способ получения полимерной дисперсии и полимерная дисперсия

Формула изобретения

1. Способ получения дисперсии водорастворимого полимера, включающий проведение полимеризации одного или нескольких водорастворимых анионных мономеров (m₁) и одного или нескольких неионных винильных мономеров (m₂), присутствующих в реакционной смеси, представляющей собой водную среду, дополнительно содержащей

полимерный стабилизатор (В), представляющий собой полимер, образованный из одного или нескольких мономеров, относящихся к группе, состоящей из акриловой кислоты, метакриловой кислоты, итаконовой кислоты, 2-акриламид-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты (AMPS), 2-акриламид-2-метил-1-бутансульфоновой кислоты (AMBS), акрилоилоксиэтилсульфоновой кислоты, метакрилоилоксиэтилсульфоновой кислоты, акрилоилоксипропилсульфоновой кислоты, метакрилоилоксипропилсульфоновой кислоты, винилсульфоновой кислоты, аллилсульфоновой кислоты, металлилсульфоновой кислоты, стиролсульфоновой кислоты, малеиновой кислоты, амида малеиновой кислоты и/или винилфосфоновой кислоты, или сополимера малеиновой кислоты, или амида малеиновой кислоты соответственно, со стиролом, простыми виниловыми эфирами или альфа-олефинами, и

полимерный совместный стабилизатор (С), представляющий собой полимер, образованный из одного или нескольких мономеров, относящихся к группе, состоящей из акриловой кислоты, метакриловой кислоты, винилсульфоната, стиролсульфоновой кислоты, итаконовой кислоты, винилфосфоновой кислоты, 2-акриламид-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты (AMPS), 2-акриламид-2-метил-1-бутансульфоновой кислоты (AMBS), акрилоилоксиэтилсульфоновой кислоты, метакрилоилоксиэтилсульфоновой кислоты, акрилоилоксипропилсульфоновой кислоты и метакрилоилоксипропилсульфоновой кислоты,

причем среднемассовая молекулярная масса полимерного стабилизатора (B) составляет от приблизительно 20000 до приблизительно 1000000 г/моль, а среднемассовая молекулярная масса полимерного совместного стабилизатора (C) составляет от приблизительно 1000 до приблизительно 15000 г/моль,

где количество одной или нескольких неорганических солей в реакционной смеси составляет от 0 до приблизительно 1 мас.% в расчете на общую массу реакционной смеси,

один или несколько водорастворимых анионных мономеров (m₁) относятся к группе, состоящей из акриловой кислоты, метакриловой кислоты, стиролсульфоновой кислоты, 2-акриламид-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты (AMPS), 2-акриламид-2-метил-1-бутансульфоновой кислоты (AMBS), акрилоилоксиэтилсульфоновой кислоты, метакрилоилоксиэтилсульфоновой кислоты, акрилоилоксипропилсульфоновой кислоты, метакрилоилоксипропилсульфоновой кислоты, винилсульфоновой кислоты и их солей со щелочными металлами, щелочноземельными металлами или солей аммония, и

один или несколько неионных мономеров (m₁) относятся к группе, состоящей из акриламида, метакриламида, N-метилакриламида, N-метилметакриламида, N-этилакриламида, N-этилметакриламида, N-изопропилакриламида, N-изопропилметакриламида, N,N-диметилакриламида, N-трет-бутилакриламида, N-трет-бутилметакриламида, N-гидроксиэтилакриламида, N-(трис(гидроксиметил)метил)акриламида, N-винилформамида, N-винилацетамида, гидроксиалкилакрилата или гидроксиалкилметакрилата, содержащих С2-С4 алкил, алкилакрилата или алкилметакрилата, содержащих С1-С4 алкил, бензилакрилата или бензилметакрилата, сложных эфиров, образованных из акриловой или метакриловой кислоты и дигидрокси(полиэтиленоксида), содержащего 1-20 этиленоксидных звеньев, или сложных эфиров, образованных из акриловой или метакриловой кислоты и монометоксигидрокси(полиэтиленоксида), содержащего 1-20 этиленоксидных звеньев.

2. Способ по п.1, в котором полимерная дисперсия представляет собой водную полимерную дисперсию.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором полимерные частицы характеризуются средним размером не более приблизительно 25 мкм.

4. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором полимерный стабилизатор (В) и полимерный совместный стабилизатор (С) образованы из различных мономеров.

5. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором количество неорганической соли составляет от 0 до приблизительно 0,5 мас.% в расчете на общую массу реакционной смеси.

6. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором количество одной или нескольких неорганических солей составляет от 0 до приблизительно 0,1 мас.% в расчете на общую массу реакционной смеси.

7. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором реакционная смесь содержит от приблизительно 3 до приблизительно 20 мол.% одного или нескольких водорастворимых анионных мономеров (m₁).

8. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором реакционная смесь содержит от приблизительно 80 до приблизительно 97 мол.% одного или нескольких неионных винильных мономеров (m₂).

9. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором реакционная смесь содержит от приблизительно 0,5 до приблизительно 3 мас.% полимерного стабилизатора (В).

10. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором реакционная смесь содержит от прибилизительно 3 до прибилизетльно 25 мас.% полимерного совместного стабилизатора (С).

11. Дисперсия водорастворимого полимера, содержащая

диспергированный полимер (А), образованный из одного или нескольких водорастворимых анионных мономеров (m₁) и одного или нескольких неионных винильных мономеров (m₂),

полимерный стабилизатор (В), представляющий собой полимер, образованный из одного или нескольких мономеров, относящихся к группе, состоящей из акриловой кислоты, метакриловой кислоты, итаконовой кислоты, 2-акриламид-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты (AMPS), 2-акриламид-2-метил-1-бутансульфоновой кислоты (AMBS), акрилоилоксиэтилсульфоновой кислоты, метакрилоилоксиэтилсульфоновой кислоты, акрилоилоксипропилсульфоновой кислоты, метакрилоилоксипропилсульфоновой кислоты, винилсульфоновой кислоты, аллилсульфоновой кислоты, металлилсульфоновой кислоты, стиролсульфоновой кислоты, малеиновой кислоты, амида малеиновой кислоты и/или винилфосфоновой кислоты, или сополимера малеиновой кислоты, или амида малеиновой кислоты соответственно, со стиролом, простыми виниловыми эфирами или альфа-олефинами, и

полимерный совместный стабилизатор (С), представляющий собой полимер, образованный из одного или нескольких мономеров, относящихся к группе, состоящей из акриловой кислоты, метакриловой кислоты, винилсульфоната, стиролсульфоновой кислоты, итаконовой кислоты, винилфосфоновой кислоты, 2-акриламид-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты (AMPS), 2-акриламид-2-метил-1-бутансульфоновой кислоты (AMBS), акрилоилоксиэтилсульфоновой кислоты, метакрилоилоксиэтилсульфоновой кислоты, акрилоилоксипропилсульфоновой кислоты и метакрилоилоксипропилсульфоновой кислоты,

причем среднемассовая молекулярная масса полимерного стабилизатора (B) составляет от приблизительно 20000 до приблизительно 1000000 г/моль, а среднемассовая молекулярная масса полимерного совместного стабилизатора (C) составляет от приблизительно 1000 до приблизительно 15000 г/моль,

где количество одной или нескольких неорганических солей в полимерной дисперсии составляет от 0 до приблизительно 1 мас.% в расчете на общую массу дисперсии,

один или несколько водорастворимых анионных мономеров (m ₁) относятся к группе, состоящей из акриловой кислоты, метакриловой кислоты, стиролсульфоновой кислоты, 2-акриламид-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты (AMPS), 2-акриламид-2-метил-1-бутансульфоновой кислоты (AMBS), акрилоилоксиэтилсульфоновой кислоты, метакрилоилоксиэтилсульфоновой кислоты, акрилоилоксипропилсульфоновой кислоты, метакрилоилоксипропилсульфоновой кислоты, винилсульфоновой кислоты и их солей со щелочными металлами, щелочноземельными металлами или солей аммония, и

один или несколько неионных мономеров (m₂) относятся к группе, состоящей из акриламида, метакриламида, N-метилакриламида, N-метилметакриламида, N-этилакриламида, N-этилметакриламида, N-изопропилакриламида, N-изопропилметакриламида, N,N-диметилакриламида, N-трет-бутилакриламида, N-трет-бутилметакриламида, N-гидроксиэтилакриламида, N-(трис(гидроксиметил)метил)акриламида, N-винилформамида, N-винилацетамида, гидроксиалкилакрилата или гидроксиалкилметакрилата, содержащих С2-С4 алкил, алкилакрилата или алкилметакрилата, содержащих С1-С4 алкил, бензилакрилата или бензилметакрилата, сложных эфиров, образованных из акриловой или метакриловой кислоты и дигидрокси(полиэтиленоксида), содержащего 1-20 этиленоксидных звеньев, или сложных эфиров, образованных из акриловой или метакриловой кислоты и монометоксигидрокси(полиэтиленоксида), содержащего 1-20 этиленоксидных звеньев.

12. Полимерная дисперсия по п.11, которая представляет собой водную полимерную дисперсию.

13. Полимерная дисперсия по любому из пп.11-12, в которой полимерные частицы характеризуются средним размером не более приблизительно 25 мкм.

