KR20230004772A - 습윤 강도 수지의 제조 공정 - Google Patents

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KR20230004772A
KR20230004772A KR1020227041028A KR20227041028A KR20230004772A KR 20230004772 A KR20230004772 A KR 20230004772A KR 1020227041028 A KR1020227041028 A KR 1020227041028A KR 20227041028 A KR20227041028 A KR 20227041028A KR 20230004772 A KR20230004772 A KR 20230004772A
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세케라 사비에르 데
메흐르다드 헤삼푸르
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케미라 오와이제이
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Abstract

본 발명은 습윤 강도 수지의 제조 방법에 관한 것으로, 이 방법은 아미드화를 위한 폴리아미드 반응기(11), 에피할로히드린 첨가를 위한 EHH 반응기(12), 숙성을 위한 숙성 탱크(15), 중합을 위한 폐환 및 가교 반응기(16)를 포함하고, 상기 방법에서 적어도 EHH 및 적어도 폴리아미노아미드 에피할로히드린 부가물을 함유하는 반응 혼합물이 제조된다. 방법은 숙성 탱크(15)와 폐환 및 가교 반응기(16) 사이에 막 유닛(20)으로부터의 반응 혼합물 스트림을 2개의 스트림: 미반응 에피할로히드린을 포함하는 투과물 스트림(202) 및 폐환 및 가교 반응기(16)로 안내되는 EHH/PAIM 부가물을 포함하는 거부물 스트림(201)으로 나누는 막을 포함하는 막 유닛(20)을 추가로 포함한다.

Description

습윤 강도 수지의 제조 공정
일반적으로, 본 발명은 습윤 강도 수지의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 특히 본 발명은 독립된 공정 청구항의 전제부에 따른 습윤 강도 수지의 제조 공정에 관한 것이다.
습윤 강도 수지는 습윤 강도 섬유 제품을 제조하는 데 사용된다. 폴리아미노아미드-에피클로로하이드린(PAE)은 일반적으로 습윤 강도 수지의 상업적 용도로 사용된다. 일반적으로 PAE 수지는 일부 특성에 따라 2세대(2G), 2.5세대(2.5G) 및 3세대(3G) 습윤 강도 수지로 분류된다. 2G 등급은 디클로로프로판올(DCP) 및 클로로프로판디올(CPD)과 같은 독성 반응 부산물의 감소된 양을 포함하며 모든 이성질체가 일반적으로 여기에 포함된다. 이 수지는 1990년대에 유럽의 1세대 수지를 대체하였다. 고형물의 DCP 및 CPD가 5000 ppm 미만인 습윤 강도 수지 제품은 2G 수지로 인정될 수 있다. 2.5G 등급은 2G 수지와 비슷한 양의 부산물을 포함하지만 AOX(흡수성 유기 할라이드)의 양은 고형물에서 2.5%에서 1.0%로 감소하였다. 3세대(3G) 습윤 강도 수지는 티백 종이와 같이 가장 엄격한 식품 접촉 요건을 충족하기 위해 개발되었다. 일반적으로 부산물 함량은 50 ppm 미만이고 AOX는 고형물 기준 0.1%이다.
종래 기술로부터 공지된 바와 같이, 에피할로히드린은 폴리아미노아미드에 습윤 강도 효능을 부여하는 것으로 알려져 있지만, 또한 최종 수지가 다량의 유기 할로겐을 함유하게 한다. 당업계에서 가장 일반적인 에피할로히드린은 에피클로로히드린이며, 부산물 함량은 종종 DCP(디클로로프로판올) 및 CPD(클로로프로판디올)를 나타낸다. 수용성, 질소 함유, 에피할로히드린계 수지의 제조를 위한 다양한 유형의 공정이 종래 기술로부터 공지되어 있다. WO 특허 출원 공보 제9299601A1호에는 수지를 유기 할로겐 환원 후처리하는 단계를 포함하는 수용성 질소 함유 에피할로히드린계 수지의 제조 방법이 개시되어 있다. 처리는 수지를 염기성 이온 교환체와 접촉시키는 것을 포함한다.
EP 특허 출원 공보 0442866 A1에는 한외여과에 의한 합성 수용성 수지의 분리 및 재사용 방법이 개시되어 있으며, 여기에서 요소-포름알데히드 수지, 멜라민 포름알데히드 수지 및 폴리중합체 그룹으로부터 선택된 수용성 합성 수지의 수용액이 사용된다. 아미도아민-에피클로로히드린 수지는 한외여과막 유닛에 충전되어 용액이 주로 고분자량 고분자 분자로 구성된 농축물과 저분자량 고분자 분자, 단량체 및 부산물, 상기 투과물은 후속적으로 반복된 중합을 위한 중합 단계로 재순환된다. 막은 최종 MW(분자량) 제품을 생산하는 데 사용된다.
JP 특허 출원 공개 2002201267 A에는 고분자량 폴리아미드아민-에피클로로히드린 수지(PAE) 농축물의 제조 공정이 개시되어 있으며, 이 공정은 3개의 막 분리 단계(UF-NF-RO)를 포함하고 여기서 막 처리가 수행된다. 최종 MW 제품 및 부산물은 소각 처리된다.
