НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ФОСФОРСОДЕРЖАЩИЕ ПОЛИАКРИЛОВЫЕ КИСЛОТЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В КАЧЕСТВЕ ДИСПЕРГАТОРОВ

27-08-2016 дата публикации
Номер:
RU2596196C2
Принадлежит: БАСФ СЕ (DE)
Контакты: 105064, Moskva, a/ja 88, "Patentnye poverennye Kvashnin, Sapelnikov i partnery"
Номер заявки: 06-14-201316/04
Дата заявки: 03-02-2012

[1]

Изобретение относится к низкомолекулярным фосфорсодержащим полиакриловым кислотами, содержащим их водным растворам, способу их получения и их применению в качестве диспергаторов.

[2]

Диспергаторы, в частности полиакриловые кислоты, находят широкое применение в технических процессах, при осуществлении которых твердое вещество переводят в пригодную для перекачивания насосом дисперсию. Для обеспечения широкого промышленного использования подобных дисперсий, называемых также пульпой, они должны обладать как высокой пригодностью для перекачивания насосом, так и стабильностью при хранении (незначительным старением), и вместе с тем высоким содержанием твердого вещества. Содержание твердого вещества следует поддерживать на максимально высоком уровне в связи с высокой стоимостью энергии и транспортировки. Типичным примером является применение водной пульпы карбоната кальция в производстве графических бумаг. В то время как оптимальные реологические свойства пульпы в основном способствуют обеспечению технологичности производства бумаги, соответственно нанесения на нее покрытий, дисперсность диспергированного твердого вещества определяет оптические свойства производимой из него бумаги, например непрозрачность. При одинаковом содержании твердого вещества в пульпе чем меньше размер его частиц, тем выше непрозрачность получаемой из него бумаги. При этом решающее влияние на размер частиц пигмента оказывает не только подача механической энергии в процессе мокрого измельчения пигмента, но и выбор используемого при этом диспергатора.

[3]

Известно, что получаемые путем радикальной полимеризации низкомолекулярные полиакриловые кислоты обладают высокой диспергирующей способностью. Средемассовая молекулярная масса (Mw) этих полимеров, при которой они обладают оптимальным действием, должна составлять <50000. Особенно эффективными часто являются полиакриловые кислоты с Mw<10000. Для получения низкомолекулярных полиакриловых кислот в процессе радикальной полимеризации акриловой кислоты добавляют регуляторы молекулярной массы, соответственно переносчики цепей. Подобные регуляторы следует приводить в соответствие с инициатором полимеризации, а также с процессом полимеризации. Известными инициаторами являются, например, неорганические и органические персоединения, такие как персульфаты, пероксиды, гидропероксиды и эфиры надкислот, азосоединения, такие как 2,2′-азобисизобутиро-нитрил, а также окислительно-восстановительные системы с неорганическими и органическими компонентами. В качестве регуляторов молекулярной массы часто используют неорганические сернистые соединения, такие как гидросульфиты, бисульфиты, дитиониты, органические сульфиды, сульфоксиды, сульфоны и меркаптосоединения, в частности меркаптоэтанол и меркаптоуксусную кислоту, а также неорганические фосфорные соединения, такие как фосфорноватая (фосфиновая) кислота и ее соли (например, гипофосфит натрия).

[4]

В европейской заявке на патент ЕР-А 405818 опубликован способ получения полимеров из моноэтиленненасыщенных монокарбоновых кислот и при необходимости используемых других мономеров с персульфатом натрия в качестве инициатора в присутствии гипофосфита в качестве регулятора, в соответствии с которым во время полимеризации присутствует щелочное нейтрализующее вещество в количестве, достаточном для нейтрализации по меньшей мере 20% кислотных групп. Получаемые при этом низкомолекулярные полимеры содержат по меньшей мере 80% фосфора, происходящего из гипофосфита. По меньшей мере 70% фосфора обнаруживают внутри полимерной цепи в виде диалкилфосфината. Получаемые указанным способом полимеры используют, в частности, в качестве добавок к моющим средствам, диспергаторов для глинистых шламов или средств, предотвращающих образование отложений при водоподготовке.

