FR2815635A1 - Polymerization of monomers in an aqueous solution comprises adding a salt in several portions to maintain fluidity - Google Patents
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Abstract
Description
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Dispersions aqueuses d'un polymère hydrosoluble, procédé pour leurs préparations, et leurs applications. Aqueous dispersions of a water-soluble polymer, process for their preparation, and their applications
L'invention se rapporte au secteur technique des dispersions eau dans eau et en particulier aux dispersions aqueuses de polymères hydrosolubles. The invention relates to the technical sector of water-in-water dispersions and in particular to aqueous dispersions of water-soluble polymers.
Les dispersions sont obtenues par polymérisation dans une solution aqueuse d'un mélange de monomères en présence d'un polymère hydrosoluble (appelé dispersant ou coagulant) et éventuellement d'un sel. The dispersions are obtained by polymerization in an aqueous solution of a mixture of monomers in the presence of a water-soluble polymer (called dispersant or coagulant) and optionally a salt.
Un premier type de dispersion a été décrit par le brevet US 4,380, 600. Les dispersions sont obtenues par polymérisation d'un mélange de monomères hydrosolubles en présence d'un polymère hydrosoluble du type poly (éthylène glycol), poly (éthylène imine), polyacrylate de sodium, amidons solubles etc... A first type of dispersion has been described by US Pat. No. 4,380,600. The dispersions are obtained by polymerization of a mixture of water-soluble monomers in the presence of a water-soluble polymer of the poly (ethylene glycol), poly (ethylene imine) type, sodium polyacrylate, soluble starches etc ...
Suite à cette invention, deux principaux axes de recherche ont été explorés : L'un des procédés est décrit dans le brevet CA 2,096, 471 (Röhm). Dans ce procédé, une dispersion aqueuse est obtenue par polymérisation d'un mélange comprenant un monomère hydrosoluble, un monomère hydrophobe et un monomère amphiphile en présence d'un coagulant polymérique présent dans une proportion importante ( > 10% en poids et en général de l'ordre de 15%). Following this invention, two main lines of research have been explored: One of the methods is described in CA 2,096,471 (Rohm). In this process, an aqueous dispersion is obtained by polymerization of a mixture comprising a water-soluble monomer, a hydrophobic monomer and an amphiphilic monomer in the presence of a polymeric coagulant present in a significant proportion (> 10% by weight and in general of the order of 15%).
Parallèlement au procédé Röhm, caractérisé par l'absence de sel dans le mélange réactionnel, le brevet US 4,929, 655 (Hymo) constitue l'un des tout premiers brevet ayant donné lieu à un développement industriel. Dans ce procédé, une dispersion aqueuse est obtenue par polymérisation par précipitation d'un mélange de monomères hydrosolubles renfermant au moins un monomère hydrophobe du type chlorure d'acryloyloxyéthyidiméthylbenzyl ammonium dans une solution saline aqueuse en présence d'un dispersant ( < 5% en poids et généralement < 2%). In parallel with the Röhm process, characterized by the absence of salt in the reaction mixture, US Pat. No. 4,929,655 (Hymo) constitutes one of the first patents that gave rise to industrial development. In this process, an aqueous dispersion is obtained by precipitation polymerization of a mixture of water-soluble monomers containing at least one hydrophobic monomer of the acryloyloxyethylidimethylbenzyl ammonium chloride type in an aqueous salt solution in the presence of a dispersant (<5% by weight and usually <2%).
Les principaux problèmes techniques rencontrés par l'industrie pour ce type de polymérisation et inhérents aux procédés décrits ci-dessus sont : - les problèmes de viscosité : le polymère hydrosoluble formé lors d'une polymérisation en dispersion aqueuse va avoir tendance à se mettre en solution, ce qui va entraîner une augmentation de la viscosité du mélange réactionnel (risque d'emballement de la réaction) ainsi qu'une diminution de la fluidité du produit final. The main technical problems encountered by industry for this type of polymerization and inherent to the processes described above are: viscosity problems: the water-soluble polymer formed during an aqueous dispersion polymerization will tend to be in solution , which will cause an increase in the viscosity of the reaction mixture (risk of runaway reaction) and a decrease in the fluidity of the final product.
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- les problèmes de stabilité : les particules de polymères formées ont tendance à se coller entre-elles et à prendre en masse aussi bien en cours de polymérisation que pendant le stockage.
stability problems: the formed polymer particles have a tendency to stick to each other and to build up both during polymerization and during storage.
L'art antérieur Il est bien connu par l'homme du métier que le procédé décrit dans le brevet US 4,929, 655 (HYMO) conduit à des viscosités élevées pendant la polymérisation, nécessitant soit l'utilisation de réacteurs spécifiques à la mise en oeuvre de tels mélanges et/ou soit la limitation du taux de matière active de la dispersion ( < 15 % en poids). De plus ce document couvre une combinaison extrêmement précise et limitée. The Prior Art It is well known to those skilled in the art that the process described in US Pat. No. 4,929,655 (HYMO) leads to high viscosities during the polymerization, requiring either the use of reactors specific to the implementation. such mixtures and / or is the limitation of the level of active material of the dispersion (<15% by weight). In addition this document covers an extremely precise and limited combination.