14. Полимерная дисперсия по любому из пп.11-12, в которой полимерный стабилизатор (В) и полимерный совместный стабилизатор (С) образованы из различных мономеров.

15. Полимерная дисперсия по любому из пп.11-12, в которой количество неорганической соли составляет от 0 до приблизительно 0,5 мас.% в расчете на общую массу дисперсии.

16. Полимерная дисперсия по любому из пп.11-12, в которой количество одной или нескольких неорганических солей составляет от 0 до приблизительно 0,1 мас.% в расчете на общую массу дисперсии.

17. Полимерная дисперсия по любому из пп.11-12, в которой диспергированный полимер (А) содержится в количестве от приблизительно 10 до приблизительно 30 мас.% в расчете на общую массу дисперсии.

18. Полимерная дисперсия по любому из пп.11-12, в которой полимерный стабилизатор (В) содержится в количестве от приблизительно 0,5 до приблизительно 3 мас.% в расчете на общую массу дисперсии.

19. Полимерная дисперсия по любому из пп.11-12, в которой полимерный совместный стабилизатор (С) содержится в количестве от приблизительно 3 до приблизительно 25 мас.% в расчете на общую массу дисперсии.

20. Применение полимерной дисперсии по любому из пп.11-19 в качестве удерживающей и обезвоживающей добавки при производстве бумаги, в качестве добавки, увеличивающей прочность бумаги в сухом состоянии, в качестве загустителя в химической, биотехнологической, фармацевтической или косметической отраслях промышленности или в качестве почвоулучшающей добавки.

21. Способ производства бумаги из водной суспензии, содержащей целлюлозные волокна и необязательные наполнители, который включает добавление к суспензии полимерной дисперсии по любому из пп.11-19, формование и обезвоживание суспензии на сетке.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к способу получения полимерной дисперсии. Оно также относится к полимерной дисперсии, применению полимерной дисперсии и способу производства бумаги

Предпосылки изобретения

Важным вариантом применения водных дисперсий полимеров с анионным зарядом является применение в качестве удерживающей и обезвоживающей добавки в промышленности по производству бумаги. Дополнительные варианты применения таких полимерных дисперсий представляют собой применение в виде добавок в различных технологических процессах, где они действуют, например, в качестве флокулянтов при очистке сточных вод, или добавок в других способах разделения твердой-жидкой фаз, например, в металлургической, керамической, полиграфической, биотехнологической и фармацевтической отраслях промышленности. Их также можно применять в качестве загустителей, например, в химической, биотехнологической, фармацевтической и косметической отраслях промышленности и в качестве почвоулучшающих добавок.

Как правило, данные полимерные дисперсии содержат диспергированный полимер и диспергатор, где диспергатором обычно является полимерный диспергатор.

Дисперсии анионных полимеров обычно получают проведением полимеризации реакционной смеси водорастворимых анионных и неионных мономеров в присутствии соли. Конечный полимер из водного раствора соли будет выпадать в осадок и благодаря использованию подходящего диспергатора образовывать стабильную полимерную дисперсию. В WO 01/18063, US 5837776 и US 5605970 описываются способы получения дисперсии водорастворимого полимера, включающие проведение полимеризации водорастворимых мономеров в водной реакционной смеси, содержащей соль.

Факторами, на которые следует обратить внимание, являются, например, технологическая вязкость, уровень содержания активного вещества, стабильность, хорошие характеристики удерживания и легкость получения полимерной дисперсии, иногда включающего получение стабилизатора. Кроме того, важное значение имеют такие критерии, как аспекты защиты окружающей среды и техники безопасности.

Существует несколько критериев, которым полимерная дисперсия должна удовлетворять для получения хороших результатов в конечной сфере применения и которые представляют коммерческий интерес. Такими критериями, например, являются малозатратное получение, быстродействие при реализации эксплуатационных характеристик, эффективное флокулирование или обезвоживание и продолжительный срок хранения.

Описанные в уровне техники дисперсии анионных полимеров содержат значительные количества соли, которая составляет большую часть массы полимерной дисперсии. В настоящее время желательно уменьшить или полностью устранить использование соли в полимерных дисперсиях по причинам, связанным с защитой окружающей среды и рентабельностью.

Вязкость реакционной смеси при получении полимерной дисперсии - «технологическую вязкость» - необходимо удерживать на низком уровне, и во время получения полимерной дисперсии необходимо избегать возникновения пиков вязкости или, по меньшей мере, уменьшать их, насколько это будет возможно.

Важным свойством является долговечность дисперсии при хранении, то есть стабильность полимерной дисперсии с течением времени. Для сохранения стабильности полимерных частиц в дисперсии без отстаивания с выпадением осадка требуется наличие эффективного диспергатора.

