Водная полимерная дисперсия и способ ее получения
Изобретение относится к полимерным средствам многоцелевого назначения, в частности к водной полимерной дисперсии и способу ее получения, содержащей водорастворимый полимер и полимерный диспергатор, отличающееся тем, что в качестве полимера содержит водорастворимый полимер со средней молекулярной массой по меньшей мере 5 105 Дальтон. Водная полимерная дисперсия содержит водорастворимый полимер со средней молекулярной массой по меньшей мере 5
105 Дальтон на основе 70 - 99 мас.% по меньшей мере одного водорастворимого мономера, 1 - 30 мас.% по меньшей мере одного гидрофобного мономера и 0 - 20 мас. % по меньшей мере одного амфифильного мономера - 5 - 80 мас.ч., полимерный диспергатор - 1 - 50 мас.ч. Технический результат: упрощение технологии и улучшение экологии. 2 с. и 13 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к полимерным средствам многоцелевого назначения, в частности к водной полимерной дисперсии на основе водорастворимого полимера и к способу ее получения.
Известна водная полимерная дисперсия, содержащая водорастворимый полимер на основе (мет) акриламида, по меньшей мере, одну соль и один диспергатор, который может представлять собой полимер (см. заявку ЕР 183466 А2, МКИ: С 08 F 2/10, 1986). Известную дисперсию получают путем полимеризации водорастворимого мономера и, в случае необходимости, дальнейших мономеров при перемешивании в водном растворе по меньшей мере одной соли в присутствии диспергатора. Недостаток известной водной полимерной дисперсии заключается в том, что содержание соли водной фазы в определенных случаях применения дисперсии приводит к проблемам, связанным с очисткой сточных вод. Кроме того, при высоком содержании полимера вязкость не всегда является достаточно низкой, что осложняет технологичность дисперсии. Задача изобретения заключается в создании водной полимерной дисперсии, имеющей свободную от соли водную фазу при сохранении хороших технологических свойств. Указанная задача решается предлагаемой водной полимерной дисперсией, содержащей водорастворимый полимер и, по меньшей мере, один полимерный диспергатор, за счет того, что в качестве полимера содержит водорастворимый полимер со средней молекулярной массой по меньшей мере 5![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318633.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318634.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318635.gif)
в которой
R1 - водород или метил,
R2 - алкил с 1 - 4 атомами углерода, циклоалкил с 5-12 атомами углерода,
арил с 6-12 атомами углерода или группа формулы
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318636.gif)
R3 означает алкил с 2-8 атомами углерода и Z означает атом кислорода или группу NR3. В качестве примеров для гидрофобных мономеров формулы (I) следует назвать: стирол, п-метилстирол, п-метилстирол, п-винилтолуол, винилциклопентан, винилциклогексан, винилциклооктан, изобутен, 2-метилбутен-1, гексен-1, 2-метилгексен-1, 2-пропилгексен-1, этил(мет)акрилат, пропил(мет)акрилат, изопропил- (мет)акрилат, бутил(мет)акрилат, изобутил(мет)акрилат, пентил(мет)акрилат, гексил(мет)акрилат, гептил(мет)акрилат, октил(мет)акрилат, циклопентил(мет)акрилат, циклогексил(мет)акрилат, 3,3,5-триметилциклогексил(мет)акрилат, циклооктил(мет)акрилат, фенил(мет)акрилат, 4-метилфенил(мет)акрилат и 4-метоксифенил(мет)акрилат. Кроме того, в качестве гидрофобных мономеров можно использовать: этилен, винилиденхлорид, винилиденфторид, винилхлорид или другие в основном (ар)-алифатические соединения с полимеризуемыми двойными связями. При этом возможны также комбинации различных гидрофобных мономеров. Амфифильные мономеры могут представлять собой, например, соединение формулы (II)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318637.gif)
в которой
A1 - атом кислорода, группы NH, NR4, причем R4 означает алкил с 1 - 4 атомами углерода,
R5 - водород или метил,
R6 - алкилен с 1 - 6 атомами углерода,
R7 и R8 независимо друг от друга означают алкил с 1 - 6 атомами углерода,
R9 - алкилен с 1 - 6 атомами углерода,
R10 - алкил, арил и/или аралкил с 8 - 32 атомами углерода,
X
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8861.gif)
или соединение формулы (III)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318638.gif)
в которой
А2 - атом кислорода, группа NH, NR13, причем R13 означает алкил с 1 - 4 атомами углерода,
R11 - водород или метил,
R12 - алкил, арил и/или аралкил с 8 - 32 атомами углерода,
Y - алкилен с 2 - 6 атомами углерода,