Dans l'art antérieur, les évolutions apportées pour tenter de pallier ce problème sont nombreuses. On citera : Le brevet EP 0 657 478 (NALCO) vise à s'affranchir de cet inconvénient par l'addition de sel à une concentration initiale et constante comprise entre de 17 à 19%. Ce taux est décrit comme étant optimum pour polymériser des systèmes de monomères similaires à ceux décrits dans le brevet US 4,929, 655 ; toutefois, les teneurs en sel restent importantes et les viscosités rencontrées en cours de polymérisation n'en restent pas moins élevées. In the prior art, the changes made to try to overcome this problem are numerous. The patent EP 0 657 478 (NALCO) aims to overcome this disadvantage by adding salt at an initial and constant concentration of between 17 to 19%. This level is described as being optimum for polymerizing monomer systems similar to those described in US Pat. No. 4,929,655; however, the salt content remains high and the viscosities encountered during polymerization remain nonetheless high.
Dans une optique vraiment très proche du brevet Hymo, le brevet WO 98/14405 (CYTEC) décrit notamment l'utilisation d'un mélange constitué par un sel chaotropique et éventuellement d'un sel kosmotropique (selon la série de Hofmeister) ou un sel organique et d'un polymère hydrosoluble comme milieu précipitant de la dispersion. In a perspective very close to the Hymo patent, the patent WO 98/14405 (CYTEC) describes in particular the use of a mixture consisting of a chaotropic salt and optionally a kosmotropic salt (according to the Hofmeister series) or a salt. organic and a water-soluble polymer as precipitating medium of the dispersion.
De façon comparable, le brevet EP 0 637 598 (NALCO) est relatif à l'utilisation d'un dispersant obtenu par copolymérisation du DADMAC avec un composé du type ammonium quaternaire hydrophobe préparé à partir de dialkylaminoacrylates ou dialkylaminométhacrylates ou des alkyl esters de l'acide acrylique. In a comparable manner, patent EP 0 637 598 (NALCO) relates to the use of a dispersant obtained by copolymerization of DADMAC with a hydrophobic quaternary ammonium compound prepared from dialkylaminoacrylates or dialkylaminomethacrylates or alkyl esters of acrylic acid.
Une alternative pour réduire la viscosité du mélange réactionnel pendant la polymérisation est reportée dans le brevet EP 0 630 909 (NALCO). Elle consiste à additionner une fraction du mélange de monomères pendant la polymérisation. An alternative for reducing the viscosity of the reaction mixture during the polymerization is reported in EP 0 630 909 (NALCO). It consists in adding a fraction of the monomer mixture during the polymerization.
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Enfin le brevet WO 98/31749 (Allied Colloids) s'apparente également au brevet CA 2, 096, 471 (Röhm) par le fait qu'il réunit un floculant et un coagulant. L'utilisation d'un monomère hydrophobe n'est pas nécessaire et ce procédé diffère du brevet de Rôhm par le fait qu'il nécessite la présence d'un sel. Tout comme pour le brevet CA 2, 096, 471 (Röhm), le taux en floculant reste faible et de l'ordre de 10% tandis que le taux de coagulant demeure élevé et de l'ordre de 20%.
Finally, patent WO 98/31749 (Allied Colloids) is also similar to patent CA 2, 096, 471 (Röhm) in that it combines a flocculant and a coagulant. The use of a hydrophobic monomer is not necessary and this method differs from the Rohm patent in that it requires the presence of a salt. As for the CA 2, 096, 471 (Röhm) patent, the flocculant content remains low and of the order of 10% while the level of coagulant remains high and of the order of 20%.
Description de l'invention Pour les dispersions préparées en présence de sel, il est bien connu que l'ajout d'une fraction supplémentaire de sel à la dispersion finale (après polymérisation) permet d'une part de fluidifier celle-ci et d'autre part d'améliorer sa stabilité en ajustant la densité de la phase continue à celle des particules de polymères. DESCRIPTION OF THE INVENTION For dispersions prepared in the presence of salt, it is well known that the addition of an additional fraction of salt to the final dispersion (after polymerization) makes it possible on the one hand to fluidify it and to on the other hand to improve its stability by adjusting the density of the continuous phase to that of the polymer particles.
De manière surprenante et contrairement aux observations développées dans le brevet EP 0 630 909 (p 5, 129-32), il a été découvert que, pour des conditions et des formulations identiques, l'ajout de sel de façon fractionnée-au moins une partie avant polymérisation et le reste en une ou plusieurs fractions successives supplémentaires en début de polymérisation-plus précisément, de manière préférée mais non limitative, pendant le premier tiers ou de préférence le premier quart du temps total de polymérisation, permet d'améliorer de façon optimale la fluidité du mélange réactionnel en cours de polymérisation en limitant et en optimisant les variations de viscosités. Surprisingly and contrary to the observations developed in the patent EP 0 630 909 (p 5, 129-32), it has been discovered that, for identical conditions and formulations, the addition of salt in a fractionated manner-at least one part before polymerization and the rest in one or more additional successive fractions at the beginning of polymerization-more precisely, preferably but not limited to, during the first third or preferably the first quarter of the total polymerization time, makes it possible to improve optimal fluidity of the reaction mixture during polymerization by limiting and optimizing the viscosity variations.