[5]

В примерах осуществления указанного выше способа акриловую кислоту в режиме питания полимеризуют в воде в присутствии гипофосфита в качестве регулятора и персульфата натрия в качестве инициатора, причем в процессе полимеризации в качестве другого питающего потока непрерывно добавляют раствор едкого натра. Получают водную полиакриловую кислоту со среднемассовой молекулярной массой Mw 2700 г/моль, в которой 72% содержащегося в фосфите натрия фосфора присутствует в виде диалкилфосфината, 18% в виде моноалкилфосфината и 10% в виде неорганическх солей. В сравнительном примере подачу раствора едкого натра исключают и нейтрализацию поликариловой кислоты раствором едкого натра выполняют лишь по завершении полимеризации. При этом получают водную полиакриловую кислоту со среднемассовой молекулярной массой Mw 4320 г/моль, в которой лишь 45% содержащегося в фосфите натрия фосфора присутствует в виде диалкилфосфината, 25% в виде моноалкилфосфината и 30% в виде неорганических солей.

[6]

В европейской заявке на патент ЕР-А 510831 опубликован способ получения полимеров из моноэтиленненасыщенных монокарбоновых кислот, моноэтиленненасыщенных дикарбоновых кислот и при необходимости используемых других мономеров, которые не содержат карбоксильных групп, в присутствии фосфорноватой кислоты в качестве переносчика цепей. По меньшей мере 40% встроенного в полимер фосфора находится на концах полимерных цепей в виде моноалкилфосфината и моноалкилфосфоната. Сополимеры находят применение, в частности, в качестве диспергаторов, ингибиторов образования отложений и добавок к моющим средствам.

[7]

В европейской заявке на патент ЕР-А 618240 опубликован способ полимеризации мономеров в воде в присутствии водорастворимого инициатора и фосфорноватой кислоты или одной из ее солей. Способ осуществляют таким образом, чтобы содержание полимера в конце полимеризации составляло по меньшей мере 50 мас.%. Благодаря подобному режиму ведения процесса удается увеличить количество встроенного в полимер фосфора, происходящего из гипофосфита. Последний находится в полимере в виде диалкилфосфината, моноалкилфосфината и моноалкилфосфоната. В цитируемой заявке отсутствует информация, касающаяся распределения фосфора. Получаемые сополимеры находят применение, в частности, в качестве диспергаторов, ингибиторов образования отложений, а также добавок к моющим средствам.

[8]

В европейской заявке на патент ЕР-А 1074293 описана полиакриловая кислота с концевыми фосфонатными группами, молекулярная масса Mw которой составляет от 2000 до 5800 г/моль, используемая в качестве диспергатора для получения водных пульп карбоната кальция, каолина, глины, талька и оксидов металлов с содержанием твердого вещества, составляющим по меньшей мере 60 мас.%.

[9]

В основу изобретения была положена задача предложить низкомолекулярные полиакриловые кислоты с улучшенным диспергирующим действием.

[10]

Согласно изобретению указанную задачу решают с помощью водных растворов полимеров акриловой кислоты с общим содержанием органически и при необходимости неорганически связанного фосфора, причем:

[11]

(a) первая часть фосфора находится в виде связанных в полимерных цепях фосфинатных групп,

[12]

(b) вторая часть фосфора находится в виде фосфинатных и/или фосфонатных групп, присоединенных к концам полимерных цепей,

[13]

(c) при необходимости третья часть фосфора находится в виде растворенных неорганических солей фосфора,

[14]

отличающихся тем, что по меньшей мере 76% общего содержания фосфора находится в виде связанных в полимерных цепях фосфинатных групп.

[15]

В виде связанных в полимерных цепях фосфинатных групп предпочтительно находится по меньшей мере 78%, особенно предпочтительно по меньшей мере 80% общего содержания фосфора в полимере.

