Использование кремнийсодержащих полимеров для интенсификации флоккуляции твердых частиц в процессах производства глинозема из бокситов

Использование кремнийсодержащих полимеров для интенсификации флоккуляции твердых частиц в процессах производства глинозема из бокситов

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к удалению взвешенных твердых частиц в процессах варки бокситовых руд, например, из технологических потоков процессов Байера и Синтера извлечения глинозема из бокситов с целью производства гидроксида алюминия, путем приведения этих потоков в контакт с кремнийсодержащими полимерами.

Уровень техники

Бокситы являются основным сырьем для производства почти всех соединений алюминия. В ходе производства соединений алюминия бокситы могут быть переработаны до гидроксида алюминия при помощи процесса Байера, процесса Синтера и их сочетаний. Как правило, бокситы подразделяют в соответствии с их основными минералогическими компонентами на гиббситовые, бёмитовые и диаспоровые. Минералогический состав может влиять на предпочтительный метод обработки.

В процессе Байера извлечения глинозема из бокситов руду подвергают варке при высоких температуре и давлении в растворе NaOH с целью получения перенасыщенных растворов алюмината натрия, содержащих нерастворимые примеси, которые остаются во взвешенном состоянии. Когда бокситы содержат, главным образом, гиббсит, извлечение глинозема из бокситов можно проводить в диапазоне температур от 100 до 150°С. Однако, если бокситы содержат, в основном, бёмит или диаспор, извлечение глинозема осложняется, тогда необходима температура более 200°С. Кроме того, хорошо известно, что добавление извести в ходе варки бёмитовых или диаспоровых бокситов может облегчить извлечение глинозема.

Процесс Синтера является альтернативой или вспомогательным средством для процесса Байера, который повсеместно используется для обработки бокситов с высоким содержанием кремнезема. В процессе Синтера бокситы (или "красный шлам" Байера) подвергают обжигу при 1200°С с содой и/или известью перед выщелачиванием раствором NaOH, в результате чего образуется щелочной раствор алюмината натрия и нерастворимый "шлам Синтера".

Нерастворимые остатки, образовавшиеся в ходе этих процессов варки бокситовой руды с целью получения глинозема, содержат оксиды железа, алюмосиликаты натрия, алюмосиликаты кальция, титанат кальция, диоксид титана, силикаты кальция и другие материалы. На состав твердой фазы оказывает влияние минералогический состав бокситов и химические добавки, вводимые в ходе обработки. Процесс отделения твердых остатков обработки бокситов от перенасыщенного зеленого щелока вблизи температуры его кипения известен как "осветление".

На стадии осветления более крупные твердые частицы, как правило, удаляют при помощи циклонного пескоуловителя. Для отделения от щелока более мелких твердых частиц суспензию, обычно, подают в центральную часть шламоотстойника, где ее подвергают обработке композицией флоккулянта, основу которой могут составлять разнообразные флоккулирующие агенты, включая крахмал, муку, полиакрилатный полимер, сополимер акрилат/акриламид и/или водорастворимые полимеры, содержащие боковые группы гидроксамовой кислоты или ее солей. Когда шлам оседает, осветленный раствор алюмината натрия, именуемый зеленый щелок, перетекает через переливное устройство с порогом в верхней части шламоотстойника и поступает на следующую технологическую стадию.

На данном этапе в процессе Синтера часто нужна еще одна стадия, на которой к переточному щелоку добавляют обескремнивающий компонент с целью удаления из щелока растворимых соединений кремнезема. Суспензию обрабатывают флоккулянтами и подают в отстойник обескремнивания для удаления нерастворимых продуктов обескремнивания, которые включают алюмосиликаты натрия и алюмосиликаты кальция.

После флоккуляции осевшую твердую фазу, известную как шлам, отводят из нижней части шламоотстойника и пропускают через контур противоточной промывки с целью извлечения алюмината натрия и соды. Алюминатный щелок, перетекающий из отстойника, может еще содержать значительное количество взвешенных твердых частиц. Этот щелок, как правило, подвергают дополнительному осветлению путем фильтрации, получая фильтрат, содержащий очень небольшое количество взвешенных твердых частиц.

Очищенный, или маточный, раствор алюмината натрия, обычно, охлаждают с целью интенсификации перенасыщения, после чего вносят затравку, например, мелкодисперсные кристаллы гиббсита, полученные ранее, или нейтрализуют газообразным СО₂ для инициирования осаждения целевого продукта - Al(OH)₃, тригидрата оксида алюминия.