Grâce à ces ajouts séquencés dans la première partie de la polymérisation (après ajout du catalyseur), effectués sous la forme d'une ou de plusieurs fractions de sel en plus de la quantité introduite dans la formulation initiale (avant polymérisation), il est possible de façon surprenante d'obtenir des dispersions aqueuses de polymères présentant une bonne fluidité tout au long du procédé de polymérisation, un taux de matière active élevé ( > 15% et jusqu'à 30%) et ayant une bonne stabilité, dans une gamme très large de poids moléculaires, et permettant ainsi l'utilisation d'installations industrielles standard identiques à celles utilisées pour les émulsions inverses. Thanks to these additions sequenced in the first part of the polymerization (after addition of the catalyst), carried out in the form of one or more salt fractions in addition to the amount introduced into the initial formulation (before polymerization), it is possible surprisingly to obtain aqueous dispersions of polymers having a good fluidity throughout the polymerization process, a high level of active material (> 15% and up to 30%) and having a good stability, in a very wide range. wide molecular weight, and thus allowing the use of standard industrial facilities identical to those used for inverse emulsions.
On entend par 1 ere partie de la polymérisation la période suivant l'amorçage couvrant le premier 1/3 du temps total de polymérisation, de préférence le premier 1/4, par rapport au temps total de polymérisation après initiation. By 1 st part of the polymerization is meant the period following initiation covering the first 1/3 of the total polymerization time, preferably the first 1/4, relative to the total polymerization time after initiation.
Par matière active on entend dans toute le présente demande la fraction vraie de floculant, à l'exception des fractions de coagulant et/ou dispersant. By active ingredient is meant throughout the present application the true fraction of flocculant, with the exception of the coagulant and / or dispersant fractions.
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Selon un mode préféré de l'invention, la ou les fractions successives supplémentaires de sel sont ajoutées en effet pendant le premier 1/4 du temps total de polymérisation après initiation.
According to a preferred embodiment of the invention, the additional successive salt fraction or fractions are added during the first 1/4 of the total polymerization time after initiation.
La ou les fractions successives de sel ajoutées en cours de polymérisation représentent un taux de environ 1 à 50% en poids par rapport à la quantité totale présente dans le mélange au cours de la polymérisation. Dans un mode préféré de l'invention, la ou les fractions de sel ajoutées en cours de polymérisation représentent un total de environ 5 à 50% en poids par rapport à la quantité totale de sel présente dans le mélange, et de préférence de environ 10 à 40%. The successive salt fraction or fractions added during polymerization represent a level of about 1 to 50% by weight relative to the total amount present in the mixture during the polymerization. In a preferred embodiment of the invention, the salt fraction (s) added during polymerization represent a total of about 5 to 50% by weight relative to the total amount of salt present in the mixture, and preferably about 10 at 40%.
Ce procédé est également caractérisé par le fait que le taux de polymère hydrosoluble (dispersant) présent avec le sel reste faible et est inférieur à 5% en poids total de la dispersion et de préférence inférieur à 3%. This process is also characterized in that the level of water-soluble polymer (dispersant) present with the salt remains low and is less than 5% by total weight of the dispersion and preferably less than 3%.
La présente invention concerne plus précisément les procédés qui viennent d'être décrits et leurs modes de réalisation et variantes. The present invention more specifically relates to the methods which have just been described and their embodiments and variants.
La présente invention couvre également : - les polymères et copolymères obtenus par les procédés décrits ; - l'application dans l'industrie des polymères et copolymères décrits ; on citera de façon non limitative : l'industrie du papier (rétention, égouttage...), le traitement des eaux (potables ou usées), de manière générale toutes les techniques de coagulation/floculation, l'industrie minière, l'industrie du pétrole et du raffinage, l'industrie des cosmétiques, l'industrie textile, et toutes applications analogues qui seront évidentes pour l'homme de métier. The present invention also covers: the polymers and copolymers obtained by the processes described; the application in industry of the polymers and copolymers described; the paper industry (retention, draining, etc.), water treatment (drinking or wastewater), generally all coagulation / flocculation techniques, the mining industry, industry petroleum and refining, the cosmetics industry, the textile industry, and all similar applications that will be obvious to those skilled in the art.
La présente invention s'applique également à, et couvre, tout type de polymères et copolymères non ioniques, anioniques, cationiques ou amphotères obtenus par les procédés décrits, aussi bien les linéaires que les légèrement ou fortement ramifiés, ou réticulés (par une proportion d'agent réticulant), et leurs applications telles que déjà mentionnées. The present invention also applies to and covers any type of nonionic, anionic, cationic or amphoteric polymers and copolymers obtained by the processes described, as well as linear or slightly or strongly branched, or crosslinked (by a proportion of crosslinking agent), and their applications as already mentioned.
On notera que, dès leur origine, les dispersions eau dans eau ont été développées pour compléter la gamme des émulsions standard eau dans huile et que, les applications dans l'industrie de ces 2 types d'émulsions, comportant des polymères de nature similaire, sont, de façon évidente, les mêmes. It will be noted that, from their origin, the water-in-water dispersions have been developed to complete the range of standard water-in-oil emulsions and that the applications in industry of these two types of emulsions, comprising polymers of a similar nature, are, obviously, the same.
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Les dispersions de l'invention sont obtenues par polymérisation dans une solution aqueuse d'un mélange de monomères en présence d'un ou plusieurs polymère (s) hydrosoluble (s) (appelé (s) dispersant (s) ou coagulant (s)) et éventuellement d'un sel.
