JPH0770217A - 高い固体分の、および/または小さい水相小滴の重合体微細乳濁液の製造 - Google Patents

高い固体分の、および/または小さい水相小滴の重合体微細乳濁液の製造

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JPH0770217A
JPH0770217A JP6206090A JP20609094A JPH0770217A JP H0770217 A JPH0770217 A JP H0770217A JP 6206090 A JP6206090 A JP 6206090A JP 20609094 A JP20609094 A JP 20609094A JP H0770217 A JPH0770217 A JP H0770217A
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emulsion
phase
polymer
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David L Dauplaise
デイビツド・エル・ドープレイズ
Michael P O'toole
マイケル・ピー・オトウール
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/32Polymerisation in water-in-oil emulsions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/58Compositions for enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons, i.e. for improving the mobility of the oil, e.g. displacing fluids
    • C09K8/588Compositions for enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons, i.e. for improving the mobility of the oil, e.g. displacing fluids characterised by the use of specific polymers

Abstract

(57)【要約】 【構成】 高い固体分含有量と低い乳化剤および油の含
有量、および/または小さい水相小滴を得るための、
(a)炭化水素と界面活性剤とを含む油相を製造し;
(b)エチレン性不飽和単量体を含む水相を製造し;
(c)水相(b)の一部を油相(a)に添加し、微細乳
濁液を形成させて重合させ;(d)水相(b)の他の部
分を段階(c)の生成物に添加して微細乳濁液を形成さ
せ、これを重合させる各段階を含む、アニオン性、カチ
オン性または非イオン性の重合体微細乳濁液の新規な製
造方法。 【効果】 本件重合体微細乳濁液は、製紙における保持
助剤として、固−液分離における凝集剤として、また、
油回収における駆動流体として有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明はアニオン性の、カチオン性の、ま
たは非イオン性の、高い固体分の、かつ/または小さい
サイズの水相小滴の重合体微細乳濁液の製造方法に関す
るものである。本発明はまた、これらの重合体の保持助
剤、凝集剤、および/または駆動流体(drive f
luid)としての使用に関するものでもある。
【0002】
【発明の背景】重合体含有微細乳濁液は当業者には公知
である。これらの乳濁液は、界面活性剤により安定化さ
れた安定で、透明な油中水系である。水溶性重合体、た
とえばポリアクリルアミドは、製紙における排出物の形
成および保持の改良に効果的である。微細物の迅速な排
出および大きな保持は経費の低下に寄与する。加えて、
これらの乳濁液は懸濁された固体、たとえば下水汚物ス
ラッジの凝集に、また、セルローズ紙パルプ懸濁液の濃
化に有用である。材料の経費が増大するにつれて、より
低い投入レベルでより高い分離を生む凝集剤の製造が高
度に望ましいものになってきた。最後に、これらの乳濁
液は増強された油回収工程において地下の油貯槽に圧入
するための駆動流体として使用される。
【0003】乳濁液中での単量体の重合は当業者には周
知されている。これらの技術により製造された重合体
は、広範な工業的応用面を見いだしている。さらに、先
行文献に記載されている技術のあるものは、乳化重合法
において使用する種々の多段添加技術を開示している。
典型的には、先行技術の乳濁液の開示は乳濁液としての
第2段階の添加を示唆し、高い水含有量を有するか、ま
たは油を含有しない。
【0004】“アクリル単量体の乳化重合(Emuls
ionPolymerizationofAcryli
cMonomers)”という標題のローム・アンド・
ハース(RohmandHaas)の製品文献の7、1
4−18ページは、より高い固体分(43−46%)を
得るための、また、熱を制御するためのアクリル酸エチ
ルの多段階乳化重合を示唆している。しかし、この引用
文献は水性乳濁液中での重合を開示しており、後段は水
性乳濁液のさらなる添加を含んでいる。
【0005】ネイダス(Naidus)の“塗料用の乳
化重合体(EmulsionPolymersforP
aints)”、工業化学および化学工学(Indus
trialandEngineeringChemis
try、45巻、4号(1953)は、均一な組成を得
るために単量体または水性乳濁液中の単量体を重合中に
連続的に添加することを論じている。この著者は、より
大きい乳化剤対単量体比のために、この単量体添加技術
がより小さい水性小滴サイズの乳濁液を与えることを;
また、十分な乳化が擾乱に依存しないので、この単量体
乳濁液添加技術がより安定で、凝集体が少ないことを示
唆している。
【0006】タフト(Taft)の米国特許第3,29
7,621号は、その第1段階が触媒と乳化用溶液とを
含有する反応器への非乳化単量体の添加を含み、第2段
階が単量体の水性乳濁液の反応器への添加を含む、熱を
制御するための2段階乳化重合法を示唆している。
【0007】モーガンの“多段供給乳化重合体(Mul
tifeedEmulsionPolymers)”、
応用重合体科学雑誌(J.Appl.PolymerS
ci.)、27巻、2033−42(1982)は、芯
体/殻体概念の粗大乳濁液を形成させるための2段階乳