WO 특허 출원 공개 2000067884 A1에는 한외여과에 의한 수용성 또는 수분산성 합성 아미노 함유 중합체의 분획화 공정이 개시되어 있으며, 여기서 상기 공정은 하기 단계를 포함한다: a) 중합체 용액 또는 분산액을 한외여과 장치로 연속 통과시키고 단계 d)에서 재순환된 보유물과 혼합하고 필요한 경우 본질적으로 중합체-무함유 수성 매질과 혼합하는 단계, b) 한외여과 장치에서 혼합물을 투과물과 보유물로 분리하는 단계, c) 공정으로부터 투과물을 배출하는 단계, d) 보유물의 일부를 배출하는 단계; 보유물의 나머지를 단계 a)로 재순환시키는 단계, e) 단계 d)에서 배출된 보유물의 일부를 적어도 하나의 추가 한외여과 장치로 통과시키는 단계 및 단계 a) 내지 d)를 갖는 공정에 의한 처리. 이 공정은 주로 폴리에틸렌이민 및 할로겐-무함유 가교제를 대상으로 하며 최종 제품의 응용 분야는 보유, 배수 및 고정제이다.
미국 특허 출원 공개 2011/0263814 및 2008/0066881에는 감소된 수준의 보유물을 갖는 폴리아민-에피할로히드린 수지의 제조 방법이 개시되어 있으며, 여기서 막 분리 장치는 하나 이상의 폴리아민-에피-할로히드린 수지 및 보유물을 포함하는 수성 조성물로 충전되고, 상기 수성 조성물은 상기 막 분리 장치의 막을 통해 상기 수성 조성물을 통과시킴으로써 투과물 및 보유물로 분리된다. 막은 최종 제품을 정제하는 데 사용된다.
에피클로로히드린 부산물, 예를 들어 1,3-DCP 및 3-MCPD(모노클로로프로판디올) 및 전체 AOX를 제거하기 위한 후처리 기술로서 막을 사용하는 것은 종래 기술로부터 공지되어 있다.
최근에는 습윤 강도 수지(WSR)의 독성 부산물의 양에 관한 규정이 더욱 엄격해져서, WSR 또는 식품 접촉 종이의 < 3500 ppm 부산물은 4 g 종이 샘플에서 추출한 물 1 L에 2 ppb 미만의 CPD가 필요하다. 알려진 WSR 제조 공정 중에 폴리아미노아미드 백본은 배치(batch) 공정에서 에피클로로히드린과 반응한다. 전환율은 처음 2시간 동안 80%이며; 그러나 미반응 에피클로로히드린의 농도를 100 ppm 이하로 낮추는 데는 21시간이 걸린다. 미반응 에피클로로히드린은 최종 WSR에서 염소화 부산물의 주요 원인이다. 긴 생산 시간은 용량을 줄이고 제품 비용을 증가시킨다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점 및 문제점이 제거되거나 적어도 최소화되는 습윤 강도 수지의 제조 방법을 생성하는 것이다.
본 발명의 목적은 습윤 강도 수지의 긴 생산 시간과 관련된 단점, 특히 PAE 수지에서 DCP, CPD 및/또는 AOX의 감소량과 관련된 단점이 제거하거나 최소한 최소화되는, 습윤 강도 수지의 개선된 제조 방법을 생성하는 것이다.
본 발명의 목적은 높은 사이클 시간 감소 제거율이 달성되는, 습윤 강도 수지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 완제품에서 에피할로히드린 부산물의 개선된 감소가 달성되는 습윤 강도 수지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 방법은 독립된 방법 청구항의 특징 조항의 특징에 의해 주로 특징지어진다. 유리한 실시예 및 특징은 종속항에 개시되어 있다.
본 발명에 따르면 습윤 강도 수지의 제조 방법은 아미드화를 위한 폴리아미드 반응기, 에피할로히드린 첨가를 위한 EHH 반응기, 숙성을 위한 숙성 탱크, 중합을 위한 폐환 및 가교 반응기를 포함하며, 상기 방법에서 적어도 EHH 및 적어도 폴리아미노아미드 에피할로히드린 부가물을 함유하는 반응 혼합물이 제조되고, 방법은 숙성 탱크와 폐환 및 가교 반응기 사이에 막 유닛으로부터의 반응 혼합물 스트림을 2개의 스트림: 미반응 에피할로히드린을 포함하는 투과물 스트림 및 폐환 및 가교 반응기로 안내되는 폴리아미노아미드 에피클로로히드린 부가물을 포함하는 거부물 스트림으로 나누는 막을 포함하는 막 유닛을 추가로 포함한다.
본 발명의 유리한 특징에 따르면, 반응 혼합물로부터 막에 의해 잔류하는 EHH(에피할로히드린)가 투과물 스트림으로 제거되고 직접적으로 또는 투과 탱크를 통해 간접적으로 EHH 반응기로 다시 재순환된다.
본 발명의 유리한 특징에 따르면, 막에 의해 반응 혼합물은 여과에 의해 여과되고 고분자량 성분은 막에 의해 제거된다.
