Un polímero que comprende unidades monoméricas de repetición distribuidas al azar que tienen al menos dos de las fórmulas (I),

(II), (Ill), (IV), (V), (VI), (VII), (XIII) o (XIV):

de manera opcional, dicho polímero comprende además unidades monoméricas de repetición distribuidas al azar que tienen al menos una de las fórmulas (VIII), (IX), (X), o (XII);

en las que

X- es cualquier anión;

Y es -C(=O)- o -CH2- o un enlace sencillo;

R es H, -COOH, -COOR1, -CH2NR1R4, -NR1R4, -CONR1R4, -OH, -OCOR1, -NO2, -CN, -N+(CH3)3, alquenilo, alquinilo o alcanoxilo;

R1 y R4 de manera idéntica o diferente son H o un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada que contiene hasta 22 carbonos;

R4 es H o CH3;

R3 es un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada que contiene hasta 12 carbonos, opcionalmente sustituido con hidroxilo;

R3 es H o un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada que contiene hasta 22 carbonos;

R5 es un grupo alquilo o alquenilo de cadena lineal o ramificada que contiene hasta 18 carbonos;

R6 es un resto monosacárido, oligosacárido o polisacárido, o un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada de hasta 18 carbonos, o un grupo alquilo que contiene hidroxilo o que contiene aldehído;

R9 es un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada que contiene hasta 12 carbonos;

R10 es H o un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada que contiene hasta 22 carbonos;

R11 es -R1, -OR1, -NR1R4, preferentemente -NH3;

R7 y R8 y S y Z de manera idéntica o diferente, son -R9N(R10)2, -R2N+(R3)2R4 X-, -CH2CH(OH)CH2OR4, - CH(OH)R6, -Y-R5-COOH, o -Y-R5-COR11;

y k, j, m1, m2, n1, n2, n3, n4, n5, p, q, g y h independientemente pueden tener un porcentaje molar de 0; y

la que la suma de m1, m2, n1, n2, n3, n4, n5, g y h, tiene un porcentaje molar mayor de 0,1.

Polímeros que contienen vinilamina modificada como aditivos en la fabricación de papel

Campo de la invención

Esta invención se refiere a polímeros que contienen vinilamina y procesos para prepararlos, en los que los grupos amina están sustituidos con (1) grupos funcionales catiónicos, (2) grupos funcionales aniónicos, (3) grupos funcionales hidrófobos, (4) grupos funcionales hidrófilos, (5) grupos funcionales que imparten características anfóteras a los polímeros o (6) combinaciones de los mismos.

Antecedentes de la invención

Tanto la polivinilformamida parcialmente hidrolizada como la polivinilformamida completamente hidrolizada (es decir, polivinilamina) pueden utilizarse como aditivos de resistencia en seco, aditivos de resistencia en húmedo, adyuvantes de retención, y adyuvantes de drenaje en la fabricación de papel. La polivinilamina es altamente catiónica debido a su alta densidad de funcionalidad de amina o amidina primaria. Estos polímeros poseen una alta capacidad de enlace de hidrógeno como resultado de su alta densidad de grupos aminos primarios. La Patente de Estados Unidos Nº 2.721.140 describe el uso de polivinilamina como un aditivo para fabricar papel que tiene alta resistencia en húmedo, mientras que la Patente de Estados Unidos Nº 5.961.782 describe el uso de polivinilamina para fabricar formulaciones adhesivas de crespado reticulables. La Patente de Estados Unidos Nº 4.421.602 describe un polímero soluble en agua parcialmente hidrolizado de N-vinilformamida que contiene unidades de Nvinilformamida y unidades de vinilamina. También describe el uso de polivinilamina y una polivinilformamida hidrolizada al 50% para incrementar las eficiencias de floculación, retención de particular finas, y el índice de drenaje de fibra de celulosa de los procesos de fabricación de papel, mientras que la Patente de Estados Unidos Nº

6.159.340 describe el uso de tales polímeros como aditivos de resistencia en seco y en húmedo en la producción de papel y cartón. Las Patentes de Estados Unidos Nº 6.616.807 y 6.797.785 describen el uso de polivinilaminas como adyuvantes de drenaje, floculantes, y adyuvantes de retención en la fabricación de papel.