濁液を示唆している。この著者は、種重合体の不安定化
を最小限に抑制するための、単量体を界面活性剤と水と
に連続的に添加する第1段階と単量体を油中水乳濁液と
して添加する第2段階とを示唆している。単量体から油
中水乳濁液への供給原料の交換はHLBの問題を生ずる
可能性がある。ロビンソン(Robinson)らの、
米国特許第5,110,864号は、同等の1段階法で製
造された重合体より改良された保持特性を有する重合体
を製造するための、カチオン性単量体遅延添加法を示唆
している。開示された単量体はカチオン性であるが、ア
クリルアミドとアクリル酸とが共重合単量体として挙げ
られている。この特許権者らは、単量体含有水相の一部
を油相に添加し、乳化し、水相の残部を重合させること
なく添加し、ついで重合させることを示唆している。
【0008】種々の1段階逆微細乳化重合技術の使用も
当該技術で公知である。逆微細乳濁液中での機構および
反応動力学は逆乳濁液中で観測されるものとは異なる。
微細乳濁液の形成は、逆乳濁液の形成よりかなり複雑で
ある。逆乳濁液は1−10ミクロンの小滴を含有し、サ
イズは連続的に増大する。先行文献の微細乳化重合技術
は1段階法であるか、または乳濁液としての第2の部分
が加わっていて、比較的高い界面活性剤と油との含有量
を必要とし、ある場合には透明な単量体微細乳濁液を開
示している。
【0009】カンドー(Candau)らの米国特許第
4,521,317号は、水溶性単量体を油中水逆微細乳
濁液中で重合させる方法を示唆している。特許権者ら
は、単量体乳濁液が透明であることを、および水相が全
量の1−50重量%を占めることを示唆している。
【0010】デュラン(Durand)らの米国特許第
4,681,912号は、水溶性単量体を含有する水相
と、非イオン性界面活性剤を含有し、8−11の範囲の
HLBを有する油相とを添加混合して透明な単量体微細
乳濁液を形成させ、重合させることによる水溶性共重合
体の逆微細ラテックスの製造方法を示唆している。最小
界面活性剤濃度は、式中のxがHLB値であり、yが界
面活性剤濃度である式:y=5.8x2−110x+53
4に従って測定する。
【0011】ホルツシェラー(Holtzschere
r)らの“重合性微細乳濁液の形成に対する凝集エネル
ギー比概念(CER)の応用(Application
ofthePolymerizableMicroem
ulsions)”、コロイドおよび表面(Collo
idandSurfaces)29、(1988)は、
微細乳濁液における界面活性剤の最大効率使用を決定す
るための凝集エネルギー概念の使用を論じている。見い
だされた最低界面活性剤含有量は10.8パーセントで
あり、最適HLBは8.68であった。単量体含有量は
14−22.5重量パーセントであった。
【0012】ドプレーズ(Dauplaise)らの米
国特許第4,954,538号は、逆微細乳濁液技術を用
いて製造した、架橋グリオキシル化(メタ)アクリルア
ミドを示唆しており、これらが製紙における湿潤強度お
よび乾燥強度の増強剤として有用であることを開示して
いる。
【0013】ホーニヒ(Honig)らのEP0462
365は、製紙における排出および保持に有用な改良さ
れた生成物を得るための、イオン性の有機微細乳濁液の
使用を示唆している。
【0014】ホルツシェラーらの“播種法を用いるポリ
アクリルアミド微細ラテックスの改質(Modific
ationofPolyacrylamideMicr
olaticesbyUsingaSeedingPr
ocedure)”、ならびにホルツシェラーら、ミッ
テル(K.L.Mittel)およびボトレル(P.B
othorel)編,溶液中の界面活性剤(Surfa
ctantsinSolution)(印刷中)は、重
合体含有量を増加させるために逆アクリルアミド微細ラ
テックスに適用される播種法を示唆している。大部分の
応用面においては固体分含有量が高いほど望ましいが、
このアクリルアミドは第1段階ののちに沈澱する。重合
体含有量は第1段階後には2.02−4.38重量パーセ
ントであり、最終的には8.22−10.29重量パーセ
ントである。加えて、油相が88−92重量パーセント
である。
【0015】先行技術の微細乳濁液法は重合体生成物の
性能に若干の改良を齎したが、当該技術においては、さ
らなる性能の改良に対する要求がなお存在する。さら
に、先行技術の方法において使用される油および乳化剤
の量は比較的高く、したがって生成物の価格を上昇させ
ている。
【0016】したがって、1)より高い固体分レベルと
より低い界面活性剤および油の含有量とで、または、
2)同等の界面活性剤および油の含有量を用いてより小
さい水相小滴サイズを有する、または、3)有意に少な
い界面活性剤を用いて同等の重合体相小滴サイズを有す
る油中水微細乳濁液を製造することが、本発明の目標で
ある。本発明記載の多段階微細乳濁液はまた、スラッジ
の脱水に使用するための保持助剤として、および油回収
駆動流体として、先行技術の1段階微細乳濁液から製造
した生成物との比較でより優れた性能をも有する。先行
技術の乳濁液の高い界面活性剤および油の含有量はま
た、製紙機械に有害な効果をも持ち得る。すなわちサイ
ズ加工に不利益な効果をあたえ、かつ/または泡を発生
する可能性がある。
【0017】
【発明の概要】本発明に従えば、(i)少なくとも1種
の炭化水素液体と有効量の界面活性剤または界面活性剤
の混合物とを含む油相を製造し;(ii)カチオン性
の、アニオン性の、または非イオン性のものが可能であ
る少なくとも1種の単量体と任意に少なくとも1種の架
橋剤とを含む水溶液を製造し;(iii)少なくとも2
個の部分に分けた水溶液を油相に添加し、ここで、各部
分を添加したのちに重合を起こさせる各段階を含む、架
橋した、または架橋していない重合体の微細乳濁液の製
造方法が提供される。より高い固体分レベルが目標であ
る場合には、上記の単量体は水相と油相との合計の少な
くとも27重量パーセントを占めなければならない。
【0018】より小さい水性重合体相小滴が目標である
場合には、上記の微細乳濁液は、約25%以下の重合体
固体分含有量と0.4以下の乳濁液対単量体比とを持つ
べきである。
【0019】好ましくは、水相として存在する重合体相
小滴は約750nm以下の、好ましくは約300nmの
数平均サイズ直径と少なくとも約1.1mPa・sの、
好ましくは約1.5ないし約4.0mPa・sの溶液粘性
を有する。凝集剤として使用する場合には、Pa・s単
位で表して、アニオン性の系は好ましくは約3.0−7.
