bzw. Maleinsäureanhydrid oder Itakonsäure bzw. Itakonsäureanhydrid eingesetzt. Es können auch Gemische von
Maleinsäure bzw. Maleinsäureanhydrid mit Itakonsäure bzw. Itakonsäureanhydrid eingesetzt werden.Examples of suitable monomers (B) of the formula (I) include maleic acid, fumaric acid, methylfumaric acid, methylmaleic acid, dimethylmaleic acid and optionally the corresponding cyclic anhydrides. Examples of formula (II) include methylenemalonic acid and itaconic acid. Preference is given to using maleic acid or maleic anhydride or itaconic acid or itaconic anhydride. It can also be mixtures of Maleic acid or maleic anhydride are used with itaconic acid or itaconic anhydride.
Es werden von 0,01 bis 70 Gew. % der Monomere (B) eingesetzt, wobei die Mengenangabe auf die Gesamtmenge aller für die Polymerisation eingesetzten Monomere bezogen ist. Bevorzugt werden von 1 bis 60 Gew. % des Monomers (B), besonders bevorzugt von 5 bis 55 Gew. % und ganz besonders bevorzugt von 10 bis 45 Gew. % eingesetzt.There are used from 0.01 to 70 wt.% Of the monomers (B), wherein the amount is based on the total amount of all monomers used for the polymerization. Preference is given to using from 1 to 60% by weight of the monomer (B), more preferably from 5 to 55% by weight and very particularly preferably from 10 to 45% by weight.
Neben den Monomeren (A) und (B) wird noch ein ethylenisch ungesättigtes Monomer (C) oder mehrere ethylenisch ungesättigte Monomere (C) eingesetzt. Darüber hinaus werden keine anderen Monomere eingesetzt.In addition to the monomers (A) and (B), an ethylenically unsaturated monomer (C) or more ethylenically unsaturated monomers (C) is also used. In addition, no other monomers are used.
Die Monomere (C) dienen zur Feinsteuerung der Eigenschaften des Copolymers. Selbstverständlich können auch mehrere verschiedene Monomere (C) eingesetzt werden. Sie werden vom Fachmann je nach den gewünschten Eigenschaften des Copolymers ausgewählt. Die Monomere (C) sind ebenfalls radikalisch polymerisierbar.The monomers (C) serve to fine-tune the properties of the copolymer. Of course, several different monomers (C) can be used. They are selected by the skilled person depending on the desired properties of the copolymer. The monomers (C) are also free-radically polymerizable.
In besonderen Fällen können aber auch geringe Mengen von Monomeren mit mehre- ren polymerisierbaren Gruppen eingesetzt werden. Hierdurch kann das Copolymer in geringem Umfange vernetzt werden.In special cases, however, small amounts of monomers with several polymerizable groups can also be used. As a result, the copolymer can be crosslinked to a small extent.
Bei den Monomeren (C) kann es sich sowohl um saure oder basische oder neutrale Monomere oder auch um Gemische dieser Monomeren handeln. Bevorzugt handelt es sich um neutrale Monomere oder saure Monomere oder Gemische von neutralen und sauren Monomeren.The monomers (C) may be either acidic or basic or neutral monomers or else mixtures of these monomers. They are preferably neutral monomers or acidic monomers or mixtures of neutral and acidic monomers.
Beispiele geeigneter Monomere (C) umfassen insbesondere Monomere welche Phosphorsäure- oder Phosphonsäuregruppen aufweisen. Zu nennen ist hier insbesondere Vinylphosphonsäure. Weiterhin kann 3-Butenylphosphonsäure eingesetzt werden. Weitere bevorzugte Monomere sind Vinylphosphonsäuredimethylester, Acrylsäu- re(phosphonoxyethyl)ester oder Methacrylsäure(phosphonoxyethyl)ester. Al- lylphosphonsäure kann ein, wenn auch nicht bevorzugtes Monomeres (C) sein. Weitere Beispiele umfassen Ester der Phosphorsäure wie Phosphorsäuremonovinylester, Phosphorsäuremonoallylester. Phosphorsäure(mono-3-butenyl)ester, Phosphorsäure- mono-(4-vinyloxybutyl)ester, Phosphorsäure mono-(-2-hydroxy-3-vinyloxy-propyl)ester, Phosphorsäuremono-(1-phosphonoxymethyl-2-vinyloxy-ethyl)-ester, Phosphorsäure- mono-(3-allyloxy-2-hydroxy-propyl)ester, oder Phosphorsäure mono-2-(allylox-1-phos-
phonoxymethyl-ethyl)ester. Weitere Beispiele für geeignete Monomere (C) sind 2- Hydroxy-4-vinyloxymethyl-1 ,3,2-dioxaphosphol oder 2-Hydroxy-4-allyloxymethyl-1 ,3,2- dioxaphosphol. Es können auch Salze oder Ester oder Gemische von Salzen und Estern, insbesondere Ci-Cs-Mono-, Di- oder Trialkylester der Phosphorsäure oder Phosphonsäuregruppen aufweisenden Monomere eingesetzt werden. Selbstverständlich können auch Gemische der obengenannten Monomere eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist Vinylphosphonsäure, deren Salze und/oder Ester.Examples of suitable monomers (C) include, in particular, monomers which have phosphoric acid or phosphonic acid groups. Particular mention should be made here of vinylphosphonic acid. Furthermore, 3-butenylphosphonic acid can be used. Further preferred monomers are dimethyl vinylphosphonate, (phosphonoxyethyl) acrylate or phosphonoxyethyl methacrylate. Allylphosphonic acid may be an, although not preferred, monomer (C). Other examples include esters of phosphoric acid such as monovinyl phosphoric acid, monoesters of phosphoric acid. Mono (3-butenyl) phosphoric acid, mono- (4-vinyloxybutyl) phosphoric acid, mono (- 2-hydroxy-3-vinyloxypropyl) phosphoric acid, phosphoric mono (1-phosphonoxymethyl-2-vinyloxy-ethyl ) ester, phosphoric acid mono- (3-allyloxy-2-hydroxy-propyl) ester, or phosphoric acid mono-2- (allylox-1-phosphate) phonoxymethyl-ethyl) esters. Further examples of suitable monomers (C) are 2-hydroxy-4-vinyloxymethyl-1,3,2-dioxaphosphol or 2-hydroxy-4-allyloxymethyl-1,3,2-dioxaphosphole. It is also possible to use salts or esters or mixtures of salts and esters, in particular C 1 -C 8 -mono-, di- or trialkyl esters of phosphoric acid or phosphonic acid-containing monomers. Of course, mixtures of the above monomers can be used. Vinylphosphonic acid, its salts and / or esters are particularly preferred.
Weiterhin geeignet sind sulfonsäuregruppenhaltige Monomere, wie Methallylsulfonsäu- re, Styrolsulfonat, Allyloxybenzolsulfonsäure, oder 2-(Methyacryloyl)ethylsulfonsäure bzw. deren Salze und/oder Ester. Bevorzugt werden eingesetzt Allylsulfonsäure, Vinyl- sulfonsäure, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure bzw. deren Salze und/oder Ester.Also suitable are monomers containing sulfonic acid groups, such as methallylsulfonic acid, styrenesulfonate, allyloxybenzenesulfonic acid, or 2- (methylacryloyl) ethylsulfonic acid or its salts and / or esters. Preference is given to using allylsulfonic acid, vinylsulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid or salts and / or esters thereof.
Weitere saure Monomere umfassen z.B. Maleinsäurehalbamide.Other acidic monomers include e.g. Maleinsäurehalbamide.
Beispiele im wesentlichen neutraler Monomere (C) umfassen, sofern sie nicht bereits als Monomere (A) eingesetzt werden, d- bis Cis-Alkylester oder d- bis C4- Hydroxyalkylester der (Meth)acrylsäure, wie Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat, Isopropyl(meth) acrylat, Butyl(meth)acrylat, Hexyl(meth)acrylat, 2- Ethylhexyl (meth)acrylat, Hydroxyethyl(meth)acrylat, Hydroxypropyl(meth) acrylat oder Butandiol-1 ,4-monoacrylat. Weitere neutrale Monomere sind (Methyl)styrol, Maleinsäu- reimid oder Maleinsäure-N-Alkylimid.Examples of substantially neutral monomers (C) include, unless already used as monomers (A), C 1 to C 1 alkyl esters or C 1 to C 4 hydroxyalkyl esters of (meth) acrylic acid, such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate or butanediol -1, 4-monoacrylate. Other neutral monomers are (methyl) styrene, maleimide or maleic acid N-alkylimide.
Weiterhin geeignet sind Vinyl- oder Allylether wie z.B. Methylvinylether, Ethylvinylether, Propylvinylether, Isobutylvinylether, 2-Ethylhexylvinylether, Vinylcyclohexylether, Vinyl- 4-hydroxybutylether, Decylvinylether, Dodecylvinylether, Octadecylvinylether, 2- (Diethylamino)ethylvinylether, 2-(Di-n-butyl-amino)ethylvinylether oder Methyldiglykol- vinylether bzw. die entsprechenden Allylverbindungen. Ebenfalls eingesetzt werden können Vinylester beispielsweise Vinylacetat oder Vinylpropionat.Also suitable are vinyl or allyl ethers, e.g. Methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, propyl vinyl ether, isobutyl vinyl ether, 2-ethylhexyl vinyl ether, vinyl cyclohexyl ether, vinyl 4-hydroxybutyl ether, decyl vinyl ether, dodecyl vinyl ether, octadecyl vinyl ether, 2- (diethylamino) ethyl vinyl ether, 2- (di-n-butyl-amino) ethyl vinyl ether or methyl diglycol vinyl ether or the corresponding allyl compounds. Also used may be vinyl esters such as vinyl acetate or vinyl propionate.
Beispiele basischer Monomere umfassen Acrylamide und alkylsubstituierte Acrylamide, wie z.B. Acrylamid, Methacrylamid, N-tert.-Butylacrylamid oder N-Methyl(meth)acryl- amid.Examples of basic monomers include acrylamides and alkyl-substituted acrylamides, e.g. Acrylamide, methacrylamide, N-tert-butylacrylamide or N-methyl (meth) acrylamide.
Es können auch alkoxylierte Monomere, insbesondere ethoxylierte Monomere eingesetzt werden. Insbesondere geeignet sind alkoxylierte Monomere, die sich von der Ac- rylsäure oder Methacrylsäure ableiten und die allgemeine Formel (IM) aufweisen
Ff μ C=C-R- -R5-O- -R° (IM)It is also possible to use alkoxylated monomers, in particular ethoxylated monomers. Especially suitable are alkoxylated monomers which are derived from acrylic acid or methacrylic acid and have the general formula (III) Ff μ C = CR- R 5 -O- R ° (IM)
in der die Variablen folgende Bedeutung haben:in which the variables have the following meaning:
R3 Wasserstoff oder Methyl;R 3 is hydrogen or methyl;
R4 -(CH2)X-O-, -CH2-NR7-, -CH2-O-CH2-CR8R9-CH2-O- oder -CONH-; COO-R 4 is - (CH 2 ) XO-, -CH 2 -NR 7 -, -CH 2 -O-CH 2 -CR 8 R 9 -CH 2 -O- or -CONH-; COO
(Ester)(Ester)
R5 gleiche oder verschiedene C2-C4-Al kylenreste, die blockweise oder statistisch angeordnet sein können, wobei der Anteil an Ethylenresten mindestens 50 mol-% beträgt;R 5 identical or different C 2 -C 4 -alkylene radicals which may be arranged in blocks or randomly, wherein the proportion of ethylene radicals is at least 50 mol%;
R6 Wasserstoff, Ci-C4-Alkyl, -SO3M oder -PO3M2;R 6 is hydrogen, C 1 -C 4 -alkyl, -SO 3 M or -PO 3 M 2 ;
R7 Wasserstoff oder -CH2-CR1 =CH2;R 7 is hydrogen or -CH 2 -CR 1 = CH 2 ;
R8 -O-[R5-O]n-R6, wobei die Reste -[R5-0]n- von den weiteren in Formel I enthalte- nen Resten -[R5-0]n- verschieden sein können;R 8 -O- [R 5 -O] n -R 6, wherein the groups - [R 5 -0] n - [5 -0 R] n - - may be different from the other enthalte- nen in formula I residues ;
R7 Wasserstoff oder Ethyl;R 7 is hydrogen or ethyl;
M Alkalimetall oder Wasserstoff, bevorzugt Wasserstoff, m 1 bis 250, bevorzugt 2 bis 50, besonders bevorzugt 3 bis 10; x O oder i .M is alkali metal or hydrogen, preferably hydrogen, m is 1 to 250, preferably 2 to 50, particularly preferably 3 to 10; x O or i.
Beispiele für vernetzende Monomere umfassen Moleküle mit mehreren ethylenisch ungesättigten Gruppen, beispielsweise Di(meth)acrylate wie Ethylenglykoldi(meth)acrylat oder Butandiol-1 ,4-di(meth)acrylat oder Poly(meth)acrylate wie Trimethylolpro- pantri(meth)acrylat oder auch Di(meth)acrylate von Oligo- oder Polyalkylenglykolen wie Di-, Tri- oder Tetraethylenglykoldi(meth)acrylat. Weitere Beispiele umfassen Vi- nyl(meth)acrylat oder Butandioldivinylether.Examples of crosslinking monomers include molecules having a plurality of ethylenically unsaturated groups, for example di (meth) acrylates such as ethylene glycol di (meth) acrylate or butanediol-1,4-di (meth) acrylate or poly (meth) acrylates such as trimethylolpropane tri (meth) acrylate or else di (meth) acrylates of oligo- or polyalkylene glycols such as di-, tri- or tetraethylene glycol di (meth) acrylate. Further examples include vinyl (meth) acrylate or butanediol divinyl ether.