본 발명의 유리한 특징에 따르면, 투과물 스트림은 더 높은 농도의 에피할로히드린 및 더 적은 양의 EHH/PAIM 부가물을 함유하고, 거부물 스트림은 소량의 에피할로히드린 및 그 부산물을 함유하며, 건조 부가물에서 2000 ppm 미만이다.
본 발명의 유리한 특징에 따르면, 폴리아미드 반응기는 폴리아민을 이산과 반응시켜 폴리아미노아미드(PAIM) 예비중합체를 제조하도록 구성되며, 에피할로히드린 반응기는 PAIM과 에피할로히드린(EHH)의 부가물, 즉 EHH/PAIM 부가물을 얻도록 구성되고, 숙성 탱크는 미반응 에피클로로히드린을 제거하도록 구성되며, 폐환 및 가교 반응기는 최종 습윤 강도 수지를 제조하도록 구성된다.
본 발명의 유리한 특징에 따르면, 방법은 폴리아미드 반응기로부터 EHH 반응기로의 유동 연결부, EHH 반응기로부터 숙성 탱크로의 유동 연결부, 숙성 탱크로부터 폐환 및 가교 반응기로의 유동 연결부를 포함한다.
본 발명의 유리한 특징에 따르면, 방법은 방법의 마지막에 저장 탱크, 최종 습윤 강도 수지 및 폐환 및 가교 반응기로부터 저장 탱크로의 유동 연결부를 포함한다.
본 발명의 유리한 특징에 따르면, 방법은 추가 유동 연결부 및 열 교환기를 포함하고, 숙성 탱크로부터의 추가 유동 연결부는 열 교환기를 통해 숙성 탱크로 통과하고 숙성 탱크의 온도를 제어하도록 구성된다. 유리하게는 숙성 탱크의 온도는 10-60℃이다.
본 발명의 유리한 특징에 따르면, 방법은 숙성 탱크 내의 고형분 함량을 제어하도록 구성된 숙성 탱크에 대한 공정수 유동 연결부를 포함한다. 숙성 탱크의 반응 혼합물에 공정수를 첨가함으로써 고형물 수준이 유리하게는 시작 고형분 함량, 유리하게는 15 ~ 30%와 실질적으로 동일하도록 제어된다. 또한 공정수 유동은 투과수 유동으로 인한 물 손실을 대체하는 데 활용될 수 있다.
본 발명의 유리한 특징에 따르면, 막은 세라믹 및/또는 유기 및/또는 무기 및/또는 금속 재료로 제조된다.
본 발명의 유리한 특징에 따르면, 막은 1 μm보다 작은 공극 크기를 갖는다. 유리하게 공극 크기는 9E - 3 내지 7e-3 μm, 더 유리하게는 9E - 5 내지 7e-3 μm이다. 막의 공극 크기는 유리하게는 100 - 1,500 Da(달톤)이다. 유리하게는 높은 투과율, 유리하게는 0.1 - 10 L/(h·m²·bar)의 막을 사용하여 감소율을 높인다.
본 발명의 유리한 특징에 따르면, 막의 작동 압력은 5-20 bar이다.
본 발명의 유리한 특징에 따르면, 막의 작동 온도는 10 - 60℃이다.
본 발명의 유리한 특징에 따르면, 공정의 작동 pH는 6-10이다.
본 발명의 유리한 특징에 따르면, 막의 표면 전하는 음성이다.
본 발명의 유리한 특징에 따르면, 숙성 초기의 고형분 함량은 15-55%이다.
본 발명의 유리한 특징에 따르면, 막 유닛의 막은 0.02 - 10 m/s의 높은 직교류를 사용하는 각 사이클 후에 2 - 4% w/w 농도의 황산 용액에 의해 유리하게 세정된다.
본 발명의 유리한 특징에 따르면, 알킬렌아민을 이산과 반응시켜 폴리아미노아미드 예비중합체를 제조하기 위한 폴리아미드 반응기에서의 공정에서 EHH 반응기에서 폴리아미노아미드 예비중합체와 에피할로히드린의 부가물이 얻어지고 막 유닛에서 미반응 에피할로히드린이 제거되고 폐환 및 가교 반응기에서 최종 습윤 강도 수지가 만들어진다.
본 발명의 유리한 특징에 따르면, 투과물 스트림은 적어도 1000 ppm의 미반응 에피할로히드린을 포함하고, 거부물, 즉 보유물 스트림은 적어도 10-30%의 EHH/PAIM 부가물의 고형분을 포함한다.
습윤 강도 수지를 제조하는 방법에서 본 발명의 유리한 양태에 따르면, 막은 배치(batch) 시간을 줄이기 위해 사용된다. 따라서, 에피할로히드린(EHH)과 반응하는 폴리아미노아미드 백본의 반응이 완료되기를 기다리는 대신, 잔류 EHH(에피할로히드린)는 반응 혼합물에서 제거되고 방법에서 직접적으로 또는 중간 탱크(투과물 탱크)를 통해 간접적으로 재순환될 수 있다. 방법에서, 숙성 반응기의 스트림은 나노여과에 의해 막을 통해 여과되며, 막은 유입 스트림을 투과물 스트림과 거부물 스트림의 2개 스트림으로 나눈다. 막을 통과하는 스트림인 투과물은 더 높은 농도의 에피할로히드린과 더 적은 양의 EHH/PAIM 부가물을 포함한다(즉, 고분자량 성분이 막에 의해 거부됨). 이 투과물은 직접적으로 또는 중간 탱크(투과물 탱크)를 통해 간접적으로 에피할로히드린 반응기로 다시 재순환될 수 있다. 다른 스트림(거부물)은 다음 숙성 탱크로 펌핑된 다음 폐환 및 가교 반응기로 보내진다. 보유물, 즉 거부물 스트림은 폐환 및 가교결합을 수행하도록 열처리되어 수용성 질소 함유 에피할로히드린계 습윤 강도 수지를 형성한다. 습윤 강도 수지는 일반적으로 산으로 안정화된다.
