Un método de preparación de una dispersión acuosa de un polímero catiónico activable por iones que comprende las etapas de:

A. preparar una solución de disolvente mixta de agua y acetona;

B. calentar la solución de disolvente;

C. mezclar con dicha solución de disolvente

1) uno o más monómeros catiónicos con funcionalidad vinilo.

2) uno o más monómeros de vinilo hidrófobos que tienen cadenas laterales de alquilo de 1 a 4 átomos de carbono,

3) opcionalmente de aproximadamente el 0% al 30% en moles de uno o más monómeros de vinilo distintos con grupos alquilo lineales o ramificados de más de 4 carbonos, alquil hidroxi, polioxialquileno, u otro grupo funcional, y

4) un iniciador de radicales libres, para formar una mezcla de reacción;

D. calentar la mezcla de reacción durante una cantidad de tiempo suficiente para polimerizar los monómeros y proporcionar el polímero catiónico activable por iones;

E. después de la polimerización, añadir agua a dicha mezcla de reacción proporcionando una dispersión acuosa de dicho polímero catiónico activable por iones;

F. después de añadir el agua, retirar sustancialmente todo el disolvente orgánico de dicha mezcla de reacción, y

G. preparar la solución de disolvente mixta de la etapa A usando la acetona retirada después de la polimerización de la etapa F y, posteriormente, repetir las etapas B a G

Proceso para preparar una dispersión acuosa de una sal de amonio cuaternario que contiene un copolímero de vinilo.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a polímeros catiónicos sensibles a o activables por iones, dispersables en agua o solubles en agua y, más particularmente, a un método de preparación de dichos polímeros catiónicos.

Se ha propuesto que los polímeros catiónicos activables por iones se usen como un aglutinante para tejidos fibrosos en la fabricación de productos desechables tales como pañales, toallitas húmedas, prendas para incontinencia y productos para la higiene femenina. Se ha descubierto que dichos polímeros catiónicos activables por iones tienen una resistencia adecuada durante el uso para unir juntas diferentes capas fibrosas de productos desechables, aunque se disolverán o disgregarán fácilmente en agua proporcionando la capacidad de deshacerse del producto descargándolo por el inodoro, si se desea. El polímero tiene una "propiedad de activación" que significa que el polímero es insoluble en soluciones salinas monovalentes y/o divalentes a concentraciones por encima de aproximadamente el 0,3% en peso, aunque es soluble cuando la solución se diluye con agua, tal como cuando el producto se arroja al agua contenida en un inodoro. Esto permite que el tejido fibroso se desmenuce y disperse, permitiendo que el producto pueda arrojarse al inodoro.

Los polímeros sensibles a iones compuestos por ácido acrílico y acrilatos de alquilo o arilo se describen en la Patente de Estados Unidos 5.312.883, la Patente de Estados Unidos 5.317.063 y la Patente de Estados Unidos 5.384.189. Los polímeros activables por iones descritos en estas patentes son terpolímeros basados en ácido acrílico, que comprenden ácido acrílico parcialmente neutralizado, acrilato de butilo y acrilato de 2-etilhexilo. Los terpolímeros descritos, sin embargo, están limitados en su aplicación como material aglutinante descargable por el inodoro a las áreas geográficas que tienen agua blanda en lugar de agua dura, porque estos terpolímeros fallan a la hora de dispersarse adecuadamente en agua que contiene más de aproximadamente 15 partes por millón de iones Ca²⁺ y/o Mg²⁺.

En la Patente de Estados Unidos 6.423.804 se describe una modificación de los terpolímeros de ácido acrílico de las patentes '883, '063 y '189 a las que se ha hecho referencia anteriormente. Más específicamente, la patente '804 describe un terpolímero de ácido acrílico modificado con anión sulfonato que tiene una dispersabilidad mejorada en agua relativamente dura, comparado con los terpolímeros no modificados de las patentes a las que se ha hecho referencia anteriormente. El terpolímero modificado con sulfonato de la patente '804 se prepara a partir de cuatro monómeros, en concreto, ácido acrílico, un monómero que contiene sulfonato tal como ácido 2-acrilamido-2-metil-1-propanosulfónico (AMPS), o la sal sódica del mismo (NaAMPS), acrilato de butilo y acrilato de 2-etilhexilo. Estos cuatro monómeros se disuelven en una mezcla de acetona/agua. La solución de monómero se desoxigena, y la solución de monómero junto con un iniciador disuelto en acetona se añaden después juntos y se polimerizan. La destilación retira el exceso de acetona y después se añade agua desionizada para reducir la viscosidad de la solución de polímero.