Der Fachmann trifft unter den Monomeren (C) je nach den gewünschten Eigenschaften des Copolymers sowie der gewünschten Anwendung des Copolymers eine geeignete Auswahl. Beispielsweise werden im Verfahren für die Stabilisierung Silikate enthaltender, eingedickter, wässriger Systeme als Monomer (C) bevorzugt Phosphonsäure- o- der Phosphorsäuregruppen enthaltende Monomere eingesetzt, insbesondere Vi- nylphosphonsäure oder deren hydrolysierbare Derivate.The person skilled in the art will make a suitable choice among the monomers (C) depending on the desired properties of the copolymer as well as the desired application of the copolymer. For example, in the process for the stabilization of thickened, aqueous systems containing silicates, the monomer (C) used is preferably phosphonic acid or phosphoric acid-containing monomers, in particular vinylphosphonic acid or its hydrolyzable derivatives.
Die Menge der Monomere (C) beträgt von 0,01 bis 40 Gew. % bezogen auf die Gesamtmenge aller für die Polymerisation eingesetzten Monomere. Nach einer der Aus-
führungsformen beträgt die Menge, bevorzugt von 0,01 bis 30 Gew. %. Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform beträgt die Menge von 0,1 bis 27 % und ganz besonders bevorzugt von 1 bis 20 Gew. %. Falls vernetzende wirkende Monomere (C) anwesend sind, sollte deren Menge im Regelfalle 5 Gew. %, bevorzugt 2 Gew. % bezogen auf die Gesamtmenge aller für das Verfahren eingesetzten Monomere nicht ü- berschreiten.The amount of monomers (C) is from 0.01 to 40% by weight, based on the total amount of all monomers used for the polymerization. After one of the The preferred embodiment is the amount, preferably from 0.01 to 30% by weight. In another preferred embodiment, the amount is from 0.1 to 27% and most preferably from 1 to 20% by weight. If crosslinking monomers (C) are present, their amount as a rule should not exceed 5% by weight, preferably 2% by weight, based on the total amount of all monomers used for the process.
Eine überraschend hohe Leistungsfähigkeit wurde bei Copolymeren Acrylsäure (A), Itakonsäure (B) und Vinylphosphonsäure (C) beziehungsweise Acrylsäure (A), Malein- säure (B), und Vinylphosphonsäure (C), gefunden. Für den Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren eignen sich beispielsweise Copolymere aus von 20 bis 99,98 Gew. % Acrylsäure (A) und von 0,01 bis 70 Gew. % Itakonsäure (B) und von 0,01 bis 40 Gew. % Vinylphosphonsäure (C). Bevorzugt eignen sich Copolymere aus von 40 bis 90 Gew. % Acrylsäure (A) und von 5 bis 40 Gew. % Itakonsäure (B) und von 0,1 bis 30 Gew. % Vinylphosphonsäure (C). Besonders bevorzugt eignen sich Copolymere aus von 50 bis 80 Gew. % Acrylsäure (A) und von 10 bis 35 Gew. % Itakonsäure (B) und von 0,5 bis 25 Gew. % Vinylphosphonsäure (C). Ganz besonders bevorzugt eignen sich Copolymere aus von 55 bis 75 Gew. % Acrylsäure (A) und von 15 bis 30 Gew. % Itakonsäure (B) und von 1 bis 20 Gew. % Vinylphosphonsäure (C).A surprisingly high performance has been found in copolymers of acrylic acid (A), itaconic acid (B) and vinylphosphonic acid (C) or acrylic acid (A), maleic acid (B), and vinylphosphonic acid (C). Copolymers are suitable for use in the process according to the invention for example from 20 to 99.98% by weight of acrylic acid (A) and from 0.01 to 70% by weight of itaconic acid (B) and from 0.01 to 40% by weight of vinylphosphonic acid ( C). Copolymers are preferably suitable from 40 to 90% by weight of acrylic acid (A) and from 5 to 40% by weight of itaconic acid (B) and from 0.1 to 30% by weight of vinylphosphonic acid (C). Particularly preferred copolymers are from 50 to 80 wt.% Acrylic acid (A) and from 10 to 35 wt.% Itaconic acid (B) and from 0.5 to 25 wt.% Vinylphosphonic acid (C). Copolymers are very particularly preferably suitable from 55 to 75% by weight of acrylic acid (A) and from 15 to 30% by weight of itaconic acid (B) and from 1 to 20% by weight of vinylphosphonic acid (C).
Weiterhin eignen sich beispielsweise Copolymere aus von 20 bis 99,98 Gew. % Acrylsäure (A) und von 0,01 bis 70 Gew. % Maleinsäure (B) und von 0,01 bis 40 Gew. % Vinylphosphonsäure (C). Bevorzugt eignen sich Copolymere aus von 40 bis 90 Gew. % Acrylsäure (A) und von 5 bis 40 Gew. % Maleinsäure (B) und von 0,1 bis 30 Gew. % Vinylphosphonsäure (C). Besonders bevorzugt eignen sich Copolymere aus von 50 bis 80 Gew. % Acrylsäure (A) und von 10 bis 35 Gew. % Maleinsäure (B) und von 0,5 bis 25 Gew. % Vinylphosphonsäure (C). Ganz besonders bevorzugt eignen sich Copolymere aus von 55 bis 75 Gew. % Acrylsäure (A) und von 15 bis 30 Gew. % Maleinsäure (B) und von 1 bis 20 Gew. % Vinylphosphonsäure (C).Other suitable copolymers are, for example, from 20 to 99.98% by weight of acrylic acid (A) and from 0.01 to 70% by weight of maleic acid (B) and from 0.01 to 40% by weight of vinylphosphonic acid (C). Copolymers are preferably suitable from 40 to 90% by weight of acrylic acid (A) and from 5 to 40% by weight of maleic acid (B) and from 0.1 to 30% by weight of vinylphosphonic acid (C). Particularly preferred copolymers are from 50 to 80 wt.% Acrylic acid (A) and from 10 to 35 wt.% Maleic acid (B) and from 0.5 to 25 wt.% Vinylphosphonic acid (C). Copolymers are very particularly preferably suitable from 55 to 75 wt.% Acrylic acid (A) and from 15 to 30 wt.% Maleic acid (B) and from 1 to 20 wt.% Vinylphosphonic acid (C).
Die Gesamtmenge an eingesetzten Monomeren (A), (B) und (C) ergibt 100 Gew. %.The total amount of monomers (A), (B) and (C) used is 100% by weight.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Copolymere werden bevorzugt aus den Monomeren durch radikalische Polymerisation in wässriger Lösung erhalten. Die Mikrostruktur der Copolymere ist durch eine statistische Verteilung der Monomere gegeben.
Der Begriff „wässrig Lösung" im Rahmen der radikalischen Polymerisation bedeutet, dass das eingesetzte Lösungs- oder Verdünnungsmittel, bei der Herstellung der Copo- lymere, Wasser als Hauptbestandteil aufweist. Daneben können aber auch noch Anteile von mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmitteln bei der Polymerisation vorhanden sein sowie gegebenenfalls geringe Mengen von Emulgatoren. Dies kann vorteilhaft sein, um die Löslichkeit bestimmter Monomeren, insbesondere der Monomere (C) im Reaktionsmedium zu verbessern.The copolymers used in the process according to the invention are preferably obtained from the monomers by free radical polymerization in aqueous solution. The microstructure of the copolymers is given by a statistical distribution of the monomers. The term "aqueous solution" in the context of free-radical polymerization means that the solvent or diluent used in the preparation of the copolymers comprises water as the main constituent, but also amounts of water-miscible organic solvents may be present during the polymerization This may be advantageous in order to improve the solubility of certain monomers, in particular of the monomers (C) in the reaction medium.
Das eingesetzte Lösungs- oder Verdünnungsmittel bei der radikalischen Polymerisati- on weist dementsprechend mindestens 50 Gew. % Wasser bezüglich der Gesamtmenge des Lösungsmittels auf. Daneben können ein oder mehrere mit Wasser mischbare Lösungsmittel eingesetzt werden. Zu nennen sind hier insbesondere Alkohole, beispielsweise Monoalkohole wie Ethanol, Propanol oder Isopropanol, Dialkohole wie Glykol, Diethylenglykol oder Polyalkylenglykole bzw. Derivate davon. Bevorzugte Alko- hole sind Propanol und Isopropanol. Bevorzugt beträgt der Wasseranteil mindestens 70 Gew. %, stärker bevorzugt mindestens 80 Gew. %, besonders bevorzugt mindestens 90 Gew. %. Ganz besonders bevorzugt wird ausschließlich Wasser eingesetzt.The solvent or diluent used in the free-radical polymerization accordingly has at least 50% by weight of water with respect to the total amount of the solvent. In addition, one or more water-miscible solvents can be used. These include, in particular, alcohols, for example monoalcohols, such as ethanol, propanol or isopropanol, dialcohols, such as glycol, diethylene glycol or polyalkylene glycols or derivatives thereof. Preferred alcohols are propanol and isopropanol. The proportion of water is preferably at least 70% by weight, more preferably at least 80% by weight, particularly preferably at least 90% by weight. Most preferably, only water is used.
Die Menge der jeweils eingesetzten Monomere wird vom Fachmann so gewählt, dass die Monomere im jeweils eingesetzten Löse- oder Verdünnungsmittel löslich sind. Schlechter lösliche Monomere werden dementsprechend vom Fachmann nur in dem Maße eingesetzt, in dem sie sich lösen lassen. Gegebenfalls können zur Erhöhung der Löslichkeit geringe Mengen von Emulgatoren zugegeben werden.The amount of the monomers used in each case is selected by the person skilled in the art such that the monomers are soluble in the particular solvent or diluent used. Accordingly, less soluble monomers are used by the skilled person only to the extent that they can be dissolved. Optionally, small amounts of emulsifiers may be added to increase the solubility.
Die Polymerisation wird in Gegenwart einer Base, beispielsweise von Alkalihydroxiden, wie NaOH oder KOH, Erdalkalihydroxiden, NH3 oder organischen Aminen vorgenommen. Ebenso können Verbindungen eingesetzt werden, die im Reaktionsmedium zu einer Base reagieren. Beispiele könnten Alkali- oder Erdalkalioxide sein. Weiterhin können auch N-Heterocyclen verwendet werden.The polymerization is carried out in the presence of a base, for example of alkali metal hydroxides, such as NaOH or KOH, alkaline earth metal hydroxides, NH 3 or organic amines. Likewise, compounds can be used which react in the reaction medium to form a base. Examples could be alkali or alkaline earth oxides. Furthermore, N-heterocycles can also be used.
Insbesondere wird die Polymerisation in Gegenwart eines organischen Amins vorgenommen. „Organische Amine" werden im Folgenden als Amine bezeichnet. Der Gehalt an Base beträgt im Allgemeinen von 0,01 bis 100 mol%, beispielsweise werden von 1 bis 80 mol%, oder von 1 bis 50 mol%, insbesondere von 2 bis 19,9 mol%. Bevorzugt wird im Bereich von 3 bis 15 und besonders bevorzugt von 5 bis 10 mol% gearbeitet. Die vorstehenden Mengenangaben in mol% beziehen sich auf die Gesamtmenge aller COOH-Gruppen der Monocarbonsäure (A) und der Dicarbonsäuren (B) im Copolymer. Andere, gegebenenfalls vorhandene saure Gruppen bleiben außer Betracht. Mit ande-
ren Worten sind die COOH-Gruppen also zu einem Teil neutralisiert. Selbstverständlich kann auch ein Gemisch von zwei oder mehreren Basen eingesetzt werden.In particular, the polymerization is carried out in the presence of an organic amine. "Organic amines" are referred to hereinafter as amines The content of base is generally from 0.01 to 100 mol%, for example from 1 to 80 mol%, or from 1 to 50 mol%, in particular from 2 to 19, 9 mol%, preferably in the range from 3 to 15 and more preferably from 5 to 10 mol% The above quantities in mol% refer to the total amount of all COOH groups of the monocarboxylic acid (A) and of the dicarboxylic acids (B) Copolymer, other acidic groups which may be present are disregarded. In other words, the COOH groups are partially neutralized. Of course, a mixture of two or more bases can be used.
Die als Base eingesetzten Amine können eine oder mehrere primäre und/oder sekun- däre und/oder tertiäre Aminogruppen sowie die entsprechende Anzahl organischer Gruppen aufweisen. Bei den organischen Gruppen kann es sich um Alkyl-, Aralkyl-, Aryl- oder Alkylarylgruppen handeln. Bevorzugt handelt es sich um geradkettige oder verzweigte Alkylgruppen. Sie können darüber hinaus weitere funktionelle Gruppen aufweisen. Bei derartigen funktionellen Gruppen handelt es sich bevorzugt um OH- Gruppen und/oder Ethergruppen. Es können auch Amine eingesetzt werden, die an sich nicht gut wasserlöslich sind, weil im Kontakt mit den sauren Monomeren durch Bildung von Ammoniumionen die Wasserlöslichkeit vorteilhaft erhöht wird. Die Amine können auch ethoxyliert werden.The amines used as base may have one or more primary and / or secondary and / or tertiary amino groups and the corresponding number of organic groups. The organic groups may be alkyl, aralkyl, aryl or alkylaryl groups. Preference is given to straight-chain or branched alkyl groups. They may also have other functional groups. Such functional groups are preferably OH groups and / or ether groups. It is also possible to use amines which are not per se water-soluble, because in contact with the acidic monomers the formation of ammonium ions advantageously increases the water solubility. The amines can also be ethoxylated.
Beispiele geeigneter Amine umfassen lineare, cyclische und/oder verzweigte Ci-Cs- Mono-, Di- und Trialkylamine, lineare oder verzweigte Ci-Cs-Mono-, Di- oder Trialkano- lamine, insbesondere Mono-, Di- oder Trialkanolamine, lineare oder verzweigte Ci-Cs- Alkylether linearer oder verzweigter Ci- Cs-Mono-, Di- oder Trialkanolamine, Oligo- und Polyamine beispielsweise Diethylentriamin.Examples of suitable amines include linear, cyclic and / or branched C 1 -C 8 mono-, di- and trialkylamines, linear or branched C 1 -C 5 -mono-, di- or trialkanolamines, in particular mono-, di- or trialkanolamines, linear or branched C 1 -C 8 -alkyl ethers of linear or branched C 1 -C 8 -mono-, di- or trialkanolamines, oligo- and polyamines, for example diethylenetriamine.
