Водные дисперсии

Водные дисперсии

Реферат

 

Изобретение относится к композициям, содержащим водную дисперсию, которая может быть использована в биотехнологии для обезвоживания и очистки отходов, и состоящую из (а) первого катионного водорастворимого или водонабухаемого полимера, имеющего по крайней мере одно повторяющееся звено формулы I, где R₁ - Н или СН₃, А - О или NH, В - алкиленовая или разветвленная алкиленовая или оксиалкиленовая группа, имеющая 1-5 атомов углерода, R₂ представляет метильную, этильную или пропильную группу, R₃ - метильную, этильную или пропильную группу, R₄ - алкильную или замещенную алкильную группу, имеющую 1-10 атомов углерода, или арильную или замещенную арильную группу, имеющую 6-10 атомов углерода, X - противоион и R₂, R₃ и R₄ вместе содержат в сумме по крайней мере 4 атома углерода; (b) по крайней мере одного второго водорастворимого полимера, отличного от первого указанного полимера; (c) космотропной соли и (d) хаотропной или анионной органической соли. Изобретение включает также другие варианты композиции в виде водных дисперсий. Технический результат - создание водных дисперсий высокомолекулярных водорастворимых полимеров с низкой объемной вязкостью, высоким содержанием активных твердых частиц, минимальным количеством разбавителя, которые быстро растворяются и могут быть использованы с различными катионами. 5 с. и 2 з.п. ф-лы, 15 табл.

Изобретение относится к водным дисперсиям, содержащим водорастворимые полимеры, способам изготовления указанных дисперсий и методам использования указанных дисперсий при обработке воды, обезвоживании, очистке воды, производстве бумаги, в нефтяной отрасли, кондиционировании почвы, переработке пищевых продуктов, переработке полезных ископаемых и в биотехнологии.

В патенте США 4380600 описан способ получения водной дисперсии водорастворимых полимеров. Водная дисперсия может содержать неорганическую соль. Однако, недостатком приводимых в примерах водных дисперсий является высокая объемная вязкость.

В патенте США 4673704 и ЕР 0170394 А2 описаны продукты, содержащие частицы высокомолекулярного полимерного геля размером около 20 мкм, связанные сплошной, непрерывной фазой, которая представляет собой водный раствор эмульгатора, который поддерживает содержание воды в частицах в равновесии с содержанием воды в водной фазе, что предотвращает агломерацию частиц в жидком продукте. Хотя эти патенты называются "Водные полимерные дисперсии", описываемые в них продукты отличаются от водных дисперсий патента США 4380600 и от водных дисперсий настоящего изобретения в том, что частицы, описываемые в патентах США 4673704 и ЕР 0170394, не суспендированы в сплошной матрице водной фазы, а обычно контактируют друг с другом, переходя из одной фазы в другую. В патенте США 4778836 и ЕР 0169674 В1 описан способ диспергирования полимерного геля в водном растворе эмульгатора и рабочего полимера. В патенте США 4522968 описан способ диспергирования некоторых порошкообразных водорастворимых гомополимеров или сополимеров в водном растворе, содержащем полимер этиленоксида и/или пропиленоксида.

В патентах США 4929655 и 5006590 описаны способы получения водных дисперсий водорастворимых полимеров полимеризацией бензилсодержащих мономеров в присутствии органического высокомолекулярного многовалентного катиона и многовалентной анионной соли. Мономер, содержащий бензильную группу, может быть заменен гидрофобным мономером, содержащим алкильную группу, как в патенте ЕР 0525751. Многочисленные ссылки касаются этих и подобных полимеров, например, США 5332506; 5332507; 5330650; 5292793; 5435922; 5466338; ЕР 0 595 156 Al; EP 0 630 909 А1; ЕР 0 657 478 А2; ЕР 0 629 583 А2; EP 0 617 991 Al; EP 0 183 466 В1; EP 0 637 598 А2; ЕР 0 717 056 А2; JP 61-6396; JP 61-6397; JP 61-6398; JP 62-262799; JP 64-15130; JP 2-38131; JP 62 15251; JP 61-138607; Hei 6-329866 и JP 62-100548. Хотя приводимые в этих ссылках водные дисперсии имеют относительно низкую объемную вязкость, для придания полимеру нерастворимости в солевом растворе необходимо включать специфические мономеры, содержащие ароматические или гидрофобные алкильные группы, что нежелательно, т. к. определенные мономеры могут быть дороги и ослаблять действие полимера при определенном применении.