Aunque se conocen numerosas técnicas de polimerización en solución, sigue habiendo una necesidad de proporcionar un método para preparar polímeros catiónicos activables por iones porque los polímeros sensibles a iones basados en ácido acrílico aniónico y los terpolímeros de ácido acrílico modificados con anión sulfonato de las patentes a las que se ha hecho referencia anteriormente, cuando se usan como aglutinantes para productos de higiene personal, tales como toallitas húmedas, típicamente tienen una humectabilidad de lámina inicial reducida, una dureza de lámina seca aumentada, una adherencia de lámina aumentada, una capacidad de pulverización del aglutinante reducida y un coste de producto relativamente alto. Preferiblemente, el proceso debería dar como resultado deseablemente un alto rendimiento del polímero, ser relativamente económico, y poder aumentarlo de escala hasta una base comercial. Además, el proceso debe proporcionar un polímero catiónico que tenga un peso molecular relativamente alto porque el peso molecular alto proporciona la resistencia necesaria para usarlo como tejido fibroso aglutinante. Finalmente, el proceso debería ser respetuoso con el medio ambiente, es decir, preferiblemente no debería usar ningún contaminante peligroso para el aire (HAP) y/o cualquier compuesto orgánico volátil (VOC) que pueda contribuir a la contaminación del aire.

Sumario de la invención

Un método de preparación de un polímero catiónico activable por iones comprende copolimerizar en solución uno o más monómeros catiónicos con funcionalidad vinilo, uno o más monómeros de vinilo insolubles en agua o hidrófobos con cadenas laterales de alquilo con una longitud de hasta 4 carbonos y, opcionalmente, una cantidad minoritaria de uno o más monómeros de vinilo con grupos alquilo lineales o ramificados de más de 4 carbonos, alquil hidroxi, polioxialquileno, u otros grupos funcionales. La polimerización en solución se lleva a cabo por polimerización con radicales libres en una mezcla de un disolvente orgánico y agua. Una vez completada la copolimerización, el disolvente orgánico se retira mediante un proceso continuo o discontinuo, aunque preferiblemente mediante un sistema de evaporador de platos continuo y se sustituye por agua, dando una dispersión acuosa del polímero catiónico activable por iones.

El disolvente orgánico preferido es uno que tiene un punto de ebullición por debajo de 100ºC a presión atmosférica. Los ejemplos de disolventes como estos son acetona, metiletilcetona, tetrahidrofurano, acetato de metilo, acetonitrilo, metanol, etanol, isopropanol, 1-propanol, t-butanol y mezclas de los mismos. Se prefiere el uso de disolventes miscibles en agua, particularmente acetona. Además, hasta aproximadamente el 50% en peso, preferiblemente hasta aproximadamente el 35% en peso y más preferiblemente hasta aproximadamente el 25% en peso, basado en el peso total del disolvente puede ser agua.

Más específicamente, las etapas del proceso incluyen preparar una solución de disolvente mixta de agua y disolvente (preferiblemente acetona), y calentar la solución de disolvente. Preferiblemente, la solución de disolvente se calienta a reflujo. Posteriormente, las etapas del proceso incluyen mezclar con la solución de disolvente uno o más monómeros catiónicos con funcionalidad vinilo, uno o más monómeros de vinilo hidrófobos que tienen cadenas laterales de alquilo de 1-4 átomos de carbono, opcionalmente aproximadamente del 0% al 30% en moles de uno o más monómeros de vinilo distintos con grupos alquilo lineales o ramificados de más de 4 carbonos, alquil hidroxi, polioxialquileno, u otro grupo funcional, y un iniciador de radicales libres para formar una mezcla de reacción. La mezcla de reacción se calienta durante una cantidad de tiempo suficiente y a una temperatura suficiente para polimerizar los monómeros y producir el polímero catiónico activable por iones. Después de la polimerización, el disolvente (preferiblemente acetona) se retira y se añade agua, proporcionando una dispersión acuosa del polímero catiónico activable por iones, sustancialmente libre de todo el disolvente. Las etapas de retirada del disolvente y de adición de agua pueden realizarse en cualquier secuencia, incluyendo simultáneamente. El disolvente orgánico puede retirarse por un proceso continuo o discontinuo, aunque el método preferido es mediante una tecnología de evaporador continuo tal como un sistema de evaporador de película descendente, de película ascendente o de platos. El monómero catiónico con funcionalidad vinilo preferido es una sal de amonio cuaternario que contiene un monómero de vinilo tal como cloruro de [2-(acriloxi)etil] trimetil amonio, y el monómero de vinilo hidrófobo preferido es acrilato de metilo.

El proceso preferiblemente incluye reciclar el disolvente orgánico tal como acetona para reutilizarlo como ingrediente del disolvente inicial y en la solución mixta de agua y disolvente. Reciclar el disolvente tal como acetona tiene la ventaja de hacer al presente proceso comercialmente económico y factible. Además, un disolvente tal como acetona no se cataloga como un compuesto orgánico volátil (VOC) y/o como un contaminante peligroso para el aire (HAP), lo que también es ventajoso para los propósitos...

1. Un método de preparación de una dispersión acuosa de un polímero catiónico activable por iones que comprende las etapas de:

2. El método de la reivindicación 1 que incluye, además, la etapa de retirar el oxígeno de dicha solución de disolvente antes de formar dicha mezcla de reacción.

