Polímeros entrecruzados aniónicos en dispersiones poliméricas de agua en agua.

Un método para la fabricación de una dispersión polimérica de agua en agua que comprende someter una mezcla

de reacción acuosa que comprende

(i) un dispersante polimérico aniónico y

(ii) una composición monomérica que comprende

a) al menos 5% en peso de un monómero no iónico de acuerdo con la fórmula general (I)**Fórmula**

en donde

R1 significa hidrógeno o alquilo C1-C3;

y

R2 y R3 significan, independientemente uno de otro, hidrógeno, alquilo C1-C5 o hidroxialquilo C1-C5;en base al peso total de monómeros;

b) al menos 5% en peso de un monómero aniónico polimerizable por radicales;

c) de 0,0001 a 1,25% en peso de uno o más agentes de entrecruzamiento, en base al peso total de monómeros;d) de 0 a 1,25% en peso de uno o más ésteres alquílicos C4-C18 de ácido (met)acrílico hidrófobos, en base alpeso total de monómeros; y

e) opcionalmente, otros monómeros etilénicamente insaturados;

a una reacción de polimerización por radicales libres de manera que la dispersión polimérica de agua en aguaresultante contiene un copolímero aniónico entrecruzado.

Polímeros entrecruzados aniónicos en dispersiones poliméricas de agua en agua Campo de la invención La presente invención se refiere a dispersiones poliméricas de agua en agua que contienen polímeros aniónicos entrecruzados, a los métodos para su preparación y a su uso. Las dispersiones poliméricas de agua en agua son útiles entre otros como floculantes, coadyuvantes de deshidratación (drenaje) y agentes de retención en la fabricación de papel.

Técnica anterior

En la fabricación de papel, una provisión para la fabricación de papel, es decir, una suspensión acuosa de fibra celulósica que tiene un contenido de agua por lo general de más de 95% en peso se forma en una hoja de papel que tiene típicamente un contenido de agua de menos de 5% en peso. Por lo tanto, la deshidratación (drenaje) y los aspectos de retención de la fabricación de papel son importantes para la eficiencia y el coste de la fabricación. Típicamente, una provisión de partida fina celulósica se drena en una pantalla sobre un tamiz en movimiento para formar una hoja, que se seca a continuación. Es bien conocida la aplicación de polímeros solubles en agua a la suspensión celulósica con el fin de llevar a cabo la floculación de los sólidos celulósicos y mejorar el drenaje en el tamiz en movimiento. De acuerdo con un método bien conocido para la fabricación de papel, se forma una suspensión celulósica, floculada por medio de un floculante, se somete a cizalla mecánicamente, opcionalmente se vuelve a flocular por medio de un re-floculante, se drena en un tamiz para formar una hoja y después se seca.

El documento WO/2005/092954 hace referencia a procedimientos para la preparación de dispersiones poliméricas de agua en agua aniónicas que contienen al menos un polímero A soluble en agua y/o dilatable con agua, finamente distribuido y una fase acuosa continua que contiene al menos un agente dispersante polimérico, a las dispersiones poliméricas de agua en agua obtenibles de ese modo y a su uso como coadyuvantes en la fabricación de papel y/o como agentes floculantes para la sedimentación de sólidos.

El documento US 2004/0046158 describe el uso de dispersiones poliméricas de agua en agua para la protección contra incendios y la extinción de incendios.

Las propiedades de las dispersiones poliméricas de la técnica anterior no son, sin embargo, satisfactorias en todos 35 los aspectos.

Compendio de la invención Un primer aspecto de la invención se refiere a un método para la fabricación de una dispersión polimérica de agua 40 en agua que comprende someter una mezcla de reacción acuosa que comprende

(i) un dispersante polimérico aniónico y

(ii) una composición monomérica que comprende a) al menos 5% en peso, preferiblemente al menos 20% en peso de un monómero no iónico de acuerdo con la fórmula general (I)

en donde R1 representa hidrógeno o alquilo C1-C3; y

R2 y R3 representan, independientemente uno de otro, hidrógeno, alquilo C1-C5 o hidroxialquilo C1-C5; en base al peso total de monómeros;

b) al menos 5% en peso, preferiblemente al menos 20% en peso de un monómero aniónico polimerizable por radicales;

c) de 0, 0001 a 1, 25% en peso de uno o más agentes de entrecruzamiento preferiblemente etilénicamente insaturados, en base al peso total de monómeros; d) de 0 a 1, 25% en peso de uno o más ésteres alquílicos C4-C18 de ácido (met) acrílico) hidrófobos, en base al peso total de monómeros; y e) opcionalmente, otros monómeros etilénicamente insaturados;

a una reacción de polimerización de radicales libres de manera que semejante dispersión polimérica de agua en agua resultante contiene un copolímero aniónico entrecruzado. Dicho copolímero aniónico entrecruzado es preferiblemente soluble en agua o dilatable en agua.