본 발명에 따른 공정에 의해 많은 이점이 달성된다: 생산 시간이 상당히 단축되어 생산 능력이 증가하고, 막 기술을 사용하는 WSR 제조 공정에서 감소된 배치 시간으로 인해 생산 비용이 감소된다. 또한 완제품에서 에피할로히드린 부산물의 개선된 감소가 달성된다. 사이클 시간 단축 제거율은 심지어 73% 이상이므로 최종 제품에서 에피할로히드린 부산물의 현저한 감소가 달성된다. 추가로, 습윤 강도 수지를 제조하는 공정에서, 특히 PAE 수지 중 DCP, CPD 및/또는 AOX의 양, 즉 반응 혼합물을 알칼리 또는 산 처리할 필요 없이 에피할로히드린 부산물의 양이 감소된다.
이하에서 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명되며, 본 발명은 좁게 제한되지 않는다.
도 1에는 습윤 강도 수지 제조 공정의 주요 단계의 유리한 예가 개략적으로 도시되어 있다.
도 2에는 본 발명에 따른 습윤 강도 수지 제조 공정의 막 단계의 유리한 예가 개략적으로 도시되어 있다.
도 3에는 본 발명에 따른 습윤 강도 수지 제조 방법의 또 다른 유리한 예가 개략적으로 도시되어 있다.
도 4에는 테스트 실시예제에 사용된 파일럿 공정의 유동도가 개략적으로 표시되어 있다.
도 5에는 도 4에 따른 파일럿 공정에서 수행된 테스트의 테스트 결과가 개략적으로 도시되어 있다.
이하의 설명 과정 동안, 본 발명 및 이의 유리한 예를 설명하는 상이한 도면에 따라 유사한 요소를 식별하기 위해 유사한 숫자 및 기호가 사용될 것이다. 도면에서 일부 반복 참조 기호는 명확성을 위해 생략되었다.
도 1에는 습윤 강도 수지 제조 공정의 주요 단계의 유리한 예가 개략적으로 도시되어 있다. 방법(10)은 아미드화 단계(1), EHH(에피할로히드린) 첨가 단계(2) 및 중합 단계(6)를 포함한다.
아미드화 단계(11)는 원료의 로딩 및 폴리아미드 반응기(11)(도 3)로의 염 형성을 포함하며, 여기에서 폴리아미드 반응기(11)는 아민으로 로딩된다. 전형적으로, 아디프산은 폴리아미드 반응기(11)에서 아민의 상부에 첨가되어 중화 반응: R1-NH2 + R2-COOH → R1-NH3 + + R2-COO - + 열로 인해 열을 발생시킨다. 그 후, 아미드 형성 및 물 제거가 뒤따르며, 그 동안 폴리아미드 반응기(11)가 가열되어 반응 혼합물이 비등점에 도달하고 물이 증발하며, 이 증발된 물은 응축 및 수집된다. 아미드화 단계는 평형 반응이므로 가열하면 R1-NH3 + + R2-COO - + 열 → R1-NH-CO-R2 + H2O로 오른쪽으로 이동할 수 있다. 공정의 목표 값에 도달하고 최종 반응 끓는점 온도에 도달한 후 냉각수를 반응기에 추가하여 생성된 폴리아미노아미드를 목표 고형물 값으로 냉각하고 희석한다.
EHH(에피할로히드린) 첨가 단계(2)는 폴리아미드 냉각 및 반응을 포함하며, 여기서 폴리아미노아미드는 폴리아미드 반응기(11)에서 EHH 반응기(12)로 전달된다(도 3). 폴리아미드는 목표 값 고형물로 희석되고 원하는 온도로 냉각된다. 배치를 위한 에피할로히드린 양은 1시간에 걸쳐 하나 이상의 분량으로 EHH 반응기(12)에 첨가된다. 에피할로히드린 양은 설정 온도에서 폴리아미노아미드의 자유 아민과 발열 반응하며, 이는 예를 들어 열 교환기를 통해 반응 혼합물을 순환시켜 제어할 수 있다. 숙성 탱크(15)(도 3)에서 숙성 후 반응에서 폴리아미노아미드와의 에피할로히드린 반응: R-NH-R + CH2(O)CH-CH2X → R2N-CH2-CHOH-CH2X + 열, 이러한 반응은 시작 시에 빠르지만 두 반응물의 농도가 감소함에 따라 속도가 느려진다(종래 기술 시스템에서 처음 2시간 후 전환율은 80%이고 선행 기술 공정에서 1000 ppm 미만의 미반응 에피할로히드린 농도 감소는 21시간이 걸림)
에피할로히드린 폴리아미노아미드 반응은 2 - 60℃ 및 고형물 농도 10 - 70%에서 수행된다. 중간 PAIM/EHH 부가물은 30℃ 미만으로 냉각되고 20℃에서 10 - 1000 mPa·s 범위의 점도를 가진다.