The dispersions of the invention are obtained by polymerization in an aqueous solution of a monomer mixture in the presence of one or more water-soluble polymer (s) (called dispersant (s) or coagulant (s)) and possibly a salt.
MONOMERES De manière non limitative, on pourra utiliser les monomères suivants et leurs combinaisons. MONOMERS In a non-limiting manner, the following monomers and their combinations may be used.
Les monomères non ioniques : les monomères non ioniques utiles selon l'invention peuvent être choisis parmi les monomères vinyliques solubles dans l'eau. Des monomères préférés appartenant à cette classe incluent l'acrylamide et le
méthacrylamide, les dérivés de l'acrylamide comme les N-alkylacrylamide par exemple le N-isopropylacrylamide, le N-tert-butylacrylamide, l'octylacrylamide ainsi que les N, Ndialkylacrylamides comme le N-N-diméthylacrylamide et le N-méthylolacrylamide. Nonionic monomers: The nonionic monomers useful according to the invention may be chosen from water-soluble vinyl monomers. Preferred monomers belonging to this class include acrylamide and
methacrylamide, acrylamide derivatives such as N-alkylacrylamide, for example N-isopropylacrylamide, N-tert-butylacrylamide, octylacrylamide and N, N-dialkylacrylamides such as N, N-dimethylacrylamide and N-methylolacrylamide.
Egalement peuvent être utilisés la vinylformamid, la N-vinylpyridine, la Nvinylpyrrolidone, les hydroxyalkyl acrylates et méthacrylates. Un monomère vinylique non ionique préféré sera l'acrylamide. On peut utiliser d'autres monomères non ioniques, sans sortir du cadre de l'invention, notamment des monomères hydrophobes : styrène, alkyl (meth) acrylate et aryle (meth) acrylate. Vinylformamid, N-vinylpyridine, Nvinylpyrrolidone, hydroxyalkyl acrylates and methacrylates can also be used. A preferred nonionic vinyl monomer will be acrylamide. Other nonionic monomers can be used without departing from the scope of the invention, especially hydrophobic monomers: styrene, alkyl (meth) acrylate and aryl (meth) acrylate.
Les monomères anioniques : les monomères chargés de manière anioniques utiles dans la présente invention peuvent être choisis dans un large groupe. Les monomères peuvent présenter des fonctionnalités acryliques, vinyliques, maléiques, fumariques, allyliques et contenir un groupe carboxy, phosphonate, sulfonate, ou un autre groupe à charge anionique, ou bien le sel d'ammonium ou de métal alcalino terreux ou de métal alcalin correspondant d'un tel monomère. Des exemples de monomères convenables
comprennent l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, l'acide acrylamidométhylpropanesulfonique, l'acide acrylamidométhylbutanoïque, l'acide maléique, l'acide fumarique, l'acide itaconique, l'acide vinylsulfonique, l'acide styrène sulfonique, l'acide vinylphosphonique, l'acide allylsulfonique, l'acide allylphosphonique et leurs sels solubles dans l'eau d'un métal alcalin, d'un métal alcalins terreux, et d'ammonium. Anionic Monomers: The anionically charged monomers useful in the present invention can be selected from a broad group. The monomers may have acrylic, vinyl, maleic, fumaric or allylic functional groups and may contain a carboxy, phosphonate, sulphonate or other anionic group or the corresponding ammonium or alkaline earth metal or alkali metal salt. of such a monomer. Examples of suitable monomers
include acrylic acid, methacrylic acid, acrylamidomethylpropanesulfonic acid, acrylamidomethylbutanoic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, vinylsulfonic acid, styrene sulfonic acid, acid vinylphosphonic acid, allylsulfonic acid, allylphosphonic acid and their water-soluble salts of an alkali metal, an alkaline earth metal, and ammonium.
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Les monomères cationiques Comme monomères cationiques on pourra utiliser ceux répondant à la formule suivante :
Cationic monomers As cationic monomers can be used those corresponding to the following formula:
dans laquelle RI représente H ou CH ; R2 et Ra représentent des groupes alkyle en Ci-C3 ; R4 représente H ou un groupe alkyle en CI-C22 ou un groupement (alkyl) aryle ou un goupement aryle substitué ; A1 représente un atome d'oxygène ou NH ; B, représente un groupe alkylène en C2-C1Q ou un groupe hydroxypropylène, et X- est un contre ion anionique. Les monomères cationiques tels que les dérivés d'halogénures de diallyldialkylammonium peuvent également être utilisés.
wherein R1 is H or CH; R2 and Ra are C1-C3 alkyl; R4 is H or C1-C22 alkyl or an (alkyl) aryl group or substituted aryl group; A1 represents an oxygen atom or NH; B represents a C2-C10 alkylene group or a hydroxypropylene group, and X- is an anionic counterion. Cationic monomers such as diallyldialkylammonium halide derivatives may also be used.
SEL Tout sel organique ou inorganique permettant l'insolubilisation du polymère préparé est utilisable selon l'invention. Des sels préférés sont ceux comportant les anions sulfate, dihydrogénophosphate, phosphate et halogénures. Les cations correspondants
peuvent être le sodium, le potassium, l'ammonium, le magnésium, l'aluminium. SEL Any organic or inorganic salt allowing the insolubilization of the polymer prepared can be used according to the invention. Preferred salts are those comprising the sulfate, dihydrogenphosphate, phosphate and halide anions. The corresponding cations
can be sodium, potassium, ammonium, magnesium, aluminum.