[16]

В виде фосфинатных и/или фосфонатных групп, присоединенных к концам полимерных цепей, в общем случае находится максимум 20%, предпочтительно максимум 15% фосфора. Особенно предпочтительно в виде присоединенных к концам полимерных цепей фосфинатных и/или фосфонатных групп находится от 5 до 15%, в частности от 7 до 13%, фосфора.

[17]

В виде неорганического фосфора, в частности в виде гипофосфита и фосфита, может находиться до 20% фосфора, содержащегося в водном растворе полимеров акриловой кислоты. В виде неорганически связанного фосфора предпочтительно находится от 2 до 15%, особенно предпочтительно от 4 до 11%, общего содержания фосфора.

[18]

Отношение связанного в полимерных цепях фосфора к присоединенному к концам полимерных цепей фосфору составляет по меньшей мере 4:1. Указанное отношение предпочтительно составляет по меньшей мере от 5:1 до 10:1, в частности от 6:1 до 9:1.

[19]

Среднемассовая молекулярная масса полимера акриловой кислоты в общем случае составляет от 1000 до 20000 г/моль, предпочтительно от 1500 до 8000 г/моль, особенно предпочтительно от 3500 до 6500 г/моль. Молекулярную массу можно целенаправленно устанавливать в указанных пределах путем варьирования количества используемого регулятора.

[20]

Содержание полимеров с молекулярной массой менее 1000 г/моль в пересчете на общий полимер в общем случае составляет ≤10 мас.%, предпочтительно ≤5 мас.%.

[21]

Молекулярную массу определяют методом гель-проникащей хроматографии, используя буферизованные до рН 7 водные растворы полимеров, сетчатый сополимер гидроксиэтилметакрилата (НЕМА) в качестве неподвижной фазы и полиакрилат натрия в качестве стандарта.

[22]

Показатель полидисперсности Mw/Mn полимера акриловой кислоты в общем случае составляет ≤2,5, предпочтительно от 1,5 до 2,5, например 2.

[23]

Константа Фикентшера, определяемая методом Фикентшера с использованием раствора полимера в деминерализованной воде концентрацией 1 мас.%, в общем случае составляет от 10 до 50, предпочтительно от 15 до 35, особенно предпочтительно от 20 до 30.

[24]

Полимер акриловой кислоты может содержать до 30 мас.%, предпочтительно до 20 мас.%, особенно предпочтительно до 10 мас.%, сополимеризованных этиленненасыщенных сомономеров в пересчете на все этиленненасыщенные мономеры. Примерами пригодных этиленненасыщенных сомономеров являются метакриловая кислота, малеиновая кислота, малеиновый ангидрид, винилсульфокислота, аллилсульфокислота и 2-акриламидо-2-метилпропансульфокислота, а также их соли. Полимер акриловой кислоты может содержать также смешанные звенья указанных сомономеров.

[25]

Особенно предпочтительными являются гомополимеры акриловой кислоты, не содержащие звеньев сомономеров.

[26]

Объектом изобретения является также способ получения водных растворов путем полимеризации акриловой кислоты в режиме питания с использованием персульфата в качестве инициатора в присутствии гипофосфита в качестве регулятора в воде в качестве растворителя, в соответствии с которым:

[27]

(i) загружают воду и при необходимости один или несколько этиленненасыщенных сомономеров,

[28]

(ii) непрерывно подают акриловую кислоту в кислотной не нейтрализованной форме, при необходимости один или несколько этиленненасыщенных сомономеров, водный раствор персульфата и водный раствор гипофосфита, и

[29]

(iii) по окончании подачи акриловой кислоты к водному раствору добавляют основание,

[30]

причем содержание сомономеров в пересчете на общее содержание мономеров не превышает 30 мас.%.

[31]

Сомономеры можно загружать в составе исходной реакционной смеси, часть их загружать в составе исходной реакционной смеси, а часть подавать в виде питающего потока или подавать исключительно в виде питающего потока. В случае частичной или полной подачи сомономеров в виде питающего потока в общем случае их подают одновременно с акриловой кислотой.

[32]

В общем случае воду загружают и нагревают до температуры реакции, составляющей по меньшей мере 75°С, предпочтительно от 95 до 105°С. При температурах ниже 75°С деструкция персульфата с достаточной скоростью в общем случае не происходит.

