CN1190100A - 基于水溶性聚合物的水分散体 - Google Patents

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Abstract

以高浓度和低粘度水溶性聚合物为基础的水分散体,通过至少一种水溶性单体在聚合物分散剂存在下的聚合反应来制备。这些水分散剂能够用来作为水处理的絮凝剂。

Description

基于水溶性聚合物 的水分散体
本发明涉及水-水分散体领域，尤其涉及以高浓度和低粘度的水溶性聚合物为基础的水分散体。
水溶性聚合物的水分散体被用于各种用途中，尤其是在处理工业和城市废水中作为絮凝剂、污泥的脱水剂、作为用于土壤处理的处理剂和增稠剂。
人们都知道具有高固体物含量的水溶性聚合物水分散体具有凝胶的形式，并且表现出非常高的粘度，这使它们难于处理和贮存。对该领域技术人员提出的问题是制备同时具有高固体物含量和低粘度的这样的含水体系。这些体系还必须在贮存中稳定。
专利US5403883描述了含有一种或多种亲水单体或一种或多种疏水单体与任选的一种或多种两性单体的单体混合物在水中的聚合反应。该聚合反应生成重量分子量高的水溶性聚合物。这个操作是在一种与所制成的水溶性聚合物不相容的分散聚合物存在下进行的。该分散剂的平均重量分子量小于500000。一种典型的分散剂是聚(氯化二烯丙基二甲基氨铵)，下文中称之为聚(DADMAC)。
不过这种含水的分散体系是以具有相对高粘度的透明凝胶的形式存在的。
本申请公司目前刚发现，通过使用其它的亲水性单体或其它分散剂，可得到低粘度且不是凝胶的水溶性聚合物含水分散体。这些分散体能够以一种不透明的乳液形式存在。
根据本发明的第一形式，它涉及一种含有相应于下列单元的水溶性聚合物：
-至少一种亲水性单体A1，
-任选的至少一种两性的单体B，
-和任选的至少一种疏水的单体C，
在一种与合成的含有乙烯基芳族单元和不饱和二羧酸酐单元水溶性聚合物不相容的聚合物分散剂的存在下进行。该分散剂被酰亚胺化然后成盐化或季铵化。根据本发明这种形式的一种典型的分散剂是酰亚胺化然后用乙酸成盐化的苯乙烯/马来酐共聚物，下文称之为SMA+。
根据本发明的第二形式，它涉及一种含有下列单元的水溶性聚合物：
-至少一种亲水性单体A，其选自于至少一种亲水性单体A2和任选的至少一种亲水单体A1，
-任选的至少一种两性的单体B，
-和任选的至少一种疏水的单体C，
在一种与该水溶性聚合物不相容的聚合物分散体D的存在下进行。
水溶性单体A1必须有至少一个离子基团。该离子基团选自于：
-相应于下列通式的分子：
Figure A9810379700071
其中：
R1表示H或甲基，
Q表示带正电荷的金属离子，例如Na+或K+，或铵离子NH+ 4，
-相应于下列通式的分子：
其中：
R2表示H或甲基，
R3和R4分别表示H或C1-6烷基或羟烷基或C5-12环烷基，
-相应于下列通式的分子：
其中：
R5＝H或甲基，
Z1＝O，NH或NR6，而R6为C1-6烷基或羟烷基
Figure A9810379700081
其中：
R7表示C1-6亚烷基或羟亚烷基而L1、L2和L3分别表示H或C1-6烷基或羟烷基、C5-12环烷基或C6-12芳烷基。
本发明优选的单体A1是丙烯酰胺。
水溶性单体A2相应于以下通式：
其中：
R8＝H或甲基，
Z2＝O、NH或NR10，而R10＝C1-6烷基或羟烷基或C5-12环烷基
R9＝C1-6亚烷基或羟亚烷基
L4和L5分别＝C1-12烷基或羟烷基，C5-12环烷基或C6-12芳基
X是离子，例如Cl、SCN等。
本发明优选的单体A2是氯化丙烯酰基氧乙基二甲基苄基铵。
这种两性的单体可以选自于：
-相应于下列通式的分子：
R12和R15分别表示C1-6亚烷基或羟亚烷基或C5-12环亚烷基
Figure A9810379700091
其中：
Z3＝O、NH或NR17，而R17为C1-4烷基或环烷基
R11＝H或甲基，
R13，R14和R16分别表示C1-6烷基或羟烷基或C5-12环烷基
X是离子，例如Cl、SCN等。
-相应于下列通式的分子：
其中：
R18＝H或甲基
R19＝H或甲基
Z4＝O、NH或NR20，而R20为C1-6烷基或羟烷基
Y＝C1-4亚烷基
n＝从1-8的整数。
以下所列也被认为是两性单体：
-分子A2，其中
R11含有7-12个碳原子
L4和L5分别表示C1-12烷基或羟烷基或C6-18环烷基或芳基，
-相应于下列通式的分子：
Figure A9810379700093
其中：
R5＝H或甲基，
Z1＝O、NH或NR6，而R6为C1-16烷基或羟烷基
其中：
其中R7＝C6-18亚烷基而L1、L2和L3＝C6-18烷基、C6-18环亚烷基或C9-18芳亚烷基。
疏水的单体可以从下列通式中选出：
-相应于下列通式的分子：
Figure A9810379700102
其中：
R21表示H或C1-9烷基
R22表示C1-4烷基、C5-12环烷基或C6-12芳基
-相应于下列通式的分子：
Figure A9810379700103
其中：
R23＝H或CH3
Z5表示O、NH或NR25，而R25＝C1-4烷基
R24表示C1-9烷基、C5-12环烷基或C6-12芳基。
根据第一种形式，本发明的分散体是以含有下列单元的水溶性聚合物为基础的：
70-100％重量的至少一种水溶性单体A1
0-30％重量的至少一种两性单体B
0-30％重量的至少一种疏水性单体C
在一种含有马来酸酐单元的聚合物分散剂存在下进行，该马来酸酐单元被酰亚胺化然后被成盐化。
