Высокомолекулярные полимеры, содержащие боковые группы салициловой кислоты, предназначенные для осветления щелоков в способе байера

Высокомолекулярные полимеры, содержащие боковые группы салициловой кислоты, предназначенные для осветления щелоков в способе байера

Реферат

Изобретение относится к высокомолекулярным полимерам, содержащим боковые группы салициловой кислоты, и к способу использования полимеров для осветления щелоков, содержащих красный шлам, образующихся в технологическом процессе по извлечению оксида алюминия из боксита по способу Байера.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Способ Байера является почти универсально используемым для получения оксида алюминия из бокситовой руды. Данный технологический процесс включает измельчение бокситовой руды в порошок, суспендирование его в растворе каустической соды и выщелачивание его при повышенных температурах и давлениях. Раствор каустической соды растворяет оксиды алюминия с образованием водного раствора алюмината натрия. Нерастворимые в каустике ингредиенты бокситовой руды (называемые “красным шламом”) после этого отделяют от водной фазы, содержащей растворенный алюминат натрия. Данное разделение обычно протекает в результате осаждения, которому зачастую способствует наличие флоккулянта, и фильтрования. После разделения из водного раствора гидроксида натрия высаживают тригидрат оксида алюминия, который собирают в качестве продукта.

Говоря более подробно, измельченную в порошок бокситовую руду направляют в шламомешалку, где получают суспензию в каустике. Раствор каустической соды, образующий суспензию, обычно представляет собой отработанный щелок (описываемый далее) и дополнительное количество каустической соды. Суспензию бокситовой руды разбавляют и пропускают через выщелачиватель либо последовательность выщелачивателей, где при высоких давлении и температуре приблизительно 98% от полного количества доступного оксида алюминия высвобождают из руды в виде растворимого в каустике алюмината натрия. После выщелачивания суспензию перепускают через несколько расширительных резервуаров, где давление подвергнутой выщелачиванию суспензии уменьшают от нескольких атмосфер до одной атмосферы, а температуру суспензии уменьшают от приблизительно 200°С до приблизительно 105°С.

Алюминатсодержащая суспензия, покидающая операцию по расширению, содержит приблизительно от 1 до 20 массовых процентов твердой фазы, где данная твердая фаза состоит из нерастворимого остатка, который остается после выщелачивания либо во время него выпадает в осадок. Более крупные частицы можно удалить из алюминатсодержащего щелока при использовании “пескоуловительных” циклонов. Более мелкие частицы твердой фазы в общем случае отделяют от щелока в результате сначала гравитационного осаждения при содействии флоккулянта, а после этого фильтрования, при необходимости. В некоторых случаях суспензию алюминатсодержащего щелока, покидающую расширительные резервуары, разбавляют, используя поток отправляемого на рецикл верхнего слива щелока из промывочного аппарата. Любая суспензия по способу Байера, отбираемая из выщелачивателя, включая стадии последующего разбавления суспензии, в том числе из расширительных резервуаров, но перед первичным отстойником, здесь и далее в настоящем документе называется потоком питания для первичного отстойника.

Обычно поток питания для первичного отстойника после этого подают в первичный отстойник (либо декантатор), где его подвергают обработке флоккулянтом. По мере того, как шлам будет отстаиваться, осветленный раствор алюмината натрия (называемый “зеленым” раствором либо “раствором на декомпозицию”) будет переливаться в переливное устройство в верхней части емкости, где его собирают. Данный верхний слив из резервуара первичного отстойника после этого перепускают на последующие стадии технологического процесса.

Осветление верхнего слива из первичного отстойника является критическим фактором для эффективной переработки тригидрата оксида алюминия. Если алюминатсодержащий щелок, переливающийся через край отстойника, будет содержать неприемлемую концентрацию суспендированных твердых частиц (иногда от приблизительно 10 до приблизительно 500 мг суспендированных твердых частиц на один литр), то его необходимо будет дополнительно осветлять при использовании фильтрования с получением фильтрата, содержащего не более 10 мг суспендированных твердых частиц на один литр щелока. Обработку щелока, собранного после первичного отстаивания, направленную на удаление любых остаточных количеств суспендированных твердых частиц перед выделением тригидрата оксида алюминия, называют стадией вторичного осветления.

