ES2263060T3 - Produccion de dispersiones acuosas de homo y copolimeros cationicos utilizando coloides protectores anfoteros. - Google Patents

Produccion de dispersiones acuosas de homo y copolimeros cationicos utilizando coloides protectores anfoteros.

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ES2263060T3
ES2263060T3 ES03793769T ES03793769T ES2263060T3 ES 2263060 T3 ES2263060 T3 ES 2263060T3 ES 03793769 T ES03793769 T ES 03793769T ES 03793769 T ES03793769 T ES 03793769T ES 2263060 T3 ES2263060 T3 ES 2263060T3
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Abstract

Procedimiento para la producción de polímeros catiónicos solubles en agua o hinchables en agua mediante (i) copolimerización iniciada por radicales libres de mezclas de monómeros en agua que comprenden (a) desde el 1 hasta el 99% en peso de un monómero catiónico o monómero cuaternizable, (b) desde el 1 hasta el 99% en peso de un monómero soluble en agua, (c) desde el 0 hasta el 10% en peso de un monómero copolimerizable por radicales libres, bi o polifuncional, ajustando las cantidades de (a) a (c) de tal manera que el polímero resultante tiene una carga global positiva, en presencia del 1 al 100% de la cantidad de una sal que es necesaria para saturar el medio de reacción con dicha sal y en presencia del 0, 1 al 20% en peso con respecto al peso de la dispersión, de un dispersante anfótero que tiene una carga global negativa, y (ii) cuaternización posterior del polímero si el monómero (a) empleado es un monómero no cuaternizado.

Description

Producción de dispersiones acuosas de homo y copolímeros catiónicos utilizando coloides protectores anfóteros.
La presente invención se refiere a dispersiones acuosas compuestas de copolímeros catiónicos solubles en agua y/o hinchables en agua, a procedimientos para preparar dichas dispersiones, y a métodos de uso de dichas dispersiones en tratamiento de agua, deshidratación, clarificación de agua, fabricación de papel, campo petrolífero, tratamientos de suelo, explotación de minerales, cosmética para piel y cabello, y aplicaciones biotecnológicas.
Los polímeros catiónicos son de especial interés en campos tales como fabricación de papel, tratamiento de residuo de agua, textiles y formulaciones cosméticas (documentos EP-A-1064924 y DE-A-197 31 907).
Los polímeros catiónicos reticulados también han mostrado propiedades ventajosas como espesantes y acondicionadores (documentos US-A-4.806.345; WO 93/25595; DE-A-19 731 64; WO 97/35544).
Actualmente se producen tales polímeros mediante la homo o copolimerización en fase homo o heterogénea. La polimerización de solución homogénea lleva a soluciones de polímeros acuosas de contenido en sólidos bajo y viscosidad alta, que los convierte en difíciles de manejar y almacenar. Además, el contenido en sólidos bajo da como resultado costes de transporte alto.
La producción de tales polímeros en fase heterogénea, por ejemplo mediante la polimerización en emulsión agua en aceite, puede ofrecer mezclas de contenido en sólidos alto de polímeros catiónicos hinchables o solubles en agua de alto peso molecular (reticulados). Una desventaja principal de este sistema es que en muchos campos de aplicación, la presencia de un disolvente orgánico es toxicológica y ecológicamente inaceptable.
Pueden resolverse estos problemas mediante el uso de una dispersión acuosa de polímeros solubles en agua de alto peso molecular e hinchables en agua que tienen de manera ventajosa bajas viscosidades aparentes, alto contenido en sólidos activos, cantidades mínimas de material diluyente, y que disuelven rápidamente. Normalmente las dispersiones acuosas consisten en una fase discontinua que contiene polímeros y una fase acuosa continua. La fase discontinua que contiene polímeros puede contener agua. Generalmente la fase continua contiene agua, un dispersante polimérico soluble en agua diferente y/o sal.
Se han descrito de manera extensa en la técnica tales dispersiones acuosas de polímeros catiónicos. En muchas realizaciones, se utilizan sales para precipitar el polímero que se forma durante la polimerización (documento WO 98/14490). Se estabilizan entonces las partículas del polímero precipitadas con un dispersante apropiado. Sin el dispersante apropiado, las partículas del polímero precipitadas tienden a pegarse juntas y formar una masa, convirtiéndose el manejo en muy difícil. De manera ideal, el resultado final es una dispersión acuosa de polímero catiónico hinchable o soluble en agua, que presenta de manera ventajosa baja viscosidad aparente a pesar de que tiene un alto contenido en sólidos.
En la patente WO 99/46207, por ejemplo, se describe la preparación de dispersiones acuosas de polímeros catiónicos de alto peso molecular. Se utilizan sales o una combinación de sales así como coloides protectores catiónicos. También se describen en la patente EP 637581 emulsiones agua en agua de acrilamidas y acrilato catiónico en presencia de sales. En esta patente, se utilizan copolímeros u homopolímeros catiónicos de unos monómeros neutros y catiónicos como coloides protectores. Además, en el documento WO 98/14490, se describen copolímeros o polímeros catiónicos de monómeros catiónicos y neutros o copolímeros de monómeros aniónicos y neutros según aumenta la estabilidad de emulsiones agua en agua.
El documento EP-A-183466 da a conocer un procedimiento para obtener una dispersión de polímeros solubles en agua que comprende disolver un monómero en una solución acuosa de al menos una sal y llevar a cabo la polimerización mientras que se deposita el polímero como partículas finas en presencia de un dispersante (coloide protector). Sin embargo, se requiere que el polímero utilizado como dispersante (coloide protector) tenga cargas del mismo tipo que el polímero depositado.
A pesar de los esfuerzos para preparar de manera satisfactoria dispersiones acuosas, el problema permanece en la producción de dispersiones acuosas de polímeros solubles en agua de alto peso molecular e hinchables en agua que tienen ventajosamente baja viscosidades aparentes (< 10.000 mPas), alto contenido en sólidos (> 20%), que disuelven rápidamente y que pueden preparase con un intervalo amplio de cationicidad. Por otra parte, un inconveniente principal de dichas dispersiones es la estabilidad limitada. La estabilidad de larga duración (> 1 mes) de las dispersiones en muchas realizaciones es limitada, debido a la coagulación y/o separación de fases.
Se resolvió este problema en la presente invención proporcionando dispersiones acuosas novedosas de polímeros solubles en agua catiónicos de alto peso molecular en presencia de coloides protectores anfóteros de la carga opuesta, así como procedimientos para preparar y métodos para el uso de dichas dispersiones acuosas.
Por consiguiente, la invención se refiere a un procedimiento para la producción de polímeros catiónicos hinchables en agua o solubles en agua mediante
(i) copolimerización iniciada por radicales libres de mezclas de monómeros en agua que comprenden
(a)
desde el 1 hasta el 99% en peso de un monómero catiónico o monómero cuaternizable,
(b)
desde el 1 hasta el 99% en peso de un monómero neutro,
(c)
desde el 0 hasta el 10% en peso de un monómero copolimerizable por radicales libres, bi o polifuncional,
ajustándose las cantidades de (a) a (c) de tal manera que el polímero resultante tiene una carga global positiva,
en presencia del 1 al 100% de la cantidad de una (mezcla de) sal(es) que es necesaria para saturar el medio de reacción con dicha sal y
en presencia del 0,1 al 20% en peso con respecto al peso de la dispersión, de un dispersante anfótero que tiene una carga global negativa, y
(ii) cuaternización posterior del polímero si el monómero (a) empleado es un monómero no cuaternizado
Son monómeros (a) adecuados los derivados de N-vinilimidazol de fórmula (I), en la que de R^{1} a R^{3} son hidrógeno, alquilo C_{1}-C_{4} o fenilo.