0の範囲の溶液粘性を、カチオン性の系は好ましくは約
1.8−4.5の範囲の溶液粘性を有し、非イオン性の系
は、凝集剤として使用する場合には、好ましくは約2.
0−8.0の、より好ましくは3.0ないし6.0の溶液
粘性を有する。本件微細乳濁液はさらに架橋した、また
は架橋していない、アニオン性の、またはカチオン性の
重合体をも含有して製紙における排出物の形成および保
持を改良することができる。
【0020】架橋重合体の場合には、重合体中に存在す
る単量体単位を基準にして約4モルppmの架橋剤含有
量が好ましい。本発明の他の好ましい態様は、その架橋
剤含有量が約4ないし約6000モルppmの、好まし
くは約10ないし約4000モルppmの、さらに好ま
しくは約50ないし約4000モルppmの範囲であ
る、上に定義した組成物を含むものである。
【0021】好ましい架橋剤は、N,N′−メチレンビ
スアクリルアミド;N,N′−メチレンビスメタクリル
アミド;二アクリル酸ポリエチレングリコール;二メタ
クリル酸ポリエチレングリコール;N−ビニルアクリル
アミド;アクリル酸グリシジル;ジビニルベンゼン;ア
クロレイン;グリオキサール;ジエポキシ化合物;エピ
クロロヒドリン;またはこれらのいずれかの混合物から
選択した二官能性単量体を含むものである。特に好まし
いものはN,N′−メチレンビスアクリルアミドであ
る。
【0022】本発明の実施における使用に好ましいアニ
オン性の単量体は、アクリル酸、メチルアクリル酸およ
びその塩類、2−アクリルアミド−2−メチルプロパン
スルホン酸塩、アクリル酸スルホエチル、メチルアクリ
ル酸スルホエチル、ビニルスルホン酸、スチレンスルホ
ン酸、マレイン酸等である。特に好ましいものはアクリ
ル酸である。
【0023】本発明の好ましい態様は、アニオン性の単
量体としてのアクリル酸、架橋剤としてのメチレンビス
アクリルアミドおよび非イオン性の単量体としてアクリ
ルアミドを含む水溶液;飽和炭化水素を含む油相;なら
びに数平均サイズ直径において約750nm以下の重合
体相小滴を製造するのに十分な六オレイン酸ポリオキシ
エチレンソルビタンおよびセスキオレイン酸ソルビタン
を含む界面活性剤を使用する方法を含むものである。
【0024】重合は、重合開始剤、たとえばメタ二亜硫
酸ナトリウムまたは第3ブチルハイドロパーオキサイド
を水相または油相に添加し;水相の油相への添加の間に
重合体活性化剤を添加して、または、これに替えて紫外
線照射により行わせることができる。
【0025】また、有効量の連鎖移動剤、たとえばアル
コール;メルカプタン;亜リン酸エステル、亜硫酸エス
テルまたはこれらのいずれかの混合物を水溶液に添加す
ることも本発明により意図されている。さらに、本発明
記載の方法は逆微細乳濁液から組成物を回収する段階を
包含することもできる。
【0026】
【発明の詳細な記述】本発明は、高い固体分が目標であ
る場合には最終部分の添加ののちの乳化剤対単量体比
(E/M)が約0.30以下であり、この方法により製
造された微細乳濁液が水相の同一の全量の単一添加を含
む方法により形成させた微細乳濁液を超えて改良された
性能を有し、より小さい水相小滴が目標である場合には
その小滴が水相の同一の全量の単一添加を含む方法によ
り得られるものより小さく、得られる重合体微細乳濁液
が1)水相と油相との合計重量を基準にして約25%以
下の重合体固体分と2)約0.4以下の乳濁液対単量体
比(E/M)とを有することを特徴とする:(a)
(i)少なくとも1種の炭化水素;および(ii)水相
の添加に際して微細乳濁液を形成するのに有効な量の界
面活性剤または界面活性剤の混合物を含む油相を製造
し;(b)(i)少なくとも1種のエチレン性不飽和単
量体(高い固体分が目標であるならば、水相と油相との
合計重量の少なくとも約27重量パーセントの量の)を
含む水相を製造し;(c)上記の水相(b)の一部を上
記の油相(a)に添加し、微細乳濁液を形成させて重合
させ;(d)上記の水相(b)の他の部分を段階(c)
の生成物に添加して微細乳濁液を形成させ、重合させる
各段階を含む、比較的低い界面活性剤レベルで改良され
た高い固体分の、または小さい水相小滴サイズを有する
油中水重合体微細乳濁液の製造方法を提供する。
【0027】有機相の選択は、逆微細乳濁液を得るのに
必要な最低界面活性剤濃度に対してかなりの効果を有す
る。有機相は炭化水素または炭化水素混合物を含んでい
てもよい。飽和の炭化水素またはその混合物が、経費の
嵩まない配合剤を得るために最適である。典型的には、
有機相はベンゼン、トルエン、燃料油、ケロシン、無臭
鉱油およびこれらのいずれかの混合物を含むであろう。
【0028】約8ないし約11の範囲のHLB(親水性
親油性バランス)値を得るためには1種または2種以上
の界面活性剤を選択する。この範囲の外側では、逆微細
乳濁液は通常は得られない。妥当なHLB値に加えて、
界面活性剤の濃度も調整し、すなわち、逆微細乳濁液の
形成に十分なものでなければならない。界面活性剤の濃
度が低過ぎれば先行技術の逆乳濁液につながり、濃度が
高過ぎれば妥当でない経費という結果につながる。本発
明の実施に有用な典型的な界面活性剤には、上に特に論
じたものに加えて、アニオン性の、カチオン性の、また
は非イオン性のものが可能であり、三オレイン酸ポリオ
キシエチレン(20)ソルビタン、六オレイン酸ポリオ
キシエチレンソルビトール、セスキオレイン酸ソルビタ
ン、三オレイン酸ソルビタン、ジ−2−エチルヘキシル
スルホコハク酸ナトリウム、オレアミドプロピルジメチ
ルアミン、イソステアリル−2−乳酸ナトリウム等から
選択することができる。