Bei den Aminen kann es sich auch um heterocyclische Amine handeln, beispielsweise Morpholin, Piperazin, Imidazol, Pyrazol, Triazole, Tetrazole, Piperidin. Besonders vorteilhaft können solche Heterocyclen eingesetzt werden, welche korrosionsinhibierende Eigenschaften aufweisen. Beispiele umfassen Benztriazol und/oder Tolyltriazol.The amines may also be heterocyclic amines, for example morpholine, piperazine, imidazole, pyrazole, triazoles, tetrazoles, piperidine. Particularly advantageous such heterocycles can be used which have corrosion inhibiting properties. Examples include benzotriazole and / or tolyltriazole.
Weiterhin können auch Amine eingesetzt werden, welche ethylenisch ungesättigte Gruppen aufweisen, insbesondere monoethylenische Amine. Derartige Amine können eine Doppelfunktion als Amin zum Neutralisieren sowie als Monomer (C) erfüllen. Beispielsweise kann Allylamin eingesetzt werden.Furthermore, it is also possible to use amines which have ethylenically unsaturated groups, in particular monoethylenic amines. Such amines can perform a dual function as an amine for neutralization as well as a monomer (C). For example, allylamine can be used.
Der Fachmann trifft unter den Aminen eine geeignete Auswahl.The person skilled in the art will make a suitable choice among the amines.
Bevorzugt sind Amine mit nur einer Aminogruppe. Weiterhin bevorzugt sind lineare, oder verzweigte Ci-Cs-Mono-, Di- oder Trialkanolamine, besonders bevorzugt sind Mono-, Di- und Triethanolamin und/oder die entsprechenden ethoxylierten Produkte. Ganz besonders bevorzugt ist N,N-Dimethyethanolamin, N,N-Diethylethanolamin und Triethanolamin.
Bevorzugt beträgt die Menge des eingesetzten Amins von 0,01 bis 100 mol%, beispielsweise werden von 1 bis 80 mol%, oder von 1 bis 50 mol%, insbesondere von 2 bis 19,9 mol%. Bevorzugt wird im Bereich von 3 bis 15 und besonders bevorzugt von 5 bis 10 mol% gearbeitet. Die vorstehenden Mengenangaben in mol% beziehen sich auf die Gesamtmenge aller COOH-Gruppen der Monocarbonsäure (A) und der Dicarbon- säuren (B) im Copolymer.Preference is given to amines having only one amino group. Further preferred are linear or branched C 1 -C 8 mono-, di- or trialkanolamines, particular preference is given to mono-, di- and triethanolamine and / or the corresponding ethoxylated products. Very particular preference is given to N, N-dimethylethanolamine, N, N-diethylethanolamine and triethanolamine. The amount of amine used is preferably from 0.01 to 100 mol%, for example from 1 to 80 mol%, or from 1 to 50 mol%, in particular from 2 to 19.9 mol%. Preference is given to working in the range from 3 to 15 and more preferably from 5 to 10 mol%. The above amounts in mol% refer to the total amount of all COOH groups of the monocarboxylic acid (A) and the dicarboxylic acids (B) in the copolymer.
Die Base, zum Beispiel das Amin kann vor oder während der Polymerisation zugege- ben werden. Bevorzugt wird es bereits vor oder spätestens zu Beginn der Polymerisation zugegeben. Dabei kann die Base, wie Amin, entweder auf einmal oder in einem Zeitintervall, das maximal der gesamten Reaktionsdauer entspricht zugesetzt werden. Die Base, wie beispielsweise das Amin, kann hierbei dem Monomerenzulauf, entweder der Monocarbonsäure, der Dicarbonsäure oder beiden beigemischt und mit diesen zu- dosiert werden. Mit anderen Worten können die Carbonsäuren also teilweise in Form der entsprechenden Ammoniumsalze zudosiert werden. Vorzugsweise wird die Base, zum Beispiel das Amin, direkt in Vorlage eindosiert. Zur Durchführung der Polymerisation hat es sich hierbei bewährt, die Dicarbonsäure oder gegebenenfalls deren cycli- sches Anhydrid vorzulegen und danach die Base, wie Amin, zuzudosieren, noch bevor weitere Monomere und/oder Initiator zudosiert werden, ohne dass die Herstellung der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Polymere damit auf diese Vorgehensweise festgelegt sein soll.The base, for example the amine, can be added before or during the polymerization. It is preferably added already before or at the latest at the beginning of the polymerization. In this case, the base, such as amine, either at once or in a time interval which corresponds to a maximum of the entire reaction time can be added. The base, such as, for example, the amine, can here be added to the monomer feed, either the monocarboxylic acid, the dicarboxylic acid or both, and metered in with them. In other words, the carboxylic acids can thus be partially added in the form of the corresponding ammonium salts. Preferably, the base, for example the amine, is metered directly into the original. In order to carry out the polymerization, it has proved useful in this case to initially introduce the dicarboxylic acid or, if appropriate, its cyclic anhydride and then to meter in the base, such as amine, before adding further monomers and / or initiator without the preparation of those used in the process according to the invention Polymers should be set to this approach.
Monoethylenisch ungesättigte Dicarbonsäuren reagieren im Zuge der radikalischen Polymerisation üblicherweise deutlich träger als Monocarbonsäuren. Daher enthalten Copolymere aus monoethylenisch ungesättigten Mono- und Dicarbonsäuren häufig noch mehr oder weniger große Anteile von nicht einpolymerisierten Dicarbonsäuren. Hohe Restgehalte an Dicarbonsäuren sind für viele Anwendungen unerwünscht, da beispielsweise freie restliche Dicarbonsäure wieder ausgelaugt werden kann.Monoethylenically unsaturated dicarboxylic acids usually react significantly slower than monocarboxylic acids in the course of radical polymerization. Therefore, copolymers of monoethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids often contain more or less large amounts of non-polymerized dicarboxylic acids. High residual contents of dicarboxylic acids are undesirable for many applications because, for example, free residual dicarboxylic acid can be leached out again.
Theoretisch besteht die Möglichkeit der Nachreinigung der Polymere. Dies ist aber umständlich und unökonomisch. Es ist dem Fachmann bekannt, die COOH-Gruppen der eingesetzten Monomere im Zuge der Polymerisation ganz oder teilweise mit Basen zu neutralisieren. Hierdurch lässt sich der Anteil nicht einpolymerisierter Dicarbonsäure verringern. Überraschend wurde gefunden, dass durch die Verwendung von Aminen als Base, im Bereich von 2 bis 19,9 mol%, bezogen auf die Gesamtmenge aller COOH-Gruppen in den Mono- und Dicarbonsäureeinheiten, Copolymere erhältlich sind, welche einen niedrigen Neutralisationsgrad aufweisen aber dennoch einen ebenfalls niedrigen Restanteil von unpolymerisierter Dicarbonsäure aufweisen. Es lassen sich Copolymere mit einem sehr hohen Anteil von einpolymerisierten Dicarbonsäuren erhalten.
Die Polymerisation führt auch bei Einsatz relativ geringer Mengen an Aminen als Base dennoch zu Copolymeren, welche nur geringe Mengen an nicht einpolymerisierten Di- carbonsäuren aufweisen.Theoretically, there is the possibility of post-purification of the polymers. This is cumbersome and uneconomical. It is known in the art to neutralize the COOH groups of the monomers used in the course of the polymerization wholly or partly with bases. As a result, the proportion of unpolymerized dicarboxylic acid can be reduced. Surprisingly, it has been found that by using amines as the base, in the range from 2 to 19.9 mol%, based on the total amount of all COOH groups in the mono- and dicarboxylic acid units, copolymers are obtainable which have a low degree of neutralization but nevertheless also have a low residual content of unpolymerized dicarboxylic acid. It can be obtained copolymers with a very high proportion of copolymerized dicarboxylic acids. Even if relatively small amounts of amines are used as the base, the polymerization still leads to copolymers which have only small amounts of non-polymerized dicarboxylic acids.
Der Restanteil nicht einpolymerisierter Dicarbonsäuren im Produkt liegt bei Verwendung von Aminen, im Bereich von 2 bis 19,9 mol%, bezogen auf die Gesamtmenge aller COOH-Gruppen in den Mono- und Dicarbonsäureeinheiten,, niedriger als bei Verwendung anderer Basen, wie NH3 oder NaOH.The residual amount of unpolymerized dicarboxylic acids in the product when using amines is in the range of 2 to 19.9 mol%, based on the total amount of all COOH groups in the mono- and dicarboxylic, is lower than using other bases, such as NH3 or NaOH.
Der Restgehalt beträgt auch bei Copolymeren mit größeren Gehalten an Dicarbonsäuren im Regelfalle nicht mehr als 2,5 Gew. % bezüglich des Copolymers.The residual content is generally no more than 2.5% by weight with respect to the copolymer, even in the case of copolymers with relatively large dicarboxylic acid contents.
Der Restgehalt an Monocarbonsäuren (A) ist ebenfalls sehr niedrig, er beträgt im Re- gelfalle nicht mehr als 0,1 Gew. % bezüglich des Copolymers.The residual content of monocarboxylic acids (A) is also very low, it is usually not more than 0.1% by weight with respect to the copolymer.
Im Regelfalle weisen die Copolymere, durch den Einsatz einer Base, wie eines Amins, während der Polymerisation, einen Neutralisationsgrad der Carboxyl-Gruppen aller Mono- und Dicarbonsäureeinheiten von 0,01 bis 100 mol% bezüglich der Gesamt- menge aller Carboxyl-Gruppen (COOH-Gruppen) in den Mono- und Dicarbonsäureeinheiten auf. Im Regelfalle ergibt sich der Neutralisationsgrad einfach aus der Menge der ursprünglich zugegebenen Base, beispielsweise des Amins. Je nach Art der Base, wie z.B. Amin, insbesondere deren Flüchtigkeit und Basizität, können aber auch geringe Mengen der Base, beispielsweise des Amins, im Zuge der Polymerisation und/oder der Aufarbeitung verloren gehen. Bei Verwendung von basischen Monomeren (C) kann der Neutralisationsgrad unter Umständen auch höher sein, als sich aus der Menge des der Base, beispielsweise des Amins, ergibt. Die Amine liegen im Produkt im Regelfalle als Ammoniumionen vor. Je nach der Basizität des Amins können aber auch gewissen Anteile des Amins unprotoniert im Produkt vorliegen.As a rule, the copolymers, by the use of a base such as an amine, during the polymerization, a degree of neutralization of the carboxyl groups of all mono- and dicarboxylic acid units from 0.01 to 100 mol% with respect to the total amount of all carboxyl groups (COOH Groups) in the mono- and dicarboxylic acid units. As a rule, the degree of neutralization results simply from the amount of base originally added, for example of the amine. Depending on the type of base, e.g. Amine, in particular their volatility and basicity, but also small amounts of the base, for example of the amine, in the course of polymerization and / or work-up can be lost. When using basic monomers (C), the degree of neutralization may also be higher than that resulting from the amount of the base, for example the amine. The amines are usually present in the product as ammonium ions. Depending on the basicity of the amine, however, certain proportions of the amine may be present unprotonated in the product.
Die radikalische Polymerisation wird bevorzugt durch die Verwendung geeigneter thermisch aktivierbarer Polymerisationsinitiatoren gestartet. Sie kann alternativ aber beispielsweise auch durch geeignete Strahlung ausgelöst werden. Die radikalischen Initiatoren sollten im Lösemittel der Reaktion löslich, bevorzugt wasserlöslich sein.The free-radical polymerization is preferably started by the use of suitable thermally activatable polymerization initiators. Alternatively, however, it can also be triggered by suitable radiation, for example. The free-radical initiators should be soluble in the solvent of the reaction, preferably water-soluble.