1
También son adecuadas dialilaminas de fórmula (II), en la que R^{4} es alquilo C_{1}-C_{24}.
2
Adicionalmente son adecuados acrilatos y metacrilatos de N,N-dialquilaminoalquilo, y N,N-dialquilaminoalquilacrilamidas y -metacrilamidas, de fórmula (III),
3
en la que R^{5} y R^{6} independientemente son hidrógeno o metilo, R^{7} es alquileno C_{1}-C_{24} opcionalmente alquil-sustituido y R^{8} y R^{9} son alquilo C_{1}-C_{24}. Z es nitrógeno si x = 1 o es oxígeno si x = o.
Ejemplos de compuestos (I) aparecen en la tabla 1:
TABLA 1
R^{1} R^{2} R^{3}
H H H
Me H H
H Me H
H H Me
Me Me H
H Me Me
TABLA 1 (continuación)
R^{1} R^{2} R^{3}
Me H Me
Ph H H
H Ph H
H H Ph
Ph Me H
Ph H Me
Me Ph H
H Ph Me
H Me Ph
Me H Ph
Me = metilo
Ph = fenilo
\vskip1.000000\baselineskip
Derivados de monómero adicionales de fórmula (I) son derivados de etilo, propilo o butilo de los monómeros de 1-vinilimidazol metil-sustituido de fórmula (I) que aparecen en la tabla 1.
Ejemplos de compuestos de fórmula general (II) son dialilamina, en la que R^{4} es metilo, etilo, iso o n-propilo, iso, n o terc-butilo, pentilo, hexilo, heptilo, octilo, nonilo o decilo. Ejemplos de R^{4} de grupos alquilo son undecilo, dodecilo, tridecilo, pentadecilo, octadecilo e icosailo.
Ejemplos de compuestos de fórmula (III) son (met)acrilato de N,N-dimetilaminometilo, (met)acrilato de N,N-dietilaminometilo, (met)acrilato de N,N-dimetilaminoetilo, (met)acrilato de N,N-dietilaminoetilo, (met)acrilato de N,N-dimetilaminobutilo, (met)acrilato de N,N-dietilaminobutilo, (met)acrilato de N,N-dimetilaminohexilo, (met)acrilato de N,N-dimetilaminooctilo, (met)acrilato de N,N-dimetilaminododecilo, N-[3-(dimetilamino)propil]metacrilamida, N-[3-(dimetilamino)propil]acrilamida, N-[3-(dimetilamino)butil]metacrilamida, N-[8-(dimetilamino)octil]metacrilamida, N-[12-(dimetilamino)dodecil]metacrilamida, N-[3-(dietilamino)propil]metacrilamida y N-[3-(dietilamino)propil]acrilamida.
Ejemplos de compuestos adecuados para la cuaternización de los compuestos de fórmulas (I) - (III) son haluros de alquilo C_{1}-C_{24}, siendo ejemplos cloruro de metilo, bromuro de metilo, yoduro de metilo, cloruro de etilo, bromuro de etilo, cloruro de propilo, cloruro de hexilo, cloruro de dodecilo y cloruro de laurilo, y haluros de bencilo, especialmente cloruro de bencilo y bromuro de bencilo. Agentes de cuaternización adecuados adicionales son sulfatos de dialquilo, especialmente sulfato de dimetilo o sulfato de dietilo. También pueden cuaternizarse los monómeros básicos de fórmulas (I) - (III) con óxidos de alquileno, tales como óxido de etileno u óxido de propileno, en presencia de ácidos.
Puede llevarse a cabo la cuaternización del monómero o de un polímero con uno de dichos agentes de cuaternización mediante métodos convencionales.
Agentes de cuaternización preferidos son cloruro de metilo, sulfato de dimetilo y sulfato de dietilo.
Ejemplos preferidos de monómeros (a) son metosulfato y cloruro de 3-metil-1-vinilimidazolio, cloruro de dimetildialilamonio, y también metacrilato de N,N-dimetilaminoetilo y N-[3-(dimetilamino)propil]metacrilamida que se han cuaternizado mediante cloruro de metilo, sulfato de dimetilo o sulfato de dietilo.
Monómeros (a) particularmente preferidos son metosulfato y cloruro de 3-metil-1-vinilimidazolio, cloruro de N-[3-(trimetilamino)propil]metacrilamida y cloruro de dimetildialilamonio, dándose una preferencia muy particular a metosulfato y cloruro de 3-metil-1-vinilimidazolio.
También pueden utilizarse mezclas de dichos monómeros (a).
Los monómeros (a) se utilizan en cantidades de desde el 1 hasta el 99% en peso con respecto al peso de todos los monómeros (a) a (c) preferiblemente de desde el 5 hasta el 80% en peso y, con preferencia particular, de desde el 10 hasta el 40% en peso.
Monómeros (b) solubles en agua adecuados son N-vinil-lactamas, siendo ejemplos N-vinilpiperidona, N-vinilpirrolidona y N-vinilcaprolactama, N-vinilacetamida, N-vinilformamida, N-metil-N-vinilacetamida, acrilamida, metacrilamida, N,N-dimetilacrilamida, N-metilolmetacrilamida, N-viniloxazolidona, N-viniltriazol, (met)acrilatos de hidroxialquilo, tales como (met)acrilato de hidroxietilo y (met)acrilato de hidroxipropilo, o (met)acrilatos de alquiletilenglicol que tienen de 1 a 50 unidades de etilenglicol en la molécula.
Pueden copolimerizarse los monómeros (b) no polares tales como acrilato y estireno con baja solubilidad en agua, que no convierten dicho polímero catiónico en insoluble en agua. Por ejemplo: butadieno, \alpha-alqueno, vinilciclohexano, haluro de vinilo, acrilonitrilo, (alquil)acrilato de alquilo o (alquil)acrilatos de arilo en el que el grupo alquilo consiste en 1-12 átomos de carbono, por ejemplo (met)acrilato de metilo, (met)acrilato de etilo, (met)acrilato de propilo, (met)acrilato de butilo, (met)acrilato de hexilo, (met)acrilato de etilhexilo, (met)acrilato de isoalquilo, (met)acrilato de ciclohexilo, (met)acrilato aromático, o alquil o aril(alquil)acrilamida, en la que el grupo alquilo consiste en 1-12 átomos de carbono, por ejemplo metil(met)acrilamida, etil(met)acrilamida, etil(met)acrilamida, t-butil(met)acrilamida, dimetil(met)acrilamida, hexil(met)acrilamida, etilhexil(met)acrilamida, isoalquil(met)acrilamida, ciclohexil(met)acrilamida, o (met)acrilamida aromática, t-butil(met)acrilamida.
Se extiende de manera adecuada a los ácidos carboxílicos insaturados, siendo ejemplos ácido acrílico, metacrílico, crotónico, itacónico, maleico y fumárico, y sus correspondientes anhídridos, y también a ácidos sulfónicos insaturados, tal como ácido acrilamidometilpropanosulfónico.
También pueden utilizarse mezclas de dichos monómeros (b).
Los monómeros (b) se utilizan en cantidades del 1-99% en peso con respecto al peso de todos los monómeros (a) a (c) preferiblemente de desde el 20 hasta el 95% en peso y, con preferencia particular, de desde el 40 hasta el 90% en peso.
Los monómeros (c), que poseen una función de reticulación, son compuestos que tienen al menos 2 dobles enlaces no conjugados, etilénicamente insaturados en la molécula.
Son monómeros (c) adecuados, por ejemplo, ésteres acrílicos, ésteres metacrílicos, alil éteres o vinil éteres de alcoholes al menos dihídricos. Los grupos OH de los alcoholes originales pueden estar en forma total o parcialmente eterificada o esterificada; sin embargo, los monómeros (c) contienen al menos dos grupos etilenicamente insaturados.
