KR20070116787A - 폴리머 분산물 및 폴리머 분산물의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본원발명은 폴리머 양이온성 보조-안정화제 (A)의 존재하에서, 하나 이상의 모노머 (m) 그리고 1차, 2차 또는 3차 아민 또는 아미드 그룹 및 적어도 하나의 올레핀 불포화를 가지는 적어도 하나의 모노머 (x), 및, 적어도 하나의 올레핀 불포화를 가지는 적어도 하나의 양이온성 모노머 (y)를 포함하는 모노머 혼합물의 폴리머 (B)를 반응시키는 단계를 포함하는, 수성 폴리머 분산물의 제조 방법에 관계한다. 또한 본원발명은 폴리머 분산물, 폴리머 안정화제 (C)의 제조 방법, 폴리머 안정화제 (C) 및 종이 제조 방법에 관계한다.

Description

폴리머 분산물 및 폴리머 분산물의 제조 방법{POLYMER DISPERSION AND PROCESS FOR PREPARING A POLYMER DISPERSION}
본원발명은 수성 폴리머 분산물의 제조 방법에 관계한다. 또한 폴리머 안정화제의 제조 방법, 폴리머 안정화제, 수성 폴리머 분산물, 폴리머 분산물의 용도 및 종이 제조 방법에 관계한다.
발명의 배경
양이온성 폴리머의 수성 분산물은, 예를 들면, 제지 산업에서 보류 조제로서 사용된다. 그밖의 다른 용도는, 예를 들면, 폐수처리를 위한 응집제로서, 증점제로서, 및 토양 개선제로서이다. 일반적으로, 이러한 폴리머 분산물은 분산된 폴리머 및 안정화제로도 불리는 분산제를 포함하는데, 이러한 분산제는 통상적으로 폴리머 분산제이다. 안정화제는 분산된 폴리머가 분산된 상태로 유지될 수 있도록 하는 방식으로 폴리머 분산물을 안정화시킨다.
이러한 폴리머 분산물은 일반적으로 분산제로서 작용하는 제 1 안정화제 및 침전제로서 작용하는 제 2 "보조-안정화제"의 존재하에서 수용성 모노머의 반응 혼합물을 중합시켜 제조된다. 완성된 폴리머는 침전되어, 안정한 폴리머 분산물을 형성할 것이다. 이에 의해, 상당량의 무기염은 전혀 존재하지 않는다.
폴리머 분산물은 최종 처리에서 우수한 결과를 제공하고 상업적 이익이 되도록 실시하게 하는 수많은 기준이 존재한다. 이러한 기준은, 예를 들면, 가공 점성도, 활성 함량, 안정성, 우수한 보류 및 탈수성, 및 분산제를 제조하는 것을 포함한, 폴리머 분산물 제조의 용이성이다. 또한, 환경적 그리고 안정성 측면과 같은 기준들이 중요하다.
가공 점성도는 폴리머 분산물이 제조될 때 반응 혼합물의 점성도를 의미한다. 폴리머 분산물을 제조하는 동안, 점성도는 낮게 유지되어야 하며, 점성도 피크는 없거나 가능한 한 적어도 감소되어야 한다. 또한 폴리머 분산물의 최종 점성도는 예컨대, 펌프성과 같은 용도에서 더 용이한 취급을 위해 특정 폴리머 함량에 있어서 가능한한 낮은 것이 바람직하다.
분산물의 저장 수명, 즉, 시간이 지남에 따른 폴리머 분산물의 안정성이 중요한 성질이다. 침전으로 침전시키지 않고 분산물에 폴리머 입자들을 안정하게 유지시키기 위한 효과적인 안정화제가 필요하다. 고려해야할 또다른 중요한 요인은 활성 함량, 즉, 폴리머 분산물에 분산된 폴리머의 양이다. 더 높은 활성 함량은 더 적은 운송 비용 및 최종-응용시 더 용이한 취급성을 제공한다. 효과적인 안정화제를 사용함으로써, 점성도가 낮게 유지됨과 동시에 더 높은 활성 함량을 가지는 분산물이 수득될 수 있다. 그러나, 제지에서 보류 및 탈수에서의 우수한 성능과 높은 활성 함량을 조합하는 것이 어려울 수 있다.
분산된 폴리머의 양이온 전하는 안정한 분산물을 형성하기 위한 폴리머의 능력에 영향을 미친다. 비교적 낮은 양이온성 전하를 가지는 안정한 폴리머 분산물을 제공하기 위한 이유들이 존재한다. 이러한 이유들은, 예를 들면, 특정 용도를 위한 양이온성 모노머의 FDA 제한, 비용, 제지에 사용할 때 셀룰로오스 현탁액을 과다충전할 위험 등이다.
폴리머 분산물을 제조하는 동안, 폴리머의 침전물이 형성되어 반응 용기 및 교반기에 고착될 수도 있다. 이는 시간이 소모되는 반응 설비의 세정 절차를 초래한다.