[33]

Дополнительно можно загружать водный раствор фосфористой кислоты в качестве ингибитора коррозии.

[34]

После этого приступают к непрерывной подаче потоков акриловой кислоты, при необходимости используемого другого мономера, а также инициатора и регулятора. Акриловую кислоту подают в ненейтрализованной кислотной форме. В общем случае к подаче всех потоков приступают одновременно. Как персульфат в качестве инициатора, так и гипофосфит в качестве регулятора используют в виде соответствующих водных растворов. Персульфат в общем случае можно использовать в виде соли натрия или аммония. Гипофосфит можно использовать в виде фосфорноватой (фосфиновой) кислоты или в виде солей фосфорноватой кислоты. Особенно предпочтительно гипофосфит используют в виде фосфорноватой кислоты или ее натриевой соли.

[35]

Содержание персульфата в его водном растворе предпочтительно составляет от 5 до 10 мас.%. Содержание гипофосфита в его водном растворе предпочтительно составляет от 35 до 70 мас.%.

[36]

Персульфат предпочтительно используют в количестве от 0,5 до 10 мас.%, предпочтительно от 0,8 до 5 мас.%, в пересчете на общее количество мономеров (акриловой кислоты и при необходимости используемых сомономеров).

[37]

Гипофосфит предпочтительно используют в количестве от 4 до 8 мас.%, предпочтительно от 5 до 7 мас.%, в пересчете на общее количество мономеров.

[38]

Отдельные потоки предпочтительно подают линейно, то есть подаваемый в единицу времени поток Δm/Δt (скорость потока) остается постоянным в течение всего времени подачи.

[39]

Длительность подачи инициатора может превышать длительность подачи акриловой кислоты на величину до 50%. Длительность подачи инициатора предпочтительно превышает длительность подачи акриловой кислоты на величину примерно от 3 до 25%. Длительность подачи регулятора может быть короче длительности подачи акриловой кислоты на величину до 30%. Длительность подачи регулятора короче длительности подачи акриловой кислоты на величину примерно от 3 до 20%.

[40]

Длительность подачи мономера (соответственно в случае использования сомономера длительность подачи мономеров) составляет, например, от 3 до 6 ч. Например, при одновременном начале подачи всех потоков подача регулятора заканчивается до завершения подачи мономера, причем соответствующая разница во времени составляет от 10 до 20 мин, а подача инициатора заканчивается после завершения подачи мономера, причем соответствующая разница во времени также составляет от 10 до 20 мин.

[41]

В общем случае по окончании подачи акриловой кислоты к водному раствору добавляют основание. Тем самым по меньшей мере частично нейтрализуют образующийся полимер акриловой кислоты. Частичная нейтрализация означает, что после ее выполнения в виде соли находится лишь часть содержащихся в полимере акриловой кислоты карбоксильных групп. В общем случае основание добавляют в таком количестве, чтобы в результате этого показатель рН находился в диапазоне от 3 до 8,5, предпочтительно от 4 до 8,5, в частности от 4,0 до 5,5 (частичная нейтрализация) или в диапазоне от 6,5 до 8,5 (полная нейтрализация). В качестве основания предпочтительно используют раствор едкого натра. Помимо этого можно использовать также аммиак или амины, например триэтаноламин. Достигаемая при этом степень нейтрализации полученных полиакриловых кислот составляет от 15 до 100%, предпочтительно от 30 до 100%. С целью эффективного отвода теплоты нейтрализации последнюю в общем случае осуществляют в течение промежутка времени, составляющего, например, от 0,5 до 3 ч.

[42]

В одном варианте полимеризацию осуществляют в атмосфере инертного газа. При этом получают полимеры акриловой кислоты, концевой фосфор которых в основном полностью (в общем случае по меньшей мере 90%) находится в виде фосфинатных групп.