Ejemplos de los alcoholes originales son alcoholes dihídricos tales como 1,2-etanodiol, 1,2-propanodiol, 1,3-propanodiol, 1,2-butanodiol, 1,3-butanodiol, 2,3-butanodiol, 1,4-butanodiol, but-2-eno-1,4-diol, 1,2-pentanodiol, 1,5-pentanodiol, 1,2-hexanodiol, 1,6-hexanodiol, 1,10-decanodiol, 1,2-dodecanodiol, 1,12-dodecanodiol, neopentilglicol, 3-metilpentano-1,5-diol, 2,5-dimetil-1,3-hexanodiol, 2,2,4-trimetil-1,3-pentanodiol, 1,2-ciclohexanodiol, 1,4-ciclohexanodiol, 1,4-bis(hidroximetil)ciclohexano, mono(hidroxipivalato) de neopentilglicol, 2,2-bis(4-hidroxifenil)propano, 2,2-bis[4-(2-hidroxipropil)fenil]propano, dietilenglicol, trietilenglicol, tetraetilenglicol, dipropilenglicol, tripropilenglicol, tetrapropilenglicol, 3-tiopentano-1,5-diol, y también polietilenglicoles, polipropilenglicoles y politetrahidrofuranos teniendo cada uno pesos moleculares de desde 200 hasta 10.000. Además de los homopolímeros de óxido de etileno y/o óxido de propileno es también posible emplear copolímeros de bloque de óxido de etileno u óxido de propileno o copolímeros que comprenden grupos óxido de etileno y óxido de propileno incorporados. Ejemplos de alcoholes originales que tienen más de dos grupos OH son trimetilolpropano, glicerol, pentaeritritol, 1,2,5-pentanotriol, 1,2,6-hexanotriol, ácido trietoxicianúrico, sorbitano, y azúcares tales como sacarosa, glucosa y manosa. También pueden emplearse por supuesto los alcoholes polihídricos después de la reacción con óxido de etileno u óxido de propileno, tal como los correspondientes etoxilatos o propoxilatos, respectivamente. También pueden convertirse en primer lugar los alcoholes polihídricos en los correspondientes éteres de glicidilo mediante la reacción con epiclorohidrina.
Monómeros (c) adecuados adicionales son los vinil ésteres o los esteres de alcoholes insaturados monohídricos con ácidos carboxílicos C_{3}-C_{6} etilénicamente insaturados, por ejemplo ácido acrílico, metacrílico, itacónico, maleico o fumárico. Ejemplos de tales alcoholes son alcohol alílico, 1-buten-3-ol, 5-hexen-1-ol, 1-octen-3-ol, 9-decen-1-ol, alcohol diciclopentenílico, 10-undecen-1-ol, alcohol cinamílico, citronelol, alcohol crotílico o cis-9-octadecen-1-ol. También pueden esterificarse, sin embargo, los alcoholes insaturados monohídricos con ácidos carboxílicos polibásicos, siendo ejemplos ácido malónico, tartárico, trimelítico, ftálico, tereftálico, cítrico o succínico.
Otros monómeros (c) adecuados son ésteres de ácidos carboxílicos insaturados con los alcoholes polihídricos descritos anteriormente, siendo ejemplos ésteres de ácido oleico, crotónico, cinámico o 10-undecenoico.
También son adecuados como monómeros (c) hidrocarburos aromáticos o alifáticos, cíclicos o lineal, ramificado o de cadena lineal que tienen al menos dos dobles enlaces que en el caso de hidrocarburos alifáticos no deben estar conjugados: son ejemplos divinilbenceno, diviniltolueno, 1,7-octadieno, 1,9-decadieno, 4-vinil-1-ciclohexeno, trivinilciclohexano o polibutadienos que tienen pesos moleculares de desde 200 hasta 20.000.
Monómeros (c) todavía más adecuados son las acrilamidas, metacrilamidas y N-alilaminas basadas en al menos aminas dihídricas. Ejemplos de tales aminas son 1,2-diaminometano, 1,2-diaminoetano, 1,3-diaminopropano, 1,4-diaminobutano, 1,6-diaminohexano, 1,12-dodecanodiamina, piperazina, dietilentriamina e isoforondiamina. También son adecuadas las amidas de alilamina y ácidos carboxílicos insaturados tales como ácido acrílico, metacrílico, itacónico o maleico, o al menos ácidos carboxílicos dibásicos tal como se han descrito anteriormente.
Son también adecuados como monómeros (c), trialilamina y sales de trialilmonoalquilamonio, por ejemplo cloruro de trialilmetilamonio o metilsulfato de trialilmetilamonio.
Monómeros (c) adecuados adicionales son compuestos de N-vinilo de derivados de urea, al menos amidas difuncionales, cianuratos o uretanos, por ejemplo de urea, etilenurea, propilenurea o tartaramida, tal como N,N'-diviniletilenurea o N,N'-divinilpropilenurea.
Otros monómeros (c) adecuados son divinildioxano, tetraalilsilano y tetravinilsilano.
Se prefiere emplear aquellos monómeros (c) que son solubles en la mezcla de monómeros.
También pueden utilizarse mezclas de dichos monómeros (c).
Se utilizan los monómeros (c) en cantidades de desde el 0 hasta el 10% en peso con respecto al peso de todos los monómeros (a) a (c) preferiblemente de desde el 0 hasta el 5% en peso y, con preferencia particular, de desde el 0 hasta el 2,5% en peso.
En la presenta invención se usa sal para depositar el polímero tal como se forma y por tanto reduce de manera eficaz la viscosidad aparente de la dispersión acuosa. La polimerización de los monómeros solubles en agua producirá partículas de polímero soluble en agua cuando se proporciona la agitación adecuada. La selección de la sal particular que va a usarse depende del polímero en particular que va a producirse, y del estabilizante que va a emplearse. La selección de la sal, y la cantidad de sal presente debe hacerse de manera que el polímero que se está produciendo será insoluble en la solución de la sal.
Cantidades eficaces de sales tienden a precipitar los polímeros solubles en agua reduciendo de ese modo la viscosidad aparente de la dispersión acuosa. Los diferentes tipos de sales que pueden utilizarse para el fin de precipitar el polímero soluble en agua se han descrito extensamente en los documentos WO 98/14405 y WO 00/20470.
En la presente invención, las sales solubles en agua pueden ser sales inorgánicas, preferiblemente cosmotrópicas, tales como un cloruro, sulfato, fosfato, o hidrogenofosfato de metales y amoniaco. Ejemplos habituales incluyen: sulfato de sodio, sulfato de potasio, sulfato de amonio, sulfato de magnesio, sulfato de aluminio, cloruro de sodio, cloruro de calcio, dihidrogenofosfato de sodio, hidrogenofosfato de diamonio, hidrogenofosfato de dipotasio, fosfato de calcio, citrato de sodio, y sulfato férrico.
Estas sales pueden utilizarse solas o como mezclas de dos o más sales. En muchos casos, la mezcla de sal es más eficaz que cada sal sola, en una base de peso. También pueden utilizarse sales caotrópicas, tales como tiocianatos, percloratos, cloratos, nitratos, bromuros, y yoduros. Ejemplos habituales son nitrato de calcio, nitrato de sodio, nitrato de amonio, nitrato de aluminio, tiocianato de sodio y yoduro de sodio.
La cantidad de sal que va a usarse en la presente invención varía dependiendo del tipo de monómero, y el tipo de sal., la razón molar de la sal con respecto al monómero utilizado, y su solubilidad.