n - целое число от 1 до 50. Амфифильным мономером является предпочтительно соединение формулы (II)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318639.gif)
в которой
R5-R10 и X имеют вышеуказанные значения,
или соединение формулы (III)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318640.gif)
в которой
R11, R12, Y и n имеют вышеуказанные значения. В качестве полимерного диспергатора предпочтительно используют несовместимые с диспергированным полимером полиэлектролиты со средней молекулярной массой менее < 5
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318641.gif)
в которой
R'- водород или метил,
Q - ионы щелочных металлов, например, Na+ или К+, ионы аммония, например, NH4+, +NR''2H2, +NR''3H или +NR''4, при этом R'' означает алкил с 1 - 6 атомами углерода, или другие одновалентные ионы с положительным зарядом. Мономеры формулы (IV) представляют собой, например, (мет)акрилат натрия, калия или аммония. Кроме того, в качестве водорастворимого мономерного компонента можно использовать, например, акриловую и/или метакриловую кислоту, а также метакриламиды формулы (V)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318642.gif)
в которой
RIII - водород или метил,
RIV и RV независимо друг от друга означают водород, алкил с 1 - 5 атомами углерода или оксиалкил с 1 - 5 атомами углерода. В качестве примеров мономера формулы (V) можно назвать следующие соединения: (мет)акриламид, 1-метил(мет)акриламид, N,N-диметил(мет)акриламид, N, N-ди-этил(мет)акриламид, N-метил- N-этил(мет)акриламид и N-оксиэтил(мет)акриламид. Кроме того, в качестве водорастворимого мономерного компонента можно использовать мономеры формулы (VI)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318643.gif)
в которой
RVI - водород или метил,
L - группы
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318644.gif)
при этом
L1 и L4 означают алкилен или оксиалкилен с 2-6 атомами углерода, L2
L3, L5, L6 и L7 означают алкил с 1 - 6 атомами углерода, а
Z - галоген, ацетат, группа SO4CH3,
Z1 - кислород, группа NH или NR4, где R4 имеет вышеуказанное значение. В качестве мономеров формулы (VI) можно назвать, например, следующие соединения: 2-(N, N-диметиламино)этил(мет)акрилат, 3-(N, N-диметиламино)пропил(мет)акрилат, 4-(N, N- диметиламино)бутил(мет)акрилат, 2-(N,N-диэтиламино)этил(мет)- акрилат, 2-окси-3-(N,N-диметиламино)пропил(мет)акрилат, хлорид 2- (N,N,N- триметиламмоний)-этил(мет)акрилата, хлорид 3-(N,N,N- триметиламмоний)пропил(мет)акрилата или хлорид 2-окси-3-(N,N,N- триметиламмоний)пропил(мет)-акрилата или (мет)акриламиды указанных соединений, как, например, 2-диметил-аминоэтил(мет)акриламид, 3- диметиламинопропил(мет)акриламид или хлорид 3- триметиламмонийпропил(мет)акриламида. Кроме того, в качестве водорастворимых мономерных компонентов можно использовать этиленово-ненасыщенные мономеры, способные к образованию водорастворимых полимеров, такие, как, например, винилпиридин, N-винилпирролидон, стиролсульфокислота, N- винилимидазол или хлорид диаллилдиметиламмония. При этом также возможно использование комбинации разных водорастворимых мономеров. В качестве примеров для амфифильных мономеров следует назвать соединения:
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318645.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318646.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318647.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318648.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318649.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318650.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318651.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318652.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318653.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318654.gif)
причем a = 6 - 15 и b = 1 - 50,
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318655.gif)
причем c = 6 - 18
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318656.gif)
причем X
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8861.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8861.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8861.gif)
d = 6 - 18
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318657.gif)
причем e = 2 - 6 и n = 6 - 18. X
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8861.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8861.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8861.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