본 발명에 따른 수지는 바람직하게는 중간 부가물을 막 유닛을 통해 순환시켜 미반응 에피할로히드린 및 할로겐 함유 부산물을 제거함으로써 얻어진다.
폐환 및 가교 반응은 최종 생성물이 20℃에서 100 - 250 mPa·s의 점도와 20 - 30% 고형물을 갖는 방식으로 수행된다. 결과 분자량은 100 - 1000 kDa 범위이다.
최종 pH는 가능한 무기산 또는 유기산을 적용하여 2.5 - 4.5로 설정되는 반면, 바람직한 무기산은 황산 및 인산을 포함하고 바람직한 유기산은 포름산 및 시트르산이다.
도 3에 도시된 숙성 탱크(15)는 폐환 및 가교 반응기(16)에서 중합 단계(6) 전에 반응 혼합물로부터 반응하지 않은 EHH를 분리하기 위한 막 유닛(20)에 연결된다.
중합 단계(6)는 폐환를 포함하는데, 여기서 폐환 및 가교 반응기(16) 내의 물질은 표적 값 고체로 희석되고 결정된 온도까지 천천히 가열되어 할로히드린을 아제티디놀륨 할라이드로 전환시킨다. 그것은 흡열 고리화 반응이다: R2N-CH2-CHOH-CH2X + 열 → R2N+(CH2CHOHCH2)X-.
전도성이 더 이상 진행되지 않으면 가열을 계속하여 중합체를 가교한다. 결정된 온도에서 전도도는 안정화되고 가열은 계속해서 중합체를 가교결합한다. 반응성 아제티디놀륨 할라이드가 3차 아민과 반응하여 분자간 4차 암모늄 연결을 형성함에 따라 중합체 분자량이 증가한다: R2N+(CH2CHOHCH2)X- + R2N-CH2-CHOH-CH2X + 열 → R2N -CH2-CHOH-CH2-R2N+-CH2-CHOH-CH2X X-.
원하는 점도 목표 값에 도달할 때까지 반응이 진행되도록 한다. 거기에서 교차 결합 후 냉각 및 pH 감소에 의해 켄칭된다. 이 목적을 위해 황산과 포름산을 모두 사용할 수 있다. 그리고 최종 고체는 원하는 값으로 조정된다.
도 2의 예에서 알 수 있는 바와 같이, 막 유닛(20)은 반응하지 않은 EHH와 함께 PAIM/EHH 부가물의 입력을 가지며, 이는 막 유닛(20)으로 공급되고 스트림은 나노여과에 의해 막 유닛(20)을 통해 여과된다. 막 유닛(20)은 유입 스트림을 투과물용 유동 연결부(202) 및 거부물용 유동 연결부(201)를 통해 투과물 스트림 및 거부물 스트림인 2개의 스트림으로 나눈다. 투과물은 PAIM/EHH 부가물이 5% 미만이고 EHH 함량이 높으며 거부물은 PAIM/EHH 부가물이 90% 이상이고 EHH 함량이 낮다. 막을 통과하여 막 유닛(20)으로부터 제2 유동 연결부(202)로 가는 스트림(투과물이라 함)은 더 높은 농도의 에피할로히드린 및 더 적은 양의 폴리아미노아미드 에피할로히드린 부가물(즉, 고분자량 성분이 막에 의해 거부됨)을 함유하고 투과 탱크(17)로 순환된다. 막 유닛(20)으로부터의 제1 연결부(201)를 통한 다른 스트림(거부물)은 폐환 및 가교 반응기(16)로 펌핑되거나 숙성 탱크(15)로 다시 재순환된다.
막 유닛(20)의 막은 세라믹 및/또는 유기 및/또는 무기 및/또는 금속 재료로 제조된다.
도 3에 개략적으로 도시된 공정의 유리한 예에 따르면, 방법(10)은 유동 연결부(111)를 통해 폴리아미드 반응기(11)로부터 EHH 반응기(12)로 연결된 폴리아미드 반응기(11)를 포함한다. EHH 반응기(12)는 유동 연결부(121)를 통해 EHH 반응기(12)로부터 숙성 탱크(15)로 연결된다. 숙성 탱크(15)에 연결되는 것은 숙성 탱크(15)로부터 막 유닛(20)으로의 유동 연결부(151)를 통한 스트림의 여과를 위한 막을 갖는 막 유닛(20)이다. 막 유닛(20)에는 2개의 유동 연결부(201 및 202)인 보유물 및 투과물 유동 연결부(201 및 202)가 존재하고, 하나의 유동 연결부(201)는 열 교환기(40)를 통해 전방으로 폐환 및 가교 반응기(16)로 배출되거나 유동 연결부(204)를 통해 또는 유동 연결부(205) 및 제2 유동 연결부(202)를 통해 투과 탱크(17)로 다시 재순환하여 숙성 탱크(15)로 재순환시킨다. 열교환기(40)는 막 유닛(20)을 떠나는 스트림의 온도를 조절하는 데 사용된다.