В научной литературе хорошо описано влияние солей на растворимость различных веществ в водном растворе. В ряду "Hofmeister" анионы расположены в соответствии с их способностью увеличивать или понижать растворимость веществ в воде. Хотя положение анионов в ряду в зависимости от вещества может меняться, наиболее распространенный ряд анионов следующий: Космотропные соли в основном понижают растворимость веществ в воде. Например, в соответствии с рядом "Hofmeister" для осаждения катионных водорастворимых полимеров, содержащих гидрофобные группы, выбирают сильные космотропные соли, содержащие сульфатные и фосфатные анионы, как это использовано в патентах США 4929655 и 5006590 так же, как и в ЕР 0 630 909 А1, ЕР 0 525 751 А1 и ЕР 0 657 478 А2. С другой стороны, хаотропные соли в основном увеличивают растворимость веществ в воде.

Существует много методов определения, является ли соль преимущественно космотропной или хаотропной. Соли, содержащие такие анионы, как сульфат, фторид, фосфат, ацетат, цитрат, тартрат и гидрофосфат, являются космотропными солями. Соли, содержащие такие анионы, как тиоцианат, перхлорат, хлорат, бромат, йодид, нитрат и бромид, являются хаотропными. Хлоридный анион, находящийся в середине ряда "Hofmeister", рассматривается или как слабо хаотропный, или как слабо космотропный в зависимости от особенностей системы. В настоящем изобретении неорганические соли, содержащие хлоридный анион, будучи иногда хаотропными, имеют тенденцию быть космотропными.

Сообщалось, что небольшие количества тиоцианата натрия, например, около 0,1% от общего веса, могут быть полезны как стабилизаторы полимерных дисперсий, например, патент ЕР 0 657 478 А2, где для осаждения полимера использовали (NH₄)₂SО₄. Сообщалось, что тиоцианат натрия и йодид натрия используются в качестве стабилизаторов гидроксиламинсодержащих водорастворимых полимерных систем, как в ЕР 0 514 649 Al. В патенте США 3234163 указано, что небольшие количества тиоцианатных солей, преимущественно от 0,1 до 1% в расчете на вес полимера, являются стабилизаторами полиакриламидных растворов.

Ряд Hofmeister был изучен в растворах высокомолекулярных водорастворимых полимеров. Действие различных солей на растворимость синтетических водорастворимых полимеров исследовалось, например, Shuji Saito, J. Polym. Sci.: Pt. A, Vol.7, pp.1789-1802 (1969). Автор изучал действие различных анионов на растворимость полимеров и утверждает, что "Эта последовательность анионов, по-видимому, не зависит от типа противоположных катионов и находится в соответствии с лиотропным рядом анионов "Hofmeister". Аналогично было найдено, что вязкость полиакриламида, определенная в 1 N растворе различных солей, увеличивается в ряду HPO₄ ^2-<H_{O<Br^{<NO -<I=BrO3 -<ClO -=SCN- (M. Leca, Polymer Bulletin, Vol.16, pp.537-543, 1986). Сообщается, что вязкость в растворах более хаотропной соли выше, чем вязкость в растворах менее хаотропной или космотропной соли. Сообщается также о том, что некоторые новые катионные полиэлектролиты, называемые также ионеновыми полимерами, нерастворимы ни в 0,4 М иодиде калия, ни в 0,4 М тиоцианате калия (D. Casson and A. Rembaum Macromoleculs, Vol.5, 1, 1972, pp.75-81). Также сообщается (W-F. Lee и C-C. Tsai, J.AppI.Polym.Sci., Vol.52, pp.1447-1458, 1994), что поли(триметилакриламидопропил аммоний иодид) не растворяется в 0,5 М Na2ClO4 или 0,5 М NaNO3.}}

Некоторые анионные органические соли, такие как гидротропные соли или поверхностно-активные вещества, также имеют тенденцию повышать растворимость веществ в воде. Однако, есть сообщения о том, что поли(аллиламмоний хлорид) осаждается в растворах, содержащих натриевую соль п-этилбензол-сульфоната, п-пропилбензолсульфоната или нафталинсульфоната. Поли(4-винилпиридин), кватернизованный с бутилхлоридом, и поли(аллиламмоний хлорид) осаждается из растворов NaI (M. Satoh, E. Yoda и J. Komiyama, Macromolecules, Vol.24, pp. 1123-27, 1991) и из растворов, содержащих натриевую соль п-этилбензолсульфоната. В патенте США 5130358 описаны композиции, содержащие углеводородные сульфонатные поверхностно-активные вещества и гидрофильные катионные полимеры. Смеси хаотропных солей или анионных органических солей и космотропных солей могут использоваться для осаждения катионных полимеров (заявка США (ссылочный номер поверенного 96052) с той же датой подачи, что и данная заявка).