Оставшуюся жидкую фазу возвращают на начальную стадию варки и, после разведения дополнительной щелочью, используют в качестве варочного раствора для новой руды.

На стадии осветления взвешенные твердые частицы, предпочтительно, отделяют относительно быстро, если нужно, чтобы процесс в целом был эффективным. Эффективное удаление взвешенных твердых частиц из технологических потоков процессов варки бокситовой руды, в результате которой получают глинозем, в течение многих лет было трудной задачей. К способам ускорения отделения взвешенных твердых частиц от технологических потоков, а также достижения более полного разделения компонентов, относятся способы, описанные в патенте США № 3390959, где предусматривается использование в качестве флоккулянтов полиакрилатов, и в патенте США № 3681012, где при извлечении глинозема методом Байера используют сочетания полиакрилатов и крахмала. В патенте США № 4083925 описано использование в шламоотстойнике полиакриламида. В патенте США № 4678585 описаны различные стадии извлечения глинозема методом Байера, на которых с успехом используется обработка различными композициями флоккулянтов. В патенте США № 4767540 описан способ удаления взвешенных твердых частиц из технологических потоков процесса Байера путем приведения в контакт и смешивания технологического протока процесса Байера с гидроксамированными полимерами. Гидроксамированные полимеры могут быть использованы вместе с анионным полиакрилатом. В патенте США № 5516435 и в патенте США № 5539046 описано использование смесей эмульсий гидроксамированного полимера и эмульсий полиакрилата для удаления взвешенных твердых частиц из технологических потоков процесса Байера. К другим полимерам, используемым для обработки красного шлама процесса Байера, относятся полимеры, содержащие фосфоновую кислоту (патент США № 5534235), метилакрилатные эмульсионные полимеры с непрерывной водной фазой (патент США № 6036869) и полимеры, содержащие салициловую кислоту (патент США № 6527959).

Описано использование кремнийсодержащих полимеров для осветления воды. Например, в патенте США № 3779912 описано использование кремнийсодержащих аминометилфосфонатов для флоккуляции взвешенных в воде твердых частиц. Сополимеры галогенида диаллилдиметиламмония и винилтриалкоксисилана описаны как коагулянты, используемые при деэмульгировании нефтесодержащих сточных вод (патент США № 5560832), обезвоживании минеральных суспензий (патент США № 5597475) и осветлении сточных вод (патент США № 5679261). В патенте США № 6605674 описано использование винилтриалкоксисиланов в качестве сшивающих агентов для модификации структуры неионогенных, катионных и анионных водорастворимых полимеров и использование полимеров с модифицированной структурой в качестве флоккулирующих агентов. Ни один из указанных выше патентов, описывающих кремнийсодержащие полимеры, не относится к обработке взвешенных твердых частиц в процессах варки бокситовой руды с целью получения содержащих глинозем технологических потоков, где общий состав, с физической точки зрения, полностью отличается от того, что используется для флоккуляции воды.

Использование кремнийсодержащих полимеров для регулирования отложения алюмосиликатов описано в патентах США № 6814873 и № 7390415 и в патентных публикациях США № 2004/0162406 А1, 2005/0010008 А2. В этих публикациях описаны способы использования кремнийсодержащих полимеров для ингибирования отложения растворенных алюмосиликатов (таких как алюмосиликат натрия) на поверхностях оборудования с образованием налета, однако, не предполагается, что они способствуют флоккуляции взвешенных твердых частиц, что, напротив, усиливает, а не ослабляет отложение.

Итак, было обнаружено, что возможна значительная интенсификация флоккуляции взвешенных твердых частиц, особенно частиц силиката кальция, алюмосиликата кальция и титаната кальция, в процессах варки бокситовой руды с целью извлечения тригидрата оксида алюминия, в частности в технологических потоках процессов Байера и/или Синтера, в которые была добавлена известь и/или другой источник кальция, такой как СаСО₃ и Са(ОН)₂, или где кальций (в пересчете на СаО) присутствует в количестве, по меньшей мере, 1% вес., достигаемая путем добавления и эффективного перемешивания с технологическим потоком процесса Байера и/или Синтера кремнийсодержащего полимера по отдельности или после или перед или совместно с обычным флоккулянтом. Такая обработка особенно эффективна, если твердые остатки обработки бокситов содержат большое количество силикатов, алюмосиликатов и титансодержащих оксидов по сравнению с современными процессами, примеры которых описаны в упомянутых выше патентах. Такую обработку, обычно, но не всегда, осуществляют перед стадией осаждения шлама, тогда она позволяет существенно снизить потребность в фильтрации. Поскольку взвешенные твердые частицы могут содержать нежелательные примеси, уменьшение количества взвешенных твердых частиц, достигаемое благодаря воплощению на практике настоящего изобретения, также способствует получению более чистого конечного алюмоксидного продукта.