Típicamente, las polivinilaminas se elaboran mediante solución, polimerización de radicales libres del monómero de N-vinilformamida, seguido por hidrólisis catalizada con bases o ácidos, por medio de la cual la amina primaria en la estructura principal polimérica queda desprotegida y libera ácido fórmico. La Patente de Estados Unidos Nº

4.774.285 describe que el monómero de N-vinilformamida puede copolimerizarse con un monómero de vinilo adicional, por ejemplo, acetato de vinilo y, posteriormente, hidrolizarse para producir un copolímero soluble en agua de vinilamina y alcohol vinílico, que puede utilizarse como aditivos de resistencia en seco y en húmedo para la fabricación de papel. La Patente de Estados Unidos Nº 5.630.907 describe composiciones copoliméricas que contienen tanto unidades de vinilamina como unidades de ácido acrílico, así como sus aplicaciones. La Patente de Estados Unidos Nº 6.824.650 describe el uso de un polímero de polivinilamina con un compuesto reactivo aniónico polimérico para mejorar la resistencia del papel. La Patente de Estados Unidos Nº 6.797.785 describe copolímeros que tienen unidades de vinilamina en combinación con, ya sea (cloruro) de dialildimetilamonio (DADMAC) o unidades de acrilamida por polimerización en emulsión inversa, y su uso como floculantes y coagulantes en la fabricación de papel. El documento EP 0251182 describe copolímeros que contienen unidades de vinilamina y acrilonitrilo para su uso en la fabricación de papel como adyuvantes de drenaje, adyuvantes de retención, así como aditivos de extremo húmedo para incrementar la resistencia en seco de los productos de papel. En general, estos copolímeros contienen unidades de vinilamina y unidades adicionales de vinilo unidas entre si al azar a través de enlaces de carbono-carbono de manera lineal, donde las unidades adicionales de vinilo reducen la densidad de las unidades de vinilamina en la estructura principal polimérica, lo que le proporciona una densidad de carga catiónica más baja en comparación con el homopolímero de polivinilamina.

La funcionalidad de amina de la polivinilamina puede reaccionar con una diversidad de compuestos que tienen grupos funcionales reactivos. La modificación química por post-polimerización de la polivinilamina con grupos funcionales es un enfoque alternativo para producir derivados de polivinilamina con propiedades físicas y de aplicación alteradas. La Patente de Estados Unidos Nº 5.292.441 describe el uso de polivinilaminas cuaternizadas como floculantes para depuración de aguas residuales, donde las polivinilaminas cuaternizadas se obtienen de la reacción de polivinilamina con un agente cuaternizante, tal como cloruro de metilo, sulfato de dimetilo o cloruro de bencilo. La Patente de Estados Unidos Nº 6.864.330 describe un derivado de polivinilamina con injerto de PEG y también describe que las aminas primarias del polímero injertado pueden cationizarse adicionalmente, al hacerlas reaccionar con un epóxido que contiene el grupo amonio cuaternario. Los polímeros injertados se preparan al polimerizar vinilformamida en la presencia de un PEG mediante polimerización de radicales libres y son diferentes a nivel estructural del homopolímero y los copolímeros de polivinilamina. La Patente de Estados Unidos Nº 5.994.449 describe una composición de resina que es el producto de reacción de epihalohidrina con una mezcla de un copolímero de poli (vinilamina-co-alcohol vinílico) y una poliaminoamida, así como el uso de estas composiciones como adhesivos de crespado.

Las poli (vinilaminas) modificadas por reacción con glicidil éter se conocen de la Patente de Estados Unidos Nº

5.324.787. Los polímeros solubles en agua preparados mediante la reacción de cloruro de 3-cloro-2

hidroxipropiltrimetilamonio, o el epóxido correspondiente, con un polímero que contiene unidades de monómero de amida del ácido N-vinilcarboxílico se conocen del documento JP-A-10-110010. La Patente de Estados Unidos Nº

7.090.745 describe derivados de poli (vinilamina) modificados por reacción con un sacárido que contiene una función reducible. La Solicitud de Patente de Estados Unidos Nº US 2006/254738 describe el uso de composiciones que contienen almidón reticulado catiónico en la preparación de bandas celulósicas, tales como productos de papel, composiciones de recubrimiento y pinturas. Los polímeros preparados por la reacción de compuestos de haloalquil (trialquil) amonio con polímeros que comprenden unidades de vinil amina se conocen de la Patente de Estados Unidos Nº 5.430.110. Los polímeros preparados por alquilación de derivados de polivinilamina mediante un agente de alquilación que lleva un grupo carboxilo se conocen de la Patente de Estados Unidos Nº 6.133.392.