【0029】水相(ii)は単量体の水性混合物と、任
意に架橋剤とを含む。水性単量体混合物はまた、所望の
通常の添加剤を含んでいてもよい。たとえば、本件混合
物は重合禁止剤を除去するためのキーレート剤、pH調
節剤、熱開始剤およびレドックス開始剤、たとえば過酸
化物、有機化合物およびレドックスカップル、ならびに
他の通常の添加剤を含有していてもよい。
【0030】本発明の実施に有用なカチオン性単量体に
は、塩化ジアリルジメチルアンモニウム;塩化アクリル
オキシトリメチルアンモニウム;ジアルキルアミノアル
キル化合物の(メタ)アクリル酸エステル;ならびにそ
の塩および第4級化合物、特にN,N−ジアルキルアミ
ノアルキル(メタ)アクリルアミドの単量体、ならびに
その塩および第4級化合物、たとえばN,N−ジメチル
アミノエチルアクリルアミド;塩化(メタ)アクリルア
ミドプロピルトリメチルアンモニウムおよびN,N−ジ
メチルアミノエチルアクリル酸の酸または第4級塩等が
含まれる。ここで使用し得る他のカチオン性単量体は以
下の一般式:
【0031】
【化1】
【0032】式中、R1は水素またはメチルであり、R2
は水素またはC1ないしC4の低級アルキルであり、R3
およびR4は同一であっても異なっていてもよく、独立
に水素、C1ないしC12のアルキル、アリールまたはヒ
ドロキシエチルを表し、R2とR3またはR2とR4とが結
合して1個または2個以上のヘテロ原子を含有する環を
形成してもよく、Zは酸の共役塩基であり、Xは酸素ま
たは、そのR1が独立に上に定義したものと同様である
NR1であり、AはC1ないしC12のアルキレン基であ
る;か、または
【0033】
【化2】
【0034】式中、R5およびR6は同一であっても異な
っていてもよく、独立に水素またはメチルを表し、R7
は水素またはC1ないしC12のアルキルであり、R8は水
素、C1ないしC12のアルキル、ベンジルまたはヒドロ
キシエチルであり;Zは上に定義したものと同様である
のものである。
【0035】本発明の実施における使用に適した非イオ
ン性単量体は一般に、アクリルアミド;メタクリルアミ
ド;N−アルキルアクリルアミド、たとえばN−メチル
アクリルアミド;N,N−ジアルキルアクリルアミド、
たとえばN,N−ジメチルアクリルアミド;アクリル酸
メチル;メタクリル酸メチル;アクリロニトリル;N−
ビニルメチルアセタミド;N−ビニルメチルホルムアミ
ド;N−ビニルピロリドン;これらのいずれかの混合物
等を含む。
【0036】本発明はさらに、イオン性共重合体を製造
するイオン性単量体と非イオン性単量体との共重合をも
意図している。説明のために述べれば、アクリルアミド
をアニオン性の単量体、たとえばアクリル酸と共重合さ
せて製紙に使用する保持助剤を製造する。本発明の実施
に有用なアニオン性共重合体は、アニオン性単量体と非
イオン性単量体との合計での100重量部を基準にし
て、約1ないし約99重量部の非イオン性単量体と約9
9ないし約1重量部のアニオン性単量体とを;好ましく
は、同一の基準で約30ないし約99重量部の非イオン
性単量体と約1ないし約70重量部のアニオン性単量体
とを含むものである。
【0037】これに替えて、カチオン性共重合体を同様
の様式で製造することもできる。
【0038】単量体の重合は任意に多官能性の架橋剤の
存在下に起きて架橋組成物を形成する。多官能性架橋剤
は、少なくとも2個の二重結合、二重結合と反応性基、
もしくは2個の反応性基のいずれかを有する分子、また
はこれらの混合物を含む。
【0039】少なくとも1個の二重結合と少なくとも1
個の反応性基とを含有する多官能性枝分かれ剤には、ア
クリル酸グリシジル;メタクリル酸グリシジル;アクロ
レイン;メチロールアクリルアミド;これらの混合物等
が含まれる。
【0040】少なくとも2個の反応性基を含有する多官
能性枝分かれ剤にはジアルデヒド、たとえばグリオキサ
ール;ジエポキシ化合物;エピクロロヒドリン;これら
の混合物等が含まれる。
【0041】アゾ化合物、たとえばアゾビスイソブチロ
ニトリル;過酸化物、たとえば過酸化t−ブチル;無機
化合物、たとえば過硫酸カリウム;およびレドックスカ
ップル、たとえば硫酸アンモニウム過硫酸アンモニウム
鉄(II)を含む種々の熱的およびレドックス遊離基開
始剤も水相に、または油相に添加することができる。本
発明の方法は、少なくとも2回の増量添加で水相を油相
に増量添加し、それぞれの水相の添加後に重合を起こさ
せることにより進行する。すなわち、nが2ないし10
の範囲であるとしてn回の増量添加/重合段階が存在す
る。水相を実質的に等量ずつ、たとえば半分ずつ、1/
3ずつ、1/4ずつ等の部分に分けて添加することもで
き、水相を滴々様式で油相に添加することもできる。さ
らに、油相と微細乳濁液を形成し、本発明の利点を得る
のに十分な単量体が各部分に存在する限り、水相の添加
を非等量部分に分けて行うことも本発明の方法により意
図されている。
【0042】好ましくは、重合は重合活性化剤、たとえ
ば二酸化硫黄を添加して行う。これに替えて、光化学的
照射法、放射線照射、または60Co線源でのイオン化放
射線により重合を行うこともできる。
【0043】所望ならば、得られる微細乳濁液にブレー
カー界面活性剤を含有していてもよい水を添加し、微細
乳濁液を逆転させて微細乳濁液からの重合体の回収を行
うこともできる。重合体は、任意にストリッピングによ
り、または重合体を沈澱させる溶媒、たとえばイソプロ
パノールに微細乳濁液を添加し、得られる固体を濾別
し、乾燥し、水中に再分散させて微細乳濁液から回収す
ることもできる。
【0044】本発明のアニオン性の、非イオン性の、お