Сущность изобретения

Настоящим изобретением обеспечиваются кремнийсодержащие полимеры, композиции флоккулянтов и способы уменьшения количества взвешенных твердых частиц в технологическом потоке процесса варки бокситовой руды с целью извлечения глинозема. Данный способ включает приведение в контакт технологического потока, такого как один из потоков, образующихся в процессе Байера или процессе Синтера, с таким кремнийсодержащим полимером и/или композицией флоккулянта, чтобы вызвать флоккуляцию взвешенных твердых частиц в содержащих глинозем технологических потоках процесса варки бокситовой руды. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения кремнийсодержащие полимеры и композиции флоккулянтов, описанные в настоящем документе, особенно хорошо подходят для флоккулирования взвешенных частиц силиката кальция, алюмосиликата кальция, титаната кальция и/или диоксида титана в технологических потоках. Технологический поток процесса варки бокситовой руды с целью извлечения глинозема, который может быть с успехом приведен в контакт с кремнийсодержащими полимерами и/или композициями флоккулянтов в соответствии с настоящим изобретением, может представлять собой любую часть сырья, например, сырье отстойника, переток отстойника, нижний слив или поступать из контура осаждения (то есть, извлечения) глинозема. Технологический поток процесса варки бокситовой руды с целью извлечения глинозема, который приводят в контакт с полимером, также может быть сырьем отстойника обескремнивания или сырьем устройства промывки шлама в линии промывки.

Одним из воплощений изобретения является композиция флоккулянта, содержащая кремнийсодержащий полимерный флоккулянт для силикатов кальция, алюмосиликатов кальция, титаната кальция и/или диоксида титана и, предпочтительно, анионный полимерный флоккулянт для шлама процессов Байера или Синтера. Массовое отношение количества кремнийсодержащего полимерного флоккулянта к количеству полимерного флоккулянта в указанной композиции флоккулянта может лежать в диапазоне от примерно 100:1 до примерно 1:10, например, в диапазоне от примерно 10:1 до примерно 1:2, таком как примерно 1:1. Другим вариантом осуществления изобретения обеспечивается способ флоккуляции, включающий взаимное перемешивание такой композиции флоккулянта с технологическим потоком процесса Байера или Синтера в количестве, эффективном для того, чтобы флоккулировать, по меньшей мере, часть взвешенных в нем твердых частиц, где взвешенные твердые частицы включают, по меньшей мере, один тип, выбранный из группы, состоящей из: силикатов кальция, алюмосиликатов кальция, титаната кальция, диоксида титана и их смесей.

Другим воплощением изобретения является способ флоккуляции, включающий взаимное перемешивание кремнийсодержащего полимерного флоккулянта с технологическим потоком процесса Байера или Синтера в количестве, эффективном для того, чтобы флоккулировать, по меньшей мере, часть взвешенных в нем частиц силиката кальция, алюмосиликата кальция, титаната кальция и/или диоксида титана; и отделение, по меньшей мере, части выпавшего в осадок силиката кальция, алюмосиликата кальция, титаната кальция и диоксида титана.

Другим воплощением изобретения является водорастворимый или вододиспергируемый кремнийсодержащий полимер, в котором имеется прикрепленная к полимеру кремнийсодержащая группа, где кремнийсодержащий полимер имеет такую структуру, что кремнийсодержащая группа повышает способность кремнийсодержащего полимера флоккулировать взвешенные частицы силиката кальция, алюмосиликата кальция, титаната кальция и диоксида титана. В одном из вариантов осуществления изобретения кремнийсодержащая группа представляет собой -Si(OR)₃, где R означает Na⁺, K⁺ или NH₄ ⁺. В другом варианте осуществления изобретения количество кремнийсодержащей группы в кремнийсодержащем полимере составляет, по меньшей мере, около 5% вес. Другим воплощением изобретения является способ флоккуляции, включающий взаимное перемешивание такого кремнийсодержащего полимера с технологическим потоком процесса варки бокситов с целью получения глинозема в количестве, эффективном с точки зрения флоккуляции, по меньшей мере, части взвешенных в нем твердых частиц, где взвешенные твердые частицы включают, по меньшей мере, один тип, выбранный из группы, состоящей из: силикатов кальция, алюмосиликатов кальция, титаната кальция, диоксида титана и их смесей.