[43]

В другом варианте по завершении полимеризации реализуют стадию окисления. На стадии окисления концевые фосфинатные группы переводят в концевые фосфонатные группы. В общем случае окисление выполняют путем обработки полимера акриловой кислоты окислительным агентом, предпочтительно водным раствором пероксида водорода.

[44]

Получают водные растворы полимеров акриловой кислоты с содержанием твердого вещества (полимера), составляющим в общем случае по меньшей мере 30 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 35 мас.%, особенно предпочтительно от 40 до 70 мас.%, в частности от 40 до 55 мас.%.

[45]

Получаемые водные растворы полимеров акриловой кислоты можно непосредственно использовать в качестве диспергаторов.

[46]

Полимеры акриловой кислоты можно также переводить в порошкообразную форму, подвергая сушке различными методами, например распылительной сушке, вальцовой сушке или сушке в лопастных сушилках.

[47]

Изобретение относится также к применению водных растворов полимеров акриловой кислоты, соответственно самих полимеров акриловой кислоты в качестве диспергирующих вспомогательных компонентов для неорганических пигментов и наполнителей, например, таких как СаСО3, каолин, тальк, TiO2, ZnO, ZrO2, Al2O3 и MgO.

[48]

Получаемые из них пульпы используют в качестве белых пигментов для графических бумаг и красок или в качестве дефлокуляторов для получения керамических материалов, а также в качестве наполнителей для термопластов. Полимеры акриловой кислоты можно использовать также для других целей, например в моющих средствах, средствах для мытья посуды, технических очистителях, для водоподготовки или в качестве химикатов для разработки нефтяных месторождений. Перед применением их при необходимости можно переводить в порошкообразную форму, подвергая сушке различными методами, например распылительной сушке, вальцовой сушке или сушке в лопастных сушилках.

[49]

Особенно предпочтительными дисперсиями (пульпами), для получения которых используют предлагаемые в изобретении полимеры акриловой кислоты, являются дисперсии измельченного карбоната кальция. Измельчение выполняют в водной суспензии в непрерывном или периодическом режиме. Содержание карбоната кальций в подобной суспензии как правило составляет ≥50 мас.%, предпочтительно ≥60 мас.%, особенно предпочтительно ≥70 мас.%. Обычно используют от 0,1 до 2 мас.%, предпочтительно от 0,3 до 1,5 мас.%, предлагаемой в изобретении полиакриловой кислоты соответственно в пересчете на содержащийся в суспензии карбонат кальция. 95% частиц подвергнутого измельчению карбоната кальция в подобной пульпе предпочтительно обладают размером менее 2 мкм, тогда как размер 70% частиц составляет менее 1 мкм. Получаемые при этом пульпы карбоната кальция обладают отличными реологическими свойствами и пригодностью для перекачивания насосом, в том числе после многодневного хранения, что следует из рассмотрения приведенных в таблице 2 данных.

[50]

Приведенные ниже примеры служат для более подробного пояснения изобретения.

[51]

Примеры

[52]

Все значения молекулярной массы определяют методом гель-проникащей хроматографии. Гель-проникающую хроматографию выполняют в следующих условиях: две колонки (Suprema Linear М) и одна предварительная колонка (Suprema Vorsäule) (все указанные колонки марки Suprema-Gel (НЕМА) фирмы Polymer Standard Services, Майнц, Германия) функционируют при 35°С и скорости потока 0,8 мл/мин. В качестве элюента используют буферизованный трис(гидроксиметил)аминометаном при рН 7 водный раствор, смешанный с 0,15 М хлоридом натрия и 0,01 М NaN3. Калибровку выполняют с использованием Na-полиакриловой кислоты в качестве стандарта, кривая интегрального молекулярно-массового распределения которого определена путем сопряжения с SEC-системой рассеяния лазерного излучения методом, описанным в M.J.R. Cantow и другие, J. Polym. Sci., А-1, 5(1967) 1391-1394, однако без предложенной в этой публикации поправки на концентрацию. Показатель рН всех образцов посредством раствора едкого натра концентрацией 50 мас.%, устанавливают на уровне 7. Часть раствора разбавляют деминерализованной водой до содержания твердого вещества 1,5 мг/мл и перемешивают в течение 12 ч. Затем образцы фильтруют и 100 мкл впрыскивают шприцом Sartorius Minisart RC 25 (0,2 мкм).

