本发明专利技术公开了n-乙烯基甲酰胺与苯乙烯或取代苯乙烯共聚物的表面活性剂调节的自由基引发的乳液/分散聚合，及其随后的具有甲酰胺、胺和苯乙烯官能团的水解产物。本发明专利技术还公开了聚合方法、聚合物组合物以及这些聚合物的水解方法。这些具有阳离子官能团的聚合物可在造纸应用中用作干强度添加剂、湿强度添加剂、助留剂、助滤剂、施胶剂、施胶促进剂以及树脂和胶粘物控制剂。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术公开了n-乙烯基甲酰胺与苯乙烯或取代苯乙烯共聚物的表面活性剂调节的自由基引发的乳液/分散聚合，及其随后的具有甲酰胺、胺和苯乙烯官能团的水解产物。本专利技术还公开了聚合方法、聚合物组合物以及这些聚合物的水解方法。这些具有阳离子官能团的聚合物可在造纸应用中用作干强度添加剂、湿强度添加剂、助留剂、助滤剂、施胶剂、施胶促进剂以及树脂和胶粘物控制剂。【专利说明】在造纸中作为添加剂的包含乙烯胺的共聚物微粒
本专利技术涉及一种用于制备乙烯胺-乙烯基甲酰胺-苯乙烯三元共聚物添加剂的方法，所述方法包括使η-乙烯基甲酰胺(VFA)与苯乙烯或取代苯乙烯或乙烯基吡啶反应，并随后水解以形成乙烯胺(VAm)-苯乙烯三元共聚物。所得到的含有乙烯胺-乙烯基甲酰胺-苯乙烯三元共聚物的微粒的水性分散体可用作具有成本效益的造纸添加剂，以提高造纸工艺和纸张干强度性质。
技术介绍
由于聚合物的阳离子官能团能够与纤维素纤维氢键键合，因而包含胺官能团的聚合物在造纸工业中被广泛研究。已证明阳离子聚合物的使用提高了纸张强度、助滤性、助留性和若干其他性质。若干专利和研究论文论述了聚乙烯胺作为造纸添加剂的用途。美国专利2，721，140公开了聚乙烯胺作为添加剂以制造具有高湿强度的纸张的用途，而美国专利5，961，782公开了使用聚乙烯胺以制造可交联的起皱粘合剂配制物的用途。在具有胺官能团的聚合物中，包含伯胺官能团的聚合物的成本效益的合成已成为几代以来的挑战。在聚合时可引入伯胺官能团的单体是烯丙胺和乙烯胺(VAm)，或在水解时可引入伯胺官能团的单体是乙烯基甲酰胺(VFA)和乙烯基乙酰胺。由于烯丙胺中缺乏共轭以及游离胺官能团的存在，烯丙胺的聚合相对迟缓而且引起若干副反应例如抑制或链转移。因此合成具有高分子量的含有烯丙胺的聚合物具有挑战性。然而，乙烯胺单体并不以游离态存在，因此其不可能合成聚乙烯胺。由Air Products and Chemicals Inc.，BASF和DiaNitrix做出的重大努力得到乙烯基甲酰胺单体。BASF启动了乙烯基甲酰胺(VFA)单体的工业生产，所述乙烯基甲酰胺单体可通过使用自由基引发剂而有效聚合以合成具有高分子量的材料。VFA均聚物以及VFA与乙烯基单体的共聚物提供具有独特化学和物理性质的材料。聚(VFA)的水解产生具有侧基伯胺官能团的材料，使得这些聚合物本身为高度阳离子性的。在交替的碳原子上引入伯胺官能团产生具有相对高电荷密度和阳离子度的材料，使得该材料用于各种商业应用是有吸引力且可行的。美国专利4，421，602公开了一种η-乙烯基甲酰胺的部分水解的水溶性聚合物，其包含η-乙烯基甲酰胺单元和乙烯胺单元。该专利还公开了使用聚乙烯胺和50%水解的聚乙烯甲酰胺在造纸过程中提高纸浆纤维的絮凝效率、细小纤维留着和助滤速率，而美国专利6，159，340公开了这些聚合物在纸张和纸板生产中作为干强度添加剂和湿强度添加剂的用途。美国专利6，616，807和6，797，785公开了聚乙烯胺在造纸中作为助滤剂、絮凝剂和助留剂的用途。 乙烯基甲酰胺共聚物及其随后的水解产物也是已知的用于纸张应用的添加剂。美国专利4，774，285公开了 η-乙烯基甲酰胺单体可与其他乙烯基单体例如乙酸乙烯酯共聚合，并随后水解以产生乙烯胺和乙烯醇的水溶性共聚物，该共聚物可用作用于造纸的干湿强度添加剂。美国专利5，630，907公开了包含乙烯胺和丙烯酸单元的共聚物组合物，以及它们的应用。美国专利6，797，785公开了包含乙烯胺单元通过反相乳液聚合与二烯丙基二甲基铵(氯化物)(DADMAC)或丙烯酰胺单元组合的共聚物，以及其用作造纸中的絮凝剂和凝结剂的用途。EP0251182公开了包含乙烯胺和丙烯腈单元的共聚物在造纸中用作助滤剂、助留剂以及湿部添加剂用于提高纸制品的干强度。包含苯乙烯的聚合物由于其相对低的成本和与其他聚合物的相容性，也可很好地用于各种应用中。苯乙烯的芳基赋予材料独特的性质，即更好的疏水性、更高的热稳定性，以及在水解期间对酸或碱的耐受性。