[发明专利]由乙烯基酰胺单体制备水溶性聚合物分散体

说明书

发明领域

本发明涉及一种用乙烯基酰胺单体生产水溶性聚合物分散体的新颖方法，尤其是用N-乙烯基甲酰胺单体生产聚合物的方法。

发明背景

工业上，在水溶性聚合物絮凝剂的使用中遇到的问题之一是怎样将聚合物溶解于水中，以便能使聚合物的利用达到预期的目的。早期的水溶性聚合物是以稀释的含水溶液形式提供的。随着技术的改进，以及聚合物分子量的增大，由于聚合物溶液的高粘性，甚至是百分之零点五至百分之一的聚合物溶液的高粘性，生产者们越来越难以将这些聚合物以溶液形式载运。因此，生产者开始用交换固体的形式载运这些聚合物，使用不同的机械装置，可以将交换固体溶入水中。虽然解决了运载问题，但是一些机械装置通过剪切降解了聚合物，另外还常见水溶性聚合物的不完全溶解，膨胀透明颗粒的形成。这导致了聚合物的浪费，并且在某些情况下会产生不利的结果，例如产生所谓“鱼眼”颗粒，“鱼眼”颗粒在造纸中会产生残次。七十年代初期，引入了水溶性聚合物的油包水乳状液。采用油包水技术，能够生产快速溶解的高分子量聚合物，这种技术在水溶性聚合物工业中得到了很大的肯定。然而，油包水乳状液聚合物技术的缺点是乳状液中含有相当数量的碳氢化合物液体。在使用这些水溶性聚合物的系统中引入碳氢化合物，并不是常常有益的。

Kyoritsu Yuki Co.Ltd.的美国专利US4,929,655和US5,006,590公开并要求保护了一种水溶性阳离子聚合物分散体的生产方法。这些聚合物是在聚合物不溶解于其中的含水盐或盐水溶液中制得的。本说明书参考结合了这两个专利公开的内容。该方法生产出高分子量聚合物的分散体，当把这些聚合物的分散体加入水中时，能在相对短的时间内完全溶解。虽然该发明推进了本技术领域的发展，但该发明只实用于制备含憎水改性阳离子单体的水溶性聚合物分散体。当然，由于聚合物的阴离子特性，在不降低所得到的聚合物的性能的情况下，就不能制备包括这种功能性的阴离子聚合物。

美国专利5,605,970(本文参考了该专利)公开并要求保护分散体形式的特殊阴离子水溶性聚合物的制备方法。该发明说明了采用分散聚合物方法可制备某些含有憎水改性单体的阴离子聚合物。该申请具体说明了丙烯酸-乙基己基丙烯酸酯聚合物的制备。乙基己基丙烯酸酯单体使聚合物添加了憎水性，使聚合物不溶于某些盐水溶液。虽然这些聚合物以及生产这些聚合物的方法是有用的，但是水溶性聚合物中加入憎水单体，其理想的水溶解度在聚合物的最终使用中并不总是有益的。

在分散聚合过程中，单体和起始剂都溶于聚合介质，但产物聚合物不溶于该介质中。因此，该反应混合物在反应开始时是均匀的，聚合反应在均匀溶液中被引发。依据所生成的低聚物或大分子基团和大分子在介质中溶解本领的不同，在初期产生相分离。这导致叫做“产物母体”的初生颗粒的成核和形成，并且该产物母体通过吸收稳定剂胶状稳定化。颗粒被认为由聚合介质和/或单体溶胀，导致形成尺寸约0.1-10.0微米的颗粒。

在任何分散聚合中，常要控制的变量是稳定剂、单体和起始剂的浓度，分散介质的溶解本领，以及反应温度。已发现这些变量对颗粒尺寸、最终聚合物颗粒的分子量、以及聚合反应过程的动力学起重要作用。

在没有任何稳定剂的条件下，由分散聚合产生的颗粒不是足够稳定，并在颗粒形成后可能发生凝结。将少量的合适稳定剂加入到聚合混合物中，就产生稳定的分散颗粒。分散聚合中的颗粒稳定化通常被称为“空间稳定化”。用于分散聚合的良好稳定剂是聚合物，或在聚合介质中具有低溶解度并且具有聚合物颗粒中等亲合力的低聚体化合物。

随着稳定剂浓度的增大，颗粒尺寸减小，这意味着随着稳定剂浓度增大，形成的晶核数量增加。凝固成核理论很好地说明了观测到的颗粒尺寸与稳定剂浓度的从属关系，因为吸收的稳定剂的浓度越大，凝固步骤就越慢。这导致更多的产物母体成为成熟颗粒，因此减小了所产生的颗粒的尺寸。

正如美国专利5,330,650、5,332,507和5,435,922所述，分散体聚合物在各种水处理应用中用作添加剂。此外，日本未审查的专利申请8-188699说明了一种包括胺或脒、无机盐、非离子或阳离子表面活性剂和水的阳离子聚合物的含水分散体组合物。由带有乙烯胺的不同单体的聚合生成的共聚物在各种水处理应用中已被用作添加剂，例如美国专利5,573,675中的脱色处理水，美国专利5,529,588中的脱水煤谱尾，美国专利5,476,594中的用于纸浆和造纸应用中的脱色，以及美国专利5,441,649中的煤渣稠化。

本文讲述的聚合物在类似应用中具有相同的效果。