Водные дисперсии водорастворимых полимеров описаны в патентах США 5403883; 5480934; 5541252; ЕР 0 573 793 A1 и WO 95/11269. Проблема остается в том, что водные дисперсии, приведенные в этих ссылках, имеют относительно высокую объемную вязкость.

В патентах США 5498678 и ЕР 0 604 109 А2 описан способ приготовления структурированных сополимерных шариков из водных растворов водорастворимых мономеров, содержащих также неорганическую соль и диспергатор. В патентах Hei 7-62254 и Hei 6-25540 описаны смеси водных дисперсий и эмульсий вода-в-масле. В патенте США 5045587 описано добавление к водной дисперсии неонного поверхностно-активного вещества и маслянистой жидкости для сохранения текучести. В патенте Sho-52-71392 описаны смеси катионных полимеров и в патентах США 4835206 и ЕР 0 262 945 В1 описаны гомогенные смеси водорастворимых полимеров. В патентах США 4588508 и 4699951 описаны бимодальные катионные полимеры для очистки воды. В патентной заявке США серийный 08/408,743 описаны эмульсионные смеси типа вода-в-масле.

Несмотря на попытки создать удовлетворительные водные дисперсии, остается проблема создания водных дисперсий высокомолекулярных водорастворимых полимеров с низкой объемной вязкостью, высоким содержанием активных твердых частиц, минимальным количеством разбавителя, которые быстро растворяются и могут быть приготовлены с различными катионами.

Указанная проблема решена в настоящем изобретении, касающемся новых водных дисперсий высокомолекулярных водорастворимых или водонабухаемых полимеров, а также способов их получения и методов использования указанных водных дисперсий. В соответствии с этим водная дисперсия полимеров содержит: (а) первый катионный водорастворимый или водонабухаемый полимер; (b) по крайней мере один второй водорастворимый полимер, отличный от первого указанного полимера; (с) космотропную соль и (d) хаотропную соль, где количества указанных в (b), (с) и (а) компонентов таковы, что при отсутствии компонента (b) получается гомогенная композиция. Другим объектом изобретения является водная дисперсия полимеров, содержащая: (а) первый катионный водорастворимый или водонабухаемый полимер; (b) по крайней мере один второй водорастворимый полимер, отличный от первого указанного полимера; (с) космотропную соль и (d) хаотропную соль, где количества указанных в (b), (с) и (d) компонентов таковы, что при отсутствии компонента (b) получается гомогенная композиция.

Другим объектом изобретения является также водная дисперсия полимеров, содержащая (а) дискретную фазу, содержащую полимер, включающий в основном первый катионный водорастворимый или водонабухаемый полимер, имеющий, по крайней мере, одно повторяющееся звено формулы (I).

где R₁ представляет Н или СН₃, А представляет O или NH, В представляет алкиленовую или разветвленную алкиленовую или оксиалкиленовую группу, имеющую от одного до пяти атомов углерода, R₂ представляет метильную, этильную или пропильную группу, R₃ представляет метильную, этильную или пропильную группу, R₄ представляет метильную, этильную или пропильную группу, Х представляет противоион и R₂, R₃ и R₄ вместе содержат в сумме по крайней мере 4 атома углерода; и (b) по крайней мере один второй водорастворимый полимер, отличный от первого указанного полимера.

Другим объектом изобретения является водная дисперсия полимеров, содержащая (а) первый катионный водорастворимый или водонабухаемый полимер, имеющий по крайней мере одно повторяющееся звено формулы (I), где R₁ представляет Н или СН₃, А представляет О или NH, В представляет алкиленовую или разветвленную алкиленовую или оксиалкиленовую группу, имеющую от одного до пяти атомов углерода, R₂ представляет метильную, этильную или пропильную группу, R₃ представляет метильную, этильную или пропильную группу, R₄ представляет алкильную или замещенную алкильную группу, имеющую от 1 до 10 атомов углерода, или арильную или замещенную арильную группу, имеющую от 6 до 10 атомов углерода, Х представляет противоион и R₂, R₃ и R₄ вместе содержат в сумме по крайней мере 4 атома углерода; и (b) по крайней мере один второй водорастворимый полимер, отличный от первого указанного полимера, при этом в отсутствие компонента (b) получается гомогенная композиция.