Generalmente, se utiliza la sal en una cantidad del 1 al 100% de la cantidad máxima de sal que es soluble en el medio de reacción en las condiciones aplicadas. Preferiblemente se utiliza una cantidad del 5 al 95%, más preferiblemente una cantidad del 20 al 80%. Además, es posible añadir más sal a la dispersión después de completarse la polimerización, en el intervalo de solubilidad.
Se utiliza como dispersante (coloide protector) un segundo polímero anfótero soluble en agua, preferiblemente un polímero de adición de vinilo con una carga global negativa (opuesta al polímero disperso). Preferiblemente el dispersante anfótero tiene una carga global negativa a pH = 6,75. Puede medirse la carga global del polímero anfótero mediante ensayos de electroforesis.
Los dispersantes anfóteros se definen como polímeros que consisten en unidades repetidas que contienen carga catiónica así como también en unidades repetidas que contienen carga aniónica. También pueden estar presentes unidades repetidas neutras.
Los dispersantes anfóteros pueden obtenerse mediante:
(i) copolimerización iniciada por radicales libres de mezclas de monómeros en agua que comprenden
(a)
desde el 1 hasta el 99% en peso de un monómero aniónico
(b)
desde el 1 hasta el 99% en peso de un monómero catiónico o monómero cuaternizable,
(c)
desde el 0 hasta el 98% en peso de un monómero neutro
ajustándose las cantidades de (a) a (c) de tal manera que el polímero resultante tiene una carga global negativa,
Los monómeros (a) aniónicos adecuados son ácido (met)acrílico, ácido etacrílico, ácido maleico, ácido itacónico, ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico, ácido vinilsulfónico, ácido vinilfosfórico, ácido estirolsulfúrico, así como sus sales de amonio y alcalinometálicas. Pueden obtenerse también grupos aniónicos mediante hidrólisis de grupos (met)acrilato o (met)acrilamida.
Los monómeros (b) catiónicos adecuados, son, vinilimidazoles cuaternizados con sulfato de dimetilo, sulfato de dietilo, o MeCl, (alquil)acrilatos de dialquilaminoalquilo, dialquilaminoalquilacrilamidas, dialilalquilamonio, y vinilamina. También puede introducirse la carga catiónica mediante modificación posterior de los polímeros por ejemplo mediante cuaternización (con cloruro de metilo, o sulfato de dimetilo, sulfato de dietilo), o mediante protonación de los monómeros, o mediante hidrólisis de por ejemplo vinilformamida para dar vinilamina.
Los monómeros (c) neutros adecuados son N-vinilpiridina, N-vinilacetamida, N-vinilpirrolidona, (met)acrilato de hidroxialquilo, acrilamida, metacrilamida, vinilformamida, PEG-acrilato y derivados de metacrilato, N-vinilcaprolactama. Pueden copolimerizarse acrilatos y estiroles con una baja solubilidad en agua, así como los monómeros no polares que no convierten el polímero en insoluble en agua. Por ejemplo: butadieno, \alpha-alqueno, vinilciclohexano, haluro de vinilo, acrilonitrilo, (alquil)acrilato de alquilo o (alquil)acrilatos de arilo en el que los grupo alquilo consiste en 1-12 átomos de carbono, por ejemplo (met)acrilato de metilo, (met)acrilato de etilo, (met)acrilato de propilo, (met)acrilato de butilo, (met)acrilato de hexilo, (met)acrilato de etilhexilo, (met)acrilato de isoalquilo, (met)acrilato de ciclohexilo, (met)acrilatos aromáticos, o alquil o aril(alquil)acrilamida, en la que el grupo alquilo consiste en 1-12 átomos de carbono, por ejemplo metil(met)acrilamida, etil(met)acrilamida, etil(met)acrilamida, t-butil(met)acrilamida, dimetil(met)acrilamida, hexil(met)acrilamida, etilhexil(met)acrilamida, isoalquil(met)acrilamida, ciclohexil(met)acrilamida, o (met)acrilamida aromática, t-butil(met)acrilamida.
En una realización preferida el dispersante anfótero se produce mediante polimerización de monómeros:
(a) de desde el 1 hasta el 99%, más preferido de desde el 20 hasta el 90% y todavía más preferido de desde el 40 hasta el 80% en peso de ácido acrílico, ácido etacrílico, y/o ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico, así como sus sales de amonio y alcalinometálicas,
(b) de desde el 1 hasta el 99%, más preferido del 2-80% y todavía más preferido del 5-50% en peso de metilvinilimidazolio, cloruro de metilvinilimidazolio, propilmetacrilato de trimetilamonio (sal de cloruro), propilmetacrilato de trimetilamonio (sal de sulfato de metilo), propilmetacrilato de trimetilamonio (sal de sulfato de etilo), propilacrilamida de trimetilamonio (sal de cloruro), cloruro de dimetildialilamonio, y/o vinilamina.
(c) de desde el 0 hasta el 98%, más preferido del 0-50% y todavía más preferido del 0% en peso de N-vinilpiridina, N-vinilacetamida, N-vinilpirrolidona, (met)acrilato de hidroxialquilo, acrilamida, metacrilamida, y/o vinilformamida, en los que la razón de monómero (a) con respecto a (b) es tal que el polímero tiene una carga global negativa a pH 6,75.
Puede preparase el dispersante anfótero o bien mediante copolimerización clásica en solución, masa, precipitación, dispersión, emulsión, suspensión o microemulsión.
La carga del polímero puede ser la suma de las cargas de todos los monómeros aplicados o puede estar influenciada mediante una modificación química del polímero, por ejemplo hidrólisis de unidades de vinilformamida para dar unidades de vinilamina o cuaternización de unidades de amina.
Preferiblemente el dispersante anfótero se produce mediante polimerización de monómeros de:
(a) ácido acrílico, ácido metacrílico, así como sus sales de amonio y alcalinometálicas,
(b) metilsulfato de metilvinilimidazolio, propilmetacrilato de trimetilamonio (sal de cloruro), cloruro de dimetildialilamonio, y vinilamina,
en los que la razón de monómero (a) con respecto (b) es tal que el polímero tiene una carga global negativa a pH 6,75.
De la manera más preferible, los dispersantes anfóteros contienen copolímeros de ácido acrílico y vinilamina formados mediante reacción posterior de unidades de repetición de vinilformamida, ácido metacrílico y vinilamina formados mediante reacción posterior de unidades de repetición de vinilformamida, ácido metacrílico y cloruro de dimetildialilamonio, ácido acrílico y cloruro de dimetildialilamonio en los que la razón de monómeros aniónicos con respecto a monómeros catiónicos (protonados) es tal que el polímero tiene una carga global negativa a
pH 6,5.
Los valores k de los electrolitos del polímero como dispersantes están en el intervalo de desde 10 hasta 350, preferiblemente de desde 20 hasta 200 y más preferiblemente de desde 35 hasta 115. Los valores-k se miden a 25ºC como el solución al 0,1% en peso en solución al 5% en peso de NaCl según Fikentscher, Cellulose-Chemie, tomo 13, págs. 58-64 (1932).
Puede obtenerse el electrolito de polímero que sirve como dispersante en la presente invención disolviendo dichos monómeros en un medio acuoso, añadiendo un iniciador de la polimerización tal como un iniciador de polimerización de tipo-azo soluble en agua como 2-clorhidrato de 2,2'-azobis(2-amidinopropano) (V-50), o 2-clorhidrato de 2,2'-azobis[2-(2-imidazolin-2-il)propano] (VA-44), o un iniciador de polimerización de tipo-redox soluble en agua como el uso combinado de persulfato de amonio e hidrogenosulfito de sodio y llevando a cabo la polimerización de radicales para obtener el dispersante deseado. Puede seleccionarse de manera arbitraria la temperatura de reacción de la polimerización dentro del rango de 0-100ºC según las propiedades del iniciador de polimerización. La polimerización puede tener lugar a presión atmosférica o autógena. También puede seleccionarse de manera arbitraria la adición de un agente de transferencia de cadena tal como alcohol isopropílico y mercaptano, que se utilizan normalmente en polimerizaciones de radicales para ajustar el peso molecular. Aunque la polimerización del electrolito de polímero que sirve como un dispersante se lleva a cabo normalmente manteniendo la polimerización de la solución acuosa, es preferible llevar a cabo la polimerización mientras que se agita en consideración de la uniformidad del producto.
