FR2490649A1 - PROCESS FOR PREPARING HYDROPHILIC POLYMER GEL OF HIGH MOLECULAR WEIGHT - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE POUR PREPARER UN GEL DE POLYMERE HYDROPHILE DE POIDS MOLECULAIRE ELEVE QUI CONSISTE A POLYMERISER LE OU LES MONOMERES DU POLYMERE DANS UN MILIEU AQUEUX AVEC UN SOLVANT ORGANIQUE COMPATIBLE ET UN COPOLYMERE VINYLIQUE COMPRENANT 5 A 95MOLES DE MOTIFS DE FORMULE: (CF DESSIN DANS BOPI) ET DE FACON CORRESPONDANTE 95 A 5MOLES DE MOTIFS DE FORMULE: (CF DESSIN DANS BOPI) OU R ET R REPRESENTENT INDEPENDAMMENT UN ATOME D'HYDROGENE OU UN RADICAL ALKYLE INFERIEUR, R REPRESENTE UN RADICAL ALKYLE COMPORTANT AU MOINS 8ATOMES DE CARBONE ET Y REPRESENTE UN RADICAL HYDROPHILE OU UN RADICAL QUATERNISABLE TEL QU'UN RADICAL PYRIDINO OU IMIDAZOLINO.THE INVENTION RELATES TO A PROCESS FOR PREPARING A GEL OF HYDROPHILIC POLYMER OF HIGH MOLECULAR WEIGHT WHICH CONSISTS OF POLYMERIZING THE MONOMER (S) OF THE POLYMER IN AN AQUEOUS MEDIUM WITH A COMPATIBLE ORGANIC SOLVENT AND A VINYL MEDIUM OF FORMULA 5 (95) CONTAINING: CF DRAWING IN BOPI) AND CORRESPONDINGLY 95 TO 5MOLES OF PATTERNS OF FORMULA: (CF DRAWING IN BOPI) OR R AND R INDEPENDENTLY REPRESENT A HYDROGEN ATOM OR A LOWER RADICAL ALKYL, R REPRESENTS A RADICAL ALKYL 8 COMPATOMORTANT CARBON AND REPRESENTS A HYDROPHILIC RADICAL OR A QUATERNIZABLE RADICAL SUCH AS A PYRIDINO OR IMIDAZOLINO RADICAL.
Description
La présente invention concerne un procédéThe present invention relates to a method for
pour préparer un gel de polymère hydrophile de poids molé- to prepare a hydrophilic polymer gel of molecular weight
culaire élevé.high eyelid.
La préparation de gel de polymère hydro- The hydro gel polymer gel preparation
phile de poids moléculaire élevé, en particulier de poly- acrylamide, par polymérisation discontinue d'une solution aqueuse de monomère dans des conditions adiabatiques, est connue depuis un certain temps. En général les gels contiennent 25 à 40% en poids de matière solide, le reste étant de l'eau. L'élimination de l'eau a été effectuée High molecular weight, especially polyacrylamide, by discontinuous polymerization of an aqueous monomer solution under adiabatic conditions, has been known for some time. In general, the gels contain 25 to 40% by weight of solid material, the balance being water. The removal of the water was carried out
par traitement avec un solvant organique,ce qui naturelle- by treatment with an organic solvent, which naturally
ment accroît le coût du procédé et y introduit un élément de risque. Sinon, il est possible de sécher ces gels avec de l'air chaud, mais la difficulté de ce procédé est que le gel sèche et se désintègre par suite de sa nature poisseuse et que les particules tendent à adhérer entre elles ce qui rend le séchage complet extrêmement difficile et dans de nombreux cas presque impossible. On recherche donc un procédé permettant d'obtenir des particules de gel ayant peu ou pas tendance à coller entre elles et que This increases the cost of the process and introduces an element of risk. Otherwise, it is possible to dry these gels with hot air, but the difficulty of this process is that the gel dries and disintegrates due to its tacky nature and the particles tend to adhere to each other, which makes the drying complete extremely difficult and in many cases almost impossible. A method is therefore sought to obtain gel particles having little or no tendency to stick together and that
par conséquent on puisse cacher par l'air chaud. therefore one can hide by hot air.