Unter den thermisch aktivierbaren Polymerisationsinitiatoren sind Initiatoren mit einer Zerfallstemperatur im Bereich von 30 bis 150°C, insbesondere von 50 bis 130°C, be-
vorzugt. Diese Temperaturangabe bezieht sich wie üblich auf 10h-Halbwertszeit. Beispiele für geeignete thermische Initiatoren sind anorganische Peroxoverbindungen, wie Peroxodisulfate, insbesondere Ammonium- und vorzugsweise Natriumperoxodisulfat, Peroxosulfate, Percarbonate und Wasserstoffperoxid; organische Peroxoverbindun- gen, wie Diacetylperoxid, Di-tert.-butylperoxid, Diamylperoxid, Dioctanoylperoxid, Dide- canoylperoxid, Dilauroylperoxid, Dibenzoylperoxid, Bis(o-toloyl)peroxid, Succinylpero- xid, tert.-Butylperacetat, tert.-Butylpermaleinat, tert.-Butylperisobutyrat, tert.-Butyl- perpivalat, tert.-Butylperoctoat, tert.-Butylperneodecanoat, tert.-Butylperbenzoat, tert- Butylperoxid, tert.-Butylhydroperoxid, Cumolhydroperoxid, tert.-Butylperoxi-2-ethyl- hexanoat und Diisopropylperoxidicarbamat; Azoverbindungen, wie 2,2'-Azobisiso- butyronitril, 2,2'-Azobis(2-methylbutyronitril), Azobis(2-amidopropan)dihydrochlorid, und Azo(bisisobutylamidin)dihydrochlorid. Weitere geeignete Azoverbindungen, die in organischen Lösungsmitteln löslich sind, sind 2,2'-Azobis(4-methoxy-2,4-dimethyl vale- ronitril), Dimethyl 2,2'-azobis(2-methylpropionat), 1 ,1 '-Azobis(cyclohexane-1-carbo- nitril), 1-[(cyano-1-methylethyl)azo]formamid, 2,2'-Azobis(N-cyclohexyl-2-methyl- propionamid), 2,2'-Azobis(2,4-dimethyl valeronitril), 2,2'-Azobis[N-(2-propenyl)-2- methylpropionamid], 2,2'-Azobis(N-butyl-2-methylpropionamid). Bevorzugt werden wasserlösliche Verbindungen eingesetzt, wie z. B. 2,2'-Azobis[2-(5-methyl-2- imidazolin-2-yl)propan]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propandisulfate- dihydrate, 2,2'-Azobis[N-(2-carboxyethyl)-2-methylpropionamidin]tetrahydrat, 2,2'- Azobis{2-[1-(2-hydroxyethyl)-2-imidazolin-2-yl]propan}dihydrochlorid, 2,2'-Azobis{2- methyl-N-[1 ,1-bis(hydroxymethyl)-2-hydroxyethyl] propionamid, 2,2'-Azobis[2-methyl-N- (2-hydroxyethyl)propionamid], 2,2'-Azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propan] dihydrochloride, 2,2'-Azobis(2-methylpropionamide)dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-(3,4,5,6-tetrahydro- pyrimidin- 2-yl)propan] dihydrochloride, 2,2'-Azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propan], 2,2'- Azobis{2-methyl-N-[2-(1-hydroxybuthyl)]propionamid. Insbesondere bevorzugt sind Natriumperoxodisulfat, Wasserstoffperoxid, 2,2'-Azobis(2-methylpropionamide)di- hydrochlorid. Es können auch Mischungen der Initiatoren eingesetzt werden.Among the thermally activatable polymerization initiators are initiators having a decomposition temperature in the range from 30 to 150.degree. C., in particular from 50 to 130.degree. vorzugt. This temperature refers as usual to 10h half-life. Examples of suitable thermal initiators are inorganic peroxo compounds, such as peroxodisulfates, in particular ammonium and preferably sodium peroxodisulfate, peroxosulfates, percarbonates and hydrogen peroxide; organic peroxy compounds, such as diacetyl peroxide, di-tert-butyl peroxide, diamyl peroxide, dioctanoyl peroxide, didecanyl peroxide, dilauroyl peroxide, dibenzoyl peroxide, bis (o-toloyl) peroxide, succinyl peroxide, tert-butyl peracetate, tert-butyl permalate, tert Butyl perisobutyrate, tert-butyl perpivalate, tert-butyl peroctoate, tert-butyl perodecanoate, tert-butyl perbenzoate, tert-butyl peroxide, tert-butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, tert-butyl peroxy-2-ethylhexanoate and diisopropyl peroxydicarbamate; Azo compounds such as 2,2'-azobisisobutyronitrile, 2,2'-azobis (2-methylbutyronitrile), azobis (2-amidopropane) dihydrochloride, and azo (bisisobutylamidine) dihydrochloride. Other suitable azo compounds that are soluble in organic solvents are 2,2'-azobis (4-methoxy-2,4-dimethyl-valeronitrile), dimethyl 2,2'-azobis (2-methylpropionate), 1, 1 ' Azobis (cyclohexane-1-carbonitrile), 1 - [(cyano-1-methylethyl) azo] formamide, 2,2'-azobis (N-cyclohexyl-2-methylpropionamide), 2,2'-azobis (2,4-dimethyl valeronitrile), 2,2'-azobis [N- (2-propenyl) -2-methylpropionamide], 2,2'-azobis (N-butyl-2-methylpropionamide). Preference is given to using water-soluble compounds, such as. 2,2'-azobis [2- (5-methyl-2-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride, 2,2'-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propanedisulfate dihydrate, 2,2'-azobis [N- (2-carboxyethyl) -2-methylpropionamidine] tetrahydrate, 2,2'-azobis {2- [1- (2-hydroxyethyl) -2-imidazolin-2-yl] propane} dihydrochloride , 2,2'-Azobis {2-methyl-N- [1,1-bis (hydroxymethyl) -2-hydroxyethyl] propionamide, 2,2'-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) propionamide] , 2,2'-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride, 2,2'-azobis (2-methylpropionamide) dihydrochloride, 2,2'-azobis [2- (3,4, 5,6-tetrahydropyrimidin-2-yl) propane] dihydrochloride, 2,2'-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane], 2,2'-azobis {2-methyl-N- [2- (1-hydroxybuthyl)] propionamide. Particular preference is given to sodium peroxodisulfate, hydrogen peroxide, 2,2'-azobis (2-methylpropionamide) hydrochloride. It is also possible to use mixtures of the initiators.
Diese Initiatoren können in Kombination mit reduzierenden Verbindungen als Starter/Regler-Systeme zum Einsatz kommen. Als Beispiele für derartige reduzierende Verbindungen seien phosphorhaltige Verbindungen, wie phosphorige Säure, Hypo- phosphite und Phosphinate, und schwefelhaltige Verbindungen, wie Natriumhydrogensulfit, Natriumsulfit und Natriumformaldehydsulfoxilat, genannt.These initiators can be used in combination with reducing compounds as starter / regulator systems. Examples of such reducing compounds include phosphorus-containing compounds, such as phosphorous acid, hypophosphites and phosphinates, and sulfur-containing compounds, such as sodium hydrogen sulfite, sodium sulfite and sodium formaldehyde sulfoxilate.
In Kombination mit den Initiatoren bzw. den Redoxinitiatorsystemen können zusätzlich Übergangsmetallkatalysatoren eingesetzt werden, z.B. Salze von Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Vanadium und Mangan. Geeignete Salze sind z.B. Eisen(ll)sulfat, Kobalt(ll)- chlorid, Nickel(ll)sulfat, Kupfer(l)chlorid. Das reduzierend wirkende Übergangsmetall- salz wird üblicherweise in einer Menge von 0,1 bis 1000 ppm, bezogen auf die Summe der Monomeren, eingesetzt. Besonders vorteilhaft sind beispielsweise Kombinationen
aus Wasserstoffperoxid und Eisen(ll)salzen, wie eine Kombination von 0,5 bis 30 Gew.-% Wasserstoffperoxid und 0,1 bis 500 ppm FeSO4 x 7 H2O, jeweils bezogen auf die Summe der Monomeren. Ebenfalls bevorzugt sind Kombinationen aus Natriumpe- roxodisulfat mit FeSO4 x 7 H2O oder einem Gemisch von Natriumperoxodisulfat und Wasserstoffperoxid mit FeSO4 x 7 H2O. Bevorzugt werden von 1 bis 450 ppm, besonders bevorzugt von 10 - 400 ppm FeSO4 x 7 H2O eingesetzt.In combination with the initiators or the redox initiator systems, it is additionally possible to use transition metal catalysts, for example salts of iron, cobalt, nickel, copper, vanadium and manganese. Suitable salts are, for example, iron (II) sulfate, cobalt (II) chloride, nickel (II) sulfate, copper (I) chloride. The reducing transition metal salt is usually used in an amount of 0.1 to 1000 ppm, based on the sum of the monomers. For example, combinations are particularly advantageous of hydrogen peroxide and iron (II) salts, such as a combination of 0.5 to 30 wt .-% hydrogen peroxide and 0.1 to 500 ppm FeSO 4 x 7H 2 O, in each case based on the sum of the monomers. Also preferred are combinations of sodium peroxodisulfate with FeSO 4 .7H 2 O or a mixture of sodium peroxodisulfate and hydrogen peroxide with FeSO 4 .7H 2 O. It is preferred to use from 1 to 450 ppm, more preferably from 10 to 400 ppm FeSO 4 .times.7 H 2 O.
Beispiele für geeignete Photoinitiatoren umfassen Acetophenon, Benzoinether, Ben- zyldialkylketone und deren Derivate.Examples of suitable photoinitiators include acetophenone, benzoin ethers, benzyl dialkyl ketones and their derivatives.
Vorzugsweise werden thermische Initiatoren eingesetzt, wobei anorganische Peroxo- verbindungen, insbesondere Wasserstoffperoxid und vor allem Natriumperoxodisulfat, sowie Mischungen aus Wasserstoffperoxid und Natriumperoxidisulfat bevorzugt sind. Ganz besonders bevorzugt ist die Mischung aus Wasserstoffperoxid und Natriumpero- xidisulfat.Preference is given to using thermal initiators, inorganic peroxo compounds, in particular hydrogen peroxide and above all sodium peroxodisulfate, and mixtures of hydrogen peroxide and sodium peroxodisulfate being preferred. Very particular preference is given to the mixture of hydrogen peroxide and sodium peroxodisulfate.
Selbstverständlich können auch Gemische verschiedener Initiatoren eingesetzt werden, vorausgesetzt sie beeinflussen sich nicht negativ. Die Menge wird vom Fachmann je nach dem gewünschten Copolymer festgelegt. Im Regelfalle werden von 0,05 Gew. % bis 30 Gew. %, bevorzugt von 0,1 bis 15 Gew. % und besonders bevorzugt von 0,2 bis 8 Gew. % des Initiators bezüglich der Gesamtmenge aller Monomere eingesetzt.Of course, mixtures of different initiators can be used, provided they do not adversely affect. The amount is determined by the skilled person depending on the desired copolymer. As a rule, from 0.05% by weight to 30% by weight, preferably from 0.1 to 15% by weight and particularly preferably from 0.2 to 8% by weight, of the initiator are used with respect to the total amount of all monomers.
Außerdem können in prinzipiell bekannter Art und Weise auch geeignete Regler, bei- spielsweise Mercaptoethanol eingesetzt werden. Bevorzugt werden keine Regler eingesetzt.In addition, suitable regulators, for example mercaptoethanol, can also be used in a manner known in principle. Preferably, no controllers are used.
Durch geeignete Wahl der Temperatur kann auch das Molekulargewicht Mw der Copo- lymere zwischen 3000 g/mol und 60000 g/mol eingestellt werden. Die Polymerisation wird im Allgemeinen bei einer Temperatur von mehr als 60 °C vorgenommen, zum Beispiel wird die Polymerisationstemperatur in einem Bereich von 65 bis 130°C, bevorzugt von 70 bis 120°C, besonders bevorzugt von 80 bis 1 10 °C und insbesondere von 90 bis 1050C gewählt.By suitable choice of the temperature, the molecular weight M w of the copolymers can also be set between 3000 g / mol and 60 000 g / mol. The polymerization is generally carried out at a temperature of more than 60 ° C, for example, the polymerization temperature in a range of 65 to 130 ° C, preferably from 70 to 120 ° C, more preferably from 80 to 1 10 ° C and in particular chosen from 90 to 105 0 C.
Abgesehen davon kann die Temperatur vom Fachmann innerhalb weiter Grenzen je nach der Art der eingesetzten Monomere, des Initiators und dem gewünschten Copolymer variiert werden. Die Temperatur kann während der Polymerisation konstant gehalten werden oder es können auch Temperaturprofile gefahren werden.
Die Polymerisation kann in üblichen Apparaturen zur radikalischen Polymerisation vorgenommen werden. Sofern man oberhalb der Siedetemperatur des Wassers bzw. des Gemisches aus Wasser und weiteren Lösemitteln arbeitet, wird in einem geeigneten Druckgefäß gearbeitet, ansonsten kann drucklos gearbeitet werden.Apart from that, the temperature may be varied within a wide range by those skilled in the art depending on the type of monomers used, the initiator and the desired copolymer. The temperature can be kept constant during the polymerization or temperature profiles can also be run. The polymerization can be carried out in conventional free-radical polymerization apparatus. If one works above the boiling point of the water or the mixture of water and other solvents, working in a suitable pressure vessel, otherwise it can be operated without pressure.
Bei der Polymerisation hat es sich regelmäßig bewährt, die Dicarbonsäure bzw. entsprechende Anhydride in wässriger Lösung vorzulegen. Hiernach wird eine Base, wie Amin, zweckmäßigerweise als wässrige Lösung, zugegeben werden. In wässriger Lö- sung, insbesondere in Gegenwart des Amins, hydrolysieren die Carbonsäureanhydride mehr oder weniger schnell zu den entsprechenden Dicarbonsäuren. Danach können die Monocarbonsäure, gegebenenfalls weitere Monomere (C) sowie der Initiator, zweckmäßigerweise ebenfalls in wässriger Lösung zudosiert werden. Bewährt haben sich Zulaufzeiten von 0,5 h bis 24 h, bevorzugt von 1 h bis 12 h und besonders bevor- zugt von 2 bis 8 h. Auf diese Art und Weise wird die Konzentration der reaktionsfreudigeren Monocarbonsäuren in der wässrigen Lösung relativ gering gehalten. Hierdurch verringert sich die Tendenz zur Reaktion der Monocarbonsäure mit sich selbst und es wird ein gleichmäßigerer Einbau der Dicarbonsäureeinheiten in das Copolymere erreicht. Nach dem Zulauf aller Monomere kann sich auch noch eine Nachreaktionszeit, beispielsweise von 0,5 bis 3 h anschließen. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Polymerisationsreaktion so vollständig wie möglich verläuft. Die Vervollständigung kann auch erreicht werden, indem man noch einmal Polymerisationsinitiator nachdosiert. Zulaufzeiten und Nachreaktionszeit können abhängig von den Randbedingungen der Polymerisation, wie zum Beispiel dem Aufbau des Reaktors, über einen weiten Bereich variieren.In the polymerization, it has proven itself regularly to submit the dicarboxylic acid or corresponding anhydrides in aqueous solution. Thereafter, a base, such as amine, is conveniently added as an aqueous solution. In aqueous solution, especially in the presence of the amine, the carboxylic anhydrides hydrolyze more or less rapidly to the corresponding dicarboxylic acids. Thereafter, the monocarboxylic acid, optionally further monomers (C) and the initiator, expediently also be metered in aqueous solution. Inlet times of from 0.5 h to 24 h, preferably from 1 h to 12 h and more preferably from 2 to 8 h, have proven useful. In this way, the concentration of the more reactive monocarboxylic acids in the aqueous solution is kept relatively low. This reduces the tendency of the monocarboxylic acid to react with itself and results in a more uniform incorporation of the dicarboxylic acid units into the copolymer. After the feed of all monomers may also follow a post-reaction time, for example, from 0.5 to 3 hours. This ensures that the polymerization reaction proceeds as completely as possible. The completion can also be achieved by post-dosing polymerization initiator again. Inlet times and post-reaction time can vary over a wide range depending on the boundary conditions of the polymerization, such as the structure of the reactor.