Se ha encontrado, sorprendentemente, que las dispersiones poliméricas de agua en agua así obtenidas tienen propiedades mejoradas, particularmente en condiciones de cizallamiento, con respecto a la deshidratación de lodo, la retención de papel y la retención de cenizas.

La compolimerización in situ del monómero no iónico de acuerdo con la fórmula general (I) , el monómero aniónico polimerizable por radicales, y los uno o más agentes de entrecruzamiento preferiblemente etilénicamente insaturados en la mezcla de reacción acuosa en presencia del dispersante polimérico aniónico proporciona una dispersión polimérica de agua en agua en la que el copolímero aniónico entrecruzado resultante se intercala en el dispersante polimérico aniónico formando de ese modo un complejo de interpenetración.

Las dispersiones poliméricas de agua en agua de este tipo no se pueden obtener por polimerización de los monómeros en ausencia del dispersante polimérico aniónico y añadiendo después el dispersante polimérico aniónico, sino que requieren la presencia del dispersante polimérico aniónico durante la reacción de polimerización in situ. De lo contrario, se obtienen diferentes productos que exhiben diferentes propiedades. En particular, cuando se añade una dispersión acuosa de un dispersante polimérico aniónico a una dispersión polimérica de agua en agua que ha sido obtenido por separado por polimerización del monómero no iónico de acuerdo con la fórmula general (I) , el monómero aniónico polimerizable por radicales, y los uno o más agentes de entrecruzamiento preferiblemente etilénicamente insaturados, se obtendría un bloque de gel que no podría ser manipulado correctamente mas. Dependiendo de la concentración total de los monómeros, sería prácticamente imposible distribuir homogéneamente el dispersante polimérico aniónico en la fase acuosa de la dispersión polimérica de agua en agua con el fin de formar un complejo de interpenetración. Además, cuando se trata de introducir posteriormente el dispersante polimérico aniónico en forma de una solución acuosa, el contenido de agua del mismo diluiría la composición global.

Breve descripción de los dibujos La Figura 1 muestra el efecto de las dispersiones de polímeros de acuerdo con la invención sobre la retención en una provisión reciclada.

La Figura 2 muestra el efecto de las dispersiones de polímeros de acuerdo con la invención en la retención de cenizas en una provisión reciclada.

Descripción detallada de la invención Las dispersiones poliméricas de agua en agua son bien conocidas en la técnica. A este respecto, se puede hacer referencia, por ejemplo, a H. Xu et al., Drug Dev. Ind. Pharm., 2001, 27 (2) , págs. 171-4; KA Simon et al., Langmuir, 2007, 30; 23 (3) , 1453-8; P. Hongsprabhas, International Journal of Food Science & Technology, 2007, 42 (6) , 658668; D. Gudlauski, PaperAge, mayo/junio de 2005, págs. 36 f, documentos US-A 2004 0034145, US-A 2004 0046158, US-A 2005 0242045, y US-A 2007 0203290.

La emulsión convencional que se encuentra en la industria de tratamiento de agua, sin embargo, es una emulsión inversa de agua en aceite, es decir, el polímero se encuentra en las gotitas de agua microscópicas emulsionadas en un medio oleoso. De hecho, el agua de las gotitas no se considera libre ya que el polímero la constriñe y el producto es más como una dispersión de un gel en aceite. Una dispersión de agua en agua se basa en un principio diferente que implica una precipitación del polímero en agua, preferiblemente en una solución salina acuosa, p. ej., salmuera. El producto final obtenido es una dispersión estable de partículas de polímero microscópicas en agua. Estas dispersiones están libres de disolvente, haciendo esta gama de productos respetuosos del medio ambiente.

Para el propósito de la memoria descriptiva, el término "dispersión polimérica de agua en agua" hace referencia a un sistema acuoso que contiene un copolímero aniónico entrecruzado soluble en agua o dilatable en agua y un dispersante polimérico aniónico, donde el copolímero aniónico entrecruzado soluble en agua o dilatable en agua se ha obtenido por polimerización in situ de monómeros adecuados en presencia de dicho dispersante polimérico aniónico.

Preferiblemente, la dispersión polimérica de agua en agua de acuerdo con la invención es aniónica. En este sentido, "aniónica" significa una dispersión de polímero de agua en agua, cuya carga total es negativa.