L'invention concerne un procédé pour pré- The invention relates to a method for pre-
parer un gel de polymère hydrophile qui consiste à poly- parry a hydrophilic polymer gel that consists of poly-
mériser le monomère ou les monomères dans un milieu merit monomer or monomers in a medium
aqueux avec un solvant organique compatible et un copoly- aqueous solution with a compatible organic solvent and a copolymer
mère vinylique organique comme défini ci-dessous. Les copolymères vinyliques organiques utilisés dans le procédé de l'invention comprennent 5 à 95 moles % de motifs de formule générale Rl organic vinyl mother as defined below. The organic vinyl copolymers used in the process of the invention comprise 5 to 95 mole% of units of general formula Rl
CH2- CCH2- C
COOR2 et de façon correspondante 95 à 5 moles % de motifs de formule: R3 COOR 2 and correspondingly 95 to 5 mole% of units of formula: R 3
CH2 CCH2 C
c2, I Yc2, I Y
o R1 et R3 représentent indépendamment un atome d'hydro- R1 and R3 independently represent a hydrogen atom
gène ou un radical alkyle inférieur, c'est-à-dire com- portant i à 4 atomes de carbone et de préférence le gene or a lower alkyl radical, i.e., having 1 to 4 carbon atoms and preferably
radical méthyle, R2 représente un radical alkyle compor- methyl radical, R2 represents an alkyl radical comprising
tant au moins 8 atomes de carbone, de façon typique le radical stéaryle, et Y représente un radical hydrophile ou un radical quaternisable, en particulier -OH, -COOH ou at least 8 carbon atoms, typically the stearyl radical, and Y represents a hydrophilic radical or a quaternizable radical, in particular -OH, -COOH or
un sel de métal alcalin, d'ammonium ou d'amine corres- an alkali metal, ammonium or amine salt corresponding to
pondant, un radical hétérocyclique tel que pyridino ou imi- a heterocyclic radical such as pyridino or imine
dazolino, ou un radical de formule:dazolino, or a radical of formula:
R5R5
-CO0(CH2)x-N X- ou -CO(CH2) -N-COO (CH2) x-N X- or -CO (CH2) -N
R6 NR6R6 NR6
R7 o x a une valeur de 1 à 4, de préférence de 2 à 4, R5, R6 et R7 représentent indépendamment un radical alkyle inférieur ou un atome d'hydrogène et X représente un anion, R7 o x is 1 to 4, preferably 2 to 4, R5, R6 and R7 are independently lower alkyl or hydrogen and X is an anion,
de façon typique un anion chlorure, méthylsulfonate, éthyl- typically anion chloride, methylsulfonate, ethyl-
sulfonate ou un demi-anion sulfate, par exemple le sulphonate or a half anion sulfate, for example the
radical -COC2H4N(C2H5)2. De plus Y peut également repré- radical -COC2H4N (C2H5) 2. Moreover, Y can also represent
senter -CONH2.sit -CONH2.
Les copolymères utilisés dans le procédé de l'invention sont donc des polymères d'addition de type vinylique. L'équilibre correct des groupes hydrophiles The copolymers used in the process of the invention are therefore addition polymers of the vinyl type. The correct balance of hydrophilic groups
et hydrophobes dans la chaîne polymère est important. and hydrophobic in the polymer chain is important.
On peut, pour obtenir cet équilibre, utiliser un mélange d'un ester gras à chaîne longue, de façon typique un ester d'acide acrylique ou méthacrylique,tel que le To achieve this balance, a mixture of a long chain fatty ester, typically an acrylic or methacrylic acid ester, such as
méthacrylate ou l'acrylate de stéaryle, et d'un mono- methacrylate or stearyl acrylate, and a mono-
mère généralement soluble dans l'eau, tel que l'acide mother generally soluble in water, such as acid
acrylique ou l'acide méthacrylique ou un sel de méthacryl- acrylic acid or methacrylic acid or a methacrylate salt
oyloxyéthyltriméthylammonium, de façon typique le alkyloxytrimethylammonium, typically
méthosulfonate dans les proportions molaires indiquées. methosulphonate in the indicated molar proportions.