Осветленный щелок, содержащий алюминат натрия, охлаждают и затравляют зародышеобразователем в виде кристаллов тригидрата оксида алюминия для стимулирования осаждения оксида алюминия в форме тригидрата оксида алюминия Al(OH)₃. Частицы либо кристаллы тригидрата оксида алюминия после этого сортируют по размерам частиц и отделяют от концентрированного щелока, содержащего каустик. Флоккулянт используют для содействия протеканию данного технологического процесса разделения по крупности и сепарации. Очень мелкие частицы тригидрата оксида алюминия возвращают в качестве кристаллов зародышеобразователя, а более крупные частицы собирают в качестве продукта. Остающуюся жидкую фазу, называемую “отработанным щелоком”, после этого возвращают на образование и выщелачивание первоначальной суспензии бокситов и используют в качестве выщелачивателя после восполнения состава с использованием каустика.

Отстоявшиеся твердые частицы из первичного отстойника отбирают из нижней части отстойника либо декантатора (и называют “нижним сливом”), а после этого перепускают через противоточный промывочный контур для извлечения алюмината натрия и соды. Щелок верхнего слива из первой промывочной емкости (либо “концентратора”) или отправляют на рецикл в качестве потока питания для первичного отстойника, разбавляя суспензию тогда, когда она покидает расширительные резервуары, и/или его можно перепускать на фильтрование вместе с верхним сливом из первичного отстойника.

Частичное отделение твердых частиц красного шлама от раствора на декомпозицию, в первичном отстойнике (либо декантаторе) ускоряют благодаря использованию флоккулянта. Данное первоначальное осветление раствора на декомпозицию называют стадией первичного отстойника. Флоккулирующие добавки, такие как жидкие эмульсионные полимеры, сухие полимеры и полисахариды, в том числе крахмал, обычно используют для улучшения отделения нерастворимых твердых частиц красного шлама в результате увеличения скорости, с которой происходит осаждение данных твердых частиц, уменьшения количества остаточной твердой фазы, суспендированной в щелоке, и уменьшения количества щелока в фазе отстоявшихся твердых частиц либо нижнем сливе. Характеристики по флоккулированию имеют критическое значение на стадиях первичного отстаивания. Твердые частицы красного шлама, образованные, главным образом, из оксидов железа (обычно, по меньшей мере, приблизительно 50 массовых процентов твердых частиц красного шлама) совместно с диоксидами кремния, титанатами кальция, фосфатом кальция, гидроксидом алюминия, алюмосиликатами натрия и другими минералами, обычно составляют от приблизительно 5 до приблизительно 50 массовых процентов материалов бокситовой руды. В общем случае данные красные шламы образованы из очень мелких частиц, которые затрудняют желательное быстрое и чистое отделение частиц красного шлама от щелока, содержащего солюбилизированный оксид алюминия. Улучшение степени разделения приводит к улучшению общей эффективности технологического процесса и увеличивает выход продукции при производстве оксида алюминия. Улучшение осветления щелоков технологического процесса уменьшает потребность в фильтровании и дополнительном очищении, а также может увеличить выработку оксида алюминия. Если полного отделения частиц красного шлама не произойдет, то тогда получающийся в результате щелок, содержащий солюбилизированный алюминат, потребует проведения более интенсивной обработки с целью удаления остаточной твердой фазы, и/или извлеченный тригидрат оксида алюминия будет характеризоваться уровнями содержания примесей, которые нежелательно высоки для многих вариантов конечного использования оксида алюминия.

В патенте США № 5693320 описываются относительно низкомолекулярные полимеры, содержащие боковые группы О-ацетилсалициловой кислоты, предназначенные для использования в биомедицинских устройствах. В работе Intern. J. Polymeric Mater., 1992, 18, 165-177 описывается полимер акриламида/4-акриламидосалициловой кислоты в растворе.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение представляет собой высокомолекулярный растворимый в воде полимер, содержащий боковые группы салициловой кислоты и характеризующийся среднемассовой молекулярной массой, по меньшей мере, равной приблизительно 3000000 дальтон.

Полимеры данного изобретения эффективно флоккулируют суспендированные твердые частицы в щелоках способа Байера. В частности, использование данных полимеров в содержащих каустик и алюминат потоках способа Байера приводит к уменьшению количества суспендированных твердых частиц красного шлама и значительному уменьшению потребности в фильтровании раствора на декомпозицию. Меньший уровень содержания твердой фазы в щелоке верхнего слива также позволяет уменьшить и количество примесей, таких как оксид железа и другие минералы, таким образом, обеспечивая улучшение степени чистоты оксида алюминия, полученного во время осаждения.

