聚合物分散體和制備聚合物分散體的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及制備含水聚合物分散體的方法，該方法包括在聚合物陽離子共穩(wěn)定劑(A)存在下，使一種或更多種單體(m)和聚合物(B)反應(yīng)，其中所述單體(m)包含非離子單體(m1)和陽離子單體(m2)，和所述聚合物(B)由包含選自二烯丙基胺和二烯丙基丙醇胺的至少一種單體(x)和選自二烯丙基二甲基氯化銨的至少一種陽離子單體(y)的單體混合物獲得。本發(fā)明還涉及聚合物分散體、制備聚合物穩(wěn)定劑(C)的方法，聚合物穩(wěn)定劑(C)和生產(chǎn)紙張的方法。
【專利說明】聚合物分散體和制備聚合物分散體的方法
[0001]本申請是申請?zhí)枮?00580045342.4、申請日為2005年12月21日、發(fā)明名稱為“聚合物分散體和制備聚合物分散體的方法”的專利申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及制備含水聚合物分散體的方法。本發(fā)明還涉及制備聚合物穩(wěn)定劑的方法、聚合物穩(wěn)定劑、含水聚合物分散體，該聚合物分散體的用途和生產(chǎn)紙張的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]陽離子聚合物的含水分散體，例如在造紙工業(yè)中用作保留助劑。其它用途例如是作為處理廢水的絮凝劑，作為增稠劑和土壤改良劑。一般地，這些聚合物分散體包括分散的聚合物和分散劑(也稱為穩(wěn)定劑，它通常是聚合物分散劑)。穩(wěn)定劑穩(wěn)定聚合物分散體，其方式使得分散的聚合物保持分散狀態(tài)。
[0004]通常通過在充當(dāng)分散劑的第一穩(wěn)定劑和充當(dāng)沉淀劑的第二“共穩(wěn)定劑”存在下，聚合水溶性單體的反應(yīng)混合物，制備這些聚合物分散體。最終的聚合物將沉淀出來并形成穩(wěn)定的聚合物分散體。這意味著不存在顯著量的無機(jī)鹽。
[0005]具有聚合物分散體應(yīng)當(dāng)滿足在最終的應(yīng)用中得到良好結(jié)果且具有商業(yè)興趣的許多標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)例如是工藝粘度、活性物含量、穩(wěn)定性、良好的保留和脫水性能，以及制備聚合物分散體，其中包括制備分散劑的容易程度。此外，諸如環(huán)境和安全方面的標(biāo)準(zhǔn)是重要的。
[0006]工藝粘度是指當(dāng)生產(chǎn)聚合物分散體時反應(yīng)混合物的粘度。在聚合物分散體的生產(chǎn)過程中，粘度應(yīng)當(dāng)保持低且應(yīng) 當(dāng)避免，或者至少盡可能多地降低粘度峰值。
[0007]還希望對于一些聚合物含量來說，聚合物分散體的最終粘度盡可能低以供在使用時比較容易地處理，例如可泵送性。
[0008]分散體的貨架壽命，即隨著時間流逝，聚合物分散體的穩(wěn)定性是重要的性能。需要有效的穩(wěn)定劑保持聚合物顆粒在分散體內(nèi)穩(wěn)定，而沒有作為沉降物沉降。
[0009]要考慮的進(jìn)一步重要的因素是活性物含量，即在聚合物分散體內(nèi)分散的聚合物量。較高的活性物含量得到較低的運(yùn)輸成本，和在最終應(yīng)用時比較容易處理。通過使用有效的穩(wěn)定劑，可與此同時獲得具有較高活性物含量的分散體并可保持低粘度。然而，可能難以結(jié)合高活性物含量與在造紙工藝中在保留和脫水方面良好的性能。
[0010]分散的聚合物中的陽離子電荷影響其形成穩(wěn)定分散體的能力。存在提供具有相當(dāng)?shù)完栯x子電荷的穩(wěn)定的聚合物分散體的原因。這些原因例如是對于某些用途來說的，陽離子單體的FDA極限，成本和當(dāng)在造紙中使用時纖維素懸浮液過度荷電的危險(xiǎn)。
[0011]在制備聚合物分散體的過程中，可形成聚合物的沉積物并粘附在反應(yīng)容器和攪拌器上。這將導(dǎo)致耗時的反應(yīng)設(shè)備清潔工序。
[0012]W003/097703A1公開了一種聚合物分散體，它包括聚合物穩(wěn)定劑和作為共穩(wěn)定劑的陽離子聚電解質(zhì)。US6075089公開了一種穩(wěn)定劑,它是一種接枝共聚物。[0013]當(dāng)根據(jù)上述制備聚合物分散體時，事先制備在現(xiàn)有技術(shù)的方法中所使用的穩(wěn)定劑。例如，W003/097703A1的單體在預(yù)制的穩(wěn)定劑存在下聚合成分散的聚合物。因此，制備穩(wěn)定劑增加整個聚合物分散制備工藝的額外步驟，從而要求時間、設(shè)備并導(dǎo)致成本增加。