よび重合体性の生成物は、広い範囲の固−液分離操作を
容易にするのに有用である。本件生成物は、生物学的に
処理した懸濁液、たとえば下水汚物等の市民生活スラッ
ジまたは工業的スラッジの脱水に;セルローズ懸濁液、
たとえば製紙において見いだされるもの、たとえば紙廃
棄物の排出に;ならびに種々の無機懸濁液、たとえば精
油所廃液、石炭廃液等の鎮静化および脱水に使用するこ
とができる。たとえば凝集の方法は、たとえば本発明の
カチオン性重合体凝集剤を懸濁固体の水性懸濁液、たと
えば下水汚物のスラッジに分散液の約0.1ないし約5
0,000ppmの範囲の量添加し、ついで凝集した懸
濁固体を分散液から分離する段階を含むことができる。
本発明記載のアニオン性重合体およびカチオン性重合体
は、通常の製紙原料、たとえば化学パルプ、機械パル
プ、熱化学パルプまたは再循環パルプのための保持助剤
として特に有用である。
【0045】本発明のアニオン性重合体は油回収法にお
いて、たとえば駆動流体、掘進用汚泥の製造、地面の固
化、油井製造における流入の防止および完了流体または
破壊流体として特に有用である。これらのアニオン性の
系の溶液粘性は、油回収の応用面において使用する場合
には好ましくは約2−8mPasの範囲である。
【0046】
【好ましい具体例の記述】以下の実施例は本発明を説明
するものである。これらの実施例は、特許請求の範囲に
示されたものを除き、いかなる様式でも特許請求の範囲
を限定するものと考えるべきではない。
【0047】
【実施例】
実施例1第1段階 164.2グラムの低臭パラフィン油、27.6グラムの
六オレイン酸ポリオキシエチレンソルビトール(POS
H)および、そのHLB(親水性親油性バランス)値が
8.7である8.2グラムのセスキオレイン酸ソルビタン
(SS)を撹拌しながら混合する。
【0048】62.55グラムのアクリルアミド、26.
81グラムのアクリル酸、0.05グラムのエチレンジ
アミン四酢酸二ナトリウム塩二水和物(EDTA)およ
び0.04グラムのt−ブチルハイドロパーオキサイド
(TBHP)を、脱イオン水と27.0グラムの約29
%の水酸化アンモニウムとの混合物に溶解させて、pH
を8±0.1に調整する。アクリル酸/アクリルアミド
比は30/70である。この溶液を油/界面活性剤混合
物に添加する。A/O(水/油)比は1/1であり、E
/M(乳化剤/単量体)比は0.4である。室温で窒素
パージしたのちに得られる、ミルク状の外見の微細乳濁
液を窒素雰囲気中で二酸化硫黄下に置く。得られる乳濁
液は安定で、極めて明澄である。
【0049】第2段階 120グラムの同一の水性乳濁液(37.53グラムの
アクリルアミド;16.09グラムのアクリル酸;0.0
3グラムのEDTA;0.02グラムのTBHP;50.
13グラムの水および16.2グラムの水酸化アンモニ
ウムを含むもの)を上記の微細乳濁液に添加する。その
A/O比は1.7であり、E/M比は0.25である。窒
素パージしたのちに、室温に冷却しながら得られる混合
物(明るい曇った黄色)を窒素雰囲気中で0.1%の二
酸化硫黄の下に置く。得られる乳濁液は安定で、透明で
ある。
【0050】比較例1A 水相の全てを1段階で添加し、反応させることを除いて
実施例1の手順を繰り返す。単量体乳濁液はミルク状で
あり、得られる重合体硫乳濁液は安定で透明である。
【0051】実施例2 それぞれ0.07グラムおよび0.04グラムのメチレン
ビスアクリルアミドを第1の、および第2の水相に添加
することを除いて、実施例1の手順を繰り返す。架橋剤
レベルは単量体の800ppmである。単量体乳濁液は
ミルク状である。重合体乳濁液は安定で透明である。
【0052】比較例2A 全水相を0.11グラムの溶解したメチレンビスアクリ
ルアミドとともに1段階で添加することを除いて実施例
2の手順を繰り返す。単量体乳濁液はミルク状である。
得られる重合体硫乳濁液は安定で透明である。
【0053】実施例3第1段階 168グラムの油、30.05グラムのPOSH乳化剤
および、その結合HLBが9.8である1.95グラムの
SSを撹拌しながら混合する。
【0054】32グラムのアクリルアミド、48グラム
のアクリル酸、0.05グラムのTBHPおよび0.32
グラムのEDTAを、43.5グラムの約29%の水酸
化アンモニウムを有する76.13グラムの脱イオン水
に溶解させてpHを7.0±0.1に調整する。アクリル
酸/アクリルアミド比は60/40である。この溶液を
油/界面活性剤混合物に添加する。A/O比およびE/
M比はそれぞれ1/1および0.4である。単量体乳化
剤(ミルク状)を室温で窒素パージしたのちに、乳濁液
を窒素雰囲気中で0.1%の二酸化硫黄下に置く。
【0055】第2段階 24.77グラムのアクリルアミド;37.15グラムの
アクリル酸;0.04グラムのTBHP;および0.25
グラムのEDTAを、37.0グラムの約29%の水酸
化アンモニウムを有する20.79グラムの脱イオン水
に溶解させてpHを7.0±0.1に調整する。この溶液
を上記の乳濁液に添加する。そのA/O比およびE/M
比はそれぞれ1.6および0.21である。この乳濁液を
窒素でパージし、室温に冷却したのちに、これを窒素雰
囲気中で0.1%の二酸化硫黄の下に置く。この重合体
乳濁液は安定で、透明である。
【0056】比較例3A 水相を1段階で添加し、反応させることを除いて実施例
3の手順に従う。
【0057】実施例4第1段階 168グラムの油、30.05グラムのPOSH界面活
性剤および、その結合HLBが9.8であるSS界面活
性剤1.95グラムを撹拌しながら混合する。
【0058】35.77グラムのアクリルアミド、53.