Полимеры данного изобретения также обеспечивают эффективное осветление потоков способа Байера в результате отделения тригидрата оксида алюминия. В ходе проведения непрерывного либо периодического осаждения тригидрата оксида алюминия крупные частицы отделяют от мелких кристаллов, главным образом, в результате гравитационного осаждения. Суспензию мелких частиц отправляют в последовательность вторичных и третичных аппаратов для осветления с целью концентрирования частиц в соответствии с размером. Флоккулирование и осаждение очень мелких частиц значительно улучшают в результате добавления полимеров данного изобретения, что в результате приводит к уменьшению содержания твердых частиц тригидрата алюминия в отработанном щелоке по сравнению с содержанием в обычно используемых технологических процессах, в том числе при использовании полисахаридов, таких как крахмал и декстран, и/или комбинаций с полимерами акриловой кислоты и ее солей.

Полимеры по данному изобретению демонстрируют превосходное сродство к частицам тригидрата оксида алюминия, флоккулируя такие частицы и увеличивая скорость, с которой данные частицы оседают. Очень мелкие частицы тригидрата оксида алюминия после этого можно возвратить на стадию первичной кристаллизации в качестве кристаллов зародышеобразователя. Использование полимеров данного изобретения приводит к уменьшению количества суспендированных мелких частиц тригидрата оксида алюминия в верхнем сливе из третичных сортировочных установок, тем самым улучшая извлечение оксида алюминия и обеспечивая меньшую степень рециркулирования оксида алюминия вместе с отработанным щелоком на стадию выщелачивания.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Определение терминов

“Ацил” означает группу, описываемую формулой -С(О)R, где R представляет собой алкил либо арил. Предпочтительным ацилом является ацетил (R = CH₃).

“AIBN” означает 2,2'-азобис(2-метилпропионитрил), доступный от компании E. I. DuPont de Nemours and Co., Уилмингтон, Делавэр под торговым наименованием Vazo® 64.

“AIVN” означает 2,2'-азобис(2,4-диметилвалеронитрил), доступный от компании E. I. DuPont de Nemours and Co., Уилмингтон, Делавэр под торговым наименованием Vazo® 52.

“Алкил” означает одновалентную группу, получаемую из прямо- либо разветвленно-цепного насыщенного С₁-С₄ углеводорода в результате удаления одного атома водорода. Характерные алкильные группы включают метил, этил, н- и изопропил, н-, втор-, изо- и трет-бутил и тому подобное. Предпочтительным алкилом является метил.

“Алкил(мет)акрилат” означает алкиловый эфир акриловой кислоты либо метакриловой кислоты.

“Анионный мономер” означает мономер, определяемый в настоящем документе как имеющий результирующий отрицательный заряд выше определенного значения рН. Характерные анионные мономеры включают основно-аддитивные соли акриловой кислоты, метакриловой кислоты, итаконовой кислоты, 2-акриламидо-2-метилпропансульфонат, сульфопропилакрилат либо -метакрилат или же другие растворимые в воде формы данных либо других полимеризуемых карбоновых или сульфоновых кислот, сульфометилированный акриламид, аллилсульфонат, винилсульфонат натрия и тому подобное.

“Арил” означает ароматическую моноциклическую либо полициклическую кольцевую систему, содержащую от приблизительно 6 до приблизительно 14 атомов углерода. Характерные арильные группы включают фенил, нафтил и антраценил. Предпочтительным арилом является фенил.

“Основно-аддитивная соль” означает соль, получающуюся в результате проведения реакции между группой карбоновой кислоты (-СО₂Н) и подходящим основанием, таким как гидроксид, карбонат либо бикарбонат катиона металла или катиона тетраалкиламмония, либо аммиак, либо органический первичный, вторичный или третичный амин с основностью, достаточной для образования соли с группой карбоновой кислоты. Характерные соли щелочных либо щелочноземельных металлов включают соли натрия, лития, калия, кальция, магния и тому подобного. Характерные органические амины, подходящие для получения основно-аддитивных солей, включают этиламин, диэтиламин, этилендиамин, этаноламин, диэтаноламин, пиперазин и тому подобное. Предпочтительные основно-аддитивные соли включают соли натрия и аммония.