El dispersante polimérico aniónico, así como el copolímero aniónico entrecruzado soluble en agua o dilatable en agua pueden servir como coagulante y/o floculante. La coagulación química, la alteración de las partículas en suspensión y coloidales para que se adhieran entre sí, es un tipo de proceso de tratamiento químico. La coagulación es un proceso que causa la neutralización de cargas... [Seguir leyendo]

1. Un método para la fabricación de una dispersión polimérica de agua en agua que comprende someter una mezcla de reacción acuosa que comprende

(i) un dispersante polimérico aniónico y

(ii) una composición monomérica que comprende a) al menos 5% en peso de un monómero no iónico de acuerdo con la fórmula general (I)

en donde 10 R1 significa hidrógeno o alquilo C1-C3; y R2 yR3 significan, independientemente uno de otro, hidrógeno, alquilo C1-C5 o hidroxialquilo C1-C5;

en base al peso total de monómeros; b) al menos 5% en peso de un monómero aniónico polimerizable por radicales; c) de 0, 0001 a 1, 25% en peso de uno o más agentes de entrecruzamiento, en base al peso total de monómeros;

d) de 0 a 1, 25% en peso de uno o más ésteres alquílicos C4-C18 de ácido (met) acrílico hidrófobos, en base al peso total de monómeros; y e) opcionalmente, otros monómeros etilénicamente insaturados;

a una reacción de polimerización por radicales libres de manera que la dispersión polimérica de agua en agua resultante contiene un copolímero aniónico entrecruzado. 20

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la mezcla de reacción acuosa no contiene monómeros hidrófobos.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el agente de entrecruzamiento contiene 2, 3, 4 o 5 grupos etilénicamente insaturados.

4. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el monómero no iónico de acuerdo con la fórmula general (I) se selecciona del grupo que consiste en (met) acrilamida, N-metil (met) acrilamida,

N-isopropil (met) acrilamida, N, N-dimetil (met) -acrilamida, N, N-dietil (met) acrilamida, N-metil-N-etil (met) acrilamida y Nhidroxietil (met) acrilamida.

5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el monómero aniónico polimerizable por radicales se selecciona del grupo que consiste en a) ácidos carboxílicos y anhídridos de ácidos carboxílicos olefínicamente insaturados y sales solubles en agua de los mismos; b) ácidos sulfónicos olefínicamente insaturados y sales solubles en agua de los mismos; c) ácidos fosfónicos olefínicamente insaturado y sales solubles en agua de los mismos; y d) acrilamidas sulfometiladas y/o fosfonometiladas y sales solubles en agua de los mismos.

6. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispersante polimérico aniónico es un polímero soluble en agua que tiene un peso molecular medio ponderal Mw de a lo sumo 2, 0 × 106 g/mol.

7. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispersante polimérico aniónico es un polímero aniónico derivado de al menos un monómero aniónico seleccionado del grupo que consiste en a) ácidos carboxílicos y anhídridos de ácidos carboxílicos olefínicamente insaturados y sales solubles en agua de los mismos.;

b) ácidos sulfónicos olefínicamente insaturados y sales solubles en agua de los mismos.; c) ácidos fosfónicos olefínicamente insaturado y sales solubles en agua de los mismos; y d) acrilamidas sulfometiladas y/o fosfonometiladas y sales solubles en agua de los mismos.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el al menos un monómero aniónico difiere del monómero 55 aniónico polimerizable por radicales.

9. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde antes y/o después de la polimerización por radicales, se añade una sal soluble en agua en cantidades de 0, 1 a 5, 0% en peso, en base al peso total de la mezcla de reacción acuosa.

10. Una dispersión polimérica de agua en agua que comprende

(i) un dispersante polimérico aniónico y

(ii) un copolímero aniónico entrecruzado derivado de una composición monomérica que contiene a) al menos 5% en peso de un monómero no iónico de acuerdo con la fórmula general (I)

en donde R1 significa hidrógeno o alquilo C1-C3; y R2 yR3 significan, independientemente uno de otro, hidrógeno, alquilo C1-C5 o hidroxialquilo C1-C5; en base al peso total de monómeros; 10 b) al menos 5% en peso de un monómero aniónico polimerizable por radicales; c) de 0, 0001 a 1, 25% en peso de uno o más agentes de entrecruzamiento etilénicamente insaturados, en base al peso total de monómeros; d) de 0 a 1, 25% en peso de uno o más ésteres alquílicos C4-C18 de ácido (met) acrílico) hidrófobos, en base al peso total de monómeros; y 15 e) opcionalmente, otros monómeros etilénicamente insaturados.

11. La dispersión de acuerdo con la reivindicación 10, que es obtenible mediante el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

12. La dispersión de acuerdo con la reivindicación 10 o 11, que tiene un contenido de polímero de 40 ± 20% en peso, en base al peso total de la dispersión.

13. La dispersión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, que contiene de 0, 5 a 5, 0% en peso de al menos un ácido y/o de 0, 5 a 5, 0% en peso de al menos una sal, ascendiendo el contenido total de ácido y de sal a 25 un máximo de 5, 0% en peso, en base al peso total de la dispersión.

14. La dispersión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, donde la razón en peso relativa de copolímero aniónico entrecruzado : dispersante polimérico aniónico es > 1:01.

15. El uso de la dispersión polimérica acuosa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 .

14. como floculante en la sedimentación, flotación o filtración de sólidos; -como espesante; -como un control de contaminantes; -como un coayuvante de resistencia en seco; o - como agente de retención o coadyuvante de drenaje en la fabricación de papel.