88グラムのアクリル酸、1.79グラムのMBA;0.
05グラムのTBHP;および0.36グラムのEDT
Aを、49グラムの約29%の水酸化アンモニウムを有
する60.76グラムの脱イオン水に溶解させてpHを
7.0±0.1に調整する。アクリル酸/アクリルアミド
比は60/40である。架橋剤レベルは単量体に対して
2000ppmである。この溶液を油/界面活性剤混合
物に添加する。A/O比およびE/M比はそれぞれ1/
1および0.36である。単量体乳化剤(透明)を室温
で窒素パージしたのちに、乳濁液を窒素雰囲気中で0.
1%の二酸化硫黄下に置く。
【0059】第2段階 120.0グラムの上の水溶液と同一の水溶液(21.4
6グラムのアクリルアミド、32.33グラムのアクリ
ル酸、0.170グラムのMBA、0.03グラムのTB
HP、0.22グラムのEDTA、36.46グラムの脱
イオン水および29.4グラムの約29%の水酸化アン
モニウム)を上記の乳濁液に添加する。そのA/O比お
よびE/M比はそれぞれ1.7および0.21である。室
温に冷却しながらパージしたのちに、得られる混合物
(僅かに曇っている)を窒素雰囲気中で0.1%の二酸
化硫黄の下に置く。得られる重合体乳濁液は安定で透明
である。
【0060】比較例4A 水相を1段階で添加し、反応させることを除いて実施例
4の手順に従う。
【0061】下の表1は、実施例1−4および比較例1
A−4Aの物質の試験結果を表形状で示す。重合体相の
小滴サイズは2種の方法で測定する。
【0062】TEMはフィリプス(Philips)4
20T分析用透過電子顕微鏡;3.1.1用のガタン
(Gatan)626型TV映像ピックアップ系;日立
VT−S730S−VHSビデオカセットレコーダーに
関するものである。試料は0.05−0.5%に希釈す
る。各試料について分散と表面体積とを発生させる。
【0063】QELSはニコンプ(Nicomp)HN
5−90型レーザー散乱分光光度計;ニコンプTc10
0型自動相関装置;スペクトラ−フィジクス(Spec
tra−Physics)164型アルゴンイオンレー
ザーに関するものである。試料は希釈する。最小でも1
0,000カウントを発生させる。平均サイズは1.7お
よび2.0の2種の異なるチャンネル幅で発生させる。
懸濁したコロイドの水動力学的半径を測定する。
【0064】粘性は、ブルックフィールド(Brook
field)LV型粘度計で測定する。試料は0.20
0%に希釈する。1回の測定を行う。粘度計は、液体中
でスピンドルを回転させるのに必要なトルクに感応す
る。
【0065】排出は、ミョウバンを充填したブリット
(Britt)CF型動的排出ビン中で、保持助剤の重
合体に対する比率を変えて測定する。
【0066】
【表1】
【0067】
【表2】
【0068】本発明の改良点は、上の表1中のデータに
より明らかに例示されている。同一のE/M比と固体分
含有量とを用いる1段階法との平行比較で、より小さい
小滴サイズと改良された排出時間とが水相の2段階添加
により得られる。さらに、2段階法が最終的な重合体の
粘性に対してほとんど、または全く有意の効果を持たな
いことも見られる。
【0069】比較例5A 90グラムの低臭パラフィン油を適当な容器に添加して
油相を製造する。ついで、この油に界面活性剤のセスキ
オレイン酸ソルビタン(SS)0.61グラムと六オレ
イン酸ポリオキシエチレンソルビトール(POSH)
9.39グラムとを添加する。この混合物を均一になる
まで撹拌する。
【0070】ついで、50%アクリルアミド水溶液3
1.74グラムと脱イオン水30.79グラムとの溶液を
冷却して水相を製造する。ついで、24.13グラムの
アクリル酸を徐々に添加し、続いて12.8グラムの水
酸化ナトリウムを添加する。次に、0.08グラムのメ
チレンビスアクリルアミド、0.40グラムのt−ブチ
ルハイドロパーオキサイド(70%水性)および0.0
6グラムのジエチレントリアミン五酢酸五ナトリウム
(40%溶液)を添加する。水酸化ナトリウムを用いて
pHを7.0±0.1に調整する。
【0071】ついで、撹拌しながら水相を油相に徐々に
添加する。容器に窒素を15分間吹き込む。メタ二亜硫
酸ナトリウムの水溶液(0.5%)に窒素を通じて二酸
化硫黄を発生させる。得られる気体流を、単量体の添加
中、泡立てながら乳濁液に通ずる。
【0072】水相/油相比(A/O)は1/1であり、
乳化剤/単量体比(E/M)は0.25である。単量体
乳濁液は外見がミルク状であり、重合体乳濁液は極めて
明澄で安定である。重合体固体分は20%である。
【0073】重合体相小滴サイズ分布はニコンプHN5
−90型レーザー散乱分光光度計、ニコンプTc100
型自動相関装置で、Cu放射線PS2型5mWヘリウム
−ネオンレーザーを用いて得られる。
【0074】排出は、ミョウバンを充填したブリットC
F型動的排出ビンを用いて、保持助剤と重合体との比率
を変えてブリットビン法で測定する。
【0075】実施例5 比較例5Aに示したものと同様にして油相と水相とを製
造する。
【0076】しかし、以下の方法により水相を3個の等
量の部分に分けて油相に添加する。水相の1/3を添加
して曇った乳濁液を形成させるが、反応は窒素を吹き込