А. 685,6 г 35%-ного водного раствора поли(диаллилдиметиламмонийхлорида) со средней молекулярной массой 3,18
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
ЗШБ: 8,2 сек. К полученной дисперсии добавляют в тех же условиях в течение 5 минут дальнейшие 222,2 г 40%-ного раствора поли(диаллилдиметиламмонийхлорида) со средней молекулярной массой 3,18 x 105 Дальтон. Получают дисперсию следующей характеристики:
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
ЗШБ: 7,5 сек. На 100 мас. частей воды дисперсия содержит 26,6 мас. части водорастворимого полимера и 24,9 мас. части полимерного диспергатора. Если применять гидрофобный мономер в количествах 1 и 30 мас.%, соответственно, то получают дисперсию, которая также позволяет решать поставленную выше задачу. Пример 2
1000 г полученной аналогично примеру 1А. водной дисперсии полимера нагревают в сушильном шкафу до температуры 50oC. Затем с помощью пропеллерной мешалки, работающей со скоростью 200 об/мин, добавляют в течение 5 минут 111,1 г 35%-ного водного раствора поли(диаллилдиметиламмонийхлорида) со средней молекулярной массой 1,05
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
ЗШБ: 7,25 сек. К полученной дисперсии добавляют в течение 5 минут в тех же условиях дальнейшие 222,2 г 25%-ного водного раствора поли(диаллилдиметиламмонийхлорида) со средней молекулярной массой 1,05
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
ЗШБ: 8,4 сек. На 100 мас. частей воды дисперсия содержит 25,9 мас. части водорастворимого полимера и 21,7 мас. части полимерного диспергатора. Пример 3
А. 391,4 r 35%-ного водного раствора поли(диаллилдиметиламмонийхлорида) со средней молекулярной массой = 3,18 х 105 Дальтон, 90 г акриламида, 125 г 80%-ного водного раствора хлорида 2-триметиламмонийэтилметакрилата, 10 г бутилакрилата и 385,6 г воды подвергают дегазации азотом и при перемешивании нагревают до температуры 53oC. Затем добавляют 0,02 г 2,2'-азобис[2-(2-имидазолин-2-ил)пропана] в 0,18 г воды. После истечения трех часов при перемешивании нагревают до температуры 65oC и добавляют дальнейшие 0,2 г 2,2'-азобис[2-(2- имидазолин-2-ил)пропана] в 1,8 г воды. Полимеризация закончена через дальнейший час. Полученный полимер состоит из 95 мас.% водорастворимых звеньев и 5 мас.% гидрофобных мономерных звеньев. Полученная дисперсия имеет следующую характеристику:
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
ЗШБ: 10,2 сек. ЗШБ: 10,4 с (после перемешивания в течение 10 мин в охлажденном виде). Б. 100 г полученной согласно А. водной дисперсии полимера нагревают в сушильном шкафу до температуры 50oC. Затем посредством пропеллерной мешалки, работающей со скоростью 200 об/мин, добавляют в течение 5 минут 166,6 г 40%-ного водного раствора поли (диаллилдиметиламмонийхлорида) со средней молекулярной массой 3,18
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8743.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
ЗШБ: 11,1 сек. ЗШБ: 11,5 с (после перемешивания в течение 10 минут в холодном состоянии). На 100 мас. частей воды дисперсия содержит 26,95 мас. части водорастворимого полимера и 27,4 мас. части полимерного диспергатора. Пример 4
Повторяют пример 1 с той разницей, что в качестве полимерного диспергатора на обеих стадиях применяют поли(диаллилдиметиламмонийхлорид), и кватернированный метилхлоридом N,N-диметиламиноэтилакрилат в весовом соотношении 40 : 60. При этом получают дисперсию, которая также позволяет решать поставленную выше задачу. Если применять полимерный диспергатор в количествах 1 и 50 мас. частей соответственно, на 100 мас. частей воды, то получают дисперсию, которая также позволяет решать поставленную выше задачу. Пример 5
Повторяют пример 1 с той разницей, что применяют 10 г (2,5 мас.%) бутилакрилата и 10 г (2,5 мас. %) состоящего из 20 этиленоксидных звеньев с концевой группой C13H27 метилметакрилата. При этом получают дисперсию, которая также позволяет решать поставленную выше задачу. Пример 6
Повторяют пример 1 с той разницей, что получают дисперсию с содержанием водорастворимого полимера, равным 5 и 80 мас. частей, соответственно, на 100 мас. частей воды. При этом поставленная выше задача также решается. Пример 7
Сравнительный пример: Добавление водного раствора полимерного диспергатора до полимеризации полимера. К 1000 г раствора мономера согласно примеру 3 А. добавляют 166,6 г 40%-ного водного раствора поли(диаллилдиметиламмонийхлорида) со средней молекулярнной массой 3,18
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
ЗШБ: 12,4 сек. ЗШБ: 14,5 сек (после перемешивания в течение 10 минут в холодном состоянии).