WO03/097703 A1은 폴리머 안정화제 및 보조-안정화제로서 양이온성 다가전해질을 포함하는 폴리머 분산물을 개시한다. US 6075089는 그라프트 코폴리머인 안정화제를 개시한다. 상기 폴리머 분산물들을 제조하는 경우, 선행 기술의 방법에서 사용된 안정화제들은 미리 제조된 것들이었다.
예를 들면, WO 03/097703 A1에서 모노머는 사전-제조된 안정화제의 존재하에서 분산된 폴리머 내부로 중합된다. 그러므로, 안정화제의 제조는 전체적인 폴리머 분산물 제조 방법에 추가 단계, 필요한 시간의 필요성을 추가하며, 비용을 초래한다.
몇 개의 단계로 제조될 수 있으며 제조하는 동안 큰 점성도 피크없이 가공 점성도가 낮게 그리고 매끄럽게 유지되고 침전물을 전혀 생성하지 않는 폴리머 분산물의 제조 방법을 제공하는 것이 본원발명의 목적이다. 높은 안정성, 비교적 낮은 양이온 전하, 너무 높은 점성도가 없이 높은 활성 함량을 가지며, 동시에 제지 공정에서 사용될 때 우수한 보류 및 탈수성을 제공하는 폴리머 분산물을 제공하는 것이 본원발명의 또다른 목적이다. 또한 폴리머 안정화제를 제공하는 것도 본원발 명의 목적이다.
발명
본원발명에 따르면, 놀랍게도 분산된 폴리머의 높은 활성 함량 및 낮은 가공 점성도를 가지는 안정한 폴리머 분산물이 본원발명에 따른 수성 폴리머 분산물을 제조하는 방법에 의해 달성될 수 있음을 발견하였다. 이 방법은 폴리머 양이온성 보조-안정화제 (A)의 존재하에서, 하나 이상의 모노머 (m), 및 1차, 2차 또는 3차 아민 또는 아미드 그룹 및 적어도 하나의 올레핀 불포화를 가지는 적어도 하나의 모노머 (x), 및, 적어도 하나의 올레핀 불포화를 가지는 적어도 하나의 양이온성 모노머 (y)를 포함하는 모노머 혼합물의 폴리머 (B)를 반응시키는 단계를 포함하는데, 아미드 그룹을 가지는 모노머가 사용되는 경우, 폴리머는 가수분해되어, 아미드 관능성이 아민 관능성으로 전환되어 있다.
본원에서 "안정한 폴리머 분산물"은 적절하게는 1/s에서 10.000 mPas 미만의 전단 점성도를 가지는 수성 용액에 있는 폴리머 입자들의 고른 분포가 존재하는 것을 의미한다(Brookfield 축 5). "안정한" 분산물로서 간주되기 위해서, 분산된 폴리머에 기초하여 계산하여, 3.000 rpm에서 30분 동안 분산물을 원심분리할 때 약 5 중량% 미만의 침전, 바람직하게는 약 1 중량% 미만이어야 한다.
본원발명에 따르면, 다음을 포함하는 폴리머 분산물 또한 제공된다: 1) 하나 이상의 모노머 (m)으로부터 유래한 하나 이상의 모노머 유닛을 포함하는 분산된 폴리머, 및, 2) 다음의 반응으로부터 생성된 폴리머인 폴리머 양이온성 안정화제 (A): 1차, 2차 또는 3차 아민 또는 아미드 그룹 및 적어도 하나의 올레핀 불포화를 가지는 적어도 하나의 모노머 (x)를 포함하는 모노머 혼합물의 폴리머, 및, 적어도 하나의 올레핀 불포화를 가지는 양이온성 모노머 (y), 아미드 그룹을 가지는 모노머가 사용되는 경우, 폴리머는 가수분해되어 아미드 관능성이 아민 관능성으로 전환되어 있으며, 및, 하나 이상의 모노머 (m), 그리고, 3) 폴리머 양이온성 보조-안정화제 (A). 상기 폴리머 분산물은 적절하게는 수용성 폴리머 분산물이다.
분산된 폴리머의 중량 평균 분자량은 적절하게는 약 1.000.000 내지 약 15.000.000 g/몰, 바람직하게는 약 6.000.000 내지 약 9.000.000 g/몰이다.
본원발명에 따르면, 다음을 포함하는 폴리머 안정화제(C)의 제조 방법 또한 제공된다 : a) 적어도 하나의 올레핀 불포화를 가지는 양이온성 모노머 (y) 및 1차, 2차 또는 3차 아민 또는 아미드 그룹 및 적어도 하나의 올레핀 불포화를 가지는 모노머 (x)를 포함하는 혼합물을 반응시켜, 중간물질 폴리머 (B)를 형성하는 단계, 아미드 그룹을 가지는 모노머가 사용되는 경우, 중간물질 폴리머 (B)는 가수분해되어, 아미드 관능성이 아민 관능성으로 전환되어 있으며, 그 후, b) 폴리머 양이온성 보조-안정화제의 존재하에서 상기 중간물질 폴리머를 하나 이상의 모노머 (m)과 반응시켜, 폴리머 안정화제 (C)를 형성하는 단계.