美国专利4，328，579公开了 η-乙烯基乙酰胺与苯乙烯和取代苯乙烯的共聚合并随后水解以形成苯乙烯-乙烯胺共聚物。但是，该共聚反应缓慢，需要近57个小时来实现96%的转化率。另外该聚合物需要在非溶剂中通过沉淀来纯化以去除残余单体，并且材料的可溶性显示所获得的聚合物具有相对低的分子量。另一方面使苯乙烯与VFA共聚合的尝试产生较低转化率和较低分子量的材料(Journal of PolymerScience Part A:Polymer Chemistry, 2010，48，2257-2283)。因此，需要研制一种聚合方法，使苯乙烯与VFA在较短反应时间内高效率的共聚合，在没有进一步纯化下使得单体高度转化为聚合物产物。还需要制备一种包含VAm、VFA和苯乙烯基团的阳离子共聚物，其可用作造纸中具有成本效益的干强度添加剂，并具有许多其他潜在的应用。
技术实现思路
本专利技术涉及VFA与苯乙烯或取代苯乙烯的自由基引发的表面活性剂调节的乳液共聚合，以及其随后水解形成VAm、VFA和苯乙烯三元共聚物微粒。共聚物中VFA与苯乙烯或取代苯乙烯的比例可在99:1至50:50范围内变动，可以是80:20至51:49，也可以是80:20至70:30。所述VFA-苯乙烯共聚物微粒可随后通过酸或碱处理而水解以引入乙烯胺官能团，形成乙烯胺、η-乙烯基甲酰胺和苯乙烯三元共聚物。本专利技术中所述的部分水解的三元共聚物微粒当在造纸工艺中用作添加剂时可以提高纸张的干强度、湿强度、助滤性、固定和施胶性质，并且具有许多其他潜在应用。【具体实施方式】如本文所用且除非另有说明:(I)所有百分数、份数、比例等均以重量计；(2)当数量、浓度或其他数值或参数以一系列优选值的上限和优选值的下限给出时，应理解为具体公开了由优选值的上限和优选值的下限的任意对形成的所有范围，无论范围是否公开；(3)术语“总固体”是指挥发物(例如溶剂)已从苯乙烯-乙烯基甲酰胺树脂或其组合物中去除后剩余的固体；(4)术语“活性固体”是指从进料中所用的苯乙烯-VFA聚合物中减去无机含量后剩余的总固体中的至少一种苯乙烯-乙烯胺树脂部分。本专利技术涉及一种使N-乙烯基甲酰胺(VFA)与苯乙烯或取代苯乙烯或乙烯基吡啶聚合的自由基引发的表面活性剂调节的乳液聚合方法。所述聚合反应导致定量转化099% )，并且所获得的材料性质上为微粒并可在没有任何纯化下使用。所得的材料的随后水解引入乙烯胺(VAm)官能团，形成含有VAm、VFA和苯乙烯基团的三元共聚物。此外，VFA在水解时容易形成脒官能团，而在乙烯基乙酰胺中甲基官能团的存在明显延缓或限制了脒的形成。所获得的聚合物在造纸中可用作具有成本效益的干强度添加剂并且具有许多其他潜在应用。本专利技术提供一种制备水可分散的添加剂的方法，所述水可分散的添加剂包含乙烯胺单元、乙烯基芳族单元，具有微粒结构，性质上为阳离子，并且当在造纸工艺的湿部用作造纸添加剂时，其有助于提高纸张的强度性质。根据本专利技术，VFA与苯乙烯或取代苯乙烯通过自由基引发的表面活性剂调节的乳液聚合而被聚合并随后水解。水解产物保持微粒结构，性质上为阳离子，易于分散在水中，并且有助于提高造纸工艺和纸张强本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于制备乙烯胺‑乙烯基甲酰胺‑苯乙烯三元共聚物添加剂的方法，所述方法包括：a)使乙烯基甲酰胺与苯乙烯或取代苯乙烯在自由基、乳液聚合反应条件下反应；b)产生包含随机分布的式(I)和式(II)的重复单元的第一聚合物产物：其中Ar为芳基，选自苯基和被烷基、烷氧基、磺酸酯、卤素和吡啶或取代吡啶取代的苯基；R1为氢或烷基；x和y为大于0摩尔％的数值，并且x和y的总和为100摩尔％，x:y的比值为99:1至50:50；c)用酸或碱处理，由此水解所述第一聚合物产物；d)产生包含随机分布的具有式(III)、式(IV)、式(V)和式(VI)中的至少2种的重复单体单元的第二聚合物产物：其中，R2和R3为H；R4为H或烷基；m1和m2独立地为正摩尔百分数，并且m3和m4独立地可为0‑99摩尔％，以及m1、m2、m3和m4的总和等于或小于式(I)的x摩尔百分数。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·伯卡尔，
申请(专利权)人：赫尔克里士公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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