Дополнительным фактором, на который следует обратить внимание, является уровень содержания активного вещества, то есть количество полимера, диспергированного в полимерной дисперсии. Высокий уровень содержания активного вещества сводит к минимуму транспортные расходы и обеспечивает облегчение переработки в сфере конечного применения. В результате использования эффективного диспергатора могут быть получены дисперсии с высоким уровнем содержания активного вещества, в то же самое время вязкость может быть сохранена на низком уровне. Однако увеличение уровня содержания активного вещества выше определенного значения не всегда может привести к улучшению эксплуатационных характеристик при удерживании и обезвоживании в способе производства бумаги.

Во время получения полимерной дисперсии могут образовываться отложения полимера, которые прилипают к реакционной емкости и перемешивающему устройству. Это приводит к необходимости реализации отнимающих много времени методик очистки реакционного оборудования.

Цель настоящего изобретения заключается в получении, предпочтительно, бессолевой дисперсии водорастворимого анионного полимера, характеризующейся высокой стабильностью и высоким уровнем содержания активного вещества. Полимерная дисперсия также должна приводить к получению хороших результатов по удерживанию и обезвоживанию при использовании в способах производства бумаги, действовать в качестве хорошего флокулянта в других способах, таких как очистка сточных вод, действовать в качестве хорошего загустителя в различных сферах применения, таких как косметические составы, а также демонстрировать возможность применения в способах улучшения почвы. Кроме того, целью настоящего изобретения является создание способа получения, предпочтительно, бессолевой дисперсии водорастворимого анионного полимера, у которой во время получения технологическую вязкость поддерживают на низком и однородном уровне, не допуская возникновения каких-либо значительных пиков вязкости, и которая не приводит к образованию отложений. Наконец, цель настоящего изобретения заключается в создании способа производства бумаги, в котором используют полимерную дисперсию.

Изобретение

Под «стабилизатором» в настоящем документе подразумевают полимер, функция которого заключается в сохранении дисперсного состояния полимерных частиц/капель в дисперсии.

Под «совместным стабилизатором» в настоящем документе подразумевают полимер, функция которого заключается в стимулировании выпадения из раствора осадка полимера, полученного в результате проведения полимеризации одного или нескольких мономеров, с образованием твердых частиц или жидких капель.

В соответствии с изобретением было неожиданно обнаружено, что высокостабильную полимерную дисперсию, характеризующуюся высоким уровнем содержания активного вещества в виде диспергированного полимера и низкой технологической вязкостью, можно получить согласно способу получения полимерной дисперсии, включающему проведение полимеризации одного или нескольких анионных мономеров (m ₁) и одного или нескольких неионных винильных мономеров (m₂), присутствующих в реакционной смеси, дополнительно содержащей полимерный стабилизатор (В) и полимерные совместные стабилизаторы (С).

Изобретение дополнительно включает полимерную дисперсию, содержащую диспергированный полимер (А), образованный из одного или нескольких анионных мономеров (m ₁) и одного или нескольких неионных винильных мономеров (m₂), полимерный стабилизатор (В) и полимерный совместный стабилизатор (С).

В подходящем случае реакционная среда представляет собой водную среду. В подходящем случае полимерная дисперсия представляет собой водную полимерную дисперсию. В подходящем случае полимерная дисперсия является водорастворимой. В подходящем случае полимерные частицы/капли имеют средний размер (толщину) не более приблизительно 25 мкм, в подходящем случае также составляющим от приблизительно 0,01 до приблизительно 25 мкм, предпочтительно от приблизительно 0,05 до приблизительно 15 мкм, наиболее предпочтительно от приблизительно 0,2 до приблизительно 10 мкм.

В подходящем случае полимерный стабилизатор (В) представляет собой органический полимер. Предпочтительно полимерный стабилизатор (В) представляет собой полимер, образованный из одного или нескольких мономеров, относящихся к группе, состоящей из акриловой кислоты, метакриловой кислоты, итаконовой кислоты, 2-акриламид-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты (AMPS), 2-акриламид-2-метил-1-бутансульфоновой кислоты (AMBS), акрилоилоксиэтилсульфоновой кислоты, метакрилоилоксиэтилсульфоновой кислоты, акрилоилоксипропилсульфоновой кислоты, метакрилоилоксипропилсульфоновой кислоты, винилсульфоновой кислоты, аллилсульфоновой кислоты, металлилсульфоновой кислоты, стиролсульфоновой кислоты, малеиновой кислоты, амида малеиновой кислоты и/или винилфосфоновой кислоты. Другими подходящими полимерными стабилизаторами являются сополимеры малеиновой кислоты или амида малеиновой кислоты, соответственно, со стиролом или простыми виниловыми эфирами или альфа-олефинами, которые могут содержать дополнительные сомономеры. Предпочтительно полимерным стабилизатором (В) является сополимер акриловой кислоты или метакриловой кислоты с еще одним из перечисленных мономеров, предпочтительно 2-акриламид-2-метил-1-пропансульфоновой кислотой (AMPS).