根据第二种形式，分散体是以含有下列单元的水溶性聚合物为基础的：
70-100％重量的至少一种单体A2
0-30％重量的至少一种单体A1
0-30％重量的至少一种单体B
0-30％重量的至少一种单体C
在一种聚合分散剂D，例如含有酰亚胺化然后中和或成盐化的马来酸酐或聚(氯化二烯丙基二甲基铵)存在下被分散。
分散聚合物D与水溶性聚合物是不相容的。当它们混合在一起时必须不形成共混物。该分散聚合物的重均分子量是500-500,000而优选1000-400,000。该分散聚合物D必须至少有一个选自于下组的官能团：乙醚、羟基、羧基、胺、季铵、亚胺等。该分散剂也可以是任何含有一种上述官能团的共聚物。它可以是任何含有一种下列单体的共聚物：马来酸、富马酸或依康酸和相应的酸酐、亚胺或季铵化的亚胺，以及(甲基)丙烯酸和其盐、丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺。
一种根据本发明的分散剂D可以是聚(氯化二烯丙基二甲基铵)，下文称之为(聚-DADMC)，或另外一种酰亚胺化和由乙酸成盐化的苯乙烯/马来酐共聚物，下文称之为(SMA+)。
这种水溶性聚合物可通过本领域的技术人员知晓的聚合反应来合成。本发明的水溶性聚合物在1-30％、优选在2-15％的分散聚合物存在下，采用含有至少一种水溶性单体、可任选的两性单体和可任选的疏水单体混合物的自由基聚合反应来制备。这种单体混合物有10-40％、优选15-30％的水、单体和分散剂混合物。这个聚合反应能够通过各种方式引发，例如通过诸如过氧化物、重氯基化合物或过硫酸盐之类的自由基产生剂，或通过辐照。本发明的优选方法是用2，2′-偶氮双(2-脒基丙烷)氯化物，下文称之为(ABAH)。这些引发剂能与分解加速剂结合使用。该聚合反应的温度是在0-100℃之间，优选在40-95℃。聚合时间是8小时。最终的转化率大于95％。
实施例1
这个方法应用于所有以SMA+作为分散聚合物进行的实验。
将277份水、9.5份乙酸和52份酰亚胺化的苯乙烯/马来酐共聚物加入1-升的反应器中。将该反应器在氮气氛下加热至65℃30分钟。然后加入89.5份80％在水中的氯化丙烯酰氧乙基二甲基苄基铵(Quat BZ)溶液、46.8份50％在水中的丙烯酰胺(丙烯酰)、5份丙烯酸丁酯(BuA)和0.01份在5份水中稀释的ABAH，然后加入进来。将温度保持在65℃2小时。然后再将0.1份在10份水里稀释的引发剂加入，并将温度升至80℃。在80℃，在反应1个半小时之后，再加入0.025份在5份水里稀释的引发剂。在1个半小时之后，重复后一个操作并且保温1小时，混合物然后冷却至30℃并将反应器排空。
实施例2和3
与实施例1相同，只是用氯化丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(Quat MC)代替氯化丙烯酰氧乙基二甲基苄基铵(Quat BZ)。
实施例4
与实施例1相同，只是将分散聚合物的量减少。
实施例5
与实施例1相同，只是省掉疏水单体。
这些总验总结在表1中。
实施例6(比较实施例)
将201.3份的水、171.3份的35％聚DADMAC水溶液、62.5份80％的Quat MC水溶液、5份丙烯酸丁酯和45份丙烯酰胺加到1-升的反应器里。
在氮气氛中将混合物加热至65℃。然后加入0.01份在5份水里稀释的ABAH。反应3小时后，将混合物加热至80℃，然后将0.1份在10份中稀释的ABAH加入并反应持续1个半小时。然后将反应器冷却至30℃并排空。
实施例7和8
与比较实施例6相同，只是用Quat BZ代替Quat MC。
实验6、7和8总结在表2中。
                                                            表1
实施例 1 2 3 4 5
活性聚合物，％组合物     20丙烯酰/QuatBZ/BuA234/71.6/5     20丙烯酰/QuatBZ/MC/BuA23.4/50.1/21.5/5     20丙烯酰/QuatBZ/MC/BuA234/50.1/21.5/5     20丙烯酰/QuatBZ/BuA23.4/71.6/5     20丙烯酰/Quat BZ28.4/71.6
分散聚合SMA+％ 12 12 12 6 12
固体物含量 32 32 32 26 32
活性聚合物/分散聚合物相容性 不相容 不相容 不相容 不相容 不相容
产品外观 不透明的乳液 不透明的乳液 不透明的乳液 不透明的乳液 不透明的乳液
流动性 流动 流动 流动 流动 流动
粘度(cP) 5500 28600 66000 3500 13000
                                        表2
实施例     6     7     8
活性聚合物，％组合物     20丙烯酰/Quat MC/BuA45/50/5     20丙烯酰/Quat BZ/BuA45/50/5     20丙烯酰/Quat BZ/QuatMC/BuA 45/36.2/13.8/5
分散聚合物(％) 聚-DADMAC  12 聚-DADMAC  12 聚-DADMAC  12
固体物含量 32 32 32
活性聚合物/分散聚合物相容性 相容 不相容 不相容
产品外观 透明的乳液 不透明的乳液 不透明的乳液
流动性 不流动 流动 流动
粘度(cP) ＞50000 13500 17600