3. El método de la reivindicación 1 en el que la solución de disolvente está compuesta por aproximadamente el 50% a aproximadamente el 90% en peso de disolvente orgánico y de aproximadamente el 10% a aproximadamente el 50% en peso de agua o el 75% en peso de disolvente orgánico y el 25% en peso de agua.

4. El método de la reivindicación 1 en el que la etapa de calentar la solución de disolvente comprende calentar la solución de disolvente a reflujo antes de añadir el monómero catiónico con funcionalidad vinilo, el monómero hidrófobo de vinilo y el iniciador de radicales libres a la misma, para formar dicha mezcla de reacción.

5. El método de la reivindicación 1 en el que dicho uno o más monómeros catiónicos con funcionalidad vinilo se añade como una solución acuosa a dicha solución de disolvente.

6. El método de la reivindicación 1 en el que el monómero catiónico con funcionalidad vinilo se selecciona entre:

cloruro de [2-(acriloxi)etil] dimetil amonio, cloruro de [2-(metacriloxi)etil] dimetil amonio, cloruro de [2-(acriloxi)etil] trimetil amonio, cloruro de [2-(metacriloxi)etil] trimetil amonio, cloruro de (3-acrilamido-propil) trimetil amonio, cloruro de N,N-dialildimetil amonio, cloruro de [2-(acriloxi)etil] dimetilbencil amonio, cloruro de [2-(metacriloxi)etil] dimetilbencil amonio, bromuro de [2-(acriloxi)etil] dimetil amonio, yoduro de [2-(acriloxi)etil] dimetil amonio, metil sulfato de [2-(acriloxi)etil] dimetil amonio, bromuro de 2-(metacriloxi)etil) dimetil amonio, yoduro de [2-(metacriloxi)etil) dimetil amonio, metil sulfato de [2-(metacriloxi)etil) dimetil amonio, bromuro de [2-(acriloxi)etil] trimetil amonio, yoduro de [2-(acriloxi)etil] trimetil amonio, metil sulfato de [2-(acriloxi)etil] trimetil amonio, bromuro de [2-(metacriloxi)etil] trimetil amonio, yoduro de [2-(metacriloxi)etil] trimetil amonio, metil sulfato de [2-(metacriloxi)etil] trimetil amonio, bromuro de (3-acrilamidopropil) trimetil amonio, yoduro de (3-acrilamidopropil) trimetil amonio, metil sulfato de (3-acrilamidopropil) trimetil amonio, bromuro de N,N-dialildimetil amonio, yoduro de N,N-dialildimetil amonio, metil sulfato de N,N-dialildimetil amonio, bromuro de [2-(acriloxi)etil] dimetilbencil amonio, yoduro de [2-(acriloxi)etil] dimetilbencil amonio, metil sulfato de [2-(acriloxi)etil] dimetilbencil amonio, bromuro de [2-(metacriloxi)etil] dimetilbencil amonio, yoduro de [2-(metacriloxi)etil] dimetilbencil amonio, y metil sulfato de [2-(metacriloxi) etil] dimetilbencil amonio.

7. El método de la reivindicación 1 en el que el monómero catiónico con funcionalidad vinilo se selecciona entre monómeros precursores seleccionados entre vinilpiridina, dimetilaminoacrilato de etilo y dimetilaminoetil metacrilato seguido de la cuaternización del polímero.

8. El método de la reivindicación 1 en el que el monómero de vinilo hidrófobo se selecciona entre alquil vinil éteres ramificados o lineales, vinil ésteres, acrilamidas, y acrilatos.

9. El método de la reivindicación 1 en el que el monómero de vinilo hidrófobo se selecciona entre el grupo que consiste en acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilato de propilo y acrilato de butilo.

10. El método de la reivindicación 1 en el que el iniciador de radicales libres es un iniciador de tipo azo seleccionado entre el grupo que consiste en 2,2'-azobisisobutironitrilo, 2,2'-azobis(2-metilbutironitrilo), 2,2'-azobis(2,4-dimetilvaleronitrilo), y 2,2'-azobis(N, N'-dimetilenisobutilamidina).

11. El método de la reivindicación 1 en el que el iniciador de radicales libres es un iniciador de tipo peróxido seleccionado entre el grupo que consiste en di(n-propil)peroxidicarbonato, di(sec-butil)peroxidicarbonato, di(2-etilhexil)peroxidicarbonato, t-amil peroxineodecanoato, t-butil peroxineodecanoato, t-amil peroxipivalato, y t-butil peroxipivalato.

12. El método de la reivindicación 1 que incluye, además, añadir una cantidad de disolvente orgánico de repuesto al disolvente orgánico de la etapa E cuando se prepara la solución mixta de disolvente.

13. El método de la reivindicación 1 en el que la etapa F de retirar sustancialmente todo el disolvente orgánico de dicha mezcla de reacción se lleva a cabo usando un proceso continuo.

14. El método de la reivindicación 13 en el que dicho proceso continuo comprende hacer pasar dicha mezcla de reacción a través de un evaporador de platos.