방법(10)에서 스트림은 나노여과에 의해 막 유닛(20)의 막을 통해 여과되며, 막 유닛(20)은 유입 스트림을 투과물용 유동 연결부(202) 및 거부물용 유동 연결부(201)를 통해 투과물 및 유동 연결부용 유동 연결부(201, 202)로 나눈다. 막을 통과하고 막 유닛(20)으로부터 제2 유동 연결부(202)로 이동하는 스트림, 즉 투과물 스트림은 더 높은 농도의 에피할로히드린 및 더 적은 양의 EHH/PAIM 부가물(즉, 고분자량 성분이 막에 의해 거부됨)을 함유하고 재순환된다. 막 유닛(20)으로부터의 제1 유동 연결부(201)를 통한 다른 스트림(거부물 스트림)은 유동 연결부(204)를 통해 폐환 및 가교 반응기(16)로 펌핑되거나 유동 연결부(205)를 통해 숙성 탱크(15)로 다시 재순환된다.
폐환 및 가교 반응기(16)로부터 저장 탱크(182)로의 유동 연결부(161)가 있다.
또한 숙성 탱크(15) 내의 고형물 제어를 위해 숙성 탱크(15)로의 공정수 유동 연결부(152)가 있다. 세정 성분, 유리하게는 산성 세정제, 예를 들어 황산, 아세트산, 시트르산, 포름산 또는 염산은 막으로부터 침전물/파울링을 제거하기 위한 세정과 관련하여 세정액 라인(210)을 통해 막 유닛(20)으로 유동한다.
막 유닛(20)의 막 세정을 위해 막 유닛(20)에 대한 세정액(황산) 유동 연결부(210)가 있다. 막은 유리하게는 예를 들어 0.01-1 m/s와 같은 높은 직교를 사용하여 각 사이클 후 2 - 4% w/w 농도로 황산 용액에 의해 세정된다. 세정 후 세정 용액은 폐환 및 가교 반응기(16)로의 산성화를 위해 세정 공정의 마지막에 재순환된다.
방법(10)은 유동 연결부에서 유동을 생성하기 위한 전달 및/또는 재순환 펌프(30)와 같은 유동 생성 수단, 및 당업자에게 알려진 공정 제어를 위한 필수 장비가 아닌 다른 추가 장치를 추가로 포함한다.
도 1 내지 3의 예에서 볼 수 있는 바와 같이, 유리하게는 배치 공정인 습윤 강도 수지 제조 방법(10)은 아미드화를 위한 폴리아미드 반응기(11), 에피할로히드린 첨가를 위한 EHH 반응기(12), 숙성을 위한 숙성 탱크(15), 중합을 위한 폐환 및 가교 반응기(16)포함하고, 상기 방법에서 적어도 EHH 및 적어도 EHH/PAIM 부가물을 함유하는 반응 혼합물이 제조된다. 방법은 숙성 탱크(15)로부터의 반응 혼합물 스트림을 2개의 스트림으로 나누어 미반응 에피할로히드린을 제거하기 위한 숙성 탱크(15)와 폐환 및 가교 반응기(16) 사이의 막 유닛(20)을 추가로 포함한다: 반응하지 않은 에피할로히드린을 포함하는 투과물 스트림(202) 및 폐환 및 가교 반응기(16)로 안내되는 EHH/PAIM 부가물을 포함하는 거부물 스트림(201). 막 유닛(20)에 의해 반응 혼합물로부터 잔류하는 EHH(에피할로히드린)가 투과물 스트림(202)으로 제거되고 투과물 탱크(17)로 순환된다. 막 유닛(20)에 의해 반응 혼합물은 여과에 의해 여과되고, 고분자량 성분은 막 유닛(20)에 의해 거부된다. 투과물 스트림(202)은 더 높은 농도의 에피할로히드린 및 더 적은 양의 EHH/PAIM 부가물을 포함하고, 거부물 스트림(201)은 소량의 에피할로히드린 및 이의 부산물을 포함하며, 단계적 고형분 범위는 1000 ppm 미만이다. 알킬렌아민을 이산과 반응시켜 폴리아미노아미드 예비중합체를 제조하기 위한 폴리아미드 반응기(11)의 배치 방법(10)에서, EHH 반응기(12)에서 폴리아미노아미드 예비중합체와 에피할로히드린의 부가물이 얻어지고, 막 유닛(20)에서 미반응된 에피할로히드린이 제거되고 폐환 및 가교 반응기(16)에서 최종 습윤 강도 수지가 제조된다.