Другим объектом изобретения является также способ получения водной дисперсии полимеров, включающий полимеризацию винилсодержащих мономеров с образованием водной дисперсии, включающей первый катионный водорастворимый или водонабухаемый полимер, где указанную полимеризацию осуществляют в присутствии водной композиции, содержащей (а) по крайней мере один второй водорастворимый полимер, отличный от первого указанного полимера; (b) космотропную соль и (с) хаотропную соль, где количества указанных в (а), (b) и (с) компонентов таковы, что при осуществлении полимеризации в отсутствие компонента (а) получают гомогенную композицию.

Другим объектом изобретения является также способ получения водной дисперсии полимеров, включающий полимеризацию винилсодержащих мономеров с образованием водной дисперсии, включающей первый катионный водорастворимый или водонабухаемый полимер, где указанную полимеризацию осуществляют в присутствии водной композиции, содержащей (а) по крайней мере один второй водорастворимый полимер, отличный от первого указанного полимера; (b) космотропную соль и (с) анионную органическую соль, где количества указанных в (а), (b) и (с) компонентов таковы, что при осуществлении полимеризации в отсутствие компонента (а) получают гомогенную композицию.

Другим объектом изобретения является также способ получения водной дисперсии полимеров, который включает полимеризацию винил-аддитивных мономеров, содержащих по крайней мере один мономер формулы (II), с образованием водной дисперсии, содержащей первый катионный водорастворимый или водонабухаемый полимер, где R₁ представляет Н или СН₃, А представляет О или NH, В представляет алкиленовую или разветвленную алкиленовую или оксиалкиленовую группу, имеющую от одного до пяти атомов углерода, R₂ представляет метильную, этильную или пропильную группу, R₃ представляет метильную, этильную или пропильную группу, R₄ представляет метильную, этильную или пропильную группу, Х представляет противоион и R₂, R₃ и R₄ вместе содержат в сумме по крайней мере 4 атома углерода; и где указанную полимеризацию осуществляют в присутствии водной композиции, содержащей по крайней мере один второй водорастворимый полимер, отличный от первого названного полимера.

Другим объектом изобретения является также способ получения водной дисперсии полимеров, который включает полимеризацию винил-аддитивных мономеров, содержащих по крайней мере один мономер формулы (II), с образованием водной дисперсии, содержащей первый катионный водорастворимый или водонабухаемый полимер, где R₁ представляет Н или СН₃, А представляет О или NH, В представляет алкиленовую или разветвленную алкиленовую или оксилалкиленовую группу, имеющую от одного до пяти атомов углерода, R₂ представляет метильную, этильную или пропильную группу, R₃ представляет метильную, этильную или пропильную группу, R₄ представляет алкильную или замещенную алкильную группу, имеющую от 1 до 10 атомов углерода, или арильную или замещенную арильную группу, имеющую от 6 до 10 атомов углерода, Х представляет противоион и R₂, R₃ и R₄ вместе содержат в сумме по крайней мере 4 атома углерода; и где указанную полимеризацию осуществляют в присутствии водной композиции, содержащей по крайней мере один второй водорастворимый полимер в количестве, отличном от первого указанного полимера; и где указанное количество указанного второго полимера таково, что гомогенную композицию получают, если указанную полимеризацию ведут в отсутствие указанного второго полимера.

Другим объектом изобретения является также способ смешивания двух или более водных дисперсий, включающий перемешивание (а) первой водной дисперсии водорастворимого или водонабухаемого полимера с (b) второй водной дисперсией водорастворимого или водонабухаемого полимера, где указанная дисперсия (а) отличается от указанной дисперсии (b), с образованием третьей водной дисперсии.

Другим объектом изобретения является способ обезвоживания суспензии диспергированных твердых частиц, который включает (а) перемешивание водной дисперсии полимеров или их водной примеси в эффективном для обезвоживания количестве с суспензией диспергированных твердых частиц и (b) обезвоживание указанной суспензии диспергированных твердых частиц, при этом указанная водная дисперсия включает (i) первый катионный водорастворимый или водонабухаемый полимер; (ii) по крайней мере один второй водорастворимый полимер, отличный от первого указанного полимера; (iii) космотропную соль и (iv) хаотропную соль, где количества указанных в (ii), (iii) и (iv) компонентов таковы, что при отсутствии компонента (ii) получается гомогенная композиция.