L'utilisation simultanée de deux ou plus de ces sels est également possible. The simultaneous use of two or more of these salts is also possible.
DISPERSANTS A titre de dispersants sont efficaces un électrolyte polymérique et/ou un polyol et/ou les dérivés d'hydrates de carbone soluble dans une solution saline aqueuse. DISPERSANTS As dispersants are effective a polymeric electrolyte and / or a polyol and / or carbohydrate derivatives soluble in an aqueous salt solution.
L'utilisation d'un dispersant unique ou d'un mélange de dispersants est également possible. The use of a single dispersant or a mixture of dispersants is also possible.
De façon non limitative, les polymères dispersants préférés sont : Pour les dispersions de polymères à charge anionique : les polymères dispersants particulièrement préférés sont des homopolymères et copolymères obtenus à partir de l'acide 2-acrylamido-2-méthyl-1-propane sulfonique ou de ses sels ou de l'acide In a nonlimiting manner, the preferred dispersing polymers are: For dispersions of anionically charged polymers: the particularly preferred dispersing polymers are homopolymers and copolymers obtained from 2-acrylamido-2-methyl-1-propane sulfonic acid or of its salts or of the acid
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(méth) acrylique ou de ses sels et les copolymères obtenus à partir de ces monomères et des monomères non ioniques précédemment cités. Pour les dispersions de polymères à charge cationique : les polymères dispersants particulièrement préférés sont des polyamines, comme par exemple les polymères issus de la condensation de l'épichlorhydrine et de la diméthylamine, des homopolymères et copolymères obtenus à partir d'un ou plusieurs monomère (s) cationique (s) ; comme monomères cationiques, on citera par exemple des dérivés quaternisés de N, N-diméthylamino éthyl (méth) acrylate, N, N-diméthylamino propyl (méth) acrylate, N, N-diméthylamino propyl (méth) acrylamide ou N, Ndiméthylamino hydroxypropyl (méth) acrylate ou des halogénures de diallyidialkylammonium, et les copolymères obtenus à partir de ces monomères et des monomères non ioniques précédemment cités.
(meth) acrylic or its salts and the copolymers obtained from these monomers and nonionic monomers mentioned above. For dispersions of cationically charged polymers: the particularly preferred dispersing polymers are polyamines, for example polymers derived from the condensation of epichlorohydrin and dimethylamine, homopolymers and copolymers obtained from one or more monomers ( s) cationic (s); cationic monomers which may be mentioned for example are quaternized derivatives of N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, N, N-dimethylamino propyl (meth) acrylate, N, N-dimethylamino propyl (meth) acrylamide or N, N-dimethylamino hydroxypropyl ( meth) acrylate or diallyldialkylammonium halides, and the copolymers obtained from these monomers and the aforementioned nonionic monomers.
Comme polymères dispersants particulièrement préférés, on citera également les éthers de polyalkylène, par exemple polyéthylèneglycol, polypropylèneglycol ou l'homopolymère d'acide 2-acrylamido-2-méthyl-1-propane sulfonique, le polydiallyldiméthylammonium chlorure (poly-DADMAC) et/ou le polyacryloyloxyéthyltriméthyl ammonium chlorure et leurs dérivés. Particularly preferred dispersing polymers are also polyalkylene ethers, for example polyethylene glycol, polypropylene glycol or 2-acrylamido-2-methyl-1-propane sulfonic acid homopolymer, polydiallyldimethylammonium chloride (poly-DADMAC) and / or polyacryloyloxyethyltrimethylammonium chloride and their derivatives.
Certains additifs connus par l'homme du métier peuvent également être utilisés. De façon non limitative on citera le glycérol, l'éthylene glycol, le propylene glycol...
EXEMPLES Les viscosités sont des viscosités Brookfield mesurées avec les modules LV 2,3 ou 4 et à la vitesse de 60,30 ou 12 tours par minute selon les polymères. Certain additives known to those skilled in the art can also be used. Non-limiting way include glycerol, ethylene glycol, propylene glycol ...
EXAMPLES The viscosities are Brookfield viscosities measured with the LV 2.3 or 4 modules and at the speed of 60.30 or 12 revolutions per minute depending on the polymers.
Exemple 1 : Copolymère AM/ADC/ADBZ 65/8/27 : matière active : 20% Dans un réacteur de 1 1 équipé d'une agitation, d'un thermomètre, d'un réfrigérant et d'une entrée d'azote, on introduit : Les monomères : 137,17g d'acrylamide (AM) à 50%, 28,75g de chlorure
d'acryloyloxyéthylltriméthylmammonium (ADC) à 80%, 135. 52g de chlorure d'acryloyloxyéthyldiméthylbenzylammonium (ADBZ) à 80% EXAMPLE 1 Copolymer AM / ADC / ADBZ 65/8/27: Active Ingredient: 20% In a 1 liter reactor equipped with agitation, a thermometer, a condenser and a nitrogen inlet, Monomers: 137.17 g of acrylamide (AM) at 50%, 28.75 g of chloride
80% acryloyloxyethylltrimethylammonium (ADC) 135. 52g of 80% acryloyloxyethyldimethylbenzylammonium chloride (ADBZ)
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Le dispersant : 74, 3g d'une solution aqueuse à 20% d'homopolymère de chlorure de diallyldiméthyl ammonium (polyDADMAC).