“Катионный мономер” означает мономер, определяемый в настоящем документе как имеющий результирующий положительный заряд. Характерные катионные мономеры включают четвертичные либо кислые соли диалкиламиноалкилакрилатов и -метакрилатов, четвертичные либо кислые соли диалкиламиноалкилакриламидов и -метакриламидов, N,N-диаллилдиалкиламмонийгалогениды, продукты Манниха и тому подобное. Алкильными группами в общем случае является С_1-4 алкил. Характерные катионные мономеры включают четвертичную соль N,N-диметиламиноэтилакрилатметилхлорид (DMAEA.MCQ), диаллилдиметиламмонийхлорид (DADMAC) и тому подобное.

“ЭДТК” означает этилендиаминтетрауксусную кислоту и ее основно-аддитивные соли, доступные от компании Aldrich Chemical Company, Милуоки, Висконсин.

“Высокомолекулярный полимер” означает растворимый в воде полимер, характеризующийся среднемассовой молекулярной массой (Mw), превышающей приблизительно 2000000 дальтон. Полимеры предпочтительно характеризуются молекулярной массой, превышающей приблизительно 3000000 дальтон, и величиной RSV (приведенная относительная вязкость), превышающей приблизительно 14 дл/г, более предпочтительно превышающей приблизительно 20 дл/г при проведении измерения при 400 ч./млн. (в расчете на мономерные звенья неионизованной кислоты) в 2М NaNO₃ в соответствии с описанием в настоящем документе.

“IV” означает характеристическую вязкость, которая представляет собой RSV в пределе бесконечного разбавления полимера (то есть, при концентрации полимера, стремящейся к нулю). IV получают в результате экстраполирования графика зависимости RSV от концентрации полимера в диапазоне 0,015-0,045 массового процента полимера до пересечения с осью у.

“(Мет)акриловая кислота” означает акриловую кислоту либо метакриловую кислоту и их основно-аддитивные соли.

“Мономер” означает полимеризуемое аллильное, винильное либо акриловое соединение. Мономер может быть анионным, катионным, неионным либо цвиттер-ионным. Винильные мономеры предпочтительны, акриловые мономеры более предпочтительны.

“Неионный мономер” означает мономер, определяемый в настоящем документе как электрически нейтральный. Характерные неионные мономеры включают акриламид, метакриламид, алкиловые эфиры акриловой и метакриловой кислоты, такие как метилакрилат, акрилонитрил, метакрилонитрил, N-метил(мет)акриламид, N,N-диметил(мет)акриламид, N-изопропил(мет)акриламид, N-(2-гидроксипропил)(мет)акриламид, N-метилолакриламид, N-винилформамид, N-винилацетамид, N-винил-N-метилацетамид, поли(этиленгликоль)(мет)акрилат, моно(мет)акрилат поли(этиленгликоль)монометилового простого эфира, N-винил-2-пирролидон, глицеринмоно((мет)акрилат), 2-гидроксиэтил(мет)акрилат, винилметилсульфон, винилацетат и тому подобное. Предпочтительные неионные мономеры включают метилакрилат, акриламид и метакриламид.

“Приведенная относительная вязкость” (RSV) представляет собой показатель длины полимерной цепи и средней молекулярной массы. RSV измеряют при данных концентрации полимера и температуре и рассчитывают следующим образом:

где η = вязкость раствора полимера;

η ₀ = вязкость растворителя при той же самой температуре; и

с = концентрация полимера в растворе.

Единицы измерения для концентрации “с” представляют собой (граммы/100 мл либо г/децилитр). Поэтому единицы измерения RSV представляют собой дл/г. RSV измеряют при 30°С. Вязкости η и η ₀ измеряют при использовании вискозиметра Кэннона-Уббелоде с полумикроразбавлением, размер 75. Вискозиметр устанавливают в безупречно вертикальном положении в бане при постоянной температуре, выдерживаемой на уровне 30±0,02°С. Погрешность метода вычисления RSV составляет примерно + либо - 2 дл/г. Подобные величины RSV, измеренные для двух линейных полимеров с идентичным либо очень близким составом, представляют собой один из показателей того, что полимеры характеризуются сходными молекулярными массами, при том условии, что образцы полимеров подвергали идентичной обработке, и что RSV измеряли в идентичных условиях.

В случае описываемых в настоящем документе полимеров, получаемых в обращенной эмульсии, обращение фаз проводят в растворе гидроксида натрия с концентрацией 1% при концентрации эмульсии, равной 1% (мас.) (при расчете на количество эмульсии).

В случае описываемых в настоящем документе полимеров, получаемых в эмульсии с непрерывной водной фазой, полимер подвергают гидролизу в растворе гидроксида натрия с концентрацией 1% при концентрации эмульсии 1% (мас.).