Другим объектом изобретения является способ обезвоживания суспензии диспергированных твердых частиц, который включает (а) перемешивание водной дисперсии полимеров или их водной примеси в эффективном для обезвоживания количестве с суспензией диспергированных твердых частиц и (b) обезвоживание указанной суспензии диспергированных твердых частиц, при этом указанная водная дисперсия включает (i) первый катионный водорастворимый или водонабухаемый полимер; (ii) по крайней мере один второй водорастворимый полимер, отличный от первого указанного полимера; (iii) космотропную соль и (iv) анионную органическую соль, где количества указанных в (ii), (iii) и (iv) компонентов таковы, что при отсутствии компонента (ii) получается гомогенная композиция.

Другим объектом изобретения является способ обезвоживания суспензии диспергированных твердых частиц, который включает (а) перемешивание водной дисперсии полимеров или их водной примеси в эффективном для обезвоживания количестве с суспензией диспергированных твердых частиц и (b) обезвоживание указанной суспензии диспергированных твердых частиц, при этом указанная водная дисперсия содержит (i) дисперсную фазу, содержащую полимер, включающий в основном первый катионный водорастворимый или водонабухаемый полимер, имеющий по крайней мере одно повторяющееся звено формулы (I), где R₁ представляет Н или СН₃, А представляет О или NH, В представляет алкиленовую или разветвленную алкиленовую или оксиалкиленовую группу, имеющую от одного до пяти атомов углерода, R₂ представляет метильную, этильную или пропильную группу, R₃ представляет метильную, этильную или пропильную группу, R₄ представляет метильную, этильную или пропильную группу, Х представляет противоион и R₂, R₃ и R₄ вместе содержат в сумме по крайней мере 4 атома углерода; и (ii) по крайней мере один второй водорастворимый полимер, отличный от первого указанного полимера.

Другим объектом изобретения является способ обезвоживания суспензии диспергированных твердых частиц, который включает (а) перемешивание водной дисперсии полимеров или их водной примеси в эффективном для обезвоживания количестве с суспензией диспергированных твердых частиц и (b) обезвоживание указанной суспензии диспергированных твердых частиц, при этом указанная водная дисперсия содержит (i) первый катионный водорастворимый или водонабухаемый полимер, имеющий по крайней мере одно повторяющееся звено формулы (I), где R₁ представляет Н или СН, А представляет О или NH, В представляет алкиленовую или разветвленную алкиленовую или оксиалкиленовую группу, имеющую от одного до пяти атомов углерода, R₂ представляет метильную, этильную или пропильную группу, R₃ представляет метильную, этильную или пропильную группу, R₄ представляет алкильную или замещенную алкильную группу, имеющую от 1 до 10 атомов углерода, или арильную или замещенную арильную группу, имеющую от 6 до 10 атомов углерода, Х представляет противоион и R₂, R₃ и R₄ вместе содержат в сумме по крайней мере 4 атома углерода; и (ii) по крайней мере один второй водорастворимый полимер, отличный от первого указанного полимера, где при отсутствии компонента (ii) получается гомогенная композиция.

Другим объектом изобретения является способ получения по существу сухих водорастворимых или водонабухаемых винил-аддитивных полимерных частиц, включающий (а) сушку распылением водной дисперсии, содержащей винил-аддитивный полимер, в токе газа в течение от около 8 до 120 с и температуре на выходе от около 70 до 150^oС и (b) сбор полученных полимерных частиц.

Другим объектом изобретения являются также по существу сухие водорастворимые или водонабухаемые полимерные частицы, содержащие (а) первый катионный водорастворимый или водонабухаемый полимер; (b) по крайней мере один второй водорастворимый полимер, отличный от указанного первого полимера; (с) космотропную соль и (а) хаотропную соль, причем в около 90% или более указанных полимерных частиц каждая индивидуальная частица содержит как указанный компонент (а), так и указанный компонент (b), указанные частицы имеют объемную плотность от около 0,4 до около 1,0 г/см³.