Другим воплощением изобретения является гидроксамированный водорастворимый или вододиспергируемый кремнийсодержащий полимер, в котором имеется прикрепленная к полимеру кремнийсодержащая группа. Другим воплощением изобретения является способ флоккуляции, включающий взаимное перемешивание такого гидроксамированного кремнийсодержащего полимера с технологическим потоком процесса варки бокситов с целью получения глинозема в количестве, эффективном с точки зрения выпадения в осадок, по меньшей мере, части взвешенных в нем твердых частиц, где взвешенные твердые частицы включают, по меньшей мере, один тип, выбранный из группы, состоящей из силикатов кальция, алюмосиликатов кальция, титаната кальция, диоксида титана и их смесей.

Эти и другие варианты осуществления изобретения более подробно описаны ниже.

Подробное описание изобретения

Дальнейшее описание и примеры подробно поясняют предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Специалистам в данной области понятно, что возможны многочисленные варианты и модификации настоящего изобретения, которые охватываются объемом изобретения. Следовательно, описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения не следует рассматривать как ограничивающее объем настоящего изобретения.

Итак, было обнаружено, что различные кремнийсодержащие полимеры пригодны для использования в качестве флоккулянтов взвешенных твердых частиц в технологических потоках, особенно тех, которые содержат взвешенные силикаты кальция, алюмосиликаты кальция, титанат кальция, диоксид титана и их смеси. К примерам кремнийсодержащих полимеров, пригодных в описанных в данном документе способах флоккуляции, относятся описанные в патентах США № 6814873 и № 7390415 и в патентных публикациях США № 2004/0162406 А1, № 2005/0010008А2, во всей своей полноте включаемых в настоящий документ путем ссылки, и, особенно, для описания кремнийсодержащих полимерных флоккулянтов и способов их получения. Другие примеры кремнийсодержащих полимерных флоккулянтов для силикатов кальция, алюмосиликатов кальция, титаната кальция и диоксида титана описаны далее. Специалисты в данной области, используя обычные процедуры экспериментальных работ с учетом изложенных рекомендаций, смогут выявить другие кремнийсодержащие полимерные флоккулянты, пригодные в способах, описанных в настоящем документе, например, флоккулянты для силикатов кальция, алюмосиликатов кальция, титаната кальция и диоксида титана.

Одним из вариантов осуществления изобретения обеспечивается водорастворимый или вододиспергируемый кремнийсодержащий полимер, в котором имеется прикрепленная к полимеру кремнийсодержащая группа, где кремнийсодержащий полимер имеет такую структуру, что кремнийсодержащая группа повышает способность кремнийсодержащего полимера флоккулировать взвешенные частицы силикатов кальция, алюмосиликатов кальция, титаната кальция и диоксида титана.

Одним из вариантов осуществления изобретения обеспечивается водорастворимый или вододиспергируемый кремнийсодержащий полимер, например, полимер, в котором имеется боковая кремнийсодержащая группа(группы), такая как силан. В одном из вариантов осуществления изобретения кремнийсодержащий полимер является флоккулянтом для силикатов кальция, алюмосиликатов кальция, титаната кальция и диоксида титана, например, имеет такую структуру, что его кремнийсодержащая группа(группы) повышает способность этого кремнийсодержащего полимера флоккулировать взвешенные частицы силикатов кальция, алюмосиликатов кальция, титаната кальция и диоксида титана. Этот кремнийсодержащий полимер может быть включен в композицию флоккулянта. В одном из вариантов осуществления изобретения композиция флоккулянта содержит дополнительный полимерный флоккулянт, такой как анионный полимерный флоккулянт для шлама процессов Байера или Синтера. Различные кремнийсодержащие полимеры, полимерные композиции и способы их использования описаны ниже.