Breve descripción de la invención

Una realización de la presente invención es un polímero que comprende unidades monoméricas de repetición opcionalmente, dicho polímero comprende además unidades monoméricas de repetición distribuidas al azar que tienen al menos una de las fórmulas (VIII) , (IX) , (X) o (XII) :

en las X-es cualquier anión, preferentemente Cl-, Br-o I-; Y es -C (=O) -o -CH2-o un enlace sencillo; R es H, -COOH, -COOR1, -CH2NR1R4., -NR1R4, -CONR1R4, -OH, -OCOR1, -OR1, -NO2, -CN, -N+ (CH3) 3, alquenilo, alquinilo o alcanoxilo; R1 y R4, de manera idéntica o diferente, son H o un alquilo de cadena lineal o ramificada que contiene hasta 22 carbonos; Ra es H o CH3; R2 es un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada que contiene hasta 12 carbonos, opcionalmente sustituido con hidroxilo, preferentemente -CH2CH (OH) CH2-o -CH2CH2-; R3 y R10 son H o un alquilo de cadena lineal o ramificada que contiene hasta 22 carbonos, preferentemente -CH3 o-CH2CH3; R5 es un grupo alquilo o alquenilo de cadena lineal o ramificada que contiene hasta 18 carbonos; R6 es un resto monosacárido, oligosacáridos o polisacárido, un grupo alquilo lineal o ramificado de hasta 18 carbonos o un grupo alquilo que contiene hidroxilo o que contiene aldehído; R9 es un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada que contiene hasta 12 carbonos, preferentemente -CH2CH2-; R11 es -R1, -OR1, -NR1R4, preferentemente -NH2; R7, R8, S, y Z, de manera idéntica o diferente son -R9N (R10) 2, -R2N+ (R3) 2 R4X-, -CH2CH (OH) CH2OR4, -Y-R5-COOH, -Y-R5-COR11 o -CH (OH) R5; k, j, m1, m2, n1, n2, n3, n4, n5, p, q, g y h, son números no negativos de 0 a 100... [Seguir leyendo]

1. Un polímero que comprende unidades monoméricas de repetición distribuidas al azar que tienen al menos dos de las fórmulas (I) , (II) , (Ill) , (IV) , (V) , (VI) , (VII) , (XIII) o (XIV) :

de manera opcional, dicho polímero comprende además unidades monoméricas de repetición distribuidas al azar que tienen al menos una de las fórmulas (VIII) , (IX) , (X) , o (XII) ;

en las que X-es cualquier anión; Y es -C (=O) -o -CH2-o un enlace sencillo; R es H, -COOH, -COOR1, -CH2NR1R4, -NR1R4, -CONR1R4, -OH, -OCOR1, -NO2, -CN, -N+ (CH3) 3, alquenilo, alquinilo o alcanoxilo; R1 y R4 de manera idéntica o diferente son H o un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada que contiene hasta 22 carbonos; R4 es H o CH3; R3 es un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada que contiene hasta 12 carbonos, opcionalmente sustituido con hidroxilo; R3 es H o un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada que contiene hasta 22 carbonos;

R5 es un grupo alquilo o alquenilo de cadena lineal o ramificada que contiene hasta 18 carbonos; R6 es un resto monosacárido, oligosacárido o polisacárido, o un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada de hasta 18 carbonos, o un grupo alquilo que contiene hidroxilo o que contiene aldehído; R9 es un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada que contiene hasta 12 carbonos; R10 es H o un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada que contiene hasta 22 carbonos;

R11 es -R1, -OR1, -NR1R4, preferentemente -NH3; R7 y R8 y S y Z de manera idéntica o diferente, son -R9N (R10) 2, -R2N+ (R3) 2R4 X-, -CH2CH (OH) CH2OR4, -CH (OH) R6, -Y-R5-COOH, o -Y-R5-COR11; y k, j, m1, m2, n1, n2, n3, n4, n5, p, q, g y h independientemente pueden tener un porcentaje molar de 0; y la que la suma de m1, m2, n1, n2, n3, n4, n5, g y h, tiene un porcentaje molar mayor de 0, 1.

2. El polímero de la reivindicación 1, en el que el polímero comprende la fórmula (XI) , y la suma de k, j, m1, m2, n1, n2, n3, n4, n5 y p tiene un porcentaje molar de 100, y la suma de m1, m2, n1, n2, n3, n4, y n5 tiene un porcentaje molar

3. El polímero de la reivindicación 1, en el que R2 es -CH2CH (OH) CH2-; R3 y R4 son -CH3; Y es -C (=O) -; R5 es CH2CH2-o -CH=CH-; m2 está en el intervalo de 0, 1 a 99, 8 de porcentaje molar; n2 está en el intervalo de 0, 1 a 99, 8 de porcentaje molar.