[0014]本發(fā)明的目的是提供制備聚合物分散體的方法，所述聚合物分散體可采用數(shù)步制備，和在所述方法中，在制備過程中，粘度保持低且平穩(wěn)，沒有任何大的粘度峰值，且沒有得到沉積物。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供具有高穩(wěn)定性、相當(dāng)?shù)完栯x子電荷、高活性物含量和沒有太高粘度，且與此同時當(dāng)在造紙工藝中使用時得到良好保留和脫水性能的聚合物分散體。本發(fā)明的目的還是提供聚合物穩(wěn)定劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]根據(jù)本發(fā)明，令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，可通過根據(jù)本發(fā)明制備含水聚合物分散體的方法來實(shí)現(xiàn)具有分散聚合物的高活性物含量和低工藝粘度的穩(wěn)定的聚合物分散體。該方法包括在聚合物陽離子共穩(wěn)定劑(A)存在下，使一種或更多種單體(m)，和含至少一種具有伯、仲或叔胺或酰胺基和至少一個烯屬不飽和度的單體(X)和具有至少一個烯屬不飽和度的陽離子單體(y)的單體混合物的聚合物(B)反應(yīng)，若使用具有酰胺基的單體的話，則水解該聚合物，將酰胺官能度轉(zhuǎn)化成胺官能度。
[0016]“穩(wěn)定的聚合物分散體”在此處是指聚合物顆粒合適地均勻分布在Ι/s下，剪切粘度低于1000OmPa.s (Brookfield轉(zhuǎn)子5)的水溶液內(nèi)。關(guān)于“穩(wěn)定”的分散體，當(dāng)在3000rpm下離心分散體30分鐘時，應(yīng)當(dāng)具有小于約5wt%的沉降物，優(yōu)選小于約lwt%，這基于分散的聚合物來計(jì)算。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，還提供一種聚合物分散體，它包括:1)含來源于一種或更多種單體(m)的一種或更多種單體單元的分散聚合物，和2)聚合物陽離子穩(wěn)定劑(A)，它是一種由下述物質(zhì)反應(yīng)得到的聚合物:含至少一種具有伯、仲或叔胺或酰胺基和至少一個烯屬不飽和度的單體(X)和具有至少一個烯屬不飽和度的陽離子單體(y)，若使用具有酰胺基的單體的話，則水解該聚合物，將酰胺官能度轉(zhuǎn)化成胺官能度，和一種或更多種單體(m)，和3)聚合物陽離子共穩(wěn)定劑(A)。該聚合 物分散體合適地為水溶性聚合物分散體。
[0018]分散的聚合物的重均分子量合適地為約1000000 —約15000000g/mol，優(yōu)選約6000000 —約 9000000g/mol。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，還提供制備聚合物穩(wěn)定劑(C)的方法，該方法包括:a)使含具有至少一個烯屬不飽和度的陽離子單體(y)和具有伯、仲或叔胺或酰胺基和至少一個烯屬不飽和度的單體(X)的混合物反應(yīng)，形成中間聚合物(B)，若使用具有酰胺基的單體的話，則水解中間聚合物(B)，將酰胺官能度轉(zhuǎn)化成胺官能度，然后b)使中間聚合物在聚合物陽離子共穩(wěn)定劑存在下與一種或更多種單體(m)反應(yīng)，從而形成聚合物穩(wěn)定劑(C)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，還提供一種聚合物穩(wěn)定劑(C)，它是一種由單體(y)和(X)形成其主鏈和單體(m)的接枝支鏈的接枝共聚物。接枝共聚物的接枝支鏈合適地接枝在單體單元(x)上。更具體地，聚合物穩(wěn)定劑(C)的主鏈包括聚合形式的具有至少一個烯屬不飽和度的陽離子單體(y)和具有伯、仲或叔胺基和至少一個烯屬不飽和度的單體(X)，和其接枝支鏈包括聚合形式的一種或更多種單體(m)。
[0021]含水聚合物分散體合適地為不含鹽的分散體。“不含鹽”此處是指沒有存在顯著量的無機(jī)鹽，特別是多價(jià)陰離子無機(jī)鹽?！皼]有顯著量”此處合適地指小于約lwt%，優(yōu)選小于約0.5wt%,最優(yōu)選小于約0.lwt%。
【具體實(shí)施方式】
[0022]在25°C下聚合物分散體的Brookfield粘度(轉(zhuǎn)子5，在Is—1下)合適地為約100 —約 1000OmPa.S，優(yōu)選約 500 一約 5000mPa.s，最優(yōu)選約 1000 一約 3000mPa.S。
[0023]單體(m)優(yōu)選包括非離子單體(Iii1)和陽離子單體(m2)。非離子單體(Iii1)優(yōu)選是下述通式(I)的單體:
[0024]
【權(quán)利要求】