Der Fachmann kann die Polymerisation aber selbstverständlich auch auf andere Art und Weise vornehmen.Of course, the skilled person can also carry out the polymerization in other ways.
Nicht nur Carbonsäureanhydride, sondern auch andere eingesetzte Monomere, welche hydrolysierbare Gruppen aufweisen, beispielsweise Ester, können je nach den Polymerisationsbedingungen unter Umständen ganz oder teilweise hydrolysieren. Die Copolymere enthalten dann die Monomere mit der aus der Hydrolyse resultierenden Säuregruppe einpolymerisiert oder auch sowohl nicht hydrolysierte Gruppen wie hydrolysier- te Gruppen nebeneinander.
Die synthetisierten Copolymere können aus der wässrigen Lösung mittels üblicher, dem Fachmann bekannter Methoden isoliert werden, beispielsweise durch Eindampfen der Lösung, Sprühtrocknen, Gefriertrocknen oder Fällung.Not only carboxylic acid anhydrides but also other monomers used which have hydrolyzable groups, for example esters, may under some circumstances hydrolyze wholly or partly, depending on the polymerization conditions. The copolymers then contain the monomers copolymerized with the acid group resulting from the hydrolysis or else both unhydrolyzed groups and hydrolyzed groups next to one another. The synthesized copolymers can be isolated from the aqueous solution by conventional methods known to those skilled in the art, for example by evaporation of the solution, spray drying, freeze drying or precipitation.
Besonders bevorzugt werden die Copolymere nach der Polymerisation aber überhaupt nicht aus der wässrigen Lösung isoliert, sondern die erhaltenen Herstellungslösungen werden als solche verwendet.However, particularly preferably, the copolymers are not isolated at all from the aqueous solution after the polymerization, but the resulting preparation solutions are used as such.
Durch die Polymerisation sind teilneutralisierte, carboxylatreiche Copolymere erhältlich. Die Zusammensetzung der Copolymere entspricht im wesentlichen dem Verhältnis der eingesetzten Monomere (A), (B) sowie (C).Partially neutralized, carboxylate-rich copolymers are obtainable by the polymerization. The composition of the copolymers essentially corresponds to the ratio of the monomers (A), (B) and (C) used.
Sofern hydrolysierbare Derivate der Monomere (B) eingesetzt wurden, kann das Copo- lymer je nach der Hydrolysegeschwindigkeit und den Bedingungen auch noch Anteile nicht hydrolysierter Monomere enthalten.If hydrolyzable derivatives of the monomers (B) were used, the copolymer may also contain portions of unhydrolyzed monomers, depending on the rate of hydrolysis and the conditions.
Der pH-Wert der Herstellungslösung beträgt im Regelfalle weniger als 5, bevorzugt weniger als 4 und besonders bevorzugt weniger als 3.The pH of the preparation solution is generally less than 5, preferably less than 4, and more preferably less than 3.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Copolymere sind in Wasser oder mindestens 50 Gew. % Wasser enthaltenden wässrigen Lösemittelgemischen löslich oder zumindest dispergierbar und man erhält Copolymerlösungen. Dem Fachmann ist bekannt, dass die Löslichkeit von carboxylatreichen Copolymeren stark pH-abhängig sein kann. Der Begriff „wasserdispergierbar" bedeutet, dass die Lösung zwar nicht ganz klar ist, aber das Copolymer homogen darin verteilt ist und sich auch nicht absetzt. Bevorzugt handelt es sich um Copolymere, die wasserlöslich sind.The copolymers used in the process according to the invention are soluble or at least dispersible in water or at least 50% by weight of water-containing aqueous solvent mixtures, and copolymer solutions are obtained. It is known to the person skilled in the art that the solubility of carboxylate-rich copolymers can be strongly pH-dependent. The term "water-dispersible" means that although the solution is not very clear, the copolymer is homogeneously dispersed throughout and does not settle out, preferably copolymers that are water-soluble.
Die Copolymere werden erfindungsgemäß zur Kontrolle der Eindickung wässriger Systeme, beispielsweise solcher, die Silikate enthalten, eingesetzt. Hierzu können die Co- polymere als solche in verschiedenen Dosierungsformen zum Beispiel als Pulver, Gel, Granulat oder tablettenförmig verwendet werden. Diese Dosierungsformen können weitere Hilfs- und Zusatzstoffe enthalten, mit anderen Worten eine feste Formulierung darstellen. Die Copolymere können auch, wie oben beschrieben, in Form ihrer Herstellungslösung eingesetzt werden. Insbesondere können die Copolymere als Komponen- ten von flüssigen Formulierungen eingesetzt werden, beispielsweise als Komponenten von Formulierungen zur chemischen Wasserbehandlung. Zur Herstellung flüssiger Formulierungen werden üblicherweise die in fester Dosierungsform vorliegenden Co-
polymere in einem Lösungs- oder Verdünnungsmittel aufgenommen. Bevorzugt handelt es sich um ein wässriges Lösungsmittel. Liegen die Copolymere in Form ihrer Herstellungslösung vor, so kann durch Zugabe weiterer Lösungs- oder Verdünnungsmittel die gewünschte Formulierung erhalten werden. Der pH der Formulierungen kann durch Säure beziehungsweise Basenzugabe oder mittels Puffer geregelt werden. Geeignete Basen zur Einstellung des pH sind die bereits beschriebenen Basen in deren Gegenwart die Polymerisation des Copolymeren durchgeführt wird. Bevorzugt werden als Basen zur Einstellung des pH, NaOH, KOH oder Ammoniak eingesetzt. Weiterhin können in den Formulierungen auch Korrosionsinhibitoren, Biozide, Tenside, Phosphonate, sowie Builder und Co(builder) sowie eventuell noch andere Hilfsstoffe enthalten sein.The copolymers are used according to the invention for controlling the thickening of aqueous systems, for example those containing silicates. For this purpose, the copolymers can be used as such in various dosage forms, for example as powder, gel, granules or tablets. These dosage forms may contain other auxiliaries and additives, in other words constitute a solid formulation. The copolymers can also be used as described above in the form of their preparation solution. In particular, the copolymers can be used as components of liquid formulations, for example as components of formulations for chemical water treatment. For the preparation of liquid formulations, the co-formulants present in solid dosage form are usually used. received polymers in a solvent or diluent. It is preferably an aqueous solvent. If the copolymers are present in the form of their preparation solution, the desired formulation can be obtained by adding further solvents or diluents. The pH of the formulations can be controlled by acid or base addition or by buffer. Suitable bases for adjusting the pH are the bases already described in the presence of which the polymerization of the copolymer is carried out. Preference is given to using as bases for adjusting the pH, NaOH, KOH or ammonia. Furthermore, corrosion inhibitors, biocides, surfactants, phosphonates, as well as builders and co (builders) and possibly also other auxiliaries may also be present in the formulations.
Das Verfahren zur Kontrolle der Eindickung kann prinzipiell auf beliebige wässrige Systeme, bevorzugt solche die Silikate enthalten, in beliebigen Anlagen, angewendet werden. Die Eindickung im wässrigen System ist durch die sogenannte Eindickungszahl charakterisiert. Die Eindickungszahl (EDZ) kann beispielsweise durch das Verhältnis der Volumina des wässrigen Systems zu zwei Zeitpunkten t1 und t2 (t2 > t1 ), bei gleichbleibender Menge der gelösten Stoffe M(t1 )=M(t2), gegeben sein. EDZ= V(t1 )A/(t2). Ist also zum Beispiel das Volumen des wässrigen Systems zu einem bestimmten Zeitpunkt t durch beispielsweise Verdunstungsvorgänge auf die Hälfte seines Anfangswertes V(O) gesunken und die Menge der gelösten Stoffe konstant geblieben, so erhält man eine EDZ=V(0)A/(t) von 2. Im Falle gleichbleibender Volumina, V(t1 )=V(t2), ist die EDZ gegeben durch das Verhältnis der Mengen der gelösten Stoffe EDZ=M(t2)/M(t1). Im allgemeinen Fall entspricht die EDZ dem Verhältnis der Konzentrationen der gelösten Stoffe zu den Zeitpunkten t1 und t2, EDZ=c(t2)/c(t1).The method for controlling the thickening can in principle be applied to any aqueous systems, preferably those containing silicates, in any plant. The thickening in the aqueous system is characterized by the so-called thickening number. The thickening factor (EDZ) can be given, for example, by the ratio of the volumes of the aqueous system at two times t1 and t2 (t2> t1), given a constant amount of the solutes M (t1) = M (t2). EDZ = V (t1) A / (t2). If, for example, the volume of the aqueous system at a certain point in time t has dropped to half its initial value V (O) by evaporation, for example, and the amount of dissolved substances remains constant, we obtain an EDZ = V (0) A / (t ) In case of constant volumes, V (t1) = V (t2), the EDC is given by the ratio of the quantities of solutes EDZ = M (t2) / M (t1). In the general case, the EDC corresponds to the ratio of the solute concentrations at times t1 and t2, EDZ = c (t2) / c (t1).
Eine einfache Messung der EDZ ist durch die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit im wässrigen System möglich. Die elektrische Leitfähigkeit des wässrigen Systems hängt direkt von der Art und der Menge der im Wasser gelösten Inhaltsstoffe ab. Die EDZ ergibt sich grob durch das Verhältnis der Leitfähigkeit im wässrigen System zu der im Zusatzwasser. Über die Messung der Leitfähigkeit ist eine sichere Steuerung der Eindickung durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich. Die Messung der EDZ kann natürlich auch durch andere Verfahren erfolgen, beispielsweise können dem wässrigen System Proben entnommen und die Bestimmung der Konzentration der gelösten Stoffe, insbesondere der Silikatkonzentration, kann mit, dem Fachmann bekann- ten, physikalischen oder chemischen Messmethoden durchgeführt werden.A simple measurement of the EDC is possible by determining the electrical conductivity in the aqueous system. The electrical conductivity of the aqueous system depends directly on the type and amount of dissolved in the water ingredients. The EDC results roughly by the ratio of the conductivity in the aqueous system to that in the make-up water. By measuring the conductivity, a reliable control of the thickening by the method according to the invention is possible. Of course, the measurement of the EDC can also be carried out by other methods, for example, samples can be taken from the aqueous system and the determination of the concentration of the dissolved substances, in particular the silicate concentration, can be carried out with physical or chemical measuring methods known to the person skilled in the art.
Die Kontrolle der EDZ in einem bestimmten vorgegebenen Bereich erfolgt erfindungsgemäß durch entsprechende Zugabe der Copolymere oder einer festen oder flüssigen Formulierung, die die Copolymere enthält, zu dem wässrigen System. Die Dosierung kann entweder zu bestimmten Zeitpunkten oder kontinuierlich erfolgen. Die erste Zu-
gäbe kann beispielsweise zu einem Zeitpunkt vor der eigentlichen Inbetriebnahme der Anlage erfolgen in der sich das wässrige System befindet. Die Konzentration der Copo- lymere im wässrigen System bei der Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt nach Zugabe der geeigneten Dosierungsform oder Formulierung zum wässrigen System in der Regel im Bereich von 0,5 bis 800 ppm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 500 ppm. Der pH der Formulierung vor dem Zusatz zum wässrigen System liegt bevorzugt im basischen Bereich, kann aber auch im sauren Bereich liegen, während des pH Wert des eingedickten wässrigen Systems im sauren, neutralen, oder auch basischen Bereich liegt. Insbesondere liegt der pH Wert des eingedickten wässrigen Sys- tems im Bereich von 7 bis 10.The control of EDC in a certain predetermined range is carried out according to the invention by appropriate addition of the copolymers or a solid or liquid formulation containing the copolymers to the aqueous system. The dosage can be either at certain times or continuously. The first There may be, for example, at a time prior to the actual startup of the plant in which the aqueous system is located. The concentration of the copolymers in the aqueous system in the practice of the method according to the invention after addition of the appropriate dosage form or formulation to the aqueous system is generally in the range of 0.5 to 800 ppm, preferably in the range of 2 to 500 ppm. The pH of the formulation prior to addition to the aqueous system is preferably in the basic range, but may also be in the acidic range, while the pH of the thickened aqueous system in the acidic, neutral, or even basic range. In particular, the pH of the thickened aqueous system is in the range of 7 to 10.
Die chemische Wasserbehandlung beeinflusst die eindickungsbegrenzenden Faktoren dahingehend, dass eine höhere Eindickung als im unbehandelten Wasser möglich wird. Den größten Effekt erreicht man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, abhän- gig von der konkreten Anwendung, häufig mit einer EDZ von 1 ,1 bis 8, bevorzugt mit einer EDZ im Bereich von 1 ,5 bis 8, besonders bevorzugt mit einer EDZ von 2 bis 5, insbesondere mit einer EDZ im Bereich von 3 bis 5. Bei einer hohen EDZ steigt die Effizienz des Verfahrens nicht mehr so stark mit der Zunahme der EDZ an. Da eine EDZ größer 10 kaum noch eine weitere Wasserersparnis mit sich bringt und häufig einge- brachte Schmutzpartikel ausgeschleust werden müssen, wird man diesen Wert im Allgemeinen kaum überschreiten.The chemical treatment of water influences the thickening limiting factors to allow a higher thickening than in untreated water. The greatest effect is achieved with the method according to the invention, depending on the specific application, often with an EDZ of 1.1 to 8, preferably with an EDC in the range of 1.5 to 8, particularly preferably with an EDZ of 2 to 5, especially with an EDC in the range of 3 to 5. At a high EDZ, the efficiency of the process no longer increases so much with the increase in EDZ. Since an EDZ larger than 10 barely brings any further water savings and frequently introduced dirt particles must be discharged, this value will generally hardly exceed this value.