В подходящем случае среднемассовая молекулярная масса полимерного стабилизатора (В) составляет от приблизительно 5000 до приблизительно 5000000 г/моль, предпочтительно от приблизительно 10000 до приблизительно 1000000 г/моль, более предпочтительно от приблизительно 20000 до приблизительно 1000000 г/моль, наиболее предпочтительно от приблизительно 35000 до приблизительно 500000 г/моль.

В подходящем случае полимерная дисперсия содержит от приблизительно 0,2 до приблизительно 5% (масс.) полимерного стабилизатора (В) в расчете на общую массу дисперсии или реакционной смеси, предпочтительно от приблизительно 0,5 до приблизительно 3% (масс.), наиболее предпочтительно от приблизительно 0,8 до приблизительно 1,5% (масс.).

В подходящем случае полимерный совместный стабилизатор (С) представляет собой органический полимер. Предпочтительно полимерный совместный стабилизатор (С) представляет собой полимер, образованный из одного или нескольких мономеров, относящихся к группе, состоящей из акриловой кислоты, метакриловой кислоты, винилсульфоната, стиролсульфоновой кислоты, итаконовой кислоты, винилфосфоновой кислоты, 2-акриламид-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты (AMPS), 2-акриламид-2-метил-1-бутансульфоновой кислоты (AMBS), акрилоилоксиэтилсульфоновой кислоты, метакрилоилоксиэтилсульфоновой кислоты, акрилоилоксипропилсульфоновой кислоты и метакрилоилоксипропилсульфоновой кислоты.

Предпочтительно в реакционной смеси и полимерной дисперсии присутствуют два или более совместных стабилизаторов (С).

В подходящем случае среднемассовая молекулярная масса полимерного совместного стабилизатора (С) составляет от приблизительно 100 до приблизительно 50000 г/моль, предпочтительно от приблизительно 500 до приблизительно 30000 г/моль, более предпочтительно от приблизительно 1000 до приблизительно 20000 г/моль, еще более предпочтительно от приблизительно 1000 до приблизительно 15000 г/моль, наиболее предпочтительно от приблизительно 1000 до приблизительно 10000 г/моль.

В подходящем случае полимерная дисперсия содержит от приблизительно 2 до приблизительно 50% (масс.) одного или нескольких полимерных совместных стабилизаторов (С) в расчете на общую массу дисперсии или реакционной смеси, предпочтительно от приблизительно 3 до приблизительно 25% (масс.), наиболее предпочтительно от приблизительно 5 до приблизительно 15% (масс.).

Полимерный стабилизатор (В) и полимерный совместный стабилизатор (С) в реакционной смеси или полимерной дисперсии предпочтительно образованы из различных мономеров или, если они образованы из одних и тех же мономеров, содержат мономеры в различных соотношениях.

В подходящем случае полимерный стабилизатор (В) или полимерный совместный стабилизатор (С) не являются декстрином или производным декстрина.

В подходящем случае один или несколько анионных мономеров (m₁) относятся к группе, состоящей из акриловой кислоты, метакриловой кислоты, (стиролсульфоновой кислоты), 2-акриламид-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты (AMPS), 2-акриламид-2-метил-1-бутансульфоновой кислоты (AMBS), акрилоилоксиэтилсульфоновой кислоты, метакрилоилоксиэтилсульфоновой кислоты, акрилоилоксипропилсульфоновой кислоты, метакрилоилоксипропилсульфоновой кислоты, винилсульфоновой кислоты и их солей, содержащих щелочной металл, щелочно-земельный металл или аммоний.

В подходящем случае один или несколько неионных мономеров (m ₂) относятся к группе, состоящей из акриламида, метакриламида, N-метилакриламида, N-метилметакриламида, N-этилакриламида, N-этилметакриламида, N-изопропилакриламида, N-изопропилметакриламида, N,N-диметилакриламида, N-трет-бутилакриламида, N-трет-бутилметакриламида, N-гидроксиэтилакриламида, N-(трис(гидроксиметил)метил)акриламида, N-винилформамида, N-винилацетамида, гидроксиалкилакрилата или гидроксиалкилметакрилата, содержащих С2-С4 алкил, алкилакрилата или алкилметакрилата, содержащих С1-С4 алкил, бензилакрилата или бензилметакрилата, сложных эфиров акриловой или метакриловой кислоты и дигидрокси(полиэтиленоксида), содержащего 1-20 этиленоксидных звеньев, или сложных эфиров акриловой или метакриловой кислоты и монометоксигидрокси(полиэтиленоксида), содержащего 1-20 этиленоксидных звеньев. Предпочтительно один или несколько неионных мономеров (m₂) относятся к группе, состоящей из акриламида, сложных эфиров акриловой или метакриловой кислот.