Другим объектом изобретения является также способ, включающий (а) смешение композиции, содержащей преимущественно сухие водорастворимые или водонабухаемые полимерные частицы, содержащие (i) первый катионный водорастворимый или водонабухаемый полимер, (ii) по крайней мере один второй водорастворимый полимер, отличный от указанного первого полимера, (iii) космотропную соль и (iv) хаотропную соль, причем в около 90% или более указанных полимерных частиц каждая индивидуальная частица содержит как указанный компонент (i), так и указанный компонент (ii), указанные частицы имеют объемную плотность от около 0,4 до около 1,0 г/см³, с водой с образованием водной полимерной смеси, (b) перемешивание указанной водной полимерной смеси в эффективном для обезвоживания количестве с суспензией диспергированных твердых частиц и (с) обезвоживание указанной суспензии диспергированных твердых частиц.

Другим объектом изобретения является также способ, включающий (а) смешение композиции, содержащей преимущественно сухие водорастворимые или водонабухаемые полимерные частицы, содержащие (i) первый катионный водорастворимый или водонабухаемый полимер, (ii) по крайней мере один второй водорастворимый полимер, отличный от указанного первого полимера, (iii) космотропную соль и (iv) анионную органическую соль, причем в около 90% или более указанных полимерных частиц каждая индивидуальная частица содержит как указанный компонент (i), так и указанный компонент (ii), указанные частицы имеют объемную плотность от около 0,4 до около 1,0 г/см³, с водой с образованием водной полимерной смеси, (b) перемешивание указанной водной полимерной смеси в эффективном для обезвоживания количестве с суспензией диспергированных твердых частиц и (с) обезвоживание указанной суспензии диспергированных твердых частиц.

Другим объектом изобретения является также способ, включающий (а) смешение композиции, содержащей преимущественно сухие водорастворимые или водонабухаемые полимерные частицы, содержащие (i) первый катионный водорастворимый или водонабухаемый полимер, имеющий по крайней мере одно повторяющееся звено формулы (I), где R₁ представляет Н или СН₃, А представляет О или NH, В представляет алкиленовую или разветвленную алкиленовую или оксиалкиленовую группу, имеющую от одного до пяти атомов углерода, R₂ представляет метильную, этильную или пропильную группу, R₃ представляет метильную, этильную или пропильную группу, R₄ представляет алкильную или замещенную алкильную группу, имеющую от 1 до 10 атомов углерода, или арильную или замещенную арильную группу, имеющую от 6 до 10 атомов углерода, Х представляет противоион и R₂, R₃ и R₄ вместе содержит в сумме по крайней мере 4 атома углерода; и (ii) по крайней мере один второй водорастворимый полимер, отличный от первого указанного полимера, причем в около 90% или более указанных полимерных частиц каждая индивидуальная частица содержит как указанный компонент (i), так и указанный компонент (ii), указанные частицы имеют объемную плотность от около 0,4 г/см³ до около 1,0 г/см³, с водой с образованием водной полимерной смеси, (b) перемешивание указанной водной полимерной смеси в эффективном для обезвоживания количестве с суспензией диспергированных твердых частиц и (с) обезвоживание указанной суспензии диспергированных твердых частиц.

Водные дисперсии настоящего изобретения содержат первый катионный водорастворимый или водонабухаемый полимер, преимущественно винил-аддитивный полимер. Катионный заряд первого указанного катионного полимера может варьироваться в широком диапазоне за счет содержания катионных повторяющихся звеньев, которое может меняться от приблизительно 1% до приблизительно 100%, преимущественно около 5% или выше, более предпочтительно около 10% или выше, даже более предпочтительно около 20% и выше, более предпочтительно около 30% или выше, преимущественно около 100% или менее, более предпочтительно около 80% или меньше, более предпочтительно около 70% или менее по отношению ко всем молям повторяющихся звеньев в первом указанном катионном полимере. Катионные повторяющиеся звенья могут быть получены последующей реакцией полимера, но более предпочтительно их получать путем полимеризации катионных мономеров. Катионные мономеры могут включать любой катионный мономер, включая диаллилдиалкиламмоний галогенид, катионные (мет)акрилаты и катионные (мет)акриламиды, обычно используемые при получении водорастворимых полимеров, преимущественно диаллилдиметиламмоний галогенид, так же как и кислотные и четвертичные соли диалкиламиноалкил(алк)акрилата и диалкиламиноалкил(алк)акриламида. Катионные повторяющиеся звенья могут быть получены полимеризацией способных к кватернизации мономеров, таких как диалкиламиноалкил(алк)акрилат и диалкиламиноалкил(алк)акриламид с последующим подкислением или кватернизацией. Наиболее предпочтительно первый катионный полимер содержит катионные повторяющиеся звенья формулы (I), предпочтительно полученные полимеризацией соответствующих мономеров формулы (II): где R₁ представляет Н или СН₃, А представляет О или NH, В представляет алкиленовую или разветвленную алкиленовую или оксиалкиленовую группу, имеющую от одного до пяти атомов углерода, R₂ и R₃ каждый независимо представляет метильную, этильную или пропильную группу, R₄ представляет алкильную или замещенную алкильную группу, имеющую от 1 до 10 атомов углерода, или арильную или замещенную арильную группу, имеющую от 6 до 10 атомов углерода, Х представляет противоион и R₂, R₃ и R₄ вместе содержат в сумме по крайней мере 4 атома углерода, преимущественно по крайней мере 5 атомов углерода. В некоторых случаях R₄ преимущественно представляет метильную, этильную или пропильную группу. В других случаях R₄ преимущественно представляет алкильную или замещенную алкильную группу, имеющую от 1 до 10 атомов углерода. В других случаях R₄ преимущественно представляет бензил. Х преимущественно представляет хлорид, бромид, иодид, метилсульфат или этилсульфат.