“Мономер, содержащий салициловую кислоту”, означает мономерное звено, содержащее боковую группу (группы) салициловой кислоты в соответствии с описанием в настоящем документе. Характерные мономеры, содержащие салициловую кислоту, включают 3-акриламидосалициловую кислоту и ее основно-аддитивные соли, 3-метакриламидосалициловую кислоту и ее основно-аддитивные соли, 4-акриламидосалициловую кислоту и ее основно-аддитивные соли, 4-метакриламидосалициловую кислоту и ее основно-аддитивные соли, 5-акриламидосалициловую кислоту и ее основно-аддитивные соли, 5-метакриламидосалициловую кислоту и ее основно-аддитивные соли, фениловый эфир 4-акриламидосалициловой кислоты, фениловый эфир 4-метакриламидосалициловой кислоты, О-ацетил-4-акриламидосалициловую кислоту, О-ацетил-4-метакриламидосалициловую кислоту, 3-гидроксистирол-4-карбоновую кислоту, 4-гидроксистирол-3-карбоновую кислоту и тому подобное.

Предпочтительными мономерами, содержащими салициловую кислоту, являются 4-метакриламидосалициловая кислота, фениловый эфир 4-метакриламидосалициловой кислоты, О-ацетил-4-метакриламидосалициловая кислота и фениловый эфир О-ацетил-4-метакриламидосалициловой кислоты.

“Полимер, содержащий боковые группы салициловой кислоты”, означает растворимый в воде либо нерастворимый в воде полимер, содержащий группы салициловой кислоты, боковые по отношению к основной цепи полимера. Полимеры получают в результате полимеризации одного либо нескольких мономеров, содержащих салициловую кислоту, с одним либо несколькими неионными, анионными мономерами либо цвиттер-ионными мономерами или же в результате прививки одной либо нескольких групп салициловой кислоты на основную цепь предварительно полученных природных либо синтетических полимеров. Полимеры предпочтительно содержат от приблизительно 1 до приблизительно 90, более предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 20, а еще более предпочтительно от приблизительно 3 до приблизительно 10 мольных процентов боковых групп салициловой кислоты.

“Группа салициловой кислоты” означает группу, описываемую формулой

где М представляет собой водород, алкил, арил либо основно-аддитивную соль; Х представляет собой водород либо ацил; а группа представляет собой арильную группу, определяемую в настоящем документе, где необязательно замещена группами -NO₂, -OH, -SO₃H. Характерные группы салициловой кислоты включают салициловую кислоту, метиловый и фениловый эфир салициловой кислоты, О-ацетилсалициловую кислоту, метиловый и фениловый эфир О-ацетилсалициловой кислоты, 2-гидрокси-5-нитробензойную кислоту, 2,3-дигидроксибензойную кислоту, 2,4-дигидроксибензойную кислоту, 2,5-дигидроксибензойную кислоту, 2,6-дигидроксибензойную кислоту, 5-сульфосалициловую кислоту, 1-гидрокси-2-нафтойную кислоту, 3-гидроксиантрацен-2-карбоновую кислоту, 3- и 5-формилсалициловую кислоту и тому подобное. Предпочтительными группами салициловой кислоты являются салициловая кислота, фениловый эфир салициловой кислоты, О-ацетилсалициловая кислота и фениловый эфир О-ацетилсалициловой кислоты.

“Цвиттер-ионный мономер” означает полимеризуемую молекулу, содержащую катионную и анионную (заряженные) функциональности в равных долях, так что в результате молекула в целом является нейтральной. Характерные цвиттер-ионные мономеры включают N,N-диметил-N-акрилоилоксиэтил-N-(3-сульфопропил)аммонийбетаин, N,N-диметил-N-акриламидопропил-N-(2-карбоксиметил)аммонийбетаин, N,N-диметил-N-акриламидопропил-N-(3-сульфопропил)аммонийбетаин, N,N-диметил-N-акриламидопропил-N-(2-карбоксиметил)аммонийбетаин, 2-(метилтио)этилметакрилоил-S-(сульфопропил)сульфонийбетаин, 2-[(2-акрилоилэтил)диметиламмонио]этил-2-метилфосфат, 2-(акрилоилоксиэтил)-2'-(триметиламмоний)этилфосфат, [(2-акрилоилэтил)диметиламмонио]метилфосфониевую кислоту, 2-метакрилоилоксиэтилфосфорилхолин (МРС), 2-[(3-акриламидопропил)диметиламмонио]этил-2'-изопропилфосфат (AAPI), 1-винил-3-(3-сульфопропил)имидазолийгидроксид, (2-акрилоксиэтил)карбоксиметилметилсульфонийхлорид, 1-(3-сульфопропил)-2-винилпиридинийбетаин, N-(4-сульфобутил)-N-метил-N,N-диаллиламинаммонийбетаин (MDABS), N,N-диаллил-N-метил-N-(2-сульфоэтил)аммонийбетаин и тому подобное.