Besonders Silikate enthaltende wässrige Systeme mit unkontrolliert hoher EDZ sind oft Auslöser für Probleme, deren Ursache zunächst scheinbar nicht unmittelbar mit den Ablagerungen zu tun hat. Beispielsweise führen mit Silikatschichten belegte Wärmetauscher die Energie nur unzureichend ab. Dies führt zur Überhitzung von Maschinen und Aggregaten. Der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens führt zu einer Reduktion der Silikatbeschichtung beispielsweise in Wärmetauschern und verhindert damit die Überhitzung. Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erreichte Redukti- on kann in weiten Grenzen variieren. Dies hängt zum Beispiel von der Durchflussgeschwindigkeit, der Temperatur oder der Verweilzeit ab. Die Reduktion durch das erfindungsgemäße Verfahren kann gegenüber dem Prozeß ohne Kontrolle der EDZ von 20 bis 90% betragen. Damit verlängern sich die Standzeiten des wässrigen Systems in Anlagen, in denen Silikate der eindickungsbegrenzende Faktor sind um ein Vielfaches. Insbesondere werden Standzeitverlängerungen um den Faktor 2 bis 5 erreicht.Especially silicates containing aqueous systems with uncontrolled high EDC are often triggers for problems, the cause of which does not seem to have directly to do with the deposits. For example, heat exchangers coated with silicate layers only insufficiently dissipate the energy. This leads to overheating of machines and units. The use of the method according to the invention leads to a reduction of the silicate coating, for example in heat exchangers, thus preventing overheating. The reduction achieved by the process according to the invention can vary within wide limits. This depends, for example, on the flow rate, the temperature or the residence time. The reduction by the process according to the invention can be from 20 to 90% compared to the process without control of the EDC. This extends the service life of the aqueous system in systems in which silicates are the thickening limiting factor many times over. In particular, service life extensions are achieved by a factor of 2 to 5.
Die Reduktion der Silikatbeschichtung durch Kontrolle der EDZ führt durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens weiterhin zu einer verbesserten Wirkung der in der Formulierung zur chemischen Wasserbehandlung enthaltenen Korrosionsinhibi- toren. Korrosionsinhibitoren erreichen häufig die Oberflächen der Anlagenteile nicht
mehr, wenn sie von einer Silikatschicht abgedeckt ist. Es kommt zu massiven Korrosionsvorgängen unter der Schicht, die erst sichtbar werden, wenn ein Korrosionsschaden vorhanden ist. Ebenso wie Korrosionsinhibitoren können auch Biozide die Keimnester, die unter Ablagerungen liegen, kaum erreichen. Eine Behandlung mit Produk- ten zur biologischen Kontrolle ist dann erfolglos, weil der Kreislauf immer wieder nach Abschluss der Behandlung „infiziert" wird. Durch die Kontrolle der EDZ ist daher ein effizienter und effektiverer Einsatz von Bioziden möglich. Die Menge an eingesetzten Bioziden kann deutlich verringert werden. Insbesondere ist häufig eine Reduktion der Biozidmenge um bis zu 30% möglich. Bei allen Anwendungen kann die Kontrolle des biologischen Wachstums in den Anlagen ein wichtiger Faktor sein, insbesondere wenn eine Kontamination des Menschen durch den Kontakt mit dem wässrigen System oder bei der Reinigung der Anlagen zu befürchten ist.The reduction of the silicate coating by controlling the EDZ also leads to an improved effect of the corrosion inhibitors contained in the formulation for chemical water treatment by using the method according to the invention. Corrosion inhibitors often do not reach the surfaces of the system components more if it is covered by a silicate layer. It comes to massive corrosion processes under the layer, which are visible only when corrosion damage is present. Just like corrosion inhibitors, biocides can hardly reach the seed nests that are under deposits. Treatment with biological control products will be unsuccessful because the circulation will be "infected" again and again after treatment has been completed, and the control of the EDC will allow more efficient and effective use of biocides In particular, it is often possible to reduce the biocide level by up to 30% In all applications, the control of biological growth in the plants may be an important factor, especially if contamination of the human by contact with the aqueous system or in the aquatic environment Cleaning the equipment is to be feared.
Anlagen, die von einer kontrollierten Erhöhung der EDZ, gemäß dem erfindungsgemä- ßen Verfahren, in wässrigen Systemen, die Silikate enthalten, profitieren, sind beispielsweise Anlagen, deren Funktion im wesentlichen auf thermischen Effekten im wässrigen System beruht oder von thermischen Effekten im wässrigen System abhängt. Beispiele sind Kühlsysteme, wie offene oder geschlossenen Kühlwasserkreisläufe; Heizsysteme, wie Durchlauferhitzer, Boiler, Heizkessel; Wärmetauscher; Was- serentsalzungsanlagen oder Luftbefeuchter. In diesen Systemen ist häufig durch Verdampfung von Wasser eine ständige Neigung zur Erhöhung der EDZ gegeben. Beispielsweise lässt sich durch Kontrolle einer erhöhten EDZ, entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren, der Bereich erweitern, in dem ein stabiler und effizienter Betrieb eines Wärmetauschers gewährleistet ist. Auch bei einer erhöhten EDZ verhin- dert das erfindungsgemäße Verfahren die Ablagerung von Silikatbeschichtungen auf dem Wärmetauscher, die sonst zu einer reduzierten Wärmeübertragung führen würden. Weiterhin lassen sich Anlagen, die im weitesten Sinne auf Filtrationssystemen beruhen, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren effizienter betreiben. Beispiele sind Wasserentsalzungsanlagen, Reverse Osmose (RO) Systeme, Hyper- und Nano- Filtrationsanlagen und Dialyseapparate in der Medizintechnik. Filtrationsvorgänge lassen sich durch das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einer höheren EDZ noch effizient durchführen, da eine Stabilisierung des wässrigen Systems gegen die Bildung von festen Beschichtungen, die die Filter verstopfen oder zerstören würden, erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist ebenfalls für den Einsatz in Haushaltsgeräte inte- ressant, beispielsweise in Waschmaschinen oder Geschirrspülmaschinen, da in den entsprechenden Reinigungsmitteln häufig Silikate, auch als Zeolithe, enthalten sind. Hier lassen sich Wassereinsparungen, bei gleichzeitiger Vermeidung von Silikatbeschichtungen auf Wäsche oder Geschirr, realisieren.Systems which benefit from a controlled increase in the EDZ, according to the process of the invention, in aqueous systems containing silicates are, for example, systems whose function is essentially based on thermal effects in the aqueous system or depends on thermal effects in the aqueous system , Examples are cooling systems, such as open or closed cooling water circuits; Heating systems, such as water heaters, boilers, boilers; Heat exchanger; Water desalination plants or humidifiers. In these systems, evaporation of water often causes a constant tendency to increase EDC. For example, by controlling an elevated EDC, according to the method of the invention, the range in which a stable and efficient operation of a heat exchanger is ensured can be extended. Even with an increased EDZ, the method according to the invention prevents the deposition of silicate coatings on the heat exchanger, which would otherwise lead to a reduced heat transfer. Furthermore, systems that are based in the broadest sense on filtration systems, operate more efficiently with the inventive method. Examples are water desalination plants, reverse osmosis (RO) systems, hyper- and nano-filtration plants and dialysis machines in medical technology. Filtration processes can be carried out more efficiently by the inventive method even at a higher EDZ, since a stabilization of the aqueous system takes place against the formation of solid coatings that would clog or destroy the filter. The process according to the invention is likewise of interest for use in household appliances, for example in washing machines or dishwashers, since silicates, also as zeolites, are frequently present in the corresponding cleaning agents. Here you can realize water savings while avoiding silicate coatings on laundry or dishes.
Weiter spielt die Kontrolle der EDZ, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, eine Rolle bei geothermalen Prozessen zur Erzeugung von Elektrizität oder Wärme, bei
Prozessen der Ölförderung, der Zuckerherstellung, oder der Papierherstellung. Allen diesen Verfahren ist es gemeinsam, dass enorme Mengen von Wasser mit vielen Zusatzstoffen eingesetzt werden. Das verwendete Wasser wird in einigen Schritten dieser Verfahren häufig stark erhitzt. Diese Erhitzung führt zur Verdampfung des Wassers und zu einer Erhöhung der EDZ. Erfolgt die Erhöhung der EDZ unkontrolliert, so kommt es zur verstärkten Ablagerungen insbesondere von Silikaten in den Anlagen, die sich nur durch Stilllegung und Reinigung entfernen lassen. Diese unkontrollierte Erhöhung der EDZ wird durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden.Further, the control of EDC, according to the method of the present invention, plays a role in geothermal processes for generating electricity or heat Processes of oil extraction, sugar production, or papermaking. All these methods have in common that enormous amounts of water are used with many additives. The water used is often heated strongly in some steps of these processes. This heating leads to the evaporation of water and an increase in EDC. If the increase in the EDC uncontrolled, it comes to increased deposits, especially of silicates in the plants, which can be removed only by decommissioning and cleaning. This uncontrolled increase in EDC is avoided by the method according to the invention.
Beispielsweise werden bei Prozessen der Ölförderung große Mengen von Wasser unter Druck durch silikathaltiges Gestein gepumpt, dadurch nimmt das Wasser große Mengen an Silikaten auf, die unkontrolliert in späteren Prozessschritten in Rohrleitungen Beschichtungen bilden können, die zu Verstopfung und Druckabfall führen. Durch die kontrollierte Erhöhung der EDZ, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, wird ins- besondere die Bildung von Silikatbeschichtungen zurückgedrängt und damit Verstopfung und Druckabfall in den Rohrleitungen vermieden.For example, in oil extraction processes, large amounts of water are pumped through silicate-containing rock under pressure, thereby taking up large quantities of silicates that can form uncontrolled coatings in subsequent process steps in pipelines leading to clogging and pressure drop. The controlled increase of the EDZ, with the method according to the invention, in particular suppresses the formation of silicate coatings and thus prevents clogging and pressure drop in the pipelines.
In der Papierherstellung kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise beim Bleichen von Holzstoffen (PuIp) eingesetzt werden. Als chlorfreie Bleichmittel kommen häufig Peroxide, wie Wasserstoffperoxid (H2O2) oder Natriumperoxid (Na2Ü2) zum Einsatz. Peroxidbleichen werden unter anderem benutzt für das Bleichen von Zellstoff o- der Holzstoff. Ebenfalls finden Peroxidbleichen Anwendung bei der Entfernung, der im Altpapier enthaltenen Druckfarben (Deinking). Peroxide können sich, insbesondere unter der katalytischen Wirkung von Schwermetallen, unerwünscht leicht zersetzen. Unter anderem sind Schwermetalle, wie Mangan, vor allem im Holzstoff vorhanden. Eine andere Quelle für Schwermetalle stellen die Verarbeitungsanlagen dar. Daher wird neben oder alternativ zu Komplexierungsmitteln, wie DTPA (Diethylentriaminpentaessigsäure) oder EDTA (Ethylendiamintetraessigsäure), Wasserglas zur Stabilisierung der Peroxide eingesetzt. Wasserglas ist ein lösliches Natriumsilikat. Weiterhin wirken sich auch die Verbindungen mehrwertiger Kationen, wie Magnesiumverbindungen, vorteilhaft auf die Stabilität der Peroxidbleiche aus. Trotz dieser Stabilitätsgefährdenden Kombination aus Silikaten und mehrwertigen Kationen, wie beispielsweise Magnesium, die zur Bildung von Silikatbeschichtungen, wie beispielsweise Magnesiumsilikat neigen, gestattet das erfindungsgemäße Verfahren die Kontrolle der EDZ bei der Papierherstellung in einem vorgegebenen Bereich. Damit wird der stabile Betrieb der Anlagen auch bei höheren Silikatkonzentrationen und Konzentrationen an mehrwertigen Kationen, wie Magnesium, gewährleistet.In papermaking, the inventive method can be used for example in the bleaching of wood pulp (PuIp). As chlorine-free bleaching agents peroxide, such as hydrogen peroxide (H2O2) or sodium peroxide (Na2Ü2) are often used. Peroxide bleaching is used, among other things, for bleaching pulp or wood pulp. Peroxide bleaching is also used for the removal of the printing inks contained in waste paper (deinking). Peroxides, especially under the catalytic action of heavy metals, can undesirably decompose. Among others, heavy metals such as manganese, especially in wood pulp present. Another source of heavy metals are the processing plants. Therefore, in addition to or as an alternative to complexing agents, such as DTPA (diethylenetriaminepentaacetic acid) or EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid), water glass is used to stabilize the peroxides. Water glass is a soluble sodium silicate. Furthermore, the compounds of polyvalent cations, such as magnesium compounds, also have an advantageous effect on the stability of the peroxide bleach. Despite this stability-endangering combination of silicates and polyvalent cations, such as magnesium, which tend to form silicate coatings such as magnesium silicate, the method of the present invention allows the control of EDC in papermaking within a given range. This ensures the stable operation of the plants even at higher silicate concentrations and concentrations of polyvalent cations, such as magnesium.
Aus ökonomischen und ökologischen Gründen wird gerade bei größeren technischen Anlagen sehr oft auf Grundwasser oder Oberflächenwasser als kostengünstige Alter-
native zum Trinkwasser zurückgegriffen. Je nach Herkunft des Wassers sind mehr o- der weniger große Mengen von gelösten Inhaltsstoffen enthalten, die sich während des Eindickungsvorganges im Wasser anreichern. Die im nicht aufkonzentrierten Wasser in natürlicher Konzentration vorliegenden, unproblematischen Inhaltsstoffe, können zu sehr ernsthaften technischen Problemen führen, wenn sie hochkonzentriert vorliegen und damit die EDZ zu groß wird. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Kontrolle der EDZ auch bei der Verwendung von silikatreichem Grund- oder Oberflächenwasser mit einem Silikatgehalt von 1 CH bis 10"2 mol/l Si, beispielsweise mit einem Gehalt von 10-3 bis 10-2 mol/l Si.For economic and ecological reasons, it is very often the case for larger technical installations that groundwater or surface water are used as cost-effective means of aging. native to drinking water. Depending on the source of the water more or less large amounts of dissolved ingredients are included, which accumulate during the thickening process in the water. The non-problematic ingredients present in non-concentrated water in their natural concentration can lead to very serious technical problems if they are highly concentrated and the EDC becomes too large. The inventive method allows the control of EDC even with the use of silicate-rich groundwater or surface water with a silicate content of 1 CH to 10 " 2 mol / l Si, for example, with a content of 10 3 to 10 2 mol / l Si.