В подходящем случае молярное соотношение между анионным мономером (m₁) и неионным мономером (m₂) составляет от приблизительно 1:99 до приблизительно 25:75, предпочтительно от приблизительно 3:97 до приблизительно 20:80, наиболее предпочтительно от приблизительно 5:95 до приблизительно 15:85.

В подходящем случае среднемассовая молекулярная масса диспергированного полимера (А) составляет от приблизительно 1000000 до приблизительно 15000000 г/моль, предпочтительно от приблизительно 1500000 до приблизительно 10000000 г/моль, наиболее предпочтительно от приблизительно 2000000 до приблизительно 8000000 г/моль.

В подходящем случае полимеризация представляет собой свободно-радикальную полимеризацию. В подходящем случае инициатор является веществом, образующим радикалы, предпочтительно водорастворимым азо-инициатором, водорастворимым пероксидом или водорастворимым окислительно-восстановительным инициатором. Предпочтительные инициаторы включают 2,2'-азобис(амидинпропан)гидрохлорид, 2,2'-азобис(2-метил-N-(2-гидроксиэтил)пропионамид, 4,4'-азобис(4-циановалериановую кислоту) и их соли, содержащие щелочной металл и аммоний, трет-бутилгидропероксид, пергидроль, пероксидисульфат или вышеупомянутые пероксиды в сочетании с восстановителем, таким как метабисульфит натрия или соли двухвалентного железа.

В подходящем случае полимерная дисперсия содержит от приблизительно 5 до приблизительно 40% (масс.) диспергированного полимера (А) в расчете на общую массу дисперсии, предпочтительно от приблизительно 10 до приблизительно 30% (масс.), наиболее предпочтительно от приблизительно 12 до приблизительно 25% (масс.).

В подходящем случае количество одной или нескольких неорганических солей в полимерной дисперсии составляет от 0 до приблизительно 1,9% (масс.) в расчете на общую массу дисперсии или реакционной смеси, предпочтительно от 0 до приблизительно 1% (масс.), более предпочтительно от 0 до приблизительно 0,5% (масс.), наиболее предпочтительно от 0 до приблизительно 0,1% (масс.), или же соль по существу отсутствует.

В подходящем случае под «неорганическими солями» в настоящем документе подразумевают любую неорганическую соль, предпочтительно соли, относящиеся к группе неорганических галогенидов, сульфатов и фосфатов щелочных металлов, щелочно-земельных металлов или аммония.

Полимерная дисперсия также может содержать дополнительные вещества, такие как кросс-линкеры (сшивающие агенты) и разветвляющие агенты.

Температуру полимеризации можно варьировать в зависимости, например, от того, какие используют мономеры и инициатор полимеризации. В подходящем случае температура полимеризации составляет от приблизительно 30 до приблизительно 90°C, предпочтительно от приблизительно 35 до приблизительно 70°C. В подходящем случае способ является полунепрерывным способом, то есть мономеры m₁ и m₂ как оба присутствуют в начале способа полимеризации, так и дополнительно добавляются на более поздней стадии, либо одной или несколькими порциями, либо непрерывно в течение определенного периода времени в процессе реакции. В подходящем случае в процессе способа полимеризации реакционную смесь перемешивают при скорости перемешивания, подходящей для данного способа. В подходящем случае скорость перемешивания составляет от приблизительно 100 до приблизительно 1000 об./мин.

Изобретение дополнительно включает применение полимерной дисперсии в качестве удерживающей и обезвоживающей добавки для производства бумаги, в качестве загустителя, в качестве почвоулучшающей добавки и/или в качестве добавки для увеличения прочности бумаги в сухом состоянии. Полимерную дисперсию по настоящему изобретению более конкретно можно использовать в качестве добавки в различных способах, например, в качестве флокулянтов при очистке сточных вод или добавок в других способах разделения твердой-жидкой фаз, например, в металлургической, керамической, полиграфической, биотехнологической и фармацевтической отраслях промышленности. Полимерную дисперсию также можно использовать в качестве загустителя, например, в химической, биотехнологической, фармацевтической и косметической отраслях промышленности.

И наконец, настоящее изобретение включает способ производства бумаги из водной суспензии, содержащей целлюлозные волокна и необязательные наполнители, который включает добавление к суспензии водной полимерной дисперсии, соответствующей изобретению, формование и обезвоживание суспензии на сетке.