[53]

Пример 1

[54]

В закрытый реактор загружают 425 г деминерализованной воды. Затем в атмосфере азота реактор нагревают до внутренней температуры 98°С. При этой температуре раздельно и параллельно, при перемешивании одновременно дозируют 481 г дистиллированной акриловой кислоты, 69 г водного раствора персульфата натрия концентрацией 7 мас.%, и 82 г водного раствора гипофосфита натрия концентрацией 59 мас.%. Подаваемые потоки инициируют одновременно. Акриловую кислоту дозируют в течение 4 ч, персульфат натрия в течение 4,25 ч и гипофосфит натрия в течение 3,75 ч. По завершении дозирования акриловой кислоты линию, по которой его осуществляли, промывают 30 г деминерализованной воды, и в течение последующего часа при внутренней температуре 98°С в реактор подают 55 г водного раствора гидроксида натрия концентрацией 50 мас.%. Затем добавляют 225 г деминерализованной воды, и раствор полимера охлаждают до комнатной температуры. Определяют показатель рН, значения молекулярной массы Mn и Mw и содержание твердого вещества, а также выполняют визуальную оценку раствора.

[55]

Пример 2

[56]

В реактор загружают 363,0 г деминерализованной воды, после чего в атмосфере азота его нагревают до внутренней температуры 95°С. При этой температуре раздельно и параллельно, при перемешивании одновременно дозируют 865,6 г дистиллированной акриловой кислоты, 260,0 г водного раствора персульфата натрия концентрацией 7 мас.%, и 227,0 г водного раствора бисульфита натрия концентрацией 40 мас.%. Подаваемые потоки инициируют одновременно. Акриловую кислоту дозируют в течение 5 ч, персульфат натрия в течение 5,25 ч и бисульфит натрия в течение 5 ч. По завершении дозирования акриловой кислоты соответствующую линию промывают 9,0 г деминерализованной воды, и в течение последующих 2 ч при внутренней температуре 95°С в реактор подают 336,6 г водного раствора гидроксида натрия концентрацией 50 мас.%. Затем раствор полимера охлаждают до комнатной температуры. Определяют показатель рН, значения молекулярной массы Mn и Mw, содержание твердого вещества и остаточное содержание акриловой кислоты, а также выполняют визуальную оценку раствора.

[57]

Пример 3

[58]

В реактор загружают 230,0 г деминерализованной воды совместно с 2,57 г водного раствора фосфористой кислоты концентрацией 50 мас.%. Затем реактор в атмосфере азота нагревают до внутренней температуры 102°С. При этой температуре раздельно и параллельно, при перемешивании одновременно дозируют 480,8 г дистиллированной акриловой кислоты, 69,0 г водного раствора персульфата натрия концентрацией 7 мас.%, и 57,0 г водного раствора гипофосфита натрия концентрацией 59 мас.%. Акриловую кислоту дозируют в течение 5 ч, персульфат натрия в течение 5,25 ч и гипофосфит натрия в течение 4,75 ч. По завершении дозирования акриловой кислоты соответствующую линию промывают 30,0 г деминерализованной воды, и в течение последующих 2 ч реагенты перемешивают при внутренней температуре 95°С. Добавляют 175,0 г деминерализованной воды, при этом полимерный раствор охлаждается до комнатной температуры. Затем посредством раствора едкого натра концентрацией 50 мас.%, показатель рН полимерного раствора устанавливают на уровне 7. Определяют показатель рН, значения молекулярной массы Mn и Mw и содержание твердого вещества, а также выполняют визуальную оценку раствора.