Первый катионный водорастворимый или водонабухаемый полимер может представлять собой сополимер и содержать другие катионные или неионные повторяющиеся звенья. Неионные повторяющиеся звенья можно получить из водорастворимых мономеров, таких как N-винилпиридин, N-винилпирролидон, гидроксиалкил(мет)акрилаты и т. д., преимущественно (мет)акриламид, или могут быть образованы из гидрофобных мономеров, имеющих низкую растворимость в воде, до тех пор, пока включение низкорастворимых в воде, т.е. гидрофобных, повторяющихся звеньев не превратит полученный полимер в водонерастворимый или водоненабухаемый полимер. Количество повторяющихся звеньев водорастворимых неионных мономеров, содержащихся в первом катионном полимере, может составлять от 0% до приблизительно 99%, преимущественно около 10% или выше, более предпочтительно около 20% и выше, более предпочтительно около 30% или выше; преимущественно около 90% или менее, более предпочтительно около 80% или меньше, более предпочтительно около 70% или менее по отношению ко всем молям повторяющихся звеньев в указанном полимере. Гидрофобные мономеры могут представлять собой углеводородные мономеры, т.е. стирол, бутадиен, 1-алкен, винилциклогексан и т.д., другие винильные мономеры, такие как галоидный винил, другие, преимущественно алифатические или ароматические соединения со способными к полимеризации двойными связями или мономеры, имеющие среднюю растворимость в воде, такие как акрилонитрил. Гидрофобными мономерами преимущественно являются алкил(алк)акрилаты или арил(алк)акрилаты, в которых алкильные или арильные группы содержат 1-12 атомов углерода, такие как метил(мет)акрилат, этил(мет)акрилат, пропил-(мет)акрилат, бутил(мет)акрилат, гексил(мет)акрилат, этилгексил(мет)акрилат, изоалкил(мет)акрилат, циклогексил(мет)акрилат или ароматический (мет)акрилат или алкил или арил(алк)акриламиды, в которых алкильные или арильные группы содержат около 1-12 атомов углерода, такие как метил (мет) акриламид, этил(мет)акриламид, трет-бутил(мет)акриламид, диметил(мет)акриламид, гексил(мет)акриламид, этилгексил(мет)акриламид, изоалкил(мет)акриламид, циклогексил (мет)акриламид или ароматический (мет)акриламид. В первом катионном водорастворимом или водонабухаемом полимере количества гидрофобных неионных повторяющихся звеньев могут составлять от 0 до приблизительно 15%, преимущественно от около 2 до около 10% по отношению ко всем молям повторяющихся звеньев в указанном полимере. Несмотря на то, что гидрофобные повторяющиеся звенья в некоторых случаях могут ослаблять действие полимера, их включение в полимер в контролируемых количествах благотворно влияет на специфические характеристики водной дисперсии, т.е. степень растворимости, объемную вязкость, стоимость, легкость переработки, эксплуатации и т.д. Для достижения эффекта в зависимости от специфики реализации желательно, чтобы полимер не содержал гидрофобных повторяющихся звеньев или содержал их в определенном выбранном количестве.