В случае применения полимерной дисперсии, соответствующей изобретению, в способах производства бумаги дисперсию добавляют к обезвоживаемой суспензии целлюлозных волокон и необязательных наполнителей в количествах, которые могут варьироваться в широких пределах в зависимости, помимо прочего, от типа и количества компонентов, типа волокнистых материалов, содержания наполнителя, типа наполнителя, момента добавления и т.д. Диспергированный полимер обычно добавляют в количестве, составляющем по меньшей мере 0,001%, часто по меньшей мере 0,005% (масс.), в расчете на количество сухого вещества обезвоживаемой целлюлозной массы, и обычно не более 3%, а в подходящем случае 1,5% (масс.). В подходящем случае полимерную дисперсию, соответствующую изобретению, разбавляют перед ее добавлением к целлюлозной суспензии. В комбинации с полимерной дисперсией, соответствующей изобретению, можно использовать дополнительные добавки, которые обычно используют при производстве бумаги, такие как, например, золи на основе диоксида кремния, добавки, придающие прочность в сухом состоянии, добавки, придающие прочность во влажном состоянии, оптические отбеливатели, красители, проклеивающие вещества, подобные проклеивающим веществам на основе канифоли и проклеивающим веществам, вступающим в реакцию с целлюлозой, например, алкил- и алкенилкетеновые димеры, алкил- и алкенилкетеновые мультимеры и ангидриды янтарной кислоты и т.д. Целлюлозная суспензия или целлюлозная масса также может содержать минеральные наполнители обычно используемых типов, такие как, например, каолин, белая глина, диоксид титана, гипс, тальк и природный и синтетический карбонаты кальция, такие как мел, измельченный мрамор и осажденный карбонат кальция. Термин «бумага», как он используется в настоящем документе, включает не только бумагу и продукцию из нее, но также и другие продукты, подобные листу или полотну, содержащие целлюлозные волокна, такие как, например, картон и бумажный картон и продукцию из них. Способ можно использовать при производстве бумаги из различных типов суспензий волокон, содержащих целлюлозу, и в подходящем случае суспензии должны содержать по меньшей мере 25% (масс.) и предпочтительно по меньшей мере 50% (масс.) таких волокон, в расчете на количество сухого вещества. Суспензия в своей основе может иметь волокна целлюлозы, подвергнутой химической обработке, такой как сульфатная, сульфитная и органосольвентная целлюлоза, механической древесной массы, такой как термомеханическая древесная масса, химикомеханическая древесная масса, рафинерная древесная масса и дефибрерная древесная масса, полученных как из древесины лиственных пород, так и из древесины хвойных пород, а также может иметь в своей основе утилизованные волокна необязательно облагороженной макулатурной массы, и их смеси.

Далее изобретение будет дополнительно описано в связи с последующими примерами, которые, однако, не должны интерпретироваться в качестве ограничения объема изобретения.

Примеры

Пример 1:

Получали стабилизатор из метакриловой кислоты (MAA) и 2-акриламид-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты (AMOS) в мольном отношении 80:20: Смесь 85 г особо чистой воды, 8,24 г AMPS (твердая), 16,62 г MAA и 11,5 г NaOH (50%) доводили до pH 7 посредством NaOH (50%). К смеси добавляли 0,02 г ЭДТА (твердая). Добавляли дополнительное количество особо чистой воды до достижения общей массы 127 г. Этой массой заполняли двустенный стеклянный реактор емкостью 150 мл, снабженный якорной мешалкой, впускным отверстием для азота, обратным холодильником и нижним краном. Смесь перемешивали при 150 об./мин и продували азотом. Содержимое реактора нагревали до 45°C. Добавляли 0,05 г V-50 (2,2'азобис(2-амидинопропан)дигидрохлорид). Через 60 мин температуру повышали до 50°C. Смесь полимеризовали в течение 72 часов при 50°C и 150 об./мин. Стабилизатор очищали и выделяли путем ультрафильтрации и сублимационной сушки. Среднемассовая молекулярная масса составляла приблизительно 15000 г/моль.

Примеры 2-7:

Полимерную дисперсию получали полимеризацией смеси мономеров, содержащей акриламид и акриловую кислоту, в присутствии полимерного стабилизатора и полимерного совместного стабилизатора.

Смесь 30 г воды, 24,3 г совместного стабилизатора в виде полиакриловой кислоты (45%, Sigma Aldrich, Mw 1200), 1,2 г стабилизатора в виде сополимера поли(MAA-co-AMPS) (80:20) (в соответствии с примером 1, Mw 15000), 28,1 г акриламида (50% масс.), 1,07 г акриловой кислоты, 0,04 г формиата натрия, 0,03 г ЭДТА и 1,17 г NaOH (50% масс.) перемешивали и рН доводили до 7. Добавляли воду до достижения 100 г и в течение 8 часов добавляли азо-инициатор VA-044 (4%) (2,2'-азобис(N,N'-диметиленизобутирамидин)дигидрохлорид, Wako) (0,5 г постадийно). Температуру поддерживали при 35°C. Через 16 часов перемешивание прекращали.