La cantidad de dispersante anfótero empleado en el procedimiento según la invención es del 0,1 al 20% en peso del peso total de la dispersión (es decir el peso de los monómeros, el agua y la sal), preferiblemente del 0,25 al 10% en peso y más preferiblemente del 1 al 5% en peso.
Se forman preferiblemente las dispersiones acuosas de polímeros solubles en agua mediante polimerización de los monómeros correspondientes para formar el primer polímero catiónico soluble en agua, en presencia de al menos un dispersante y una (mezcla de) sal. Puede ejecutarse la polimerización mediante cualquier medio de iniciación, que incluye el tipo redox, térmico o de irradiación. Los iniciadores que pueden emplearse para la polimerización por radicales libres son azo y/o peroxo compuestos insolubles en agua y solubles en agua habituales para este fin, siendo ejemplos peroxodisulfatos de metal alcalino o amonio, peróxido de dibenzoílo, perpivalato de terc-butilo, per-2-etilhexanoato de terc-butilo, peróxido de di-terc-butilo, hidroperóxido de terc-butilo, azobisisobutironitrilo, diclorhidrato de azobis(2-amidinopropano), diclorhidrato de 2,2'-azobis(2-amidino-propano) (V-50), o 2,2'-azobis(2-metilbutironitrilo). También son adecuadas las mezclas de iniciadores o sistemas de iniciadores redox, tales como ácido ascórbico/sulfato de hierro (II)/peroxodisulfato de sodio, hidroperóxido de terc-butilo/disulfito de sodio, hidroperóxido de terc-butilo/hidroximetanosulfinato de sodio. Pueden emplearse los iniciadores en las cantidades habituales, por ejemplo de desde el 0,05 hasta el 5% en peso basándose en la cantidad de monómeros que se van a polimerizar.
La polimerización puede comenzarse o bien por adición de grupo del iniciador antes de la polimerización, o bien por adición lenta del iniciador, o combinación de ambas. De la misma manera, puede añadirse la cantidad de total de la sal al principio del proceso de polimerización, o pueden añadirse partes de la sal de manera intermitente en cualquier momento durante el proceso de polimerización. La polimerización puede realizarse o bien en grupo o por la adición lenta de monómero, o una combinación de ambas. Puede añadirse la cantidad total de la sal al principio del proceso de polimerización, o pueden añadirse partes de la sal de manera intermitente en cualquier momento durante el proceso de polimerización. Pueden seleccionarse los parámetros de polimerización, por ejemplo la temperatura, y el tiempo de manera conocida, y pueden variarse durante el curso de la polimerización. La polimerización se ejecuta generalmente en presencia de un gas inerte, por ejemplo nitrógeno. Pueden añadirse si se requiere, agentes auxiliares de proceso habituales por ejemplo agentes quelantes, agentes secuestrantes, agentes para ajustar el pH, etc.
Puede deshidratarse la dispersión acuosa de la presente invención para aumentar el contenido en sólidos de polímero total, o para crear productos secos sustancialmente. Puede usarse cualquier medio conocido en la técnica por ejemplo desmoldeo, secado por pulverizador, precipitación del disolvente, etc. para reducir el contenido en agua. Sorprendentemente, la deshidratación parcial puede reducir la viscosidad aparente de una dispersión acuosa, a pesar de la tendencia de la deshidratación a aumentar los sólidos de polímero. Pueden obtenerse partículas de polímeros de adición de vinilo hinchables en agua o solubles en agua secas sustancialmente mediante secado por pulverización de la dispersión acuosa dentro de una corriente de gas y recogiendo las partículas de polímero resultantes tal como se describe de manera extensa en la patente WO 98/14405.
Otra realización de la invención son dispersiones de polímeros hinchables en agua o solubles en agua que pueden obtenerse con un procedimiento tal como se describió anteriormente.
Otra realización de la invención es el uso de los polímeros para industrias de papel, de petróleo, de tratamiento de agua, mineras, de cosméticos y textiles. Ejemplos de suspensiones de sólidos dispersos que pueden deshidratarse por medio de la presente invención son residuos industriales y urbanos, clarificación de agua potable, etc. Otras aplicaciones que pueden beneficiarse de los aspectos ventajosos de la presente invención incluyen la modificación de petróleo, reforestación, control de la erosión, crecimiento/protección de semillas, en los que la dispersión acuosa o el polímero seco, preferiblemente una mezcla acuosa de los mismos, se aplica ventajosamente al suelo. Otros ejemplos de suspensiones de sólidos que pueden deshidratarse por medio de la presente invención se encuentran en el área de fabricación de papel, tales como agentes favorecedores de la retención, agentes favorecedores del drenado, agentes favorecedores de la formación, agentes favorecedores de la producción de lavador/espesante/drenaje, agentes de control de carga, o para el destintado, la sedimentación, la eliminación del color o para la deshidratación de lodo. Pueden usarse los polímeros de la presente invención en aplicaciones del campo del petróleo tales como refinado de petróleo, clarificación de agua, deshidratación de residuos, y eliminación de petróleo véase por ejemplo el documento US 5.330.650. También puede encontrarse aplicación de clarificación y deshidratación de las dispersiones acuosas y polímeros secos de la presente invención en el área de procesamiento de comida, por ejemplo deshidratación de aves, ternera, cerdo y patata así como clarificación de procesamiento de azúcar, y clarificación de la remolacha azucarera.
Las aplicaciones de minerales y mineras incluyen el tratamiento de varios fangos de lavado de mineral, deshidratación de residuos, y espesamiento. Las aplicaciones biotecnológicas para dichas dispersiones y polímeros secos incluyen deshidratación y clarificación de residuos y preferiblemente, deshidratación y clarificación de caldos de fermentación. La aplicación de las dispersiones de polímeros y polímeros secos mencionados en la industria textil incluye espesamiento y agentes para eliminar el color. Para las aplicaciones cosméticas dichos polímeros pueden utilizarse como agentes espesantes y acondicionadores en las formulaciones del cuidado de la piel y del cuidado del cabello.
Ejemplos Abreviaturas
DMAEA\cdotMeCl:
acrilato de dimetilaminoetilo - cloruro de metilo
QUAT-311:
metacrilato de dimetilaminoetilo - sulfato de dietilo
DADMAC:
cloruro de dialildimetilamonio
VP:
vinilpirrolidona
VFA:
vinilformamida
Los siguientes ejemplos se presentan sólo para fines de ilustración y no para ser interpretados como límites de la presente invención. Los ejemplos comparativos 1-6 indican claramente que el uso de dispersantes con cargas sólo aniónicas o catiónicas no conduce a dispersiones estables. El ejemplo comparativo 7 muestra que también se obtienen dispersiones inestables utilizando copolímeros anfóteros con una carga catiónica global. Los ejemplos 3-10 ilustran claramente que se obtienen dispersiones estables con dispersantes anfóteros que tienen una carga global negativa en las condiciones de polimerización.