본 발명에 따른 공정에서 제조된 습윤 강도 수지 및/또는 이의 유리한 특징은 수용성, 질소 함유, 에피할로히드린계 수지로서, 산 안정화된다. 이들 수지는 양이온성 열경화성 수지라고도 하며, 일반적으로 질소 함유 전구체 및 할로겐 함유 가교제를 포함한다. 에피클로로히드린은 에피브로모히드린과 같은 다른 에피할로히드린 중에서 선호되는 가교제이다. 바람직한 질소 함유 전구체는 폴리아미노아미드이다. 일반적으로 에피할로히드린-폴리아미노아미드 염기성 질소의 몰비는 1.3 - 0.7이다. 바람직한 폴리아미노아미드는 폴리카르복실산, 일반적으로 디카르복실산과 폴리아민의 반응 생성물이다. 적합한 폴리카르복실산은 지방족, 포화 또는 불포화, 또는 방향족 디카르복실산을 포함한다. 바람직하게는, 폴리카르복실산은 10개 미만의 탄소 원자를 함유한다. 본 발명의 목적을 위해, 무수물, 에스테르 및 헤미에스테르와 같은 카르복실산 유도체가 포함된다. 적합한 폴리카르복실산은 글루타르산, 아디프산, 아젤라산 및 세박산 뿐만 아니라 이들의 혼합물을 포함한다. 바람직한 폴리카르복실산은 아디프산이다. 적합한 폴리아민은 하기 화학식을 만족하는 폴리알킬렌 폴리아민 또는 이들의 혼합물을 포함한다:
바람직한 폴리알킬렌 폴리아민은 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민, 테트라에틸렌펜타민, 디프로필렌트리아민 및 이들 아민의 혼합물을 포함한다. 이러한 폴리아민은 다른 폴리아민 및 아민뿐만 아니라 ω-아미노산 및 락탐과 잘 결합될 수 있다. 일반적인 폴리카르복실산-폴리-아민 비율은 1:0.7 내지 1:1.5이다.
테스트 실시예
테스트는 도 4에 도시된 바와 같이 작은 막 파일럿 공정에서 수행되었다. 파일럿 공정은 급수 연결부(157)가 제공되는 공급 탱크(155)를 포함하였다. 공급 탱크(155)는 막 유닛(20)으로의 펌프(30)를 포함하는 유동 연결부(156)를 가지며, 여기서부터 밸브(35)를 통해 보유물 유동 연결부(201)가 공급 탱크(155), 투과물 유동 연결부(202)로 돌아간다. 보융물 유동 연결부(201) 및 공급 탱크로부터 막 유닛(20)으로의 유동 연결부에는 압력 게이지(37)가 제공되었다.
테스트 실시예 1
컷오프 1500 Da를 갖는 중합체 막이 이 테스트 실시예 1을 위해 선택되었다. 20 중량% 농도 및 10-12 mPa.s의 점도 및 8000-10000 ppm의 EHH 농도를 갖는 혼합물이 공급 탱크(155)에 첨가되었다. 순환으로 펌프(30)가 약 10분 동안 시작된 다음, 유동 연결부(156)의 유동을 0.07 m/s(780 L/h)로 조정하고 TMP를 10 barq로 조정하였다. 보유물은 실험 동안 유동 연결부(201)를 통해 공급 탱크(155)로 되돌려졌다. 막을 통한 투과에 의해 고갈된 동일한 부피의 물이 실험 동안 부피를 일정하게 유지하기 위해 물 연결부(157)를 통해 공급 탱크(155)에 추가되었다. 공정의 온도는 공급 탱크(155) 주변의 워터 재킷을 사용하여 18-20℃ 범위로 제어된다. EHH 분석을 위한 샘플은 공급 탱크(155)에서, 투과물은 실험 동안 유동 연결부(202)에서 수집하였다. 이러한 결과는 대조군 샘플(여과되지 않음)과 비교된다. EHH 감소는 보유물과 대조군 샘플 사이의 차이로부터 계산되었고 그림 5의 그래프에서 EHH 감소 백분율로 표시되었다. 실험은 960 및 1140 L/h 직교류에서 반복되었으며 EHH 감소가 보고되었다.
테스트 실시예 2: 두 번째 테스트 실시예에서 유사한 접근 방식이 사용되었지만 4000 Da 막, TMP 4-6 barq 및 교차 유동 780 및 870 L/h를 사용하였다.
테스트 실시예 3: 세 번째 예에서 유사한 접근 방식이 사용되었지만 직교류가 1140l/h로 증가하였다.
테스트 실시예 1 내지 3의 결과는 도 5에서 ECH 감소 %(Y축) 대 투과율(X축)으로 표시된다. 볼 수 있듯이 최대 73%의 EHH 감소가 테스트된 막으로 얻어진다.
전술한 설명에서, 특정 기능 및 예를 참조하여 일부 기능이 설명되었지만, 이러한 기능은 설명 여부에 관계없이 다른 기능 및 예에 의해 수행될 수 있다. 특정 예를 참조하여 특징이 설명되었지만, 이러한 특징은 설명 여부에 관계없이 다른 예에도 존재할 수 있다.
위에서는 본 발명이 좁게 제한되지 않는 본 발명의 일부 유리한 예만이 설명되었고 다음 청구범위에 정의된 바와 같이 본 발명 내에서 많은 수정 및 변경이 가능하다.