Пять дополнительных полимерных дисперсий получали, применяя такую же методику, как описано выше, но изменяя соотношение неионного мономера и анионного мономера, с использованием в диспергированном полимере второго неионного мономера, а также с использованием в некоторых случаях в качестве совместного стабилизатора комбинации полиакриловой кислоты и полиметакриловой кислоты. В качестве стабилизатора использовали 1,2% (масс.) сополимера поли(MMA-co-AMPS) в мольном отношении 80:20. Содержание активного вещества (содержание полимера) в стабилизаторе составляло приблизительно 15% (масс.). Использовали 11% (масс.) совместного стабилизатора.

В таблице 1 используют следующие сокращения:

AAm = акриламид

AA = акриловая кислота

MMA = метилметакрилат

t-BuA = трет-бутилакрилат

n-BuA = н-бутилакрилат

PAA = полиакриловая кислота

PMMA = полиметакриловая кислота

Таблица 1
Дисперсия	Анионный мономер	Неионный мономер	Совместный стабилизатор	Стабилизатор
Пример 2	AA (10% мол.)	AAm (90% мол.)	PAA (Mw 1200)	поли(MMA-co-AMPS) (Mw 15000)
Пример 3	AA (15% мол.)	AAm (85% мол.)	PAA (Mw 1200)	поли(MMA-co-AMPS) (Mw 20000)
Пример 4	AA (15% мол.)	AAm (85% мол.)	PAA (Mw 1200) PMAA (Mw 9500) (соотношение 1:1)	поли(MMA-co-AMPS) (Mw 20000)
Пример 5	MMA (10% мол.) AA (10% мол.)	AAm (80% мол.)	PAA (Mw 1200)	поли(MMA-co-AMPS) (Mw 20000)
Пример 6	MMA (10% мол.) t-BuA (10% мол.)	AAm (80% мол.)	PAA (Mw 1200)	поли(MMA-co-AMPS) (Mw 20000)
Пример 7	MMA (10% мол.) n-BuA (10% мол.)	AAm (80% мол.)	PAA (Mw 1200) PMAA (Mw 9500) (соотношение 1:1)	поли(MMA-co-AMPS) (Mw 20000)

Для всех дисперсий технологическая вязкость была низкой (меньше ~2000 мПа·сек).

Пример 8:

Полимерные дисперсии, полученные в примерах 2-4, подвергали испытаниям на эксплуатационные характеристики по удерживанию и обезвоживанию в способах производства бумаги с помощью динамического анализатора обезвоживания (DDA), доступного от Akribi, Sweden. Основу используемого волокнистого материала составляли 60% (масс.) отбеленной целлюлозной массы из березы и сосны 80/20 и 40% (масс.) карбоната кальция. Объем целлюлозной массы составлял 800 мл, концентрация волокнистой массы составляла 5 г/л и проводимость составляла 1,5 мСм/см. Целлюлозную массу перемешивали со скоростью 1500 об/мин, в то же время последовательно добавляя к целлюлозной массе анионный уловитель загрязняющих примесей (0,5 кг/т), полимерную дисперсию (1,0 кг/т) и в конце анионные неорганические частицы (0,5 кг/т). Температура составляла 22,5°C. Для анализа использовали вакуум 0,35 бар. Измеряли время удерживания (сек) и мутность (NTU, нефелометрические единицы мутности).

Таблица 2 Полимерные дисперсии и испытания на применимость
Полимерная дисперсия	Испытания на применимость
Загрузка полимера (кг/т)	Время удерживания (сек)	Мутность (NTU)
Пример 2	1,0	15,2	198
Пример 3	1,0	14,6	220
Пример 4	1,0	13,2	214

Было сделано заключение о том, что дисперсии, соответствующие изобретению, действуют хорошо в удерживающих и обезвоживающих добавках.

Пример 9:

Испытания на долговечность при хранении, измеряемую как седиментационную стабильность, проводили для дисперсий, соответствующих примерам 2-7. 10 г образца каждой дисперсии центрифугировали в течение 30 минут при 3000 об./мин. Для каждого образца определяли количество осажденного полимера. Никакой образец не давал никакого осадка полимера.

Таким образом, было сделано заключение о том, что по настоящему изобретению могут быть получены полимерные дисперсии с длительным сроком хранения, а также и при высоком содержании активного вещества.