본원발명에 따르면, 골격은 모노머 (y) 및 (x)에 의해 형성되고, 그라프트된 가지는 모노머 (s)(m)에 의하여 형성된 그라프트 코폴리머인 폴리머 안정화제 (C)가 또한 제공된다. 그라프트 코폴리머의 그라프트된 가지는 적절하게는 모노머 단위 (x) 위에 그라프트 된다. 더욱 구체적으로는, 폴리머 안정화제(C)의 골격은 적어도 하나의 올레핀 불포화를 가지는 양이온성 모노머 (y) 및 1차, 2차 또는 3차 아민 그룹 및-적어도 하나의 올레핀 불포화를 가지는 모노머 (x)를 중합된 형태로 포함하며, 그 그라프트된 가지는 하나 이상의 모노머 (m)을 중합된 형태로 포함한다.
수성 폴리머 분산물은 적절하게는 염이 없는 분산물이다. 본원에서 "염이 없는"이란 무기성 염, 특히 다원자가 음이온성 무기염의 실질적인 양이 존재하지 않는 것을 의미한다. 본원에서 "실질적인 양이 없음"이란 약 1 중량% 미만, 바람직하게는 약 0.5 중량% 미만, 가장 바람직하게는 약 0.1 중량% 미만을 의미한다.
25℃에서 폴리머 분산물의 브룩필드 점성도 (1 s-1에서 축 5)는 적절하게는 약 100 내지 약 10.000 mPas, 바람직하게는 약 500 내지 약 5.000 mPas, 가장 바람직하게는 약 1.000 내지 약 3.000 mPas이다.
모노머 (m)은 바람직하게는 비-이온성 모노머 (m1), 및 양이온성 모노머, (m2)를 포함한다. 비-이온성 모노머 (m1)은 바람직하게는 다음 일반식(I)의 모노머이다 (I):
Figure 112007054689339-PCT00001
여기서 R1은 수소 또는 메틸이고, R2 및 R3는 서로 독립적으로 수소, C1-C2 알킬, 이소프로필, 메틸올, 하이드록시에틸, 하이드록시프로필, 또는 (트리스메틸올)메틸 중 하나이다. (비-이온성) 모노머 (m1)는 적절하게는 아크릴아미드, 메트아크릴아미드, N-이소프로필아크릴아미드, N-이소프로필메트아크릴아미드, N-t-부틸아크릴아미드, N-t-부틸메트아크릴아미드, N-메틸올아크릴아미드, 또는 N-메틸올메트아크릴아미드이다.
양이온성 모노머, (m2)는 바람직하게는 다음 일반식 (II)의 모노머이다:
Figure 112007054689339-PCT00002
여기서 R4는 수소 또는 메틸이고, R5, R6 및 R7은, 서로 독립적으로, 수소, C1-C8 알킬 또는 벤질이고, D는 산소 또는 NH이며, E는 C2-C4 알킬 또는 C2-C4 하이드록시알킬이고, X-는 음이온성 반대이온, 적절하게는 단원자가 음이온, 예컨대, 클로라이드이다. 양이온성 모노머 (m2)는 적절하게는 아크릴로일-옥시에틸-트리메틸암모늄클로라이드 (ADAM), 아크릴로일옥시에틸-벤질디메틸-암모늄클로라이드 (ADAM BQ), 메트아크릴로일옥시에틸-트리메틸암모늄클로라이드 (MADAM), 메트아크릴로일-옥시에틸-벤질디메틸암모늄-클로라이드 (MADAM BQ), 아크릴아미도프로필-트리메틸암모늄클로라이드 (TMAPAA), 아크릴아미도프로필-벤질-디메틸암모늄클로라이드 (BDMAPAA), 메트아크릴-아미도프로필-트리메틸암모늄-클로라이드 (TMAPMA), 또는 메트아크릴아미도프로필- 벤질디메틸암모늄클로라이드 (BDMAPMA)이다.
모노머 (m1) 및 모노머 (m2) 간의 몰비는 적절하게는 약 95:5 내지 약 50:50, 바람직하게는 약 92:8 내지 약 85:15이다. 폴리머 양이온성 보조-안정화제 (A)는 일반식 II의 모노머 m2의 호모- 또는 코-폴리머이다. 적절한 보조-안정화제(A)의 예는 DADMAC, N-트리메틸암모늄프로필-아크릴아미드, 아크릴로일옥시에틸-트리메틸-암모늄클로라이드 (ADAM MQ), 아크릴로일옥시에틸-벤질-디메틸-암모늄클로라이드 (ADAM BQ), 메트아크릴로일에틸트리메틸암모늄클로라이드 (MADAM MQ), 비닐벤질-트리메틸-암모늄클로라이드 및 비닐피리딘의 호모- 및 코-폴리머이다. 바람직하게는, 상기 보조-안정화제는 DADMAC 또는 N-트리메틸-암모늄프로필-아크릴아미드의 호모폴리머, 선택적으로 (메트)아크릴아미드와 같은 비-이온성 모노머와 조합된 호모폴리머이다. 적절한 보조-안정화제 (A)의 또다른 예는 폴리에틸렌이민, 폴리비닐아민 및 폴리아민이다. 폴리머 양이온성 보조-안정화제 (A)는 적절하게는 약 1.000 내지 약 500.000 g/몰, 바람직하게는 약 2.000 내지 약 100.000 g/몰, 가장 바람직하게는 약 3.000 내지 약 20.000 g/몰의 중량 평균 분자량을 가진다. 또한 보조-안정화제는 상기 언급한 분자량을 가지는 상이한 폴리머 양이온성 보조-안정화제의 혼합물일 수 있다.
