用于形成聚合物分散体的疏水分散剂和制备水溶性聚合物分散体的方法技术

一种制备水溶性聚合物分散体的方法，包括在多价阴离子盐的水溶液中聚合一种水溶性混合物，后者包括：ａ）说明书中所示通式（Ⅰ）的阳离子单位，和／或说明书中所示通式（Ⅱ）的第二种阳离子单体；以及ｂ）（甲基）丙烯酰胺；其中聚合是在疏水分散剂的存在下进行的，所述分散剂包括二烯丙基二甲基氯化铵和疏水单体的共聚物。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新型疏水分散剂在制备水溶性聚合物分散体的方法中的用途，所述聚合物分散体广泛用作废气处理用的絮凝剂、脱水剂、造纸工艺中用的化学品、各种悬浮液用的分散剂、土壤改良剂等等。制备用作废水处理或造纸化学用的絮凝剂的水溶性阳离子聚合物的常规方法包括在水溶液中静态聚合，油包水乳液聚合和在疏水溶剂中悬浮聚合。通过在硫酸铵的水溶液中进行沉淀聚合制备了水溶性、非离子或阳离子聚合物。也有在多元醇或聚电解质分散剂存在下，在盐水溶液中进行聚合。美国专利4，929，655(Takeda等人1990年5月29日颁布)提供了一种制备水溶性聚合物分散体的新方法，这种方法克服了静态聚合、油包水型乳液聚合和悬浮聚合法的许多缺点，该文献在此结合入本文作参考。这种制备水溶性聚合物分散体的方法包括以单体的总重计聚合5-100mol%下式(Ⅰ)表示的阳离子单体的水溶性单体、0-50mol%下式(Ⅱ)表示的另一种阳离子单体和0-95mol%(甲基)丙烯酰胺，而且聚合是在1-10wt%有机高分子多价阳离子(由至少含式(Ⅱ)单体，即亲水性单体的水溶性聚合物构成)存在下，在浓度为15wt%或更高的多价离子盐水溶液中进行的 其中R1为氢或CH3;R2和R3分别是C1-3烷基;A1是氢原子或NH，B1是C2-4亚烷基或羟基亚丙基，且X-1是阴离子抗衡离子;第二种阳离子单体由下式(Ⅱ)表示 其中R4是氢或CH3;R5和R6分别是C1-2烷基;R7是氢原子或C1-2烷基;A2是氧原子或NH;B2是C2-4亚烷基或羟基亚丙基且X-2是阳离子抗衡离子。美国专利5，006，590(Takedal等人，1991年4月9日颁布)与Takeda的，655类似，只是提供了双分散剂系统，其中聚合是在以下物质存在下进行的(1)不溶于多价阴离子盐水溶液的水溶性阳离子聚合物;以及(2)溶于多价阴离子盐水溶液的水溶性阳离子聚合物。不溶于多价阴离子盐水溶液的水溶性阳离子聚合物含有至少5mol%上面通式(Ⅰ)表示的阳离子单体单元，且溶于多价阴离子盐水溶液的水溶性阳离子聚合物含有至少20mol%上面通式(Ⅱ)表示的阳离子单体单元。该专利在此结合入本文。虽然最终聚合物分散体粘度令人满意，即1000CPS或以下，但美国专利4，929，655和5，006，590公开的方法是借助于高的工艺粘度(即＞100，000cps)进行的，这要求使用特制的高粘度聚合反应器。由于这些高工艺粘度，美国专利4，929，655和5，006，590公开的方法仅适用于合成含低聚合物量的聚合物系统。也就是说，在上面讨论的沉淀法中，聚合物(丙烯酰胺(AcAm)/丙烯酸二甲基氨基乙基酯苄基氯化季铵盐(DMAEA·BCQ)/丙烯酸二甲基氨基乙基酯甲基氯化季铵盐(DMEA·MCQ)，颗粒被分散剂例如聚(DMAEA·MCQ)吸附或接枝，得到胶体稳定作用。在此过程中，显著提高了由水、盐、单体、大分子基团和分散剂构成的颗粒流体动力学体积。估计这种提高是由于聚(DMAEA·MCQ)的亲水性造成的，聚(DMAEA·MCQ)在聚合介质中高度扩张。流体动力学体积的提高造成了本体粘度的相对增大。本专利技术人相信，如果分散剂具有一定程度的疏水性，则聚合物颗粒的流体动力学体积将被约束，即，如果连续相是水且疏水部分更喜欢脱离水且具有缔合的倾向，则发生颗粒流体动力学体积收缩。这种降低作用反过来又本使体粘度减小。本专利技术人通过广泛研究后发现，在聚合物分散沉淀法中，改善了疏水性的二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)聚合物可用作胶体分散剂。这种疏水系统至少部分溶于水及盐水溶液。已证明，与这些聚合物有关的疏水性有助于沉淀过程，据推测，降低了所得颗粒的流体动力学体积，从而非常显著地降低了工艺粘度。