Bien entendu les esters cationiques peuvent être sous la forme quaternisée ou sous forme d'un sel tel que le chlorhydrate. Un copolymère dont on préfère l'emploi dans le procédé de l'invention dérive du méthacrylate de stéaryle et du méthacrylate de diméthylaminoéthyle, et est de façon typique préparé dans un rapport molaire de 1/1,25. De façon typique on utilise ce copolymère soit après neutralisation avec l'acide chlorhydrique soit après quaternisation avec le sulfate de diméthyle, mais bien entendu on peut l'utiliser sous forme de Of course, the cationic esters may be in the quaternized form or in the form of a salt such as the hydrochloride. A copolymer which is preferred for use in the process of the invention is derived from stearyl methacrylate and dimethylaminoethyl methacrylate, and is typically prepared in a molar ratio of 1: 1.25. This copolymer is typically used either after neutralization with hydrochloric acid or after quaternization with dimethyl sulfate, but of course it can be used in the form of
l'amine libre.the free amine.
Le poids moléculaire des copolymères est généralement compris entre 1 000 et 500 000, de préférence The molecular weight of the copolymers is generally between 1,000 and 500,000, preferably
entre 1 000 et 15 000.between 1,000 and 15,000.
On peut préparer les copolymères utilisés dans le procédé selon les techniques classiques telles que la polymérisation par addition, de façon typique dans des solvants organiques tels que des solvants paraffiniques The copolymers used in the process can be prepared according to conventional techniques such as addition polymerization, typically in organic solvents such as paraffinic solvents.
ou des solvants chlorés comme le tétrachloroéthylène. or chlorinated solvents such as tetrachlorethylene.
Comme précédemment indiqué, on effectue la prépara- As previously indicated, the preparation is
tion des gels dans un milieu aqueux en présence d'un solvant organique gels in an aqueous medium in the presence of an organic solvent
compatible. On entend par "compatible" un solvant organique qui ne rda- compatible. The term "compatible" means an organic solvent which is not
git avec aucune des matières présentes dans le milieu réactionnel. On préfère un solvant organique formant un azéotrope avec l'eau, en particulier formant un azéotrope entre 60 et C. On peut citer comme solvants organiques typiques, le perchloroéthylène,l'hexane, le whitespirit, le benzène, le toluène et le xylène, mais bien entendu ces with none of the materials present in the reaction medium. An organic azeotropic solvent is preferred with water, in particular forming an azeotrope between 60 and C. Typical organic solvents include perchlorethylene, hexane, whitespirit, benzene, toluene and xylene. but of course these
solvants doivent être compatibles avec le copolymère. Solvents must be compatible with the copolymer.
Le monomère ou les monomères à polyméri- The polymer monomer or monomers
ser sont généralement présents dans le milieu aqueux à une concentration de 15 à 90% et de préférence de 25 à 75% en poids. Le pH de la solution peut varier dans une gamme étendue mais de façon typique il est compris entre 2 et 8,5, en particulier entre 6 et 8,5. On peut effectuer ser are generally present in the aqueous medium at a concentration of 15 to 90% and preferably 25 to 75% by weight. The pH of the solution can vary over a wide range but typically is between 2 and 8.5, especially between 6 and 8.5. We can perform
la polymérisation en conditions adiabatiques ou iso- polymerization under adiabatic or iso-thermal conditions
thermes; on l'effectue de façon typique à une température de 10 à 110 C et plus particulièrement de 10 à 90 C. On baths; it is carried out typically at a temperature of 10 to 110 C and more particularly of 10 to 90 C.
aide généralement la polymérisation par l'emploi d'amor- usually helps polymerization by the use of amorphous
ceurs classiques, y compris des amorceurs de type redox, persel et azoique comme l'azobisisobutyronitrile, l'acide azobiscyanovalérique, le persulfate d'ammonium et le standard, including redox, persalt and azo initiators such as azobisisobutyronitrile, azobiscyanovaleric acid, ammonium persulfate and
chlorhydrate d'azo-2,2'-bis(amidino-2 propane). azo-2,2'-bis (2-amidinopropane) hydrochloride.