모노머 (x)는 적절하게는 다음 일반식 (III)의 모노머로부터 선택된다:
Figure 112007054689339-PCT00003
여기서 R1은 수소 또는 메틸이고, R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소, C1-C8 알킬, 벤질, 알킬벤질, 메틸로일, 하이드록시에틸, 2-하이드록시프로필, 또는 트리스메틸올이며, G는 NH 또는 산소이고, J는 C1-C10 알킬, C1-C10 하이드록시알킬, 또는 -(CH2-CH2-O-)n-CH2-CH2-, n = 0, 1 , 2, 3,...10이고, 또는, 모노머 (x)는 메틸디알릴아민, 비닐피리딘, 비닐이미다졸, 또는 비닐벤질디메틸아민의 그룹에서 선택된다. 바람직하게는, 모노머 (x)는 디알릴아민, 디알릴프로판올아민, N-비닐포름아미드, N-메틸-N-비닐포름아미드, 또는 N-메틸-N-비닐아세트아미드이다.
아민 또는 아미드 모노머 (x) 대 양이온성 모노머 (y)의 중량비는 적절하게는 약 0.1:100 내지 약 50:100, 바람직하게는 약 3:100 내지 약 10:100이다.
양이온성 모노머 (y) 중의 올레핀 불포화는 적절하게는 알파 올레핀 불포화이며, 바람직하게는, 올레핀 불포화는 비닐 또는 알릴 그룹으로서 존재한다. 양이온성 모노머 (y)는 적절하게는 양이온성 모노머 m2의 그룹 또는 디알릴디메틸암모늄 클로라이드, N-메틸비닐피리디늄 클로라이드, N-메틸-N-비닐이미다졸리늄 클로라이드, N-비닐벤질-트리메틸암모늄 클로라이드에서 선택된다. 바람직하게는, 양이온성 모노머 (y)는 디알릴디메틸암모늄클로라이드 (DADMAC), N-트리메틸암모늄프로필-아크릴아미드, 또는 아크릴로일옥시에틸-트리메틸-암모늄클로라이드이다.
또한 폴리머 분산물은 예컨대, 양이온성 폴리머와 같은 폴리머 안정화제와 같은 안정화제를 더욱 포함할 수도 있다. 이러한 양이온성 폴리머는 디알릴디메틸암모늄 클로라이드 (DADMAC), 비닐피리디늄 클로라이드, N-비닐이미다졸린 클로라이드, 비닐벤질트리메틸암모늄 클로라이드 아크릴로일-옥시에틸-트리메틸암모늄클로라이드 (ADAM-MQ), 아크릴로일옥시에틸-벤질디메틸-암모늄클로라이드 (ADAM-BQ), 메트아크릴로일옥시에틸-트리메틸암모늄클로라이드 (MADAM), 메트아크릴로일-옥시에틸-벤질디메틸-암모늄클로라이드 (MADAM-BQ), 아크릴아미도프로필트리메틸-암모늄클로라이드 (TMAPAA), 아크릴아미도프로필-벤질-디메틸암모늄클로라이드 (BDMAPAA), 메트아크릴-아미도프로필-트리메틸암모늄-클로라이드 (TMAPMA), 및 메트아크릴아미도프로필-벤질디메틸암모늄클로라이드 (BDMAPMA)의 그룹에 속하는 적어도 하나의 모노머로 이루어진 호모- 또는 코-폴리머일 수 있다. 선택적으로, 또다른 코-모노머는, 예를 들면, WO 03/097703에 기재되어 있는 블록 코폴리에테르 또는 PEG 아크릴레이트 일 수 있다.
중합 개시제로서 유기 아조 화합물, 유기 퍼옥사이드, 무기 퍼옥시설페이트, 과산화수소 또는 산화환원 개시제가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 양이온성 아조 화합물 또는 무기 퍼옥시설페이트가 사용된다.
또한 본원발명은 제지에서 보류 및 탈수 조제로서, 증점제로서 및/또는 토양 개선제로서의, 본원발명의 수성 폴리머 분산물의 용도에 관계한다.
본원발명의 바람직한 구체예에서, 디알릴-디메틸암모늄클로라이드 (DADMAC) 및 디알릴 아민 (DAA) 또는 디알릴-2-프로판올아민 (DAPA)인 아민 모노머의 코폴리머가 제조된다. 폴리머 분산물은 DADMAC 호모폴리머의 존재하에서 아크릴아미드 및 아크릴옥시에틸-디메틸벤질암모늄클로라이드 (ADAM BQ)와 상기 코폴리머의 반응에 의해 제조된다.