Besonders vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren beim Betrieb von Kühltürmen eingesetzt, die Wärme durch Verdampfung von Wasser abführen. Die Arbeitsweise eines Kühlturmes ist dadurch gekennzeichnet, dass das abzukühlende Wasser durch ein Verteilsystem mit Düsen von oben über Kühlturmeinbauten verrieselt wird, die eine große Wasseroberfläche erzeugen. Beim Herabrieseln wird das Wasser mit Kühlluft durchströmt und Verdampfungswärme wird über den Verdunstungsprozess an die Luft abgegeben. Das Wasser wird entsprechend der Energieabfuhr abgekühlt. Die überwiegende Kühlleistung wird in der Regel zu mehr als 85% nur aus der notwendigen Energie für den Verdampfungsvorgang gewonnen. Im praktischen Betrieb von bei- spielsweise Kühltürmen wird in den meisten Fällen natürliches, nicht besonders aufbereitetes Wasser benutzt. Durch die Verdampfung kommt es zu einer Eindickung des verbleibenden Wassers. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens werden insbesondere unerwünschte Silikatbeschichtungen in den verschiedenen Teilen der Anlage, wie beispielsweise den oben genannten Düsen, die sonst mit fortschrei- tender Verdampfung auftreten würden, zurückgedrängt. Beispielsweise werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Silikatbeschichtungen in den Rohrleitungen oder den Verdampfern vermieden, die sonst zu Verstopfungen oder verminderter Wärmeübertragung führen würden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich eine höhere EDZ erreichen, bei der noch eine Stabilität des eingedickten Systems ge- gen die Bildung der unerwünschten Silikatbeschichtungen besteht. Der Bedarf an erforderlichem Zusatzwasser wird entsprechen der höheren erlaubten EDZ erniedrigt.Particularly advantageous method of the invention in the operation of cooling towers is used, which dissipate heat by evaporation of water. The operation of a cooling tower is characterized in that the water to be cooled is trickled through a distribution system with nozzles from above via cooling tower internals, which produce a large water surface. When descending, the water is flowed through by cooling air and evaporation heat is released into the air via the evaporation process. The water is cooled according to the energy dissipation. The predominant cooling capacity is usually obtained to more than 85% only from the necessary energy for the evaporation process. In practical operation of, for example, cooling towers, natural, not specially treated water is used in most cases. Evaporation causes thickening of the remaining water. By using the method according to the invention, in particular unwanted silicate coatings in the various parts of the plant, such as the above-mentioned nozzles, which would otherwise occur with progressive evaporation, are pushed back. For example, with the method according to the invention, the silicate coatings in the pipes or the evaporators are avoided, which would otherwise lead to blockages or reduced heat transfer. With the method according to the invention, a higher EDZ can be achieved, in which there is still a stability of the thickened system against the formation of the undesired silicate coatings. The demand for required make-up water is lowered in accordance with the higher allowable EDC.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Kontrolle der Eindickung in Verdunstungskühlern. Als Verdunstungskühler bezeichnet man gewöhn- lieh vor allem offene Kühltürme, aber auch ähnliche Systeme, beispielsweise, berieselte oder vorbefeuchtete Luftkühler, sowie Hybridkühltürme als Kombination von Verdunstungskühltürmen mit Luftkühlern.Another embodiment of the method according to the invention is the control of the thickening in evaporative coolers. Evaporative coolers are usually referred to as open cooling towers, but also similar systems, for example, sprinkled or pre-moistened air coolers, and hybrid cooling towers as a combination of evaporative cooling towers with air coolers.
Ein offener Kühlkreislauf kann nur bis zu einer technisch sinnvollen oberen Grenze eingedickt werden. Oberhalb dieser Grenze kommt es zu Störungen oder Schädigun-
gen der Kühlanlage. Ein möglichst automatisch angesteuertes Absalzventil sorgt für einen kurzzeitigen Wasseraustausch, wenn der obere Grenzwert der maximal möglichen Eindickung überschritten ist, dabei wird aus dem wässrigen System über das Absalzventil Absalzwasser abgelassen und dem wässrigen System Zusatzwasser zugeführt. Durch Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahren wird durch Kontrolle der EDZ im Bereich von 1 ,1 bis 8, bevorzugt im Bereich von 2 bis 5, ein möglichst geringes Volumen an Absalzwasser erreicht.An open cooling circuit can only be thickened to a technically sensible upper limit. Above this limit, interference or damage occurs. conditions of the cooling system. An optionally automatically controlled bleed valve ensures a short-term water exchange when the upper limit of the maximum possible thickening is exceeded, it is drained from the aqueous system via the bleed valve desalination and fed to the aqueous system make-up water. By using the method according to the invention, by controlling the EDC in the range of 1.1 to 8, preferably in the range of 2 to 5, the lowest possible volume of desalting water is achieved.
Andere vorteilhafte Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die optimale Wasserverrieselung im Kühlturm durch Bekämpfung biologischen Wachstums und in Verbindung mit dem Einsatz von Bioziden der Schutz von Personen vor pathogenen Keimen im Sprühwasser durch biologische Kontrolle.Other advantageous effects of the method according to the invention are the optimal Wasserverrieselung in the cooling tower by controlling biological growth and in conjunction with the use of biocides the protection of persons from pathogenic germs in the spray water by biological control.
Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren auch beim Betrieb von Reverse Osmose (RO) Systemen eingesetzt werden. Werden in einem System Lösungen unterschiedlicher Konzentrationen, z.B. wässrige Systeme mit unterschiedlichen Salzgehalten, durch eine semipermeable Membran getrennt, so hat die höher konzentrierte Lösung das Bestreben, sich zu verdünnen. Durch die Membran treten Wassermoleküle in die konzentrierte Lösung ein, deren Volumen sich dadurch vergrößert. Dieser Vor- gang, Osmose genannt, dauert so lange, bis das osmotische Gleichgewicht erreicht ist. Das osmotische Gleichgewicht ist ein dynamisches Gleichgewicht zwischen dem Verdünnungsbestreben einerseits und dem hydrostatischen Druck infolge der Volumenvergrößerung andererseits. Dieser hydrostatische Überdruck entspricht dabei der Differenz der osmotischen Drücke der unterschiedlich konzentrierten Lösungen und ist im wesentlichen abhängig von der Konzentration der in der Flüssigkeit gelösten Stoffe. Beim Verfahren der Umkehrosmose (Reverse Osmose) wird die Richtung dieses natürlichen osmotischen Flusses umgekehrt. Es wird ein Druck auf das Rohwasser ausgeübt, welches sich auf der einen Seite einer semipermeablen, nur für Wasser durchlässige Membran befindet. Da dieser Druck deutlich höher als die osmotische Druckdiffe- renz ist, durchdringen die Wassermoleküle die semipermeable Membran von der Seite der höheren Salzkonzentration zur Seite der niedrigen Konzentration. RO ist neben Destillation und lonenaustausch eine Möglichkeit vollentsalztes (VE) Wasser zu erhalten. Je nach Verfahren fällt bei einer RO-Anlage neben dem VE-Wasser auch das aufkonzentrierte Rohwasser mit einer EDZ an, die in einem weiten Bereich variieren kann. Beispielsweise liegt die EDZ im Bereich von 1 ,1 bis 8, insbesondere im Bereich von 1 ,1 bis 5.In particular, the inventive method can also be used in the operation of reverse osmosis (RO) systems. If solutions of different concentrations, e.g. aqueous systems with different salt contents separated by a semipermeable membrane, the more concentrated solution tends to dilute. Through the membrane, water molecules enter the concentrated solution, which increases its volume. This process, called osmosis, lasts until the osmotic balance is reached. The osmotic balance is a dynamic balance between the dilution effort on the one hand and the hydrostatic pressure due to the increase in volume on the other hand. This hydrostatic overpressure corresponds to the difference between the osmotic pressures of the differently concentrated solutions and is essentially dependent on the concentration of the substances dissolved in the liquid. In reverse osmosis, the direction of this natural osmotic flow is reversed. A pressure is exerted on the raw water which is located on one side of a semipermeable, water-permeable membrane. Since this pressure is significantly higher than the osmotic pressure difference, the water molecules penetrate the semipermeable membrane from the side of the higher salt concentration to the side of the lower concentration. RO is in addition to distillation and ion exchange a way to obtain deionized (VE) water. Depending on the process, in a RO plant, in addition to demineralised water, the concentrated raw water also accumulates with an EDC, which can vary over a wide range. For example, the EDZ is in the range of 1, 1 to 8, in particular in the range of 1, 1 to 5.
Der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens in RO-Anlagen verhindert die unkontrollierte Eindickung des Rohwassers und reduziert damit die Ablagerungen auf der Membran, die diese blockieren und die den kontinuierlichen Betrieb der Anlage gefähr-
den würden. Zum Schutz der Membran vor Verblockung kann gegebenenfalls eine Vorbehandlung des Rohwassers erfolgen. Die Vorbehandlung hängt von der Qualität des Rohwassers ab. Diese Vorbehandlung kann durch technische Maßnahmen, z. B. Filtration, oder Enthärtung erfolgen. Neben der Wasserhärte (Carbonathärte) spielen bei der Verblockung der Membran Silikate eine wichtige Rolle. Die Auswahl einer geeigneten Formulierung hat sehr sorgfältig zu erfolgen. Die Verträglichkeit mit den vorhandenen Membranen ist zu gewährleisten. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich der Aufwand zur Vorbehandlung des Rohwassers reduzieren. Durch eine Einsparung anderer Verbindungen zur chemischen Vorbehandlung des Rohwassers wird die Auswahl einer geeigneten Formulierung für die jeweilige Membran erleichtert.The use of the process according to the invention in RO plants prevents the uncontrolled thickening of the raw water and thus reduces the deposits on the membrane that block them and endanger the continuous operation of the plant. that would. To protect the membrane from blocking may optionally be carried out a pretreatment of the raw water. The pretreatment depends on the quality of the raw water. This pretreatment can be achieved by technical measures, eg. B. filtration, or softening done. In addition to the water hardness (carbonate hardness), silicates play an important role in the blocking of the membrane. The selection of a suitable formulation has to be done very carefully. The compatibility with the existing membranes must be ensured. By the method according to the invention, the cost of pretreatment of the raw water can be reduced. By saving other compounds for the chemical pretreatment of the raw water, the selection of a suitable formulation for the respective membrane is facilitated.
Alternativ oder in Kombination mit technischem Maßnahmen steht das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontrolle der EDZ in wässrigen Systemen, die insbesondere Silikate enthalten, für beliebige Anlagen, zur Verfügung. Die Stabilität eingedickter wässri- ger Systeme gegen das Ausfallen gelöster Stoffe, die zu Ablagerungen oder Inkrustierungen führen, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erhöht. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden Wassereinsparungen realisiert, das biologische Wachstum in wässrigen Systemen kontrolliert, sowie die Mobilisierung von Schlämmen und Schlick erleichtert. Die Mengen an Bioziden und Korrosionsmitteln lassen sich bei gleicher Effizienz der chemischen Wasserbehandlung reduzieren. Des weiteren ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, die Eindickung im technisch erforderlichen Bereich über eine lange Standzeit zu halten. Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Copolymere weisen auf Grund des teilneutralisierten Herstellungsverfahrens einen sehr geringen Restgehalt an Monomeren auf.Alternatively or in combination with technical measures, the method according to the invention is available for controlling the EDZ in aqueous systems, which in particular contain silicates, for any system. The stability of thickened aqueous systems against the precipitation of dissolved substances, which lead to deposits or encrustations, is increased by the process according to the invention. Water savings are realized by the method according to the invention, which controls biological growth in aqueous systems and facilitates the mobilization of sludge and silt. The amounts of biocides and corrosives can be reduced with the same efficiency of chemical water treatment. Furthermore, the method according to the invention makes it possible to keep the thickening in the technically required range over a long service life. The copolymers used in the process according to the invention have a very low residual content of monomers due to the partially neutralized production process.
Beispiele:Examples:
Magnesium-Silikat-Inhibierung:Magnesium silicate inhibition:
Die Bestimmung der erhöhten Silikatkonzentration im wässrigen System (Magnesium- Silikat-Inhibierung) erfolgte mittels Trübungstitration.The determination of the increased silicate concentration in the aqueous system (magnesium silicate inhibition) was carried out by means of turbidity titration.
Reagenzien: Testlösung A: 9,06 g/l Na2Siθ3* 5 H2OReagents: Test Solution A: 9.06 g / L Na 2 SiO 3 * 5 H 2 O
Testlösung B: 12,55 g/l MgCI2 * 6 H2OTest solution B: 12.55 g / l MgCl 2 .6H 2 O
Natronlauge: 0,2 mol/lSodium hydroxide: 0.2 mol / l
Salzsäure: 0,5 mol/l
Durchführung: Die entsprechende Menge an Copolymer berechnet auf Feststoffgewicht (FG) wurden direkt ins Titrationsgefäß eingewogen. Anschließend wurden 50 ml Testlösung A und 48 ml vollentsalztes Wasser zudosiert. Der pH-Wert der Titrationslösung wurde mit HCl 0,5 mol/l oder NaOH 0,25 mol/l auf ca. pH 10 eingestellt. Der pH wurde während der Titration konstant gehalten. Mit der Testlösung B wurde in Intervallen von je 0,25 ml inkrementell bis zur bleibenden Trübung titriert. Bei max. 75 % Transmission oder einem Verbrauch > 1 OmL erfolgte der automatische Abbruch der Titration. Jedes Copolymer wurde zweimal vermessen.Hydrochloric acid: 0.5 mol / l Procedure: The appropriate amount of copolymer calculated on solids weight (FG) was weighed directly into the titration vessel. Subsequently, 50 ml of test solution A and 48 ml of demineralized water were added. The pH of the titration solution was adjusted to about pH 10 with HCl 0.5 mol / l or NaOH 0.25 mol / l. The pH was kept constant during the titration. The test solution B was titrated incrementally at intervals of 0.25 ml each until permanent turbidity. At max. 75% transmission or consumption> 1 OmL, the titration was aborted automatically. Each copolymer was measured twice.