Ejemplo comparativo 1
Polimerización de VP y Quat-311 en presencia de sulfato de sodio, con un dispersante aniónico
Se disolvieron sulfato de sodio (77 g), vinilpirrolidona (128 g), Quat-311 (64 g, solución al 50% en peso en agua) en agua (300 g). Se añadieron como dispersante, 43 g de poli(ácido maleico-co-ácido acrílico) (solución al 40% en peso en agua, Sokalan CP5). Se ajustó el pH a un valor de 6,75 con una solución al 5% de ácido sulfúrico y se purgó la emulsión con gas nitrógeno durante aproximadamente 10 minutos. Entonces se añadió el iniciador de radicales (V-50; 0,24 g) y se calentó la mezcla de reacción hasta 60ºC en una atmósfera de nitrógeno. Tras agitar la mezcla a esta temperatura durante 3 horas, se añadió una segunda serie de VA-50 (0,48 g) y se agitó la mezcla adicionalmente durante 3 horas a 70ºC y después se enfrió hasta temperatura ambiente. Se obtuvo una suspensión blanca con un contenido en polímero del 23% y una viscosidad de 800 mPas. La emulsión fue estable durante 5 horas, tras las cuales se produjo la separación.
Ejemplo comparativo 2
Polimerización de VP y Quat-311 en presencia de sulfato de sodio, con un dispersante aniónico
Se disolvieron sulfato de sodio (77 g), vinilpirrolidona (128 g), Quat-311 (64 g, solución al 50% en peso en agua) en agua (379 g). Se añadieron como dispersante, 42 g de ácido poliacrílico (Sokalan PA80) (al 35% en peso en agua). Se ajustó el pH a un valor de 6,75 con una solución al 50% de hidróxido de sodio y se purgó la emulsión con gas nitrógeno durante aproximadamente 10 minutos. Entonces se añadió el iniciador de radicales (V-50; 0,48 g) y se calentó la mezcla de reacción hasta 60ºC en una atmósfera de nitrógeno. Tras agitar la mezcla a esta temperatura durante 3 horas, se añadió una segunda serie de VA-50 (0,96 g) y se agitó la mezcla adicionalmente durante 3 horas a 70ºC y después se enfrió hasta temperatura ambiente. Se obtuvo una suspensión blanca con un contenido en polímero del 23% y una viscosidad de 850 mPas. La emulsión se separó durante la noche.
Ejemplo comparativo 3
Polimerización de VP y Quat-311 en presencia de sulfato de sodio, con un dispersante catiónico
Se disolvieron sulfato de sodio (77 g), vinilpirrolidona (128 g), Quat-311 (64 g, solución al 50% en peso en agua) en agua (300 g). Se añadieron como dispersante, 75 g de polivinilamina (solución al 20% en peso en agua, Catiofast PR8106). Se ajustó el pH a un valor de 6,75 con una solución al 5% de ácido sulfúrico y se purgó la emulsión con gas nitrógeno durante aproximadamente 10 minutos. Entonces se añadió el iniciador de radicales (V-50; 0,24 g) y se calentó la mezcla de reacción hasta 60ºC en una atmósfera de nitrógeno. Tras agitar la mezcla a esta temperatura durante 3 horas, se añadió una segunda serie de VA-50 (0,48 g) y se agitó la mezcla adicionalmente durante 3 horas a 70ºC y después se enfrió hasta temperatura ambiente. Se obtuvo una suspensión blanca con un contenido en polímero del 23% y una viscosidad de 100 mPas. La emulsión se separó durante la noche.
Ejemplo comparativo 4
Polimerización de VP y cloruro de dialilaminodimetilamonio en presencia de sulfato de sodio, utilizando un dispersante catiónico
Se disolvieron sulfato de sodio (77 g), vinilpirrolidona (128 g), cloruro de dialilaminodimetilamonio (50 g, solución al 65% en peso en agua) y 0,48 de tetraalil éter de pentaeritritol en agua (390 g). Se añadieron como dispersante, 63 g de polivinilamina (Catiofast PR8106) (solución al 25% en peso en agua). Se ajustó el pH a un valor de 6,75 con una solución al 5% de ácido sulfúrico y se purgó la emulsión con gas nitrógeno durante aproximadamente 10 minutos. Entonces se añadió el iniciador de radicales (V-50; 0,48 g) y se calentó la mezcla de reacción hasta 60ºC en una atmósfera de nitrógeno. Tras agitar la mezcla a esta temperatura durante 3 horas, se añadió una segunda serie de VA-50 (0,48 g) y se agitó la mezcla adicionalmente durante 3 horas a 70ºC y después se enfrió hasta temperatura ambiente. Se obtuvo una suspensión blanca con un contenido en polímero del 23% y una viscosidad de 100 mPas. La emulsión se separó durante la noche.
Ejemplo comparativo 5
Polimerización de VP y QVI en presencia de una mezcla de sulfato de sodio, utilizando un dispersante aniónico
Se disolvieron sulfato de sodio (77 g), vinilpirrolidona (128 g), vinilimidazolio cuaternizado (64 g, solución al 45% en peso en agua) y 0,48 g de trialilamina en agua (347 g). Se añadieron como dispersante, 63 g de ácido poliacrílico (solución al 25% en peso en agua Sokalan PA80). Se ajustó el pH a un valor de 6,75 con una solución al 50% de ácido sulfúrico y se purgó la emulsión con gas nitrógeno durante aproximadamente 10 minutos. Entonces se añadió el iniciador de radicales (V-50; 0,48 g) y se calentó la mezcla de reacción hasta 60ºC en una atmósfera de nitrógeno. Tras agitar la mezcla a esta temperatura durante 3 horas, se añadió una segunda serie de VA-50 (0,96 g) y se agitó la mezcla adicionalmente durante 3 horas a 70ºC y después se enfrió hasta temperatura ambiente. Se obtuvo una suspensión blanca con un contenido en polímero del 23% y una viscosidad < 100 mPas (husillo 4, 12 rpm). La emulsión fue estable durante 1 día.
Ejemplo comparativo 6
Polimerización de VP y QVI utilizando un dispersante catiónico
Se disolvieron sulfato de sodio (77 g), vinilpirrolidona (128 g), vinilimidazolio cuaternizado (64 g, solución al 45% en peso en agua) y 0,48 g de trialilamina en agua (347 g). Se añadieron como dispersante, 63 g de polivinilamina (Catiofast PR8106) (solución al 25% en peso en agua). Se ajustó el pH a un valor de 6,75 con una solución al 50% de ácido sulfúrico y se purgó la emulsión con gas nitrógeno durante aproximadamente 10 minutos. Entonces se añadió el iniciador de radicales (V-50; 0,48 g) y se calentó la mezcla de reacción hasta 60ºC en una atmósfera de nitrógeno. Tras agitar la mezcla a esta temperatura durante 3 horas, se añadió una segunda serie de VA-50 (0,96 g) y se agitó la mezcla adicionalmente durante 3 horas a 70ºC y después se enfrió hasta temperatura ambiente. Se obtuvo una suspensión blanca con un contenido en polímero del 23% y una viscosidad de 100 mPas (husillo 4, 12 rpm). La emulsión se separó durante la noche.
Ejemplo comparativo 7
Polimerización de VP y QVI utilizando un dispersante anfótero con una carga global positiva
Se disolvieron sulfato de sodio (77 g), vinilpirrolidona (128 g), vinilimidazolio cuaternizado (64 g, solución al 50% en peso en agua) y 0,48 g de trialilamina en agua (347 g). Se añadieron como dispersante, 63 g de poli(vinilamina-co-ácido acrílico = 9:1 mol:mol) (solución al 25% en peso en agua). Se ajustó el pH a un valor de 6,75 con una solución al 50% de ácido sulfúrico y se purgó la emulsión con gas nitrógeno durante aproximadamente 10 minutos. Entonces se añadió el iniciador de radicales (V-50; 0,5 g) y se calentó la mezcla de reacción hasta 60ºC en una atmósfera de nitrógeno. Tras agitar la mezcla a esta temperatura durante 3 horas, se añadió una segunda serie de VA-50 (1 g) y se agitó la mezcla adicionalmente durante 3 horas a 70ºC y después se enfrió hasta temperatura ambiente. Se obtuvo una suspensión blanca con un contenido en polímero del 23% y una viscosidad de 1.500 mPas (husillo 4, 12 rpm). La emulsión se separó durante la noche.