4. El polímero de la reivindicación 1, en el que R2 es -CH2CH (OH) CH2-; R3 y R4 son -CH3; m2 está en el intervalo de 0, 1 a 100 de porcentaje molar.

5. El polímero de la reivindicación 1, en el que Y es -C (=O) -; R5 es -CH2CH2-o -CH=CH-; n2 está en el intervalo de 0, 1 a 100 de porcentaje molar.

6. El polímero de la reivindicación 1 o 2, en el que R2 es -CH2CH (OH) CH2-; R3 y R4 son -CH3; Y es un enlace sencillo; R5 es -CH2-; R11 es -NH2, m2 está en el intervalo de 0, 1 a 99, 8 de porcentaje molar; n4 está en el intervalo de 0, 1 a 99, 8 de porcentaje molar.

7. El polímero de la reivindicación 1 o 2 en el que R2 es -CH2CH (OH) CH2-; R3 y R4 son -CH3; R2 es -CH2CH2-; R10 es -CH2CH3;m1 está en el intervalo de 0, 1 a 99, 8 de porcentaje molar; m2 está en el intervalo de 0, 1 a 99, 8 de porcentaje molar.

8. El polímero de la reivindicación 1 o 2, en el que R2 es -CH2CH (OH) CH2-; R3 y R4 son -CH3;R6 es un resto monosacárido u oligosacárido; m2 está en el intervalo de 0, 1 a 99, 8 de porcentaje molar; n3 está en el intervalo de 0, 1 a 99, 8 de porcentaje molar.

9. Un proceso para preparar el polímero de la reivindicación 1 o 2, que comprende la etapa de hacer reaccionar dicho polímero que contiene vinilamina, durante un periodo, a una temperatura de reacción con un compuesto seleccionado entre el grupo que consiste en un agente alquilante que contiene un grupo funcional catiónico y un grupo funcional que reacciona con amina; un agente alquilante o acilante que contiene un grupo funcional que reacciona con amina y que tiene o genera un resto ácido carboxílico después de la acilación o alquilacion; un alquil glicidil éter; un agente que contiene un grupo funcional aldehído, y mezclas de los mismos; en el que el polímero resultante se hace reaccionar además de manera opcional durante un periodo de tiempo a una temperatura de reacción con un compuesto seleccionado entre el grupo que consiste en un agente alquilante que contiene un grupo funcional catiónico y un grupo funcional que reacciona con amina; un agente alquilante o acilante que contiene un grupo funcional que reacciona con amina y que tiene o genera un resto ácido carboxílico después de la acilación o alquilacion; un alquil glicidil éter; un agente que contiene un grupo funcional aldehído y mezclas de los mismos; y en el que dicho polímero que contiene vinilamina tiene un peso molecular en el intervalo de aproximadamente 4.000 a aproximadamente 2.000.000 Daltons.

10. El proceso de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicho agente alquilante contiene un grupo catiónico y un grupo funcional amina seleccionado entre el grupo que consiste en cloruro de 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamonio, cloruro de 2- (dietilamino) etilo y combinaciones de los mismos.

11. El proceso de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicho agente alquilante o acilante que contiene un grupo funcional que reacciona con amina y que tiene o genera un resto ácido carboxílico después de la alquilación o acilación se selecciona entre el grupo que consiste en anhídrido succínico, anhídrido succínico sustituido con un grupo alquilo o alquenilo de cadena lineal o ramificada que contiene hasta 18 carbonos, anhídrido maleico, anhídrido glutárico, anhídrido 3-metilglutárico, anhídrido 2, 2-dimetilsuccínico, anhídridos alquil carboxílicos cíclicos, anhídridos alquenil carboxílicos cíclicos, anhídrido alquenil succínico (ASA) , ácido cloroacético, ácido bromoacético, acrilamidas de ácido alcánico sustituidas con halógeno, acrilamidas de ácido alcanoico sustituidas con halógeno y combinaciones de los mismos.

12. El proceso de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicho alquil glicidil éter se selecciona entre el grupo que consiste en butil glicidil éter, 2-etilhexil glicidil éter, hexadecil glicidil éter, glicidil éteres de C12/C14, y combinaciones de los mismos.

13. El proceso de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el agente que contiene un grupo funcional aldehído se selecciona entre el grupo que consiste en glucosa, maltosa, lactosa, maltodextrina, jarabe de maíz, almidones hidrolizados a nivel enzimático, almidones hidrolizados a nivel químico y combinaciones de los mismos.

14. Un producto de papel que comprende el polímero de la reivindicación 1 o 2.