La concentration des amorceurs dépend The concentration of the initiators depends
de leur nature. On utilise de façon appropriée les amor- of their nature. Amortization is appropriately used.
ceurs azoiques en des quantités d'au plus 2 000, par exem- azo in quantities of up to 2000, for example
ple de 10 à 2 000 et plus particulièrement de 500 à from 10 to 2,000 and more particularly from 500 to
1 000 ppm en poids (par rapport au poids du monomère pré- 1000 ppm by weight (based on the weight of the monomer
sent). Dans le cas des persels, la concentration est généralement de 20 à 200 et en particulier de 50 à 100 ppm en poids et pour le sulfate de fer ferreux et d'ammonium, elle est de façon typique de 1 à 100 et de préférence feel). In the case of persalts, the concentration is generally from 20 to 200 and in particular from 50 to 100 ppm by weight and for ferrous and ammonium iron sulphate it is typically from 1 to 100 and preferably
de 5 à 50 ppm en poids.from 5 to 50 ppm by weight.
De façon générale le procédé de l'invention In general, the method of the invention
s'applique à l'obtention de gels de polymère hydrophiles. applies to obtaining hydrophilic polymer gels.
Cependant l'invention est particulièrement utile pour préparer des gels de polymère d'acrylamide. Le terme "polymère d'acrylamide" englobe non seulement les homopolymères d'acrylamide, mais également les copolymères However, the invention is particularly useful for preparing acrylamide polymer gels. The term "acrylamide polymer" encompasses not only acrylamide homopolymers, but also copolymers
d'acrylamide contenant d'autres motifs monomères. acrylamide containing other monomeric units.
Parmi les comonomères appropriés, figurent l'acide acrylique et l'acide méthacrylique,les acrylates et méthacrylates d'aminoalkyle quaternisé, ainsi que les Suitable comonomers include acrylic acid and methacrylic acid, quaternized aminoalkyl acrylates and methacrylates, as well as
composés hétérocycliques azotés vinyliques quaternisés. quaternized vinyl nitrogen heterocyclic compounds.
On peut citer comme exemples caractéristiques de monomères: (a) l'acide acrylique et ses sels de métal alcalin ou d'amine, Typical examples of monomers are: (a) acrylic acid and its alkali metal or amine salts,
(b) l'acrylate de diméthylaminoéthyle ou le méthacry- (b) dimethylaminoethyl acrylate or methacrylate
late de dim6tylaminoéthyle quaternisés avec le sulfate de diméthyle ou le chlorure de méthyle, (c) le chlorure de méthacrylamidopropyltriméthylammonium, (d) la vinylpyridine ou la vinylimidazoline quaternisées of dimethylaminoethyl quaternized with dimethyl sulphate or methyl chloride, (c) methacrylamidopropyltrimethylammonium chloride, (d) quaternized vinylpyridine or vinylimidazoline
avec le sulfate de diméthyle ou le chlorure de méthyle. with dimethyl sulphate or methyl chloride.
D'autres polymères hydrophiles que l'on peut préparer sous forme d'un gel sont constitués d'homopolymères des Other hydrophilic polymers which can be prepared in the form of a gel consist of homopolymers of
monomères indiqués aux paragraphes (b), (c) et (d) ci- monomers indicated in paragraphs (b), (c) and (d) below.
dessus. Une caractéristique surprenante de l'invention est que les copolymères cationiques utilisés pour faciliter la production des gels peuvent être utilisés pour préparer des polymères d'acrylamide above. A surprising feature of the invention is that the cationic copolymers used to facilitate the production of the gels can be used to prepare acrylamide polymers.
anioniques ainsi que cationiques.anionic as well as cationic.
Le procédé de l'invention permet d'ob- The method of the invention makes it possible
tenir des polymères ayant un poids moléculaire élevé généralement de l'ordre de 1 x 10 et on peut obtenir to hold polymers having a high molecular weight generally of the order of 1 x 10 and it is possible to obtain
des poids moléculaires atteignant 1 x 107 ou plus. molecular weights up to 1 x 107 or higher.
Dès que la polymérisation est achevée, on divise généralement le gel en particules ayant la taille As soon as the polymerization is complete, the gel is generally divided into particles having the size
désirée, de façon typique ne dépassant pas environ 0,5 cm. desired, typically not more than about 0.5 cm.