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Ejemplo 1 Síntesis de dispersantes de poli(vinilamina-co-ácido acrílico)
Se añadió gota a gota una solución de NaOH al 50% (159 g) a una mezcla de ácido acrílico (140 g) y hielo (210 g). Después se añadió vinilformamida (60 g) y se ajustó el pH a un valor de 6,5. Se añadió la mezcla resultante a lo largo de 3 horas a una solución agitada de agua (430 g) y dihidrogenofosfato de sodio (2 g) a 80ºC bajo una purga de nitrógeno constante. Simultáneamente, también se añadió una solución del iniciador V-50 (1 g en 50 g de agua) a lo largo de 3,5 horas. Tras las adiciones, se añadió el iniciador VA044 (0,2 g) y se llevó a cabo la polimerización durante 2 horas adicionales y después de esto se enfrió hasta temperatura ambiente. El polímero obtenido tenía un valor K de 75,4 (el 1% de polímero en una solución de NaCl al 5%). Se llevó a cabo una hidrólisis de los grupos vinilformamida en este polímero mediante la adición de gránulos de NaOH (37,2 g) a la solución de polímero agitada y después el calentamiento durante 3 horas a 80ºC. Tras el enfriamiento hasta temperatura ambiente, se ajustó el pH de la solución resultante a un valor de 7 utilizando una solución de HCl. Se realizaron otros copolímeros que contienen diferentes razones de VFA con respecto a ácido acrílico de un modo similar.
Ejemplo 2 Síntesis de dispersantes de poli(ácido acrílico-co-DMAEA\cdotMeCl)
Se añadió gota a gota una solución de NaOH al 50% (133 g) a una mezcla de ácido acrílico (120 g) y hielo (148 g). Esta solución y una solución de DMA3\cdotMeCl (350 g de una solución acuosa al 80% en peso) diluida en 100 ml de agua a lo largo de 3 horas a agua (1.300 g) a 70ºC con agitación rápida y bajo una purga de nitrógeno constante. Simultáneamente, también se añadió una solución del iniciador V-50 (0,75 g en 130 g de agua) a lo largo de 3,5 horas. Tras las adiciones, se añadió el iniciador VA044 (0,2 g) y se llevó a cabo la polimerización durante 2 horas adicionales y después de esto se enfrió hasta temperatura ambiente. Se ajustó el pH de la mezcla transparente resultante a 6,5. El polímero obtenido tenía un valor K de 73,5 (el 1% de polímero en una solución de NaCl al 5%). Se realizaron otros copolímeros que contienen diferentes razones de DMAEA\cdotMeCl con respecto a ácido acrílico de un modo
similar.
Ejemplo 3 Polimerización de VP y Quat-311 utilizando un dispersante anfótero con una carga global negativa
Se disolvieron sulfato de sodio (77 g), vinilpirrolidona (128 g), Quat-311 (64 g, solución al 50% en peso en agua) en agua (347 g). Se añadieron como dispersante, 63 g de poli(vinilamina-co-ácido acrílico = 1:9 mol:mol) (solución al 28% en peso en agua). Se ajustó el pH a un valor de 6,75 con una solución al 50% de ácido sulfúrico y se purgó la emulsión con gas nitrógeno durante aproximadamente 10 minutos. Entonces se añadió el iniciador de radicales (V-50; 0,48 g) y se calentó la mezcla de reacción hasta 60ºC en una atmósfera de nitrógeno. Tras agitar la mezcla a esta temperatura durante 3 horas, se añadió una segunda serie de VA-50 (0,96 g) y se agitó la mezcla adicionalmente durante 3 horas a 70ºC y después se enfrió hasta temperatura ambiente. Se obtuvo una suspensión blanca con un contenido en polímero del 23% y una viscosidad de 3.500 mPas. Se estudió la estabilidad de la emulsión a lo largo de un periodo de 2 meses tras los cuales no se observó ninguna separación.
Ejemplo 4 Polimerización de VP y Quat-311 utilizando un dispersante anfótero con una carga global negativa
Se disolvieron sulfato de sodio (77 g), vinilpirrolidona (128 g), Quat-311 (64 g, solución al 50% en peso en agua) en agua (347 g). Se añadieron como dispersante, 63 g de poli(vinilamina-co-ácido acrílico = 3:7 mol:mol) (solución al 25% en peso en agua). Se ajustó el pH a un valor de 6,75 con una solución al 50% de ácido sulfúrico y se purgó la emulsión con gas nitrógeno durante aproximadamente 10 minutos. Entonces se añadió el iniciador de radicales (V-50; 0,48 g) y se calentó la mezcla de reacción hasta 60ºC en una atmósfera de nitrógeno. Tras agitar la mezcla a esta temperatura durante 3 horas, se añadió una segunda serie de VA-50 (0,96 g) y se agitó la mezcla adicionalmente durante 3 horas a 70ºC y después se enfrió hasta temperatura ambiente. Se obtuvo una suspensión blanca con un contenido en polímero del 23% y una viscosidad de 1.650 mPas. Se estudió la estabilidad de la emulsión a lo largo de un periodo de 2 meses tras los cuales no se observó ninguna separación.
Ejemplo 5 Polimerización de VP y Quat-311 en presencia de sulfato de sodio
Se disolvieron sulfato de sodio (77 g), vinilpirrolidona (128 g), Quat-311 (64 g, solución al 50% en peso en agua), y 0,48 g de tetraalil éter de pentaeritritol, en agua (300 g). Se añadieron como dispersante, 66 g de poli(vinilamina-co-ácido acrílico = 2:8 mol:mol) (solución al 26% en peso en agua). Se ajustó el pH a un valor de 6,75 con una solución al 50% de ácido sulfúrico y se purgó la emulsión con gas nitrógeno durante aproximadamente 10 minutos. Entonces se añadió el iniciador de radicales (V-50; 0,24 g) y se calentó la mezcla de reacción hasta 60ºC en una atmósfera de nitrógeno. Tras agitar la mezcla a esta temperatura durante 3 horas, se añadió una segunda serie de VA-50 (0,48 g) y se agitó la mezcla adicionalmente durante 3 horas a 70ºC y después se enfrió hasta temperatura ambiente. Se obtuvo una suspensión blanca con un contenido en polímero del 23% y una viscosidad de 1.200 mPas. Se evaluó la estabilidad de la emulsión a lo largo de un periodo de 2 meses tras los cuales no se observó ninguna separación.
Ejemplo 6 Polimerización de vinilpirrolidona y cloruro de dialildimetilamonio en presencia de sulfato de sodio
Se disolvieron sulfato de sodio (77 g), vinilpirrolidona (128 g), cloruro de dialildimetilamonio (50 g, solución al 65% en peso en agua), y 1,28 g de tetraalil éter de pentaeritritol, en agua (380 g). Se añadieron como dispersante, 60 g de poli(vinilamina-co-ácido acrílico = 2:8 mol:mol) (solución al 26% en peso en agua). Se ajustó el pH a un valor de 6,75 con una solución al 50% de ácido sulfúrico y se purgó la emulsión con gas nitrógeno durante aproximadamente 10 minutos y se calentó la mezcla de reacción hasta 60ºC en una atmósfera de nitrógeno. Entonces se añadió el iniciador de radicales (V-50; 0,24 g en 25 g de agua) a la emulsión en tres horas. Se continuó la reacción durante otras 2 horas tras las cuales se calentó la mezcla de reacción hasta 70ºC. Entonces, se añadió una segunda serie de VA-50 (0,48 g) a la emulsión directamente y se continuó agitando la mezcla durante 3 horas a 70ºC. Entonces se enfrió la emulsión hasta temperatura ambiente. La suspensión blanca que se obtuvo tenía un contenido en polímero del 23% y una viscosidad de 1.250 mPas. Se estudió la estabilidad de la emulsión a lo largo de un periodo de 2 meses tras los cuales no se observó ninguna separación.