Формула изобретения
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
Вода - 100
Водорастворимый полимер на основе 70 - 99 мас.% по меньшей мере одного водорастворимого мономера, 1 - 30 мас.% по меньшей мере одного гидрофобного мономера и 0 - 20 мас.% по меньшей мере одного амфифильного мономера - 5 - 80
Полимерный диспергатор - 1 - 50. 2. Водная полимерная дисперсия по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере один водорастворимый мономер содержит по меньшей мере одну ионную группу. 3. Водная полимерная дисперсия по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что гидрофобный мономер представляет собой соединение формулы I
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318658.gif)
в которой R1 - водород или алкил с 1 - 4 атомами углерода;
R2 - алкил с 1 - 4 атомами углерода, циклоалкил с 5 - 12 атомами углерода, арил с 6 - 12 атомами углерода или группа формулы
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318659.gif)
причем R3 означает алкил с 2 - 8 атомами углерода, циклоалкил с 5 - 12 атомами углерода или арил с 6 - 12 атомами углерода;
Z - атом кислорода, группа NH или NR3, при этом R3 имеет указанное значение. 4. Водная полимерная дисперсия по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что амфифильный мономер представляет собой соединение формулы II
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318660.gif)
в которой A1 - атом кислорода, группы NH или NR4, причем R4 означает алкил с 1 - 4 атомами углерода;
R5 - водород или метил;
R6 - алкилен с 1 - 6 атомами углерода;
R7 и R8 независимо друг от друга означают алкил с 1 - 6 атомами углерода,
R9 - алкилен с 1 - 6 атомами углерода;
R10 - алкил, арил и/или аралкил с 8 - 32 атомами углерода;
X
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8861.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318661.gif)
в которой A2 - атом кислорода, группа NH или NR13, причем R13 означает алкил с 1 - 4 атомами углерода;
R11 - водород или метил;
R12 - алкил, арил и/или аралкил с 8 - 32 атомами углерода;
Y - алкилен с 2 - 6 атомами углерода;
n - целое число 1 - 50. 6. Водная полимерная дисперсия по пп.1 - 5, отличающаяся тем, что полимерный диспергатор представляет собой полиэлектролит с молекулярной массой менее 5
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318662.gif)
в которой R1 - водород или алкил с 1 - 4 атомами углерода;
R2 - алкил с 1 - 4 атомами углерода, циклоалкил с 5 - 12 атомами углерода, арил с 6 - 12 атомами углерода или группа формулы
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318663.gif)
причем R3 означает алкил с 2 - 8 атомами углерода, циклоалкил с 5 - 12 атомами углерода или арил с 6 - 12 атомами углерода;
Z - атом кислорода, группа NH или NR3, при этом R3 имеет указанное значение. 13. Способ по пп.9 - 12, отличающийся тем, что в качестве амфифильного мономера используют соединение формулы II
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318664.gif)
в которой A1 - атом кислорода, группа NH или NR4, причем R4 означает алкил с 1 - 4 атомами углерода;
R5 - водород или метил;
R6 - алкилен с 1 - 6 атомами углерода;
R7 и R8 независимо друг от друга означают алкил с 1 - 6 атомами углерода;
R9 - алкилен с 1 - 6 атомами углерода;
R10 - алкил, арил и/или аралкил с 8 - 32 атомами углерода;
Х - атом галогена, псевдогалоид, группа SO4CH3 или ацетат. 14. Способ по пп.9 - 12, отличающийся тем, что в качестве амфифильного мономера используют соединение формулы III
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/31/318665.gif)
в которой A2 - атом кислорода, группа NH, или NR13, причем R13 означает алкил с 1 - 4 атомами углерода;
R11 - водород или метил;
R12 - алкил, арил/или аралкил с 8 - 32 атомами углерода;
Y - алкилен с 2 - 6 атомами углерода;
n - целое число 1 - 50. 15. Способ по пп.9 - 14, отличающийся тем, что в качестве диспергатора используют простой полиалкиленовый эфир, алкиленовая группа которого содержит 2 - 6 атомов углерода.
PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение
Номер и год публикации бюллетеня: 22-2002
(73) Патентообладатель:
Фирма "Штокхаузен ГмбХ и Ко.КГ" (DE)
Договор № 14491 зарегистрирован 28.05.2002
Извещение опубликовано: 10.08.2002