The dispersant: 74.3 g of a 20% aqueous solution of diallyldimethylammonium chloride homopolymer (polyDADMAC).
Le sel : 127.15g de sulfate d'ammonium avec 6.14g de glycérol et 469.55g d'eau. Salt: 127.15g of ammonium sulphate with 6.14g of glycerol and 469.55g of water.
Le mélange est chauffé à 38 C et dégazé à l'azote pendant 1/2h. The mixture is heated at 38 ° C. and degassed with nitrogen for 1 / 2h.
On ajoute ensuite un amorceur du type azoïque tel que le VA044 (démarrage de la polymérisation). La température est maintenue à 38OC. Des fractions de sulfate d'ammonium de 7.14 g sont ajoutées 40 min, 1 h20 et 2h après l'ajout de l'amorceur. An azo initiator such as VA044 (start of polymerization) is then added. The temperature is maintained at 38OC. Ammonium sulfate fractions of 7.14 g are added 40 min, 1 h 20 and 2 h after the addition of the initiator.
Une nouvelle fraction d'amorceur azoïque (identique ou différent de celui utilisé lors de l'amorçage) est introduite après 5h30 de polymérisation. A new fraction of azo initiator (identical or different from that used during the priming) is introduced after 5:30 of polymerization.
La polymérisation est terminée après 8h30 de réaction. The polymerization is complete after 8:30 of reaction.
Le VA 044 TM est un composé de type dihydrochlorure de 2, 2'-Azobis [2-(2-imidazolin- 2-yl) propane commercialisé par la société WAKO. VA 044 TM is a 2, 2'-Azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane dihydrochloride compound marketed by the company WAKO.
Exemple 2 : Identique à l'exemple 1 sauf que la totalité de la fraction du sel d'ammonium est introduite dans la formulation initiale. Example 2: Same as Example 1 except that the entire fraction of the ammonium salt is introduced into the initial formulation.
Exemple 3 : Identique à l'exemple 1 sauf que 21,42g de sel sont introduits après 1h15 de polymérisation. Example 3: Same as Example 1 except that 21.42 g of salt are introduced after 1h15 of polymerization.
Exemple 4 : Identique à l'exemple 1 sauf que 21,42g de sel sont introduits après 3h de polymérisation. Example 4: Same as Example 1 except that 21.42 g of salt are introduced after 3 hours of polymerization.
Exemple 5 : Identique à l'exemple 1 sauf que 21,42g de sel sont introduits en fin de polymérisation. Example 5: Same as Example 1 except that 21.42 g of salt are introduced at the end of polymerization.
Les viscosités pics obtenues lors de la polymérisation des mélanges pour les exemples 1 à 5 ont été consignées dans le Tableau 1. The peak viscosities obtained during the polymerization of the mixtures for Examples 1 to 5 were recorded in Table 1.
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Tableau 1
Table 1
<tb>
<tb> Fraction <SEP> de <SEP> NF <SEP> Temps <SEP> Fraction <SEP> de <SEP> sel <SEP> Viscosité
<tb> sel <SEP> initial <SEP> (%) <SEP> supp. <SEP> d'ajout <SEP> en <SEP> ajout <SEP> (%) <SEP> bulk <SEP> max
<tb> Exemple <SEP> 1 <SEP> 85.6 <SEP> 40min <SEP> 4.8
<tb> invention <SEP> 3 <SEP> 1h20 <SEP> 4.8 <SEP> 820 <SEP> cp
<tb> 2h <SEP> 4.8
<tb> Exemple <SEP> 2 <SEP> 100 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 10000 <SEP> cp
<tb> Exemple <SEP> 3 <SEP> 85.6 <SEP> 1 <SEP> 1h15 <SEP> 14.4 <SEP> 3300 <SEP> cp
<tb> invention
<tb> Exemple <SEP> 4 <SEP> 85.6 <SEP> 1 <SEP> 3H <SEP> 14.4 <SEP> 7000 <SEP> cp
<tb> Exemple <SEP> 5 <SEP> 85.6 <SEP> 1 <SEP> 8H30 <SEP> 14.4 <SEP> 9400 <SEP> cp
<tb>
NF : nombre de fractions supplémentaires ajoutées de façon fractionnée après amorçage de la polymérisation. Conclusion : Des viscosités maximum très élevées sont observées lorsque la totalité du sulfate d'ammonium est introduite dans la formulation initiale (ex. 2) ou qu'une fraction supplémentaire de sulfate d'ammonium est introduite en fin (ex. 5) ou après 3H de polymérisation (ex. 4). <Tb>
<tb> Fraction <SEP> of <SEP> NF <SEP> Time <SEP> Fraction <SEP> of <SEP> salt <SEP> Viscosity
<tb> salt <SEP> initial <SEP> (%) <SEP> supp. <SEP> adding <SEP> in <SEP> adding <SEP> (%) <SEP> bulk <SEP> max
<tb> Example <SEP> 1 <SEP> 85.6 <SEP> 40min <SEP> 4.8
<tb> invention <SEP> 3 <SEP> 1h20 <SEP> 4.8 <SEP> 820 <SEP> cp
<tb> 2h <SEP> 4.8
<tb> Example <SEP> 2 <SEP> 100 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 10000 <SEP> cp
<tb> Example <SEP> 3 <SEP> 85.6 <SEP> 1 <SEP> 1h15 <SEP> 14.4 <SEP> 3300 <SEP> cp
<tb> invention
<tb> Example <SEP> 4 <SEP> 85.6 <SEP> 1 <SEP> 3H <SEP> 14.4 <SEP> 7000 <SEP> cp
<tb> Example <SEP> 5 <SEP> 85.6 <SEP> 1 <SEP> 8:30 <SEP> 14.4 <SEP> 9400 <SEP> cp
<Tb>
NF: number of additional fractions added fractionally after initiating the polymerization. Conclusion: Very high maximum viscosities are observed when all the ammonium sulphate is introduced into the initial formulation (eg 2) or a further fraction of ammonium sulphate is introduced at the end (eg 5) or after 3H polymerization (eg 4).