En général on peut facilement sécher les particules dans l'air chaud sans qu'elles collent entre elles et à cet égard on doit noter que le solvant organique présent, en particulier lorsqu'il forme un azéotrope avec l'eau, facilite l'opération de séchage. De plus, contrairement aux procédés précédemment proposés selon lesquels on utilise le solvant pour déshydrater le gel, le solvant utilisé n'est pas obligatoirement toxique et/ou inflammable. On peut ensuite, si on le désire, broyer In general, the particles can be easily dried in hot air without sticking together and in this respect it should be noted that the organic solvent present, especially when it forms an azeotrope with water, facilitates the operation. drying. In addition, contrary to the previously proposed methods according to which the solvent is used to dehydrate the gel, the solvent used is not necessarily toxic and / or flammable. We can then, if we wish, grind
la matière séchée.the dried material.
L'invention est illustrée par les exemples The invention is illustrated by the examples
non limitatifs suivants.following non-limiting
EXEMPLE 1EXAMPLE 1
On dissout 0,6 kg d'acide acrylique dans 5,76 1 d'eau désionisée. On ajuste le pH à 6,0 avec une 0.6 kg of acrylic acid are dissolved in 5.76 l of deionized water. The pH is adjusted to 6.0 with a
solution de soude caustique en refroidissant pour main- solution of caustic soda while cooling for
tenir la température en dessous de 30 C. On dissout dans cette solution 2, 4 kg décrylamide et on effectue un ajustement final du pH à 7,2. On ajoute en agitant 0,16 kg d'une solution à 56% dans le white-spirit d'un copolymère keep the temperature below 30 C. This solution is dissolved in 2.4 kg decylamide and a final pH adjustment is made at 7.2. 0.16 kg of a 56% solution in the white spirit of a copolymer is added with stirring.
de méthacrylate de stéaryle et de méthacrylate de diméthyl- of stearyl methacrylate and dimethyl methacrylate
aminoéthyle (rapport molaire: 1/1,25; poids moléculaire aminoethyl (molar ratio: 1: 1.25; molecular weight
environ 5 000). La température est à ce stade de 12cC. about 5,000). The temperature is at this stage of 12cC.
On purge la solution avec de l'azote pendant 20 minutes et on ajoute dans l'ordre, 80 ml de méthanol, 50 ppm de The solution is purged with nitrogen for 20 minutes and 80 ml of methanol, 50 ppm of
persulfate d'ammonium, 600 ppm de chlorhydrate d'azo-2,2'- ammonium persulfate, 600 ppm azo-2,2'-hydrochloride
bis(amidino-2 propane) et 25 ppm de sulfate de fer ferreux et d'ammonium (toutes les quantités des amorceurs étant exprimées par rapport au monomère). On ajoute les amorceurs sous forme de solutions aqueuses diluées. La température s'élève à 90 C. On effectue la polymérisation dans un récipient en acier bien isolé qui retient suffisamment la chaleur pour que la polymérisation bis (2-aminopropane) and 25 ppm ferrous iron sulfate and ammonium (all amounts of the initiators being expressed relative to the monomer). The initiators are added as dilute aqueous solutions. The temperature is 90 ° C. The polymerization is carried out in a well-insulated steel vessel which retains heat sufficiently for the polymerization to proceed.
s 'achève.finishes.
On fragmente le gel en particules me- Fragment the gel into particles
surant moins de 0,5 cm. Les particules n'ont pas tendance à adhérer entre elles lorsqu'on les presse à la main ou qu'on les place sous une charge de 1 kg. La matière a pris un caractère cireux au toucher. On sèche dans un séchoir à air chaud de laboratoire jusqu'à une teneur en less than 0.5 cm. Particles do not tend to adhere to each other when pressed by hand or placed under a load of 1 kg. The material has a waxy character to the touch. Dry in a laboratory hot air dryer to a
humidité de 10%.10% humidity.
La matière produite présente une excellente The material produced presents an excellent
solubilité et a un poids moléculaire mesuré par la vis- solubility and has a molecular weight measured by
cosité intrinsèque de 8,5 millions. intrinsic cosity of 8.5 million.