Предпочтительные варианты реализации

Высокомолекулярный растворимый в воде полимер данного изобретения предпочтительно получают в результате проведения свободно-радикальной полимеризации одного либо нескольких мономеров, содержащих салициловую кислоту, одного либо нескольких акрилатных мономеров, выбираемых из группы, состоящей из (мет)акриловой кислоты и ее солей и алкиловых эфиров (мет)акриловой кислоты, и необязательно одного либо нескольких полимеризуемых мономеров, выбираемых из группы, состоящей из неионных, анионных, катионных и цвиттер-ионных мономеров.

В еще одном предпочтительном аспекте полимер выбирают из группы, состоящей из дисперсионных полимеров, эмульсионных полимеров, полимеров, получаемых в обращенной эмульсии, сухих полимеров и растворных полимеров.

“Дисперсионный полимер” означает растворимый в воде полимер, диспергированный в непрерывной водной фазе, содержащей одну либо несколько неорганических солей. Характерные примеры дисперсионной полимеризации растворимых в воде полимеров в непрерывной водной фазе можно найти в патентах США №№ 4929655; 5006590; 5597859; и 5597858; и в европейских патентах №№ 657478; и 630909.

Дисперсионные полимеры получают в результате объединения воды, одной либо нескольких неорганических солей, одного либо нескольких растворимых в воде мономеров, любых добавок для проведения полимеризации, таких как хелатообразователи, буферы рН либо передатчики кинетической цепи, и растворимого в воде полимерного стабилизатора. Данную смесь загружают в реактор, оснащенный перемешивающим устройством, термопарой, трубкой для продувания азота и водяным холодильником. Раствор мономера интенсивно перемешивают, нагревают до желательной температуры, а после этого добавляют растворимый в воде инициатор. Раствор продувают азотом, выдерживая температуру и проводя перемешивание в течение нескольких часов. Во время проведения реакции формируется дискретная фаза, содержащая растворимый в воде полимер. После данного момента продукты охлаждают до комнатной температуры и в реактор загружают любые добавки, вводимые после завершения полимеризации. Дисперсии растворимых в воде полимеров с непрерывной водной фазой представляют собой текучие жидкости, характеризующиеся вязкостью продукта в общем случае в диапазоне 100-10000 сП в соответствии с результатами измерений, проведенных при низких скоростях сдвига. Преимущества получения растворимых в воде полимеров в виде дисперсий с непрерывной водной фазой подобны тем, что упоминаются ниже в связи с полимерами, получаемыми в обращенной эмульсии. Полимеры, получаемые в дисперсии с непрерывной водной фазой, характеризуются дополнительными преимуществами, заключающимися в том, что они не содержат углеводородного масла либо поверхностно-активных веществ и не требуют использования поверхностно-активного вещества для “обращения фаз” либо активации.

“Полимер, получаемый в обращенной эмульсии” и “латексный полимер” означают полимер, получаемый в обращаемой эмульсии “вода в масле”, состоящей из водной полимерной фазы, диспергированной в виде частиц с микронным размером в непрерывной фазе углеводородного масла, различных эмульгаторов и возможно обращающего фазу поверхностно-активного вещества. Преимущества полимеризации растворимых в воде мономеров в форме обращенных эмульсий включают нижеследующее: 1) в ходе полимеризации можно выдерживать низкую вязкость текучей среды, что делает возможным проведение эффективного перемешивания и теплоотвода, 2) продукты можно легко перекачивать насосом, хранить и использовать, поскольку продукты остаются жидкостями, и 3) уровень содержания “активной части” либо “твердой фазы” полимера может быть кардинально увеличен по сравнению с простыми растворными полимерами, которые в случае высокомолекулярных флоккулянтов ограничены меньшими уровнями содержания активных частей по причинам, связанным с вязкостью. Для полимеров, получаемых в обращенной эмульсии, после этого проводят “обращение фаз” либо активацию для использования в результате высвобождения полимера из частиц под действием сдвига, разбавления и в общем случае еще одного поверхностно-активного вещества, которое может быть либо может не быть компонентом обращенной эмульсии.