A quantité totale en sels identique, l'ajout d'une seule fraction de sulfate d'ammonium en début de polymérisation (ex. 3) permet d'améliorer la fluidité du mélange, cette dernière pouvant encore être améliorée par l'ajout successif de plusieurs fractions de sel dans la première partie de la polymérisation (ex. 1) définie précédemment. A total amount of identical salts, the addition of a single fraction of ammonium sulfate at the beginning of polymerization (eg 3) improves the fluidity of the mixture, the latter can be further improved by the subsequent addition of several salt fractions in the first part of the polymerization (eg 1) defined previously.
On a représenté sur la Figure unique la variation de la viscosité du mélange réactionnel au cours de la polymérisation en fonction du temps pour les exemples 1,2 et 4. The single figure shows the variation of the viscosity of the reaction mixture during the polymerization as a function of time for Examples 1, 2 and 4.
On constate que l'intérêt de l'invention réside en ce qu'elle permet de maintenir un niveau de viscosité très faible tout au long de la polymérisation en évitant les variations et les augmentations de viscosité du mélange réactionnel ce qui permet de supprimer les problèmes de prise en masse et les risques d'emballement de la réaction liés à des It can be seen that the advantage of the invention lies in the fact that it makes it possible to maintain a very low level of viscosity throughout the polymerization, avoiding the variations and increases in viscosity of the reaction mixture, which makes it possible to eliminate the problems and the risks of runaway reaction related to
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problèmes d'échange en milieu fortement visqueux qui sont inhérents aux autres procédés de polymérisation tels que décrits dans l'art antérieur.
exchange problems in highly viscous medium which are inherent in other polymerization processes as described in the prior art.
Exemple 6 : Identique à l'exemple 1 à l'exception du dispersant : 81g d'une solution aqueuse à 20% de poly (ADC) (en remplacement du poly (DADMAC)) et 462,58g d'eau. Example 6: Same as Example 1 except for the dispersant: 81 g of a 20% aqueous solution of poly (ADC) (replacing the poly (DADMAC)) and 462.58 g of water.
Viscosité maximum de la dispersion : 1100 cp L'exemple 6 montre qu'on conserve tout l'avantage de l'invention quelque soit le type de dispersant utilisé. Maximum Viscosity of Dispersion: 1100 cp Example 6 shows that all the advantage of the invention is retained whatever the type of dispersant used.
Exemple 7 : Copolymère AM/ADBZ 90/10 : matière active : 20% Identique à l'exemple 1 à l'exception des monomères : 281.13g d'acrylamide à 50%, 74.30g de chlorure d'acryloyloxyéthyldiméthyl benzylammonium à 80% et 415. 56g d'eau. EXAMPLE 7 Copolymer AM / ADBZ 90/10: Active Ingredient: 20% Identical to Example 1 with the exception of the monomers: 281.13 g of 50% acrylamide, 74.30 g of acryloyloxyethyldimethylbenzylammonium chloride at 80% and 415. 56g of water.
Viscosité maximum de la dispersion : 1500 cp Maximum viscosity of dispersion: 1500 cp
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Exemple 8 : Copolymère AM/ADC/ADBZ 25/27/48 : matière active : 20% Identique à l'exemple 1 à l'exception des monomères : 35.56g d'acrylamide à 50%, 65.40g de chlorure d'acryloyloxyéthyl triméthymammonium à 80%, 162.38g de chlorure d'acryloyloxyéthyldiméthyl benzyl ammonium à 80% et 507.65g d'eau.
EXAMPLE 8 Copolymer AM / ADC / ADBZ 25/27/48 Active Ingredient: 20% Identical to Example 1 with the exception of monomers: 35.56 g of 50% acrylamide and 65.40 g of acryloyloxyethyl trimethylammonium chloride at 80%, 162.38 g of acryloyloxyethyldimethyl benzyl ammonium chloride at 80% and 507.65 g of water.
Viscosité maximum de la dispersion : 760 cp Les exemples 1,7 et 8 montrent que des dispersions de polymère peuvent être préparées dans une large gamme de tonicité selon le procédé de l'invention tout en conservant une bonne fluidité. Maximum Dispersion Viscosity: 760 cp Examples 1.7 and 8 show that polymer dispersions can be prepared in a wide range of tonicity according to the process of the invention while maintaining good fluidity.