这使得在传统的胶乳型反应器中生产高分子量聚合物分散体成为可能。从而避免了与高粘度特制的聚合反应器所有关的高额成本。此外，工艺粘度的降低，使得在可能提供高工艺粘度的反应器中制备含较高活性物的聚合物系统成为可能。本专利技术提供了一种用于形成聚合物分散体的疏水分散剂，其特征在于含有二烯丙基二甲基氯化铵和一种疏水性单体的共聚物，所述疏水性单体选自具有C6-20季铵部分的丙烯酸二烷基氨基烷基酯，具有C6-20季铵部分的甲基丙烯酸二烷基氨基烷基酯，具有C6-20季铵部分的二烷基氨基烷基丙烯酰胺，C6-20季铵部分的二烷基氨基烷基甲基丙烯酰胺，以及丙烯酸二烷基酯。本专利技术还提供了一种制备水溶性聚合物分散体的方法，其特征在于包括在多价阴离子盐的水溶液中聚合一种水溶性混合物，所述混合物包括(a)以下通式(Ⅰ)表示的阳离子单体 其中R1是氢或CH3;R2和R3分别是C1-3烷基;A1是氧原子或NH，B1是C2-4亚烷基或羟基亚丙基，且X-1是阴离子抗衡离子，和/或以下通式(Ⅱ)表示的第二阳离子单体 其中R4是氢或CH3;R5和R6分别是C1-2烷基;R7是氢原子或C1-2烷基;A2是氧原子或NH，B2是C2-4亚烷基或羟基亚丙基且X-2是阴离子抗衡离子以及(b)(甲基)丙烯酰胺，其中所述聚合是在疏水分散剂存在下进行的，该分散剂包含二烯丙基氯化铵和一种疏水性单体的共聚物。本专利技术人还测定了盐浓度、稳定剂浓度、引发剂浓度、剪切力、温度和助稳定剂浓度对工艺粘度的影响。还开发了最佳工艺条件并于附附图说明图1-4中示出。这些参数对工艺粘度极其敏感。也就是说，在分散过程中，单体溶于聚合介质并以均匀态存在。这种方法所得聚合物不溶于聚合介质并引入了非均匀态。由于这一特点，分散过程通过成核步骤进行，其中生成胶体颗粒。这些胶体颗粒生长并达到临界半径，然后相分离。这些颗粒一般能过空间稳定剂稳定。稳定剂的特性决定了其延伸到聚合介质中。分散体粒度(η)一般解释为体积分数(φ)和介质粘度η0的函数。颗粒的体积分数决定于稳定剂的性质，并由以下公式得到φ1＝φ(1+d/a)3其中a是颗粒半径，d是颗粒/稳定剂系统的分子伸长，φ是芯粒体积分数，且φ1是有效体积分数。在Einstein A的“Investigation on theTheory of the Brownian Motion”(Dover，NewYork，1956)中提出了一个公式，涉及颗粒体积分数与分散体粘度的关系，即η＝η0(1+φ+k2φ+0是特征粘度(按Einstein测定，未加料的颗粒为2.5)且k2是两胶体颗粒之间的相互作用系数(即，6.2)Einstein公式也可表示如下η＝η0(1+φ)而且由体积分数中微小增量造成的粘度小量增加可表示为dη＝η0dφ且对于粘度η的无穷小增量dη＝ηdφ颗粒对自由体积的分布定义为(dφ)/((1-φ/φm))其中φm是最大敛集率。在Krieger“I·M·Adv·Colland Interface Sci”(1972，3，111)中给出了下述公式提供了最终效果并定义为η＝η0-φm因此，稳定剂延伸入聚合介质的任何差别都将显著影响分散体粘度。美国专利5，006，590和4，929，655公开的稳定剂使用亲水性稳定剂，即以丙烯酰胺和丙烯酸二甲基氨基乙酯甲基氯化季铵为基础的聚合物。由于它们的亲水性，这些系统进一步延伸入分散介质。本专利技术的疏水稳定剂因疏水部分的缔合性降低了这种延伸作用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成聚合物分散体的疏水分散剂，其特征在于含有二烯丙基二甲基氯化铵和一种疏水性单体的共聚物，所述疏水性单体选自具有Ｃ↓［６－２０］季铵部分的丙烯酸二烷基氨基烷基酯、具有Ｃ↓［６－２０］季铵部分的甲基丙烯酸，二烷基氨基烷基酯、具有Ｃ↓［６－２０］季铵部分的二烷基氨基烷基丙烯酰胺、具有Ｃ↓［６－２０］季铵部分的二烷基氨基烷基甲基丙烯酰胺和丙烯酸烷基酯。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M拉梅什，JR克拉姆，
申请(专利权)人：诺尔科化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]