EXEMPLE 2EXAMPLE 2
On prépare une solution de 3 kg d'acryl- A solution of 3 kg of acrylate is prepared
amide dans 7 kg d'eau désionisée avec le même copoly- amide in 7 kg deionized water with the same copoly-
mère de méthacrylate de stéaryle que dans l'exemple 1. mother of stearyl methacrylate than in Example 1.
On ajuste le pH de la solution à 5,0 avec de l'acide chlorhydrique. On effectue une polymérisation adiabatique The pH of the solution is adjusted to 5.0 with hydrochloric acid. Adiabatic polymerization is carried out
comme dans l'exemple 1.as in Example 1.
Le gel obtenu présente après désintégration d'excellentes propriétés de non-adhésion et on peut sécher directement les particules de gel à l'air chaud pour obtenir une teneur en humidité de 12%. Le polymère est soluble dans l'eau et a un poids moléculaire de 5 millions. The gel obtained after disintegration has excellent non-adhesion properties and the gel particles can be dried directly in hot air to obtain a moisture content of 12%. The polymer is soluble in water and has a molecular weight of 5 million.
EXEMPLE 3EXAMPLE 3
On prépare une solution de 3,75 kg d'acrylamide dans 9,5 1 d'au désionisée. On ajoute ,0 kg d'une solution à 75% de méthosulfate d'acryloyloxy- éthyltriméthylammonium. On ajoute en agitant 1 kg d'une A solution of 3.75 kg of acrylamide in 9.5 l of deionized is prepared. 0 kg of a 75% solution of acryloyloxyethyltrimethylammonium methosulphate is added. 1 kg of a
solution à 25% dans l'hexane d'un copolymère de méthacryla- 25% solution in hexane of a methacrylate copolymer
te de stéaryle et d'acrylate de diéthylaminoéthyle (rap- stearyl and diethylaminoethyl acrylate (
port molaire 1/1,25). On ajoute 200g de sulfate de diméthyle et on agite pendant 10 minutes. On purge la solution pendant 20 minutes avec de l'azote puis on ajoute dans l'ordre 0,5 kg de méthanol, 25 ml d'une solution à 5% de persulfate d'ammonium et 30 ml d'une molar port 1 / 1.25). 200 g of dimethyl sulphate are added and the mixture is stirred for 10 minutes. The solution is purged for 20 minutes with nitrogen and then 0.5 kg of methanol, 25 ml of a 5% solution of ammonium persulfate and 30 ml of a solution are added in order.
solution à 1% de sulfate de fer ferreux et d'ammonium. 1% solution of ferrous iron sulphate and ammonium.
Il se produit une poussée exothermique rapide à 105 C en 2 minutes avec dégagement de vapeur d'eau. La teneur finale en matièressolides du bloc de gel est de 70%. On découpe le gel en petites particules qui ne sont pas poisseuses et qu'on sèche à l'air chaud jusqu'à 12% There is a rapid exothermic thrust at 105 C in 2 minutes with release of water vapor. The final solids content of the gel block is 70%. The gel is cut into small particles that are not tacky and dried with hot air up to 12%
d'humidité pour obtenir un polymère soluble dans l'eau. of moisture to obtain a water-soluble polymer.
EXEMPLE 4EXAMPLE 4
On répète le mode opératoire de l'exemple 1, si ce n'est qu'on remplace le copolymère de méthacrylate de stéaryle par un copolymère d'acide acrylique et de méthacrylate de stéaryle (rapport molaire 1,3/l)dans l'hexane. La polymérisation évolue de façon semblable et produit un gel qui après désintégration, n'a pas The procedure of Example 1 is repeated except that the stearyl methacrylate copolymer is replaced by a copolymer of acrylic acid and stearyl methacrylate (molar ratio of 1.3: 1) in the stearyl methacrylate copolymer. hexane. The polymerization evolves in a similar way and produces a gel which after disintegration has not
tendance à réadhérer.tendency to re-adhere.
Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. Naturally, various modifications may be made by those skilled in the art to the devices or methods which have just been described solely by way of non-limiting examples without departing from the scope of the invention.
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