마지막으로, 본원발명은 셀룰로오스 섬유질, 및 선택적 충진재를 함유하는 수성 현탁액으로부터 종이를 제조하는 방법에 관계하는데, 이 방법은 본원에 기재된 수성 폴리머 분산물을 현탁액에 첨가하는 단계, 및 와이어 상에서 현탁액을 성형 및 탈수하는 단계를 포함한다.
실시예
실시예 1 :
10 몰% 디알릴-2-프로판올아민 (DAPA)과의 디알릴-디메틸암모늄클로라이드 (DADMAC) 코폴리머를 330 g의 65 중량% 수성 DADMAC 용액, 24.1 g의 DAPA, 16.2 g의 염화수소산 (37 중량%) 및 700 g의 추가적인 물의 혼합물을 중합시켜 실험실-반응기에서 제조하였다. 수산화 나트륨을 사용하여 pH를 약 4로 조절하였다. 질소 퍼지와 함께 혼합물을 실온에서 30분 동안 교반한 후, 25 ml의 물에 녹인 4.3 g의 아조-개시제 (V-50)와 함께 첨가하였다. 온도를 약 5O℃까지 올리고, 중합을 6시간 동안 계속하였다. 최종적으로, 150 ml에 녹인 6.58 g의 수산화 나트륨을 첨가하였다. GPC에 의해 결정된 55.000 달톤의 중량 평균 분자량을 가지는 DADMAC 코폴리머가 생성되었다.
실시예 2:
3 몰% 디알릴아민 (DAA)과의 디알릴-디메틸암모늄클로라이드 (DADMAC) 코폴리머를 1603 g의 65 중량% 수성 DADMAC 용액, 19.76 g의 DAA, 20.1 g의 염산 (37 중량%) 및 30 g의 1 중량% EDTA 용액의 혼합물을 중합시켜 실험실-반응기에서 제조하였다. 수산화 나트륨을 사용하여 pH를 약 4로 조절하였다. 질소 퍼지하면서 혼합물을 실온에서 30분 동안 교반한 후, 60 ml의 물에 녹인 3.5 g의 아조-개시제 (V-50)와 함께 3시간 동안 첨가하였다. 온도를 약 5O℃로 올리고, 중합을 22시간 동안 계속하였다. 다음날 200 ml의 물을 첨가하고, 70 ml의 물에 녹인 5.25 g의 아조-개시제 (V-50)를 첨가하였다. 온도를 60℃로 올리고, 중합을 24시간 동안 계속하였다. 셋째 날 200 ml의 물을 더 첨가하고, 60 ml의 물에 녹인 4.0 g의 아조-개시제 (V-50)를 첨가하였다. 온도를 60℃에서 유지시켰으며, 중합을 24시간 동안 계속하였다. GPC에 의하여 결정된 190.000 달톤의 중량 평균 분자량을 가지는 DADMAC 코폴리머를 생성하였다.
실시예 3:
10 몰% 디알릴아민 (DAA)과의 디알릴-디메틸암모늄클로라이드 (DADMAC) 코폴리머를 1092 g의 65 중량% 수성 DADMAC 용액, 45.4 g의 DAA, 49.9 g의 염산 (37 중량%) 및 30 g의 1 중량% EDTA 용액의 혼합물을 중합하여 실험실-반응기에서 제조하였다. 수산화 나트륨을 사용하여 pH를 약4로 조절하였다. 혼합물을 질소 퍼지하면 서 실온에서 30분 동안 교반한 후, 5시간 동안 60 ml의 물에 녹인 3.5 g의 아조-개시제 (V-50)와 함께 첨가하였다. 온도를 약 5O℃로 올리고, 중합을 22시간 동안 계속하였다. 다음날 400 ml의 물을 첨가하고, 35 ml의 물에 녹인 2.6 g의 아조-개시제 (V-50)를 첨가하였다. 온도를 60℃로 올리고, 2시간 후 35 ml의 물에 녹인 2.6 g의 아조-개시제 (V-50)를 더 첨가하였다. 점성도가 증가한 후, 200 ml의 물을 첨가하고, 중합을 24시간 동안 계속하였다. 셋째 날, 온도를 80℃로 올리고, 585 ml의 물을 첨가하였다. 60 ml의 물에 녹인 3.5 g의 아조-개시제 (V-50)를 첨가하였다. 셋째 날이 끝날 때 혼합물을 냉각시켰다. GPC에 의하여 결정된 230.000 달톤의 중량 평균 분자량을 가지는 DADMAC 코폴리머를 생성하였다.
실시예 4-6:
실시예 1-2에서 제조된 DADMAC 코폴리머 중 하나의 존재하에서 아크릴아미드 (AAm) 및 아크릴옥시에틸-디메틸벤질암모늄클로라이드 (ADAM BQ)를 포함하는 모노머 혼합물을 중합시켜 폴리머 분산물들을 제조하였다.