Exemple 9 : Copolymère AM/ADC/ADBZ 50/15/35 : matière active : 25% Identique à l'exemple 1 à l'exception des monomères : 111, 57g d'acrylamide à 50%, 57,00g de chlorure d'acryloyloxyéthyl triméthymammonium à 80%, 185,76g de chlorure d'acryloyloxyéthyldiméthylbenzyl ammonium à 80% et 416,65g d'eau. EXAMPLE 9 Copolymer AM / ADC / ADBZ 50/15/35 Active Ingredient: 25% Identical to Example 1 with the exception of the monomers: 111.57 g of 50% acrylamide, 57.00 g of sodium chloride. 80% acryloyloxyethyltrimethymammonium, 185.76 g of 80% acryloyloxyethyldimethylbenzylammonium chloride and 416.65 g of water.
Viscosité maximum de la dispersion : 1800 cp Exemple 10 : Copolymère AM/ADC/ADBZ 50/15/35 : matière active : 30% Identique à l'exemple 1 à l'exception des monomères : 133,89g d'acrylamide à 50%, 68,40g de chlorure d'acryloyloxyéthylltriméthymammonium à 80%, 222,92g de chlorure d'acryloyloxyéthyldiméthylbenzyl ammonium à 80% et 345,78g d'eau. Maximum dispersion viscosity: 1800 cp Example 10: AM / ADC / ADBZ 50/15/35 copolymer: active ingredient: 30% Same as Example 1 except for the monomers: 133.89 g of 50% acrylamide 68.40 g of 80% acryloyloxyethylltrimethymammonium chloride, 222.92 g of 80% acryloyloxyethyldimethylbenzylammonium chloride and 345.78 g of water.
Viscosité maximum de la dispersion : 2900 cp Les exemples 1,9 et 10 montrent que les dispersions de l'invention peuvent être réalisées avec des taux de matière active élevés ( > 25%). Maximum viscosity of the dispersion: 2900 cp Examples 1.9 and 10 show that the dispersions of the invention can be carried out with high levels of active material (> 25%).
Exemple 11 : Copolymère AM/acide acrylique 70/30 : matière active : 18% Dans un réacteur de 11 équipé d'une agitation, d'un thermomètre, d'un réfrigérant et d'une entrée d'azote, on introduit : Les monomères : 250.94g d'acrylamide à 50%, 54.50g d'acide acrylique EXAMPLE 11 AM / Acrylic Acid 70/30 Copolymer: Active Ingredient: 18% In a reactor equipped with stirring, a thermometer, a condenser and a nitrogen inlet, the following are introduced: monomers: 250.94g of 50% acrylamide, 54.50g of acrylic acid
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Le dispersant : 7. 1 g d'un homopolymère de l'acide acrylamidométhylpropane sulfonique Les sels 60g de sulfate de sodium et 72g de sulfate d'ammonium avec 4.83g de soude à 50%, 18g de glycérol et 507,13 d'eau.
The dispersant: 7. 1 g of a homopolymer of acrylamidomethylpropanesulphonic acid The salts 60 g of sodium sulphate and 72 g of ammonium sulphate with 4.83 g of 50% sodium hydroxide, 18 g of glycerol and 507.13 of water .
Le mélange est chauffé à 38 C et dégazé à l'azote pendant 1/2h. On ajoute ensuite un amorceur du type azoïque tel que le VA044 (démarrage de la polymérisation). La température est maintenue à 38OC. Des fractions de sulfate d'ammonium de 8.5g sont ajoutées après 25min, 40min et 1h15. The mixture is heated at 38 ° C. and degassed with nitrogen for 1 / 2h. An azo initiator such as VA044 (start of polymerization) is then added. The temperature is maintained at 38OC. Ammonium sulfate fractions of 8.5 g are added after 25 min, 40 min and 1 h 15 min.
Une nouvelle fraction d'amorceur azoïque (identique ou différent de celui utilisé lors de l'amorçage) est introduite après 3h de polymérisation. A new fraction of azo initiator (identical or different from that used during the priming) is introduced after 3 hours of polymerization.
La polymérisation est terminée après 4h30 de réaction. The polymerization is complete after 4:30 of reaction.
Viscosité maximum de la dispersion : 480 cp Exemple 12 : Identique à l'exemple 11 sauf que la totalité de la fraction du sulfate d'ammonium est introduite dans la formulation initiale. Maximum dispersion viscosity: 480 cp Example 12: Same as Example 11 except that all of the ammonium sulfate fraction is introduced into the initial formulation.
Viscosité maximum de la dispersion : 3900 cp On constate (ex. 11 & 12) que le procédé de l'invention permet également d'améliorer la fluidité de dispersions de polymères comportant une charge anionique. Maximum viscosity of the dispersion: 3900 cp It can be seen (eg 11 & 12) that the process of the invention also makes it possible to improve the fluidity of polymer dispersions comprising an anionic filler.
En conclusion, les différents exemples réalisés selon le procédé de l'invention, qui l'illustrent sans toutefois la limiter, présentent les améliorations obtenues relatives à la fluidité du mélange réactionnel en cours du procédé de polymérisation conduisant à des dispersions finales stables (avec des teneurs en sel faibles).In conclusion, the various examples made according to the process of the invention, which illustrate it without however limiting it, show the improvements obtained relating to the fluidity of the reaction mixture during the polymerization process leading to stable final dispersions (with low salt content).
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