み、SO2を混合物に泡立てながら通じて行わせる。ア
クリル酸/アクリルアミド比は60/40である。A/
O比は0.33であり、E/M比は0.75である。つい
で、乳濁液に空気を泡立てながら1分間通じて、酸素に
より重合を停止させる。この重合体乳濁液は安定で、極
めて明澄である。ついで、この一連の操作を2回繰り返
す。
【0077】第2段階ののちにはA/O比は0.67で
あり、E/M比は0.38である。得られる乳濁液は安
定で、極めて明澄である。
【0078】第3段階ののちにはA/O比は1/1であ
り、E/M比は0.25である。得られる乳濁液は安定
で、極めて明澄である。その重合体固体含有量は20%
である。
【0079】比較例6A メチレンビスアクリルアミドを添加することなく、比較
例5Aの手順を繰り返す。得られる乳濁液(重合体固体
分=20%)は安定で、極めて明澄である。
【0080】実施例6 メチレンビスアクリルアミドを添加することなく実施例
5の手順を繰り返す。得られる乳濁液は安定で、極めて
明澄であり、20%の重合体固体含有量を有する。
【0081】比較例7A 0.112グラムのメチレンビスアクリルアミドを使用
することを除いて比較例5Aの手順を繰り返す。得られ
る乳濁液は安定で、極めて明澄である。重合体固体含有
量はここでも20%である。
【0082】実施例7 0.112グラムのメチレンビスアクリルアミドを使用
することを除いて実施例5の手順を繰り返す。得られる
乳濁液(重合体固体分=20%)は安定で、極めて明澄
である。
【0083】比較例8A 86グラムの油、0.86グラムのSSおよび13.14
グラムのPOSHを含有することを除いて比較例5Aの
手順を繰り返す。
【0084】A/O比は1/1であり、E/M比は0.
35である。得られる乳濁液は安定で極めて明澄であ
り、20%の重合体固体含有量を有する。
【0085】実施例8 86グラムの油、0.86グラムのSSおよび13.14
グラムのPOSHを含有することを除いて実施例5の手
順を繰り返す。
【0086】第1段階のA/O比は0.33であり、E
/M比は1.05である。第2段階のA/O比は0.67
であり、E/M比は0.58である。第3段階のA/O
比は1/1であり、E/M比は0.35である。
【0087】得られる乳濁液は安定で極めて明澄であ
る。その重合体固体含有量は20%である。
【0088】比較例9A 84グラムの油、0.98グラムのSSおよび15.02
グラムのPOSHを含有することを除いて比較例5Aの
手順に従う。A/O比は1/1であり、E/M比は0.
4である。 得られる乳濁液は安定で極めて明澄であ
り、20%の重合体固体含有量を有する。
【0089】実施例9 84グラムの油、0.98グラムのSSおよび15.02
グラムのPOSHを含有することを除いて実施例5の手
順に従う。
【0090】第1段階のA/O比は0.33であり、E
/M比は1.2である。第2段階のA/O比は0.67で
あり、E/M比は0.8である。第3段階のA/O比は
1/1であり、E/M比は0.4である。
【0091】得られる乳濁液は安定で極めて明澄であ
り、20%の重合体固体含有量を有している。
【0092】比較例10A 水相が16.09グラムのアクリル酸、21.16グラム
のアクリルアミド、8.53グラムの水酸化ナトリウ
ム、0.053グラムのメチレンビスアクリルアミド、
0.27グラムのt−ブチルハイソロパーオキサイド、
0.04グラムのジエチレントリアミン五酢酸ナトリウ
ムおよび20.53グラムの水を含むことを除いて比較
例9Aの手順に従う。
【0093】A/O比は1/1であり、E/M比は0.
6である。得られる乳濁液は安定で極めて明澄である。
その重合体固体含有量は13.3%である。
【0094】比較例10B 比較例10Aの各成分を使用するが、水相を2個の等量
の部分に分けて添加して、以下の手順により重合を行
う。水性単量体相の一半を油相に添加して曇った単量体
乳濁液を形成させ、容器に窒素とSO2とを吹き込んで
反応混合物に泡立てながら通ずる。1分間空気を泡立て
ながら吹き込んで酸素により重合を停止させる。つい
で、この一連の操作を繰り返す。
【0095】第1段階後のA/O比は0.5であり、E
/M比は1.2である。第2段階後のA/O比は1/1
であり、E/M比は0.6である。
【0096】得られる乳濁液は安定で、極めて明澄であ
り、13.3%の重合体固体含有量を有する。
【0097】比較例11A 油相が90.0グラムの油、0.61グラムのSSおよび
9.39グラムのPOSHを含むことを除いて比較例1
0Aの手順を繰り返す。
【0098】A/O比は1/1であり、E/M比は0.
38である。得られる乳濁液は安定で、極めて明澄であ
る。その重合体固体含有量は13.3%である。
【0099】実施例11 油相が90.0グラムの油、0.61グラムのSSおよび
9.39グラムのPOSHを含むことを除いて実施例1
0の手順を繰り返す。
【0100】第1段階のA/O比は0.5であり、E/
M比は0.76である。第2段階のA/O比は1/1で
あり、E/M比は0.38である。得られる乳濁液は安
定で極めて明澄である。その重合体固体含有量は13.