7.1 g의 결정질 AAm, 2.96 g (80 중량%)의 ADAM BQ, 실시예 1, 2 또는 3에서 제조된 3.0 g의 DADMAC 코폴리머, 10 g의 폴리DADMAC (40 중량%) 및 0.15 g의 과산화수소 또는 0.2 g의 소듐 퍼설페이트를 각각 함유하는 세 개의 혼합물을 제조하였다. 100 g 까지 물을 첨가하고 교반하면서 60℃에서 수 시간동안 반응시켰다.
표 1은 실시예에 따른 분산물을 기재한다. 점성도는 모든 분산물에 있어서 낮았다. 분산물은 안정하였다, 즉, 3000 rpm에서 30분 동안 원심분리하였을 때 침 전히 전혀 보이지 않았다.
제지 공정에서 보류 및 탈수에 관계하는 적용의 실험은 스웨덴의 Akribi사로부터 구입가능한 다이나믹 배수 분석기 (DDA)를 사용하여 이루어졌다. 사용된 완성지료는 70 중량%의 표백 펄프 및 30 중량%의 점토에 기초하였다. 지료 부피는 800 ml이었으며, 펄프 농도는 4 g/L 그리고 전도성은 1.5 mS/cm였다. 1500 rpm의 속도로 지료를 교반하고 다음을 지료에 첨가하였다 : 음이온성 트레쉬 캐쳐 (0.5 kg/t), 폴리머 분산물 (1.0 kg/t) 및 마지막으로 음이온성 무기 입자 (0.5 kg/t). 온도는 22.5℃ 였다. 분석을 위해 0.35 바의 진공이 사용되었다. 보류 시간 (s) 및 탁도 (NTU)를 측정하였다.
표 1. 폴리머 분산물 및 적용 실험
실시예 DADMAC 폴리머 점성도(mPas) 적용 실험
폴리머부하 (kg/t) 보류 시간 (s) 탁도 (NTU)
4 실시예1 (10% DAPA_ 1000-1500 1.0 30.8 82
5 실시예 2 (3% DAA) 1000-1500 1.0 31.5 77
6 실시예 3 (10% DAA) 1000-1500 1.0 29.4 75
본원발명에 따른 분산제를 사용하는 분산물은 보류 및 탈수에 있어서 우수한 결과를 보인다는 결론이다.
본원발명은 폴리머 양이온성 보조-안정화제 (A)의 존재하에서, 하나 이상의 모노머 (m) 그리고 1차, 2차 또는 3차 아민 또는 아미드 그룹 및 적어도 하나의 올레핀 불포화를 가지는 적어도 하나의 모노머 (x), 및, 적어도 하나의 올레핀 불포화를 가지는 적어도 하나의 양이온성 모노머 (y)를 포함하는 모노머 혼합물의 폴리머 (B)를 반응시키는 단계를 포함하는, 수성 폴리머 분산물의 제조 방법에 관계한다. 또한 본원발명은 폴리머 분산물, 폴리머 안정화제 (C)의 제조 방법, 폴리머 안정화제 (C) 및 종이 제조 방법에 관계한다.

Claims (22)

  1. 폴리머 양이온성 보조-안정화제 (A)의 존재하에서,
    하나 이상의 모노머 (m), 및
    1차, 2차 또는 3차 아민 또는 아미드 그룹 및 적어도 하나의 올레핀 불포화를 가지는 적어도 하나의 모노머 (x), 및, 적어도 하나의 올레핀 불포화를 가지는 적어도 하나의 양이온성 모노머 (y)를 포함하는 모노머 혼합물의 폴리머 (B)
    를 반응시키는 단계를 포함하며,
    아미드 그룹을 가지는 모노머가 사용되는 경우, 폴리머는 가수분해되어 아미드 관능성을 아민 관능성으로 전환시키는, 폴리머 분산물의 제조 방법.
  2. 다음을 포함하는 폴리머 분산물:
    a) 하나 이상의 모노머 (m)로부터 유래한 하나 이상의 모노머 유닛을 포함하는 분산된 폴리머, 및,
    b) 다음의 반응으로부터 생성되는 폴리머인 폴리머 안정화제 (C):
    i) 1차, 2차 또는 3차 아민 또는 아미드 그룹 및 적어도 하나의 올레핀 불포화를 가지는 적어도 하나의 모노머 (x), 및, 적어도 하나의 올레핀 불포화를 가지는 양이온성 모노머 (y)를 포함하는 모노머 혼합물의 폴리머 (B), 아미드 그룹을 가지는 모노머가 사용되는 경우, 폴리머는 가수분해되어, 아미드 관능성이 아민 관능성으로 전환되어 있으며, 및,
    ii) 하나 이상의 모노머 (m), 및,
    c) 폴리머 양이온성 보조-안정화제 (A).
  3. 다음을 포함하는 폴리머 안정화제 (C)의 제조 방법:
    a) 1차, 2차 또는 3차 아민 또는 아미드 그룹 및 적어도 하나의 올레핀 불포화를 가지는 모노머 (x) 및 적어도 하나의 올레핀 불포화를 가지는 양이온성 모노머 (y)를 포함하는 혼합물을 반응시켜, 중간물질 폴리머 (B)를 형성하는 단계, 아미드 그룹을 가지는 모노머가 사용되는 경우, 중간물질 폴리머 (B)는 가수분해 되어 아미드 관능성을 아민 관능성으로 전환시키며, 그 후, b) 폴리머 양이온성 보조-안정화제 (A)의 존재하에서, 상기 중간물질 폴리머 (B)를 하나 이상의 모노머 (m)와 반응시켜, 폴리머 안정화제 (C)를 형성하는 단계.