Claims (9)

1.含有水溶性聚合物的水溶性组合物，其特征在于该水溶性聚合物含有：
70-100％重量的至少一种水溶性单体A1
0-30％重量的至少一种两性单体B
0-30％重量的至少一种疏水性单体C
在一种酰胺化和成盐化的苯乙烯/马来酐共聚物存在下进行反应。
2.根据权利要求1的水溶性组合物，其特征在于单体A1选自于
相应于下列通式的分子：
Figure A9810379700021
其中：
R1表示H或甲基，
Q表示带正电荷的金属离子，例如Na+或K+，或铵离子NH+ 4，
-相应于下列通式的分子：
其中：
R2表示H或甲基，
R3和R4分别表示H或C1-6烷基或羟烷基或C5-12环烷基，
-相应于下列通式的分子：
其中：
R5＝H或甲基，
Z1＝O、NH或NR6，而R6为C1-6烷基或羟烷基
其中：
R7表示C1-6亚烷基或羟亚烷基而L1、L2和L3分别表示H或C1-6烷基或羟烷基、C5-12环烷基、C6-12芳烷基。
R12和R15分别代表C1-6亚烷基或羟亚烷基或C5-12环亚烷基。
3.根据权利要求1或2的水溶性组合物，其特征在于单体B选自于：
一相应于下列通式的分子：
Figure A9810379700032
其中：
Z3＝O、NH或NR17，而R17为C1-4烷基或环烷基
R11＝H或甲基，
R12和R15分别表示C1-6亚烷基或羟亚烷基或C5-12环亚烷基
R13、R14和R16分别表示C1-6烷基或羟烷基或C5-12环烷基
X是离子，例如Cl、SCN等
-相应于下列通式的分子：
Figure A9810379700033
其中：
R18＝H或甲基
R19＝H或甲基
Z4＝O、NH或NR20，而R20为C1-6烷基或羟烷基
Y＝C1-4亚烷基
n＝从1-8的整数。
4.根据前述权利要求中任一权利要求的水溶性组合物，其特征在于单体C选自于：
-相应于下列通式的分子：
Figure A9810379700041
其中：
R21表示H或C1-9烷基
R22表示C1-4烷基、C5-12环烷基或C6-12芳基
-相应于下列通式的分子：
其中：
R23＝H或CH3
Z5表示O、NH或NR25，而R25＝C1-4烷基
R24表示C1-9烷基、C5-12环烷基或C6-12芳基。
5.含有水溶性聚合物和分散聚合物的水溶性组合物，其特征在于该水溶性聚合物含有：
70-100％重量的至少一种相应于下式的水溶性单体A2
其中：
R8＝H或甲基
Z2＝O、NH或NR10，而R10＝C1-6烷基或羟烷基或C5-12环烷基
R9＝C1-4亚烷基或羟亚烷基
L4和L5分别＝C1-6烷基或羟烷基、C5-12环烷基或C6-12芳基
X是离子，例如Cl或SCN，
0-30％重量的至少一种水溶性单体A1
0-30％重量的至少一种两性单体B
0-30％重量的至少一种疏水性单体C。
6.根据权利要求5的水溶性组合物，其特征在于，A2是氯化丙烯酰氧乙基二甲基苄基铵。
7.根据权利要求5或6的组合物，其特征在于分散聚合物是聚(氯化二烯丙基二甲基铵)或酰亚胺化和成盐化的苯乙烯/马来酐共聚物。
8.根据前述权利要求中任一权利要求的组合物，其特征在于它含有10-40％而优选15-30％的水溶性聚合物。
9.根据前述权利要求中任一权利要求的组合物，其特征在于它含1-30％而优选2-15％的分散聚合物。
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