Полимеры, получаемые в обращенной эмульсии, синтезируют в результате растворения желательных мономеров в водной фазе, растворения эмульгатора (эмульгаторов) в фазе масла, эмульгирования водной фазы в фазе масла для получения эмульсии “вода в масле”, в некоторых случаях гомогенизации эмульсии “вода в масле” и полимеризации мономеров, растворенных в водной фазе эмульсии “вода в масле” с получением полимера в виде эмульсии “вода в масле”. При желании, после того, как полимеризация будет завершена, можно будет добавить самообращающее поверхностно-активное вещество для того, чтобы получить самообращающуюся эмульсию “вода в масле”.

Фаза масла содержит любую инертную углеводородную жидкость. Предпочтительные гидрофобные жидкости включают алифатические и ароматические углеводородные жидкости, в том числе бензол, ксилол, толуол, парафиновое масло, уайт-спириты, керосин, лигроин и тому подобное. Предпочтительно парафиновое масло.

При полимеризации винильных и акриловых мономеров подходящими являются инициаторы, образующие свободные радикалы, такие как бензоилпероксид, лауроилпероксид, Vazo® 64, Vazo® 52, персульфат калия и тому подобное. Предпочтительны Vazo® 64 и Vazo® 52. Инициатор используют в количествах в диапазоне от приблизительно 0,002 до приблизительно 0,2 массового процента при расчете на массу мономеров в зависимости от растворимости инициатора.

Эмульгаторы для эмульсий “вода в масле”, подходящие для получения полимеров, получаемых в обращенной эмульсии, данного изобретения, включают сорбитановые сложные эфиры жирных кислот, этоксилированные сорбитановые сложные эфиры жирных кислот и тому подобное либо их смеси. Предпочтительные эмульгаторы включают сорбитанмоноолеат, полиоксиэтиленсорбитанмоностеарат и тому подобное. Дополнительные подробности, касающиеся данных соединений, можно найти в работе McCutcheon's Detergents and Emulsifiers, North American Edition, 1980. Могут быть использованы любые обращающее фазы поверхностно-активное вещество либо смесь обращающих фазы поверхностно-активных веществ, описанные на предшествующем уровне техники. Характерные обращающие фазы поверхностно-активные вещества включают этоксилированный нонилфенол, этоксилированные линейные спирты и тому подобное. Предпочтительными обращающими фазы поверхностно-активными веществами являются этоксилированные линейные спирты.

Полимер получают в результате проведения полимеризации подходящих мономеров при температуре в диапазоне от приблизительно 1°С до приблизительно 85°С в течение периода времени продолжительностью от приблизительно 1 до приблизительно 24 часов, предпочтительно при температуре в диапазоне от приблизительно 40°С до приблизительно 70°С в течение периода времени продолжительностью от приблизительно 3 до приблизительно 6 часов.

“Эмульсионный полимер” означает дисперсию нерастворимого в воде полимера с непрерывной водной фазой. Получение высокомолекулярных эмульсионных полимеров, таких как поли(метилакрилат) описывается в работе US 6036869. Полимер становится растворимым в воде при активации под действием раствора каустика, который гидролизует сложноэфирные группы и приводит к образованию поли(акрилата натрия). В число преимуществ полимеризации в формате с непрерывной водной фазой входит то, что в продукте не присутствует никакого углеводородного масла (как в случае систем с обращенными эмульсиями), в качестве продуктов получают маловязкие текучие среды (обычна вязкость < 100 сП), и пролитие легко устраняется, поскольку полимер, пока он не будет активирован, в воде не растворим.

При получении дисперсии с непрерывной водной фазой готовят водную смесь одного либо нескольких растворимых в воде или смешиваемых с водой поверхностно-активных веществ таким образом, чтобы в результате получить гомогенный раствор. После этого при приложении сдвигового усилия к данной смеси добавляют один либо несколько нерастворимых в воде мономеров таким образом, чтобы сформировать эмульсию с непрерывной водной фазой. После формирования эмульсии реакционную емкость охлаждают до температуры ниже комнатной и продувают потоком азота. После этого в течение определенного времени в полимеризационную смесь подают поток окислительно-восстановительных инициаторов. Обычные инициаторы включают соли железа, пероксиды и гидропероксиды, персульфаты, бисульфиты и тому подобное.