  4. 골격은 적어도 하나의 올레핀 불포화를 가지는 양이온성 모노머 (y) 및 1차, 2차 또는 3차 아민 그룹, 및 적어도 하나의 올레핀 불포화를 가지는 모노머 (x)를 중합된 형태로 포함하며, 그라프트된 측쇄는 하나 이상의 모노머 (m)을 중합된 형태로 포함하는, 그라프트 코폴리머인 폴리머 안정화제(C).
  5. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모노머 (m)은, 비-이온성 모노머 (m1), 및 양이온성 모노머 (m2)를 포함함을 특징으로 하는,
    제 1항의 폴리머 분산물의 제조 방법, 또는 제 2항의 폴리머 분산물, 또는 제 3항의 폴리머 안정화제 제조 방법, 또는 제 4항의 폴리머 안정화제 (C).
  6. 제 5항에 있어서, 상기 비-이온성 모노머 (m1)는 다음 일반식 (I)의 모노머임을 특징으로 하는, 제 1항의 폴리머 분산물의 제조 방법, 또는 제 2항의 폴리머 분산물, 또는 제 3항의 폴리머 안정화제 제조 방법, 또는 제 4항의 폴리머 안정화제 (C):
    Figure 112007054689339-PCT00004
    여기서 R1은 수소 또는 메틸이고, R2 및 R3는, 서로 독립적으로, 수소, C1-C2 알킬, 이소프로필, 메틸올, 하이드록시에틸, 또는 하이드록시프로필임을 특징으로 함.
  7. 제 5항 또는 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비-이온성 모노머 (m1)는 아크릴아미드, 메트아크릴아미드, N-이소프로필아크릴아미드, N-이소프로필메트아크릴아미드, N-t-부틸아크릴아미드, N-t-부틸메트아크릴아미드, N-메틸올아크릴아미드, 또는 N-메틸올메트아크릴아미드임을 특징으로 하는,
    제 1항의 폴리머 분산물의 제조 방법, 또는 제 2항의 폴리머 분산물, 또는 제 3항의 폴리머 안정화제 제조 방법, 또는 제 4항의 폴리머 안정화제 (C).
  8. 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양이온성 모노머 (m2)는 다음 일반식 (II)의 모노머임을 특징으로 하는, 제 1항의 폴리머 분산물의 제조 방법, 또는 제 2항의 폴리머 분산물, 또는 제 3항의 폴리머 안정화제 제조 방법, 또는 제 4항의 폴리머 안정화제 (C):
    Figure 112007054689339-PCT00005
    여기서 R4는 수소 또는 메틸이고, R5, R6 및 R7은 서로 독립적으로, 수소, C1-C8 알킬 또는 벤질이고, D는 산소 또는 NH이고, E는 C2-C4 알킬 또는 C2-C4 하이드록시알킬이며, X-는 음이온성 반대이온임.
  9. 제 5항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양이온성 모노머 (m2)는 아크릴로일옥시에틸-트리메틸암모늄클로라이드 (ADAM), 아크릴로일옥시에틸벤질디메틸-암모늄클로라이드 (ADAMBQ), 메트아크릴로일옥시에틸트리메틸암모늄클로라이드 (MADAM), 메트아크릴로일옥시에틸벤질디메틸암모늄클로라이드 (MADAMBQ), 아크릴아미도프로필트리메틸암모늄클로라이드 (TMAPAA), 아크릴아미도프로필벤질-디메틸암 모늄클로라이드 (BDMAPAA); 메트아크릴아미도프로필트리메틸-암모늄클로라이드 (TMAPMA), 또는 메트아크릴아미도프로필벤질디메틸암모늄-클로라이드 (BDMAPMA)임을 특징으로 하는, 제 1항의 폴리머 분산물의 제조 방법, 또는 제 2항의 폴리머 분산물, 또는 제 3항의 폴리머 안정화제 제조 방법, 또는 제 4항의 폴리머 안정화제 (C).
  10. 제 5항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모노머 (m1)과 모노머 (m2) 사이의 몰비는 95:5 내지 50:50임을 특징으로 하는, 제 1항의 폴리머 분산물의 제조 방법, 또는 제 2항의 폴리머 분산물, 또는 제 3항의 폴리머 안정화제 제조 방법, 또는 제 4항의 폴리머 안정화제 (C).
  11. 제 5항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모노머 (m1)과 모노머 (m2) 사이의 몰비는 92:8 내지 85:15임을 특징으로 하는, 제 1항의 폴리머 분산물의 제조 방법, 또는 제 2항의 폴리머 분산물, 또는 제 3항의 폴리머 안정화제 제조 방법, 또는 제 4항의 폴리머 안정화제 (C).