Ejemplo 7 Polimerización de VP y QVI utilizando un dispersante anfótero con una carga global negativa
Se disolvieron sulfato de sodio (77 g), vinilpirrolidona (128 g), vinilimidazolio cuaternizado (64 g, solución al 50% en peso en agua), y 0,48 g de trialilamina en agua (347 g). Se añadieron como dispersante, 63 g de poli(vinilamina-co-ácido acrílico = 1:9 mol:mol) (solución al 25% en peso en agua). Se ajustó el pH a un valor de 6,75 con una solución al 50% de ácido sulfúrico y se purgó la emulsión con gas nitrógeno durante aproximadamente 10 minutos. Entonces se añadió el iniciador de radicales (V-50; 0,48 g) y se calentó la mezcla de reacción hasta 60ºC en una atmósfera de nitrógeno. Tras agitar la mezcla a esta temperatura durante 3 horas, se añadió una segunda serie de VA-50 (0,96 g) y se agitó la mezcla adicionalmente durante 3 horas a 70ºC y después se enfrió hasta temperatura ambiente. Se obtuvo una suspensión blanca con un contenido en polímero del 23% y una viscosidad de 1.100 mPas. Se estudió la estabilidad de la emulsión a lo largo de un periodo de 2 meses tras los cuales no se observó ninguna separación.
Ejemplo 8 Polimerización de VFA y QVI utilizando un dispersante anfótero con una carga global negativa
Se disolvieron sulfato de sodio (120 g), sulfato de amonio (82,5 g), NaH_{2}PO_{4} (2,4 g), y poli(ácido acrílico-co-DMAEA\cdotMeCl) (55:45 mol:mol; 235 g de una solución al 22,5% en peso en agua) en agua (334 g). Una mezcla de vinilformamida (128 g) y vinilimidazolio cuaternizado (106,6 g, solución al 45% en peso en agua). Se ajustó el pH a un valor de 6,75 con una solución al 50% de hidróxido de sodio y después se purgó con gas nitrógeno durante aproximadamente 10 minutos. Entonces se añadió el iniciador de radicales (V-70; 0,48 g) y se calentó la mezcla de reacción hasta 40ºC en una atmósfera de nitrógeno. Tras agitar la mezcla a esta temperatura durante 6 horas, se añadió una segunda serie de VA-70 (0,48 g) y se agitó la mezcla adicionalmente durante 2 horas a 60ºC y después se enfrió hasta temperatura ambiente. Se obtuvo una suspensión blanca con un contenido en polímero del 22% y una viscosidad de 2.900 mPas. Se estudió la estabilidad de la emulsión a lo largo de un periodo de 1 mes tras el cual no se observó ninguna separación.
Ejemplo 9 Polimerización de VFA y DADMAC utilizando un dispersante anfótero con una carga global negativa
Se disolvieron sulfato de sodio (80 g), sulfato de amonio (55 g), NaH_{2}PO_{4} (1,3 g), y poli(ácido acrílico-co-DMAEA\cdotMeCl) (55:45 mol:mol; 152 g de una solución al 22,5% en peso en agua) y cloruro de dialilaminodimetilamonio (48,5 g de una solución acuosa al 66% en peso) en agua (245 g). Entonces se añadió vinilformamida (128 g). Se ajustó el pH a un valor de 6,75 con una solución al 50% de hidróxido de sodio y se purgó con gas nitrógeno durante aproximadamente 10 minutos. Entonces se añadió el iniciador de radicales (V-70; 0,3 g) y se calentó la mezcla de reacción hasta 40ºC en una atmósfera de nitrógeno. Tras agitar la mezcla a esta temperatura durante 6 horas, se añadió V-044 (0,25 g) y se agitó la mezcla adicionalmente durante 2 horas a 50ºC y después se enfrió hasta temperatura ambiente. Se obtuvo una suspensión blanca con un contenido en polímero del 22% y una viscosidad de 7.000 mPas. Se estudió la estabilidad de la emulsión a lo largo de un periodo de 1 mes tras el cual no se observó ninguna separación.
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Ejemplo 10 Polimerización de VFA y DMAEA\cdotMeCl utilizando un dispersante anfótero con una carga global negativa
Se disolvieron sulfato de sodio (80 g), sulfato de amonio (55 g), NaH_{2}PO_{4} (1,43 g), y poli(ácido acrílico-co-DMAEA\cdotMeCl) (55:45 mol:mol; 88,5 g de una solución acuosa al 22,5% en peso) en agua (245 g). Entonces se añadió una mezcla de vinilformamida (144 g) y DMA3\cdotMeCl (54,4 g de una solución acuosa al 80% en peso). Se ajustó el pH a un valor de 6,75 con una solución al 50% de hidróxido de sodio y se purgó con gas nitrógeno durante aproximadamente 10 minutos. Entonces se añadió el iniciador de radicales (VA-044; 0,3 g) y se calentó la mezcla de reacción hasta 50ºC en una atmósfera de nitrógeno. Tras agitar la mezcla a esta temperatura durante 5 horas, se añadió una segunda serie de V-044 (0,25 g) y se agitó la mezcla adicionalmente durante 2 horas a 50ºC y después se enfrió hasta temperatura ambiente. Se obtuvo una suspensión blanca con un contenido en polímero del 26% y una viscosidad de 6.000 mPas. Se estudió la estabilidad de la emulsión a lo largo de un periodo de 1 mes tras el cual no se observó ninguna separación.
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4

Claims (5)

1. Procedimiento para la producción de polímeros catiónicos solubles en agua o hinchables en agua mediante
(i) copolimerización iniciada por radicales libres de mezclas de monómeros en agua que comprenden
(a)
desde el 1 hasta el 99% en peso de un monómero catiónico o monómero cuaternizable,
(b)
desde el 1 hasta el 99% en peso de un monómero soluble en agua,
(c)
desde el 0 hasta el 10% en peso de un monómero copolimerizable por radicales libres, bi o polifuncional, ajustando las cantidades de (a) a (c) de tal manera que el polímero resultante tiene una carga global positiva,
en presencia del 1 al 100% de la cantidad de una sal que es necesaria para saturar el medio de reacción con dicha sal y
en presencia del 0,1 al 20% en peso con respecto al peso de la dispersión, de un dispersante anfótero que tiene una carga global negativa, y
(ii) cuaternización posterior del polímero si el monómero (a) empleado es un monómero no cuaternizado.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el dispersante anfótero es un copolímero de unidades de vinilformamida hidrolizada al menos parcialmente y unidades de acrilato.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el dispersante anfótero es un copolímero de unidades de dimetilaminoetilmetacrilamida y unidades de acrilato.
4. Dispersión que comprende polímeros catiónicos solubles en agua o hinchables en agua obtenidos mediante un procedimiento según la reivindicación 1.
5. Uso de una dispersión según las reivindicaciones 1 a 4 en tratamiento de agua, deshidratación, clarificaciones de agua, fabricación de papel, campo petrolífero, tratamientos de suelo, explotación de minerales, cosmética para piel y cabello, y aplicaciones biotecnológicas.
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