Типичная полимеризация может длиться от трех до четырех часов, по истечении которых эмульсии дают возможность разогреться до комнатной температуры, ее отфильтровывают и направляют на хранение. Как только полимеры будут гидролизованы в растворе каустика, их можно будет охарактеризовать при проведении измерения RSV по методу, подобному тому, что и в случае полимеров, получаемых в обращенной эмульсии.

“Сухой полимер” означает полимер, полученный в результате высушивания полимера, синтезированного при проведении “гель”-полимеризации. Получение высокомолекулярных растворимых в воде полимеров в виде сухих полимеров при использовании гель-полимеризации в общем случае проводят следующим образом: в теплоизолированный реакционный сосуд, оснащенный трубкой для продувания азота, помещают водный раствор растворимых в воде мономеров, в общем случае при концентрации 20-60 массовых процентов, вместе с любыми добавками для проведения полимеризации либо технологическими добавками, такими как передатчики кинетической цепи, хелатообразователи, буферы рН либо поверхностно-активные вещества. Добавляют инициатор полимеризации, раствор продувают азотом, а температуре реакции дают возможность неконтролируемо увеличиваться. Когда полимеризационную массу охладят, получающийся в результате гель из реактора удаляют, режут, высушивают и измельчают до получения желательного размера частиц.

В альтернативном варианте сухие полимеры получают в результате проведения распылительной сушки эмульсионных, растворных либо дисперсионных полимеров данного изобретения, полученных в соответствии с описанием в настоящем документе.

Несмотря на то, что невозможно получить концентрированные растворы одних и тех же высокомолекулярных полимеров, полученных в обращенных эмульсиях, дисперсиях с непрерывной водной фазой либо в гель-полимеризации по причинам чрезвычайно высоких вязкостей, с которыми приходится сталкиваться, получение более низкомолекулярных полимеров с подобным составом в виде растворов в воде иногда оказывается желательным. Для проведения растворной полимеризации растворимых в воде мономеров желательные мономеры растворяют в воде, в общем случае с концентрациями в диапазоне от 5 до 40%, совместно с любыми буферами, кислотой либо каустиком, хелатообразователями, передатчиками кинетической цепи. Раствор продувают азотом и нагревают до температуры полимеризации. После достижения температуры полимеризации добавляют один либо несколько растворимых в воде инициаторов. Данные инициаторы могут относиться либо к азо-типу, либо к окислительно-восстановительному типу. После этого в зависимости от желательных характеристик полимера либо дают возможность температуре неконтролируемо (адиабатический вариант) увеличиваться, либо ее регулируют, проводя охлаждение для отвода образующегося тепла (изотермический вариант). По завершении полимеризации раствор полимера можно извлекать из реакционной емкости, отправлять на хранение и охарактеризовывать.

В предпочтительном аспекте данного изобретения мономеры, содержащие салициловую кислоту, выбирают из группы, состоящей из 4-метакриламидосалициловой кислоты либо ее соли, фенилового эфира 4-метакриламидосалициловой кислоты либо его соли, О-ацетил-4-метакриламидосалициловой кислоты либо ее соли и фенилового эфира О-ацетил-4-метакриламидосалициловой кислоты.

В еще одном предпочтительном аспекте полимеризуемые неионные мономеры выбирают из акриламида и метакриламида.

В еще одном предпочтительном аспекте полимеризуемым анионным мономером является 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновая кислота.

В еще одном предпочтительном аспекте полимер выбирают из группы, состоящей из эмульсионных полимеров и полимеров, получаемых в обращенной эмульсии.

В еще одном предпочтительном аспекте полимер включает от приблизительно 80 до приблизительно 99 мольных процентов акрилата натрия либо аммония и от приблизительно 1 до приблизительно 20 мольных процентов 4-метакриламидосалициловой кислоты либо ее соли, фенилового эфира 4-метакриламидосалициловой кислоты либо его соли, О-ацетил-4-метакриламидосалициловой кислоты либо ее соли или же фенилового эфира О-ацетил-4-метакриламидосалициловой кислоты.

В еще одном предпочтительном аспекте полимер включает от приблизительно 88 до приблизительно 98 мольных процентов метилакрилата, от приблизительно 1 до приблизительно 6 мольных процентов акрилата натрия и от приблизительно 1 до приблизительно 10 мольных процентов 4-метакриламидосалициловой кислоты либо ее соли, фенилового эфира 4-метакриламидосалициловой кислоты либо его соли, О-ацетил-4-метакриламидосалициловой кислоты ли