[59]

Пример 4

[60]

Данный пример выполняют аналогично примеру 3, однако без добавления фосфористой кислоты. Кроме того, отсутствует нейтрализация полимерного раствора путем добавления раствора едкого натра. 500 г полученного подобным образом полимерного раствора загружают в реактор и в атмосфере азота нагревают до внутренней температуры 95°С. При этой температуре в течение 1 ч дозируют 89,0 г водного раствора гидроксида натрия концентрацией 50 мас.%. Через 15 мин после завершения подачи раствора едкого натра в течение 30 мин дозируют 20,0 г водного раствора пероксида водорода. По завершении подачи раствора едкого натра реагенты в течение 2 ч перемешивают при внутренней температуре 95°С. После этого полимерный раствор охлаждают до комнатной температуры. Определяют показатель рН, значения молекулярной массы Mn и Mw и содержание твердого вещества, а также выполняют визуальную оценку раствора.

[61]

Пример 5

[62]

В реактор загружают 365,0 г деминерализованной воды. Затем в атмосфере азота реактор нагревают до внутренней температуры 95°С. При этой температуре раздельно и параллельно, при перемешивании одновременно дозируют 764,0 г дистиллированной акриловой кислоты, 109,6 г водного раствора персульфата натрия концентрацией 7 мас.%, и 52,0 г водного раствора гипофосфита натрия концентрацией 59 мас.%. Подаваемые потоки инициируют одновременно. Акриловую кислоту дозируют в течение 4 ч, персульфат натрия в течение 4,25 ч и гипофосфит натрия в течение 3,75 ч. По завершении дозирования акриловой кислоты в течение 1 ч при внутренней температуре 95°С в реактор подают 527,0 г водного раствора гидроксида натрия концентрацией 50 мас.%. Затем добавляют 300 г деминерализованной воды, при этом полимерный раствор охлаждается до комнатной температуры. Определяют показатель рН, значения молекулярной массы Mn и Mw, содержание твердого вещества и остаточное содержание акриловой кислоты, а также выполняют визуальную оценку раствора.

[63]

Результаты анализа полученных в примерах полимеров акриловой кислоты приведены в таблице 1.

[64]

[65]

Испытание на пригодность для применения

[66]

Применение полимеров акриловой кислоты в качестве диспергаторов

[67]

Полученные растворы полиакриловой кислоты тестируют на их пригодность для применения в качестве диспергаторов при получении пульпы. С этой целью осуществляют соответствующее измельчение карбоната кальция (Hydrocarb OG фирмы Omya) в мельнице Dispermat. При этом смешивают соответственно 300 г карбоната кальция и 600 г керамических шариков, и полученную смесь загружают в сосуд с двойными стенками объемом 500 мл, заполненный водопроводной водой. Затем добавляют 100 г водного раствора подлежащей испытанию полиакриловой кислоты концентрацией 3 мас.%, показатель рН которой предварительно устанавливают на уровне 5,0. Измельчение выполняют с помощью мельницы типа Dispermat АЕ-С (изготовитель фирма VMA-Getzmann) с лопастной мешалкой, вращающейся с частотой 1200 об/мин. Измельчение заканчивают, как только размер частиц 70% пигмента станет меньше 1 мкм (около 70 мин, прибор для измерения размера частиц LS 13320 фирмы Beckman Coulter). После измельчения пульпу для отделения керамических шариков фильтруют через фарфоровый фильтр (780 мкм), и устанавливают содержание твердого вещества в пульпе, равное 77%. Вязкость пульпы определяют посредством вискозиметра Брукфильд DV II (со шпинделем Nr. 3) сразу, через 24 ч, через 96 ч и через 168 ч.

[68]

Результаты определения диспергирующей способности полимеров акриловой кислоты приведены в таблице 2.