1.制備含水聚合物分散體的方法，該方法包括在聚合物陽離子共穩(wěn)定劑(A)存在下，使一種或更多種單體(m)和聚合物(B)反應(yīng)，其中所述單體(m)包含非離子單體(Hi1)和陽離子單體(m2)，和所述聚合物(B)由包含選自二烯丙基胺和二烯丙基丙醇胺的至少一種單體(X)和選自二烯丙基二甲基氯化銨的至少一種陽離子單體(y)的單體混合物獲得， 其中非離子單體(mi)是下述通式(I)的單體:
2.—種聚合物分散體，它包括: a)含來源于一種或更多種單體(m)的一種或更多種單體單元的分散聚合物，其中所述單體(m)包含非離子單體(Iii1)和陽離子單體(m2)，和 b)聚合物穩(wěn)定劑(C)，它是由下述物質(zhì)反應(yīng)得到的聚合物: i)聚合物(B)，其由包含選自二烯丙基胺和二烯丙基丙醇胺的至少一種單體(X)和選自二烯丙基二甲基氯化銨的陽離子單體(y)的單體混合物獲得，和?) 一種或更多種單體(m)，其包含非離子單體On1)和陽離子單體(m2)，和 c)聚合物陽離子共穩(wěn)定劑(A)， 其中非離子單體(mi)是下述通式(I)的單體:
3.根據(jù)權(quán)利要求2的聚合物分散體，其中非離子單體On1)為丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-異丙基丙烯酰胺、N-異丙基甲基丙烯酰胺、N-羥甲基丙烯酰胺或N-羥甲基甲基丙烯酰胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的聚合物分散體，其中陽離子單體(m2)為丙烯酰氧基乙基-三甲基氯化銨、丙烯酰氧基乙基-芐基二甲基-氯化銨、甲基丙烯酰氧基乙基-三甲基氯化銨、甲基丙烯酰氧基乙基-芐基二甲基氯化銨、丙烯酰胺基丙基-三甲基氯化銨、丙烯酰胺基丙基-芐基-二甲基氯化銨、甲基丙烯酰胺基丙基-三甲基氯化銨或甲基丙烯酰胺基丙基-芐基二甲基氯化銨。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的聚合物分散體，其中聚合物共穩(wěn)定劑(A)是二烯丙基二甲基氯化銨均聚物。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的聚合物分散體，其中聚合物共穩(wěn)定劑的重均分子量為3000-20000g/molο
7.根據(jù)權(quán)利要求2的聚合物分散體，其中存在進(jìn)一步的聚合物穩(wěn)定劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的聚合物分散體，其中分散的聚合物的重均分子量為1000000-15000000g/molο
9.制備聚合物穩(wěn)定劑(C)的方法，該方法包括: a)使包含選自二烯丙基二甲基氯化銨的陽離子單體(y)和選自二烯丙基胺和二烯丙基丙醇胺的單體(X)的混合物反應(yīng)，然后 b)在聚合物陽離子共穩(wěn)定劑(A)存在下，使中間聚合物(B)與一種或更多種單體(m)反應(yīng)，形成聚合物穩(wěn)定劑(C)，其中所述單體(m)包含非離子單體(Hi1)和陽離子單體(m2)， 其中非離子單體(mi)是下述通式(I)的單體:


10.一種聚合物穩(wěn)定劑(C)，它是一種接枝共聚物，其主鏈包括聚合形式的選自二烯丙基二甲基氯化銨的陽離子單體(y)和選自二烯丙基胺和二烯丙基丙醇胺的單體(X)，其接枝支鏈包括聚合形式的一種或更多種單體(m)，其中所述單體(m)包含非離子單體(Hi1)和陽離子單體(m2)， 其中非離子單體(mi)是下述通式(I)的單體:


11.根據(jù)權(quán)利要求9的制備聚合物穩(wěn)定劑的方法，其中聚合物共穩(wěn)定劑的重均分子量為 3000-20000g/mol。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的制備聚合物穩(wěn)定劑的方法，其中存在進(jìn)一步的聚合物穩(wěn)定劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求2的聚合物分散體作為在造紙中的保留助劑，在造紙中的脫水助劑，作為增稠劑或者土壤改良劑的應(yīng)用。
14.由含纖維素纖維和任選的填料的含水懸浮液生產(chǎn)紙張的方法，該方法包括將根據(jù)權(quán)利要求2的聚合物分散體加入到懸浮液中，在銅網(wǎng)上成形并使該懸浮液排水。
【文檔編號】C08G73/02GK103509180SQ201310384759
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2004年12月28日
【發(fā)明者】M·漢恩, W·賈格爾, A·拉休斯凱, B·波克, C·普利茲比拉, A·希格爾 申請人:阿克佐諾貝爾公司, 弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會