Die Berechnung des SiÜ2 Gehaltes erfolgte nach: ß (sjθ2) = V(MgCb). ß (MgCb) . M (SiQ2) M (Mg) « V(Probe)The SiÜ2 content was calculated according to: ß (sjθ2) = V (MgCb). ß (MgCb). M (SiQ 2 ) M (Mg) V (sample)
X mL * 1 ,5 mg/mL * 60,09 g/mol .„ mg IS (oiu2) = in —X mL * 1.5 mg / mL * 60.09 g / mol. " Mg IS (oiu 2 ) = in -
24,3 g/mol * 0,05 L L24.3 g / mol * 0.05 L L
Die Fehlergrenze beträgt: max. +/- 5 %.The error limit is: max. +/- 5%.
Die Mw-Werte werden mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) bestimmt. Die Kalibrierung der GPC erfolgt mit einer breit verteilten Na-PAA-Mischung, deren integrale Molekulargewichtsverteilungskurve durch SEC- Laserlichtstreu-kopplung bestimmt wird, nach dem Kalibrierverfahren von M. J. R. Cantow u.a. (J.Polym.Sci. ,A-1 , 5(1967)1391-1394), allerdings ohne die dort vorgeschlagene Konzentrationrkorrektur.Mw values are determined by gel permeation chromatography (GPC). The calibration of the GPC is carried out with a widely distributed Na-PAA mixture whose integral molecular weight distribution curve is determined by SEC laser light scattering coupling, according to the calibration method of M.J.R. Cantow et al. (J. Polym. Sci., A-1, 5 (1967) 1391-1394), but without the concentration correction proposed therein.
Die K-Werte wurden nach nach H. Fikentscher, Cellulose-Chemie, Bd. 13, S. 58-64 und 71-74 (1932) in 1 Gew. -%iger wäßriger Lösung bei 25°C bei unkorrigierten pH gemessen.
The K values were measured according to H. Fikentscher, Cellulose-Chemie, Vol. 13, pp. 58-64 and 71-74 (1932) in 1% strength by weight aqueous solution at 25 ° C. at uncorrected pH.
Beispiel 1 : Copolymere mit MaleinsäureExample 1: Copolymers with maleic acid
Die Copolymere sind charakterisiert durch ihre Zusammensetzung, ihr Molekulargewicht Mw und den K-Wert. Der Grad der Magnesium-Silikat-Inhibierung ist durch den ß(Siθ2) Wert gegeben, höhere ß(Siθ2) Werte entsprechen einer verbesserten Wirkung.The copolymers are characterized by their composition, their molecular weight Mw and the K value. The degree of magnesium silicate inhibition is given by the β (SiO 2) value, higher β (SiO 2) values correspond to an improved effect.
Prüfergebnisse:test results:
ITS: Itakonsäure, AS: Acrylsäure, VPS: Vinylphosphonsäure ITS: itaconic acid, AS: acrylic acid, VPS: vinylphosphonic acid
MS: Maleinsäure (eingesetzt als Anhydrid), AS: Acrylsäure, VPS: Vinylphosphonsäure, *: Vergleichsbeispiel
Beispiel 2: Vergleich mit kommerziellen Produkten.MS: maleic acid (used as anhydride), AS: acrylic acid, VPS: vinylphosphonic acid, * : comparative example Example 2: Comparison with commercial products.
Die Copolymere sind charakterisiert durch ihre Zusammensetzung, ihr Molekulargewicht Mw und den K-Wert. Der Grad der Magnesium-Silikat-Inhibierung ist durch den ß(Siθ2) Wert gegeben, höhere ß(Siθ2) Werte entsprechen einer verbesserten Wirkung. Die Dosierung der Copolymere beträgt in allen Fällen 400 ppm FG. Für die Bestimmung des Nullwertes (0-Wert) wird kein Copolymer eingesetzt.The copolymers are characterized by their composition, their molecular weight Mw and the K value. The degree of magnesium silicate inhibition is given by the β (SiO 2) value, higher β (SiO 2) values correspond to an improved effect. The dosage of the copolymers is in all cases 400 ppm FG. For the determination of the zero value (0 value) no copolymer is used.
Prüfergebnisse:test results:
ITS: Itakonsäure, AS: Acrylsäure, VPS: Vinylphosphonsäure, MS: Maleinsäure (eingesetzt als Anhydrid) ITS: itaconic acid, AS: acrylic acid, VPS: vinylphosphonic acid, MS: maleic acid (used as anhydride)
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Claims
1. Verfahren zur Kontrolle der Eindickung wässriger Systeme, enthaltend Silikate, dadurch gekennzeichnet, dass dem wässrigen System mindestens ein Copoly- mer eines mittleren Molekulargewichts Mw von mindestens 3000 g/mol bis höchstens 60000 g/mol zugegeben wird und das Copolymer im wesentlichen statistisch aus folgenden monomeren Einheiten aufgebaut ist:1. A method for controlling the thickening of aqueous systems containing silicates, characterized in that at least one copolymer of an average molecular weight Mw of at least 3000 g / mol to at most 60000 g / mol is added to the aqueous system and the copolymer substantially statistically composed of the following monomeric units:
(A) 20 bis 99,98 Gew. % mindestens einer monoethylenisch ungesättigten Mo- nocarbonsäure,(A) from 20 to 99.98% by weight of at least one monoethylenically unsaturated monocarboxylic acid,
(B) 0,01 bis 70 Gew. % mindestens einer monoethylenisch ungesättigten Di- carbonsäure der allgemeinen Formel (HOOC)R1C=CR2(COOH) (I), und/oder(B) 0.01 to 70 wt.% Of at least one monoethylenically unsaturated dicarboxylic acid of the general formula (HOOC) R 1 C = CR 2 (COOH) (I), and / or
R1R2C=C(-(CH2)n-COOH)(COOH) (ll),R 1 R 2 C = C (- (CH 2 ) n -COOH) (COOH) (II),
oder der entsprechenden Carbonsäureanhydride und/oder anderer hydro- lysierbarer Derivate, wobeior the corresponding carboxylic acid anhydrides and / or other hydrolyzable derivatives, wherein
R1 und R2 unabhängig voneinander für H oder einen geradkettigen oder verzweigten, optional substituierten Alkylrest mit 1 bis 20 C-Atomen stehen, oder im Falle von (I) R1 und R2 gemeinsam für einen optional substituiertenR 1 and R 2 independently of one another are H or a straight-chain or branched, optionally substituted alkyl radical having 1 to 20 C atoms, or in the case of (I) R 1 and R 2 together are an optionally substituted one
Alkylenrest mit 3 bis 20 C-Atome stehen, undAlkylene radical having 3 to 20 carbon atoms, and
n für eine ganze Zahl von 0 bis 5 steht,n is an integer from 0 to 5,
sowiesuch as
(C) 0,01 bis 40 Gew. % mindestens eines weiteren, von (A) und (B) verschiedenen, ethylenisch ungesättigten Comonomers,(C) 0.01 to 40% by weight of at least one further ethylenically unsaturated comonomer other than (A) and (B),
und dass man die Polymerisation zur Herstellung des Copolymeren in Gegenwart von 0,01 bis 100 mol % mindestens einer Base, bezogen auf die Gesamtmenge aller COOH-Gruppen der Mono- und Dicarbonsäuren, vornimmt, wobei die Mengenangaben in Gew. % jeweils auf die Gesamtmenge aller eingesetzten Monomere bezogen sind. and that the polymerization is carried out to produce the copolymer in the presence of 0.01 to 100 mol% of at least one base, based on the total amount of all COOH groups of the mono- and dicarboxylic acids, wherein the amounts in wt.% Each on the total amount all monomers used are based.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei Monomer (A) um Acrylsäure oder dessen hydrolisierbare Derivate oder Mischungen davon handelt.2. The method according to claim 1, characterized in that monomer (A) is acrylic acid or its hydrolyzable derivatives or mixtures thereof.
3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei Monomer (B) um Maleinsäure, Itakonsäure oder deren hydrolysierba- re Derivate oder deren Mischungen handelt.3. The method according to any one of claims 1 to 2, characterized in that monomer (B) is maleic acid, itaconic acid or their hydrolyzable derivatives or mixtures thereof.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei Monomer (C) um Vinylphosphonsäure oder dessen hydrolysierbare4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that monomer (C) is vinylphosphonic acid or its hydrolyzable
Derivate oder Mischungen davon handelt.Derivatives or mixtures thereof.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Base während der Polymerisation zur Herstellung des Copolymeren ein Amin eingesetzt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that an amine is used as the base during the polymerization for the preparation of the copolymer.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im wässrigen System eine Eindickungszahl von 1 ,1 bis 8 aufrechterhalten wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a thickening number of 1, 1 to 8 is maintained in the aqueous system.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des oder der Copolymeren im wässrigen System im Bereich von 0,5 bis 800 ppm liegt.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the concentration of the copolymer or copolymers in the aqueous system in the range of 0.5 to 800 ppm.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der pH des eingedickten wässrigen Systems im neutralen oder basischen Bereich liegt.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the pH of the thickened aqueous system is in the neutral or basic range.
9. Eingedicktes wässriges System, das eine Eindickungszahl von 1 ,1 bis 8 aufweist, enthaltend mindestens ein Copolymer eines mittleren Molekulargewichts Mw von mindestens 3000 g/mol bis höchstens 60000 g/mol mit einem im wesentlichen statistischen Aufbau des Copolymeren aus folgenden Einheiten:9. A thickened aqueous system which has a thickening factor of 1: 1 to 8, comprising at least one copolymer having an average molecular weight Mw of at least 3000 g / mol to at most 60,000 g / mol with a substantially random structure of the copolymer comprising the following units:
(A) 20 bis 99,98 Gew. % mindestens einer monoethylenisch ungesättigten Mo- nocarbonsäure, (B) 0,01 bis 70 Gew. % mindestens einer monoethylenisch ungesättigten Di- carbonsäure der allgemeinen Formel (HOOC)R1C=CR2(COOH) (I), und/oder R1R2C=C(-(CH2)n-COOH)(COOH) (ll),(A) 20 to 99.98% by weight of at least one monoethylenically unsaturated monocarboxylic acid, (B) 0.01 to 70% by weight of at least one monoethylenically unsaturated dicarboxylic acid of the general formula (HOOC) R 1 C = CR 2 ( COOH) (I), and / or R 1 R 2 C = C (- (CH 2 ) n -COOH) (COOH) (II),
oder der entsprechenden Carbonsäureanhydride und/oder anderer hydro- lysierbarer Derivate, wobeior the corresponding carboxylic acid anhydrides and / or other hydrolyzable derivatives, wherein
R1 und R2 unabhängig voneinander für H oder einen geradkettigen oder verzweigten, optional substituierten Alkylrest mit 1 bis 20 C-Atomen stehen, oder im Falle von (I) R1 und R2 gemeinsam für einen optional substituierten Alkylenrest mit 3 bis 20 C-Atome stehen, undR 1 and R 2 independently of one another are H or a straight-chain or branched, optionally substituted alkyl radical having 1 to 20 C atoms, or in the case of (I) R 1 and R 2 together for an optionally substituted alkylene radical having 3 to 20 C Atoms stand, and
n für eine ganze Zahl von 0 bis 5 steht,n is an integer from 0 to 5,
sowiesuch as
(C) 0,01 bis 40 Gew. % mindestens eines weiteren, von (A) und (B) verschiedenen, ethylenisch ungesättigten Comonomers,(C) 0.01 to 40% by weight of at least one further ethylenically unsaturated comonomer other than (A) and (B),
und dass man die Polymerisation zur Herstellung des Copolymeren in Gegenwart von 0,01 bis 100 mol % mindestens einer Base, bezogen auf die Gesamtmenge aller COOH-Gruppen der Mono- und Dicarbonsäuren, vornimmt, wobei die Mengenangaben in Gew. % jeweils auf die Gesamtmenge aller eingesetzten Monomere bezogen sind.and that the polymerization is carried out to produce the copolymer in the presence of 0.01 to 100 mol% of at least one base, based on the total amount of all COOH groups of the mono- and dicarboxylic acids, wherein the amounts in wt.% Each on the total amount all monomers used are based.
10. Verwendung des eingedickten wässrigen Systems gemäß Anspruch 9, in Anlagen, deren Funktion im wesentlichen auf thermischen Effekten im wässrigen System beruht oder von thermischen Effekten im wässrigen System abhängt oder in Anlagen, die auf Filtrationssystemen beruhen.10. Use of the thickened aqueous system according to claim 9, in plants whose function is based essentially on thermal effects in the aqueous system or depends on thermal effects in the aqueous system or in installations based on filtration systems.
1 1. Verfahren zum Betrieb von Anlagen, deren Funktion im wesentlichen auf thermischen Effekten im wässrigen System beruht oder von thermischen Effekten im wässrigen System abhängt oder von Anlagen die auf Filtrationssystemen beru- hen, dadurch gekennzeichnet, dass das wässrige System ein eingedicktes wäss- riges System gemäß Anspruch 9 ist.1 1. A process for the operation of plants whose function is based essentially on thermal effects in the aqueous system or depends on thermal effects in the aqueous system or of plants based on filtration systems, characterized in that the aqueous system is a thickened aqueous System according to claim 9.
12. Verwendung des eingedickten wässrigen Systems gemäß Anspruch 9, bei der Ölförderung oder bei geothermischen Prozessen.12. Use of the thickened aqueous system according to claim 9, in the oil extraction or in geothermal processes.
13. Verwendung des eingedickten wässrigen Systems gemäß Anspruch 9, zum Betrieb von Wasserentsalzungsanlagen. 13. Use of the thickened aqueous system according to claim 9, for the operation of desalination plants.
14. Verwendung des eingedickten wässrigen Systems gemäß Anspruch 9, bei der Papierherstellung.14. Use of the thickened aqueous system according to claim 9, in papermaking.
15. Verwendung des eingedickten wässrigen Systems gemäß Anspruch 9, zum Betrieb von Reverse-Osmose Systemen. 15. Use of the thickened aqueous system according to claim 9, for the operation of reverse osmosis systems.
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