3%である。
【0101】実施例5−11および比較例5A−11A
の組成物を、重合体相小滴サイズおよび排出速度に関し
て試験する。結果は、組成のデータとともに下の表2に
示してある。
【0102】
【表3】
【0103】
【表4】
【0104】本発明記載の改良は表2のデータから見る
ことができる。本発明に従って多段階添加で製造した重
合体相の小滴サイズはより小さく、改良された排出を提
供する。実施例7および比較例7A、ならびに実施例8
および比較例8Aから、架橋剤のレベルが重合体小滴サ
イズにほとんど効果を持たないことに注意されたい。上
記の特許および刊行物は、本件明細書中に引用文献とし
て組み入れられている。
【0105】本件明細書中で使用する“乳化剤対単量体
比”または“(E/M)”の語は、重合体微細乳濁液の
製造中に添加した単量体の全量に、すなわち、水相の添
加のそれぞれの個々の段階において添加した量プラスこ
れらの段階のそれぞれにあらかじめ添加してあったもの
に関するものを意味する。
【0106】本発明の多くの変法は、当業者には上の詳
細な記述に照らして明らかになるであろう。アクリル酸
以外のアニオン性の単量体も使用することができ、同様
にアクリルアミド以外のカチオン性の単量体、および非
イオン性の単量体も可能である。重合はUV照射によっ
ても行わせることができる。連鎖移動剤も任意に単量体
溶液に添加することができる。この種の全ての明らかな
変更は、添付した特許請求の範囲の意図された完全な範
囲の中にある。
【0107】本発明の主なる特徴および態様は以下のと
おりである。
【0108】1.高い固体分が目標であるならば最終的
な部分の添加ののちの乳化剤対単量体比率が約0.30
以下であり、小さい水相小滴が目標であるならば重合体
微細乳濁液が約25%以下の重合体固体分と約0.4以
下の乳濁液対単量体比率とを有し、上記の高い固体分の
方法により製造された微細乳濁液が水相の同一の全量の
単一添加を含む方法により形成させた微細乳濁液を超え
て改良された性能を有し、上記のより小さい小滴の方法
により製造された水性重合体相小滴が水相の同一の全量
の単一添加を含む方法により得られるものより小さいこ
とを特徴とする: (a)(i)少なくとも1種の炭化水素;および(i
i)水相の添加に際して微細乳濁液を形成させるのに有
効な量の界面活性剤または界面活性剤の混合物を含む油
相を製造し; (b)(i)高い固体分が目標であるならば、水相と油
相との合計重量の少なくとも約27重量パーセントの量
の少なくとも1種のエチレン性不飽和単量体を含む水相
を製造し; (c)上記の水相(b)の一部を上記の油相(a)に添
加し、微細乳濁液を形成させて重合させ; (d)上記の水相(b)の他の部分を段階(c)の生成
物に添加して微細乳濁液を形成させ、重合させる各段階
を含む、改良された高い固体分の、または小さい水相小
滴サイズを有する油中水重合体微細乳濁液の製造方法。
【0109】2.上記のエチレン性不飽和単量体がアニ
オン性単量体を含むものであることを特徴とする1記載
の方法。
【0110】3.上記のエチレン性不飽和単量体がカチ
オン性単量体を含むものであることを特徴とする1記載
の方法。
【0111】4.上記のエチレン性不飽和単量体が非イ
オン性単量体を含むものであることを特徴とする1記載
の方法。
【0112】5.上記の少なくとも1種のエチレン性不
飽和単量体がアクリル酸とアクリルアミドとの混合物を
含むものであることを特徴とする1記載の方法。
【0113】6.上記の水相(b)に架橋性単量体を添
加する段階をも含むことを特徴とする1記載の方法。
【0114】7.上記の水相の上記の比率が実質的に等
量であることを特徴とする1記載の方法。
【0115】8.上記の段階(c)および(d)が2回
または3回以上の水相(b)の一部の上記の油相(a)
への増量添加と各増量添加ののちの重合とを含むことを
特徴とする1記載の方法。
【0116】9.nが2ないし10の範囲であるn個の
増量添加/重合段階が存在することを特徴とする8記載
の方法。
【0117】10.上記の増量添加/重合段階を滴下増
量添加により行うことを特徴とする8記載の方法。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高い固体分が目標であるならば最終的な
    部分の添加ののちの乳化剤対単量体比率が約0.30以
    下であり、小さい水相小滴が目標であるならば重合体微
    細乳濁液が約25%以下の重合体固体分と約0.4以下
    の乳濁液対単量体比率とを有し、この高い固体分の方法
    により製造された微細乳濁液が水相の同一の全量の単一
    添加を含む方法により形成させた微細乳濁液を超えて改
    良された性能を有し、より小さい小滴の方法により製造
    された水性重合体相小滴が水相の同一の全量の単一添加
    を含む方法により得られるものより小さいことを特徴と
    する: (a)(i)少なくとも1種の炭化水素;および(i
    i)水相の添加に際して微細乳濁液を形成させるのに有
    効な量の界面活性剤または界面活性剤の混合物を含む油
    相を製造し; (b)(i)高い固体分が目標であるならば、水相と油
    相との合計重量の少なくとも約27重量パーセントの量
    の少なくとも1種のエチレン性不飽和単量体を含む水相
    を製造し; (c)上記の水相(b)の一部を上記の油相(a)に添
    加し、微細乳濁液を形成させて重合させ; (d)上記の水相(b)の他の部分を段階(c)の生成
    物に添加して微細乳濁液を形成させ、重合させる各段階
    を含む、改良された高い固体分の、または小さい水相小
    滴サイズを有する油中水重合体微細乳濁液の製造方法。
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