Учитывая влияние твердых частиц на объемную вязкость, количество первого катионного водорастворимого или водонабухаемого полимера составляет преимущественно выше 5% или более, предпочтительно около 10% или выше, более предпочтительно около 20% или выше по отношению к общему весу водной дисперсии. В основном, количество твердых частиц не превосходит такого количества, которое увеличивает объемную вязкость до нежелательного уровня. Практически количество первого катионного полимера в водной дисперсии составляет около 75% или менее, преимущественно около 60% или менее, более предпочтительно около 50% или менее по отношению к общему весу. Средневесовой молекулярный вес первого катионного полимера в водной дисперсии не является критическим и зависит от конкретного применения, но в основном он выше приблизительно 1 000000, преимущественно выше приблизительно 2000000, более преимущественно выше, чем около 5000000 и наиболее преимущественно выше, чем около 10000000.

Молекулярные веса полимеров являются средневесовыми и могут быть определены известными методами, преимущественно с помощью светорассеяния.

Водные дисперсии настоящего изобретения в основном включают дискретную фазу из мелких водяных капелек, содержащих полимер, который включает преимущественно первый катионный водорастворимый или водонабухаемый полимер, которые диспергированы в непрерывной водной фазе, хотя следовые количества указанного первого полимера могут быть обнаружены и в непрерывной фазе. В основном первый катионный водорастворимый или водонабухаемый полимер составляет более 50%, предпочтительно более 70% полимера, содержащегося в мелкой водяной капельке. Количество первого катионного полимера в дискретной и непрерывной фазах можно определить с помощью известных методов анализа, например, с помощью Рамановской микроскопии. Несмотря на то, что большие водные капельки или частицы геля можно получить добавлением сухого или гелевого полимера к другим компонентам, как это делается в патентах США 4673704 или ЕР 0 170 394 А2, водные дисперсии настоящего изобретения более предпочтительны, так как желательно, чтобы первый катионный полимер находился в форме мелких капелек, которые суспендированы в непрерывной матрице водной фазы и, по существу, не контактируют друг с другом. Хотя водные дисперсии, полученные описанным здесь методом полимеризации мономеров, иногда могут иметь средний размер капельки около 30 мкм или более, в основном средний размер капельки составляет меньше 30 мкм, предпочтительно менее 20 мкм, более предпочтительно меньше 15 мкм или менее. Размер несферической капельки определяется длиной вдоль основной оси. Размер и форма капельки зависят от условий реакции, таких как скорость перемешивания, форма реактора, тип мешалки и т.д. Размер капелек определяется проведением полимеризации в присутствии одной или более нерастворимых полимерных затравок, при этом указанные полимерные затравки нерастворимы в водном растворе, содержащем неорганическую соль в той же концентрации, что и указанная водная дисперсия.

Водные дисперсии настоящего изобретения содержат второй водорастворимый полимер, преимущественно винил-аддитивный полимер, который отличен и преимущественно несовместим с первым указанным водорастворимым или водонабухаемым катионным полимером. Второй полимер считается отличным от первого полимера, если он обладает отличными от первого индивидуальными физическими характеристиками, т. е. составом, зарядом, молекулярным весом, молекулярно-весовым распределением, распределением повторяющихся звеньев вдоль полимерной цепи и т.д., определяемыми известными методами, например, спектроскопией, хроматографией и т. д. Второй полимер считается несовместимым с первым полимером, когда растворы двух полимеров в концентрациях, в которых они содержатся в водной дисперсии, не образуют гомогенную смесь при смешении или не образуют гомогенную смесь при образовании одного полимера путем полимеризации мономеров в присутствии другого полимера. В водной дисперсии настоящего изобретения второй преимущественно катионный водорастворимый полимер растворен в непрерывной водной фазе, хотя его следовые количества могут быть обнаружены в дискретной фазе. Количество второго полимера в дискретной и непрерывной фазах можно определить известными аналитическими методами, например, путем Рамановской микроскопии. Второй полимер может представлять собой любой неионный водорастворимый полимер, преимущественно полиалкиленоксид, поливиниловый спирт, поливинилпиридин, поливинилпирролидон, полигидроксиалкил(алк)акрилат и т.д., более предпочтительно поли(мет)акриламид. Наиболее предпочтительно, чтобы второй водорастворимый полимер был катионным полимером. Второй полимер может быть любым катионным полимером и его заряд может варьироваться в широком интервале путем изменения содержания катионных повторяющихся звеньев от около 1 до около 100%, преимущественно около 10% или более, более предпочтительно около 20% или более, даже более предпочтительно около 30% или более по отношению ко всем молям повторяющихся звеньев в указанном полимере. Хотя в некоторых случаях второй катионный полимер может содержать около 70% или менее или