[69]



Изобретение относится к низкомолекулярным фосфорсодержащим полиакриловым кислотам, водным растворам полимеров акриловой кислоты, способу их получения и их применению в качестве диспергаторов. Водный раствор полимеров акриловой кислоты со среднемассовой молекулярной массой от более 3620 до 20000 г/моль и с общим содержанием органически и при необходимости неорганически связанного фосфора предназначен в качестве диспергатора в водных дисперсиях твердого вещества, причем (a) первая часть фосфора находится в виде связанных в полимерных цепях фосфинатных групп, (b) вторая часть фосфора находится в виде фосфинатных и/или фосфонатных групп, присоединенных к концам полимерных цепей, (c) при необходимости третья часть фосфора находится в виде растворенных неорганических солей фосфора, водный раствор отличается тем, что по меньшей мере 76% общего содержания фосфора находится в виде связанных в полимерных цепях фосфинатных групп, причем отношение связанного в полимерных цепях фосфора к присоединенному к концам полимерных цепей фосфору составляет по меньшей мере 4:1. Технический результат - полученные полимеры обеспечивают отличные реологические свойства в дисперсиях, полученные пульпы пригодны для перекачивания насосом, в том числе после хранения в течение нескольких дней. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.



1. Водный раствор полимеров акриловой кислоты со среднемассовой молекулярной массой от более 3620 до 20000 г/моль и с общим содержанием органически и при необходимости неорганически связанного фосфора, предназначенный в качестве диспергатора в водных дисперсиях твердого вещества, причем
(a) первая часть фосфора находится в виде связанных в полимерной цепи фосфинатных групп,
(b) вторая часть фосфора находится в виде фосфинатных и/или фосфонатных групп, присоединенных к концам полимерных цепей,
(c) при необходимости третья часть фосфора находится в виде растворенных неорганических солей фосфора,
отличающийся тем, что по меньшей мере 76% общего содержания фосфора находится в виде связанных в полимерных цепях фосфинатных групп, причем отношение связанного в полимерных цепях фосфора к присоединенному к концам полимерных цепей фосфору составляет по меньшей мере 4:1.

2. Водный раствор по п. 1, отличающийся тем, что в виде присоединенных к концам полимерных цепей фосфинатных и/или фосфонатных групп находится максимум 15% фосфора.

3. Водный раствор по п. 1, отличающийся тем, что среднемассовая молекулярная масса полимеров акриловой кислоты составляет от более 3620 до 8000 г/моль.

4. Водный раствор по п. 1, отличающийся тем, что среднемассовая молекулярная масса полимеров акриловой кислоты составляет от более 3620 до 6500 г/моль.

5. Водный раствор по п. 1, отличающийся тем, что показатель полидисперсности Mw/Mn полимеров акриловой кислоты составляет <2,5.

6. Водный раствор по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что полимеры акриловой кислоты являются гомополимерами акриловой кислоты.

7. Водный раствор по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что полимеры акриловой кислоты являются сополимерами акриловой кислоты, содержащими до 30 мас.% в пересчете на все этиленненасыщенные мономеры, этиленненасыщенных сомономеров, выбранных из группы, включающей метакриловую кислоту, малеиновую кислоту (малеиновый ангидрид), винилсульфокислоту, аллилсульфокислоту и 2-акриламидо-2-метилпропансульфокислоту.

8. Полимеры акриловой кислоты, получаемые из водного раствора по одному из пп. 1-7.

9. Способ получения водного раствора полимеров акриловой кислоты по одному из пп. 1-7 путем полимеризации акриловой кислоты в режиме питания с использованием персульфата в качестве инициатора в присутствии гипофосфита в воде в качестве растворителя, в соответствии с которым загружают воду и при необходимости один или несколько этиленненасыщенных сомономеров и непрерывно подают акриловую кислоту в кислотной не нейтрализованной форме, при необходимости один или несколько этиленненасыщенных сомономеров, водный раствор персульфата и водный раствор гипофосфита, причем содержание сомономеров в пересчете на общее содержание мономеров не превышает 30 мас.%.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что по завершении подачи акриловой кислоты к водному раствору добавляют основание.

11. Способ по п. 9, отличающийся тем, что полимеризацию осуществляют в атмосфере инертного газа.

12. Способ по одному из пп. 9-11, отличающийся тем, что по завершении полимеризации проводят стадию окисления.

13. Применение водного раствора полимеров акриловой кислоты по одному из пп. 1-7 и полимеров акриловой кислоты по п. 8 в качестве диспергатора в водных дисперсиях СаСО3, каолина, талька, TiO2, ZnO, ZrO2, Al2O3 или MgO.