  12. 제 1항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아민 또는 아미드 모노머 (x)는 다음 일반식 (III)의 모노머임을 특징으로 하는, 제 1항의 폴리머 분산물의 제조 방법, 또는 제 2항의 폴리머 분산물, 또는 제 3항의 폴리머 안정화제 제조 방 법, 또는 제 4항의 폴리머 안정화제 (C):
    Figure 112007054689339-PCT00006
    여기서 R1은 수소 또는 메틸이고, R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소, C1-C8 알킬, 벤질, 알킬벤질, 메틸로일, 하이드록시에틸, 2-하이드록시프로필, 또는 트리스메틸올이며, G는 NH 또는 산소이고, J는 C1-C10 알킬, C1-C10 하이드록시알킬, 또는 -(CH2-CH2-O-)n-CH2-CH2-, n = 0, 1 , 2, 3,...10이고, 또는, 아민 또는 아미드 모노머 (x)는 모노머 메틸디알릴아민, 비닐피리딘, 비닐이미다졸, 또는 비닐벤질디메틸아민의 그룹에서 선택됨.
  13. 제 1항 내지 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아민 또는 아미드 모노머 (x)는 디알릴아민, 디알릴프로판올아민, N-비닐포름아미드, N-메틸-N-비닐포름아미드, 또는 N-메틸-N-비닐아세트아미드임을 특징으로 하는, 제 1항의 폴리머 분산물의 제조 방법, 또는 제 2항의 폴리머 분산물, 또는 제 3항의 폴리머 안정화제 제조 방법, 또는 제 4항의 폴리머 안정화제 (C).
  14. 제 1항 내지 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양이온성 모노머 (y)는 알파 올레핀 불포화를 가짐을 특징으로 하는, 제 1항의 폴리머 분산물의 제조 방법, 또는 제 2항의 폴리머 분산물, 또는 제 3항의 폴리머 안정화제 제조 방법, 또는 제 4항의 폴리머 안정화제 (C).
  15. 제 1항 내지 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양이온성 모노머 (y)는 디알릴디메틸암모늄클로라이드 (DADMAC)임을 특징으로 하는, 제 1항의 폴리머 분산물의 제조 방법, 또는 제 2항의 폴리머 분산물, 또는 제 3항의 폴리머 안정화제 제조 방법, 또는 제 4항의 폴리머 안정화제 (C).
  16. 제 1항 내지 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아민 또는 아미드 모노머 (x) 대 양이온성 모노머 (y)의 중량비는 0.1:100 내지 50:100임을 특징으로 하는, 제 1항의 폴리머 분산물의 제조 방법, 또는 제 2항의 폴리머 분산물, 또는 제 3항의 폴리머 안정화제 제조 방법, 또는 제 4항의 폴리머 안정화제 (C).
  17. 제 1항 내지 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머 보조-안정화제는 폴리-DADMAC 호모폴리머임을 특징으로 하는, 제 1항의 폴리머 분산물의 제조 방법, 또는 제 2항의 폴리머 분산물, 또는 제 3항의 폴리머 안정화제 제조 방법, 또는 제 4항의 폴리머 안정화제 (C).
  18. 제 1항 내지 17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머 보조-안정화제는 3,000 내지 20,000 g/몰의 중량 평균 분자량을 가짐을 특징으로 하는, 제 1항의 폴 리머 분산물의 제조 방법, 또는 제 2항의 폴리머 분산물, 또는 제 3항의 폴리머 안정화제 제조 방법, 또는 제 4항의 폴리머 안정화제 (C).
  19. 제 1항 내지 18항 중 어느 한 항에 있어서, 또다른 폴리머 안정화제가 존재함을 특징으로 하는, 제 1항의 폴리머 분산물의 제조 방법, 또는 제 2항의 폴리머 분산물, 또는 제 3항의 폴리머 안정화제 제조 방법, 또는 제 4항의 폴리머 안정화제 (C).
  20. 제 2항 또는 5항 내지 19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분산된 폴리머의 중량 평균 분자량은 1.000.000 내지 15.000.000 g/몰임을 특징으로 하는, 제 1항의 폴리머 분산물의 제조 방법, 또는 제 2항의 폴리머 분산물, 또는 제 3항의 폴리머 안정화제 제조 방법, 또는 제 4항의 폴리머 안정화제 (C).
  21. 제 2항 또는 5항 내지 20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머 분산물은 제지에서 보류 조제로서, 제지에서 탈수 조제로서, 증점제로서 또는 토양 개선제로서 사용됨을 특징으로 하는, 제 1항의 폴리머 분산물의 제조 방법, 또는 제 2항의 폴리머 분산물, 또는 제 3항의 폴리머 안정화제 제조 방법, 또는 제 4항의 폴리머 안정화제 (C).
  22. 제 2항 또는 5-20항 중 어느 한 항의 폴리머 분산물을 현탁액에 첨가하는 단 계, 상기 현탁액을 와이어 상에서 성형하고 배수시키는 단계를 포함하는,
    셀룰로오스 섬유질, 및 선택적 충진재를 함유하는 수성 현탁액으로부터의 종이 제조방법.
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