도면에 사용된 참조 부호:
1 아미드화 단계
2 EPI 첨가 단계
6 중합 단계
10 방법
11 폴리아미드 반응기
111 폴리아미드 반응기로부터 EHH 반응기로의 유동 연결부
12 EHH 반응기
121 EHH 반응기로부터 숙성 탱크로의 유동 연결부
15 숙성 탱크
151 숙성 탱크로부터 막 유닛으로의 유동 연결부
152 공정수 유동 연결부
155 공급 탱크
156 공급 탱크에서 막 유닛으로의 유동 연결부
157 물 연결부
16 폐환 및 가교 반응기
161 폐환 및 가교 반응기로부터 저장 탱크로의 유동 연결부
17 투과물 탱크
182 저장 탱크
20 막 유닛
201 보유물 라인, 즉 막 유닛으로부터 폐환 및 가교 반응기로의 거부물 유동 연결부
202 투과물 라인, 즉 막 유닛으로부터 EHH 반응기로의 투과물 유동 연결부
204 폐환 및 가교 반응기로의 유동 연결부
205 숙성 탱크로의 유동 연결부
210 막 유닛으로의 세정액 유동 연결부
30 펌프
35 밸브
37 압력 게이지
40 열교환기

Claims (15)

  1. 습윤 강도 수지의 제조 방법으로서,
    아미드화를 위한 폴리아미드 반응기(11), 에피할로히드린 첨가를 위한 EHH 반응기(12), 숙성을 위한 숙성 탱크(15), 중합을 위한 폐환 및 가교 반응기(16)를 포함하며, 상기 방법에서 적어도 EHH 및 적어도 폴리아미노아미드 에피할로히드린 부가물을 함유하는 반응 혼합물이 제조되고, 방법은 숙성 탱크(15)와 폐환 및 가교 반응기(16) 사이에 막 유닛(20)으로부터의 반응 혼합물 스트림을 2개의 스트림: 미반응 에피할로히드린을 포함하는 투과물 스트림(202) 및 폐환 및 가교 반응기(16)로 안내되는 EHH/PAIM 부가물을 포함하는 거부물 스트림(201)으로 나누는 막을 포함하는 막 유닛(20)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 막 유닛(20)에 의해 반응 혼합물로부터 잔류 EHH(에피할로히드린)는 투과물 스트림(202)으로 제거되고 직접적으로 또는 투과물 탱크(17)를 통해 간접적으로 EHH 반응기(12)로 다시 재순환되는 특징으로 하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 막 유닛(20)에 의해 반응 혼합물은 여과에 의해 여과되고, 독성 및 미반응 에피할로히드린 성분은 막 유닛(20)에 의해 거부되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 투과물 스트림(202)은 고농도의 에피할로히드린 및 보다 적은 양의 폴리아미노아미드 에피할로히드린 부가물을 함유하고, 거부물 스트림(201)은 건조 부가물 기준으로 2000 미만의 소량의 에피할로히드린 및 이의 부산물을 함유하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리아미드 반응기(11)는 폴리아민을 이산과 반응시켜 폴리아미노아미드(PAIM) 예비중합체를 제조하도록 구성되며, 에피할로히드린 반응기(12)는 에피할로히드린(EHH)와 PAIM의 부가물인 EHH/PAIM 부가물을 수득하도록 구성되고, 숙성 탱크(15)는 미반응 에피클로로히드린을 제거하도록 구성되며, 폐환 및 가교 반응기(16)는 최종 습윤 강도 수지를 만들도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리아미드 반응기(11)로부터 EHH 반응기(12)로의 유동 연결부(111), EHH 반응기(12)로부터 숙성 탱크(15)로의 유동 연결부(121), 및 숙성 탱크(15)로부터 폐환 및 가교 반응기(16)로의 유동 연결부(201)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최종 습윤 강도 수지를 위한 방법(10)의 마지막에 저장 탱크(182) 및 폐환 및 가교 반응기(16)로부터 저장 탱크(182)로의 유동 연결부(161)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    열 교환기(40) 및 상기 열 교환기(40)로부터의 2개의 추가 유동 연결부(204, 205): 폐환 및 가교 반응기(16)로의 배출부(204) 및 숙성 탱크(15)로의 재순환을 위한 배출부(205)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 숙성 탱크(15) 내의 고형분을 제어하도록 구성된 숙성 탱크(15)로의 공정수 유동 연결부(152)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막 유닛(20)의 막은 세라믹 및/또는 유기 및/또는 무기 및/또는 금속 물질로 제조되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    알킬렌아민을 이산과 반응시켜 폴리아미노아미드 예비중합체를 제조하기 위한 폴리아미드 반응기(11)의 방법(10)에서, EHH 반응기(12)에서 폴리아미노아미드 예비중합체와 에피할로히드린의 부가물이 수득되고, 막 유닛(20)에 의해 미반응 에피할로히드린이 제거되고, 폐환 및 가교 반응기(16)에서 최종 습윤 강도 수지가 만들어지는 것을 특징으로 하는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투과물 스트림은 적어도 10,000 ppm의 미반응 에피할로히드린을 포함하고, 거부물 스트림은 적어도 15% 내지 30% 고형분의 EHH/PAIM 부가물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막의 작동 온도는 15℃ 내지 50℃인 것을 특징으로 하는, 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법의 작동 pH는 6 내지 10인 것을 특징으로 하는, 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막의 표면 전하는 음성인 것을 특징으로 하는, 방법.
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