К примерам кремнийсодержащих полимеров относятся те полимеры, в которых имеется боковая группа силана, например, к нему прикреплены боковые кремнийсодержащие группы формулы (I):

-Si(OR)₃, (I)

где каждый из R независимо друг от друга означает водород, алкил С_1-20, алкенил С_2-20, алкинил С_2-20, арил С_6-12, арилалкил С_7-20, ион металла группы I, ион металла группы II или NR'₄ ⁺; где каждый из R' независимо друг от друга означает водород, алкил С_1-20, алкенил С_2-20, алкинил С_2-20, арил С_6-12 и арилалкил С_7-20; и где каждый из R и R' независимо друг от друга является незамещенными, гидроксизамещенным или бета-гидроксизамещенным. К примерам групп R относятся группы низших алкилов, например, алкильные группы С_1-6 и алкильные группы С_1-3; фенил, бензил, Na⁺, K⁺ или NH₄ ⁺. Предпочтительно, группы R выбирают из группы, состоящей из Na⁺, K⁺ или NH₄ ⁺. Количество кремнийсодержащей группы в кремнийсодержащем полимере может изменяться в относительно широком диапазоне, а структура полимера может обуславливаться задачей обеспечения интенсифицированной флоккуляции твердых частиц.

Обычные процедуры экспериментальных работ с учетом изложенных рекомендаций могут быть использованы для подбора кремнийсодержащего полимера, эффективного для конкретного варианта применения, например, путем подбора основной цепи полимера, молекулярного веса, кремнийсодержащей группы и ее количества, с целью получения полимера, который эффективно флоккулирует силикаты кальция, алюмосиликаты кальция, титанат кальция и диоксид титана. Например, обычные процедуры экспериментальных работ с учетом изложенных рекомендаций могут быть использованы для формирования такой структуры полимера, чтобы кремнийсодержащая группы(группы) повышала(и) способность этого кремнийсодержащего полимера флоккулировать взвешенные твердые частицы, особенно силикаты кальция, алюмосиликаты кальция, титанат кальция и диоксид титана. Пригодные количества кремнийсодержащих групп в этом кремнийсодержащем полимере могут изменяться в зависимости от типа полимера и его применения. Например, в одном из вариантов осуществления кремнийсодержащий полимер содержит, по меньшей мере, около 1% вес. группы -Si(OR)₃, например, по меньшей мере, около 5% вес. группы -Si(OR)₃. Обычные процедуры экспериментальных работ с учетом изложенных рекомендаций могут быть использованы для подбора полимера с надлежащим молекулярным весом. Например, молекулярная масса кремнийсодержащего полимера может изменяться в широком диапазоне, например, от примерно 1000 до примерно 15 миллионов и часто составляет около 10000 или более или около 100000 или более, например, лежит в диапазоне от примерно 10000 до примерно 10 миллионов, таком как от примерно 100000 до примерно 5 миллионов. Описываемые в настоящем документе величины молекулярной массы соответствуют средневесовой молекулярной массе, определяемой, если не указано иное, методом эксклюзионной хроматографии высокого давления (измерение светорассеяния).

В некоторых вариантах осуществления изобретения группа -Si(OR)₃ представляет собой группу триметоксисилана (R = метил) или группу триэтоксисилана (R = этил). Другие алкильные, алкенильные и/или алкинильные группы также с успехом могут быть использованы в качестве R в боковых группах формулы (I). Термин "алкил" в контексте настоящего изобретения является общим термином и используется в обычном смысле, включая, помимо прочего, неразветвленные или разветвленные, нециклические или циклические, насыщенные алифатические углеводороды, состоящие из одного, двух, трех, четырех, пяти, шести, семи, восьми, девяти или десяти атомов углерода, тогда как термин "низший алкил" имеет то же значение, что и алкил, однако, содержит один, два, три, четыре, пять или шесть атомов углерода. К примерам насыщенных неразветвленных алкильных групп относятся метил, этил, н-пропил, н-бутил, н-пентил, н-гексил и т.п. К примерам насыщенных разветвленных алкильных групп относятся изопропил, втор-бутил, изобутил, трет-бутил, изопентил и т.п. К примерам насыщенных циклических алкильных групп относятся циклопропил, циклобутил, циклопентил, циклогексил, -СН₂циклопропил, -СН₂циклобутил, -СН₂циклопентил, -СН₂циклогексил и т.п. Циклические алкильные группы также могут называться "гомоциклические ядра" и включать ди- и полигомоциклические ядра, такие как декалин и адамантан. Алкенильные группы содержат, по меньшей мере, одну двойную связь между соседними атомами углерода. К примерам ненасыщенных алкенильных групп относятся циклопентенил и циклогексенил и т.п. К примерам неразветвленных и разветвленных алкенильных групп относятся этиленил, пропиленил, 1-бутенил, 2-бутенил, изобутиленил, 1-пентенил, 2-пентенил, 3-метил-1-бутенил, 2-метил-2-бутенил, 2,3-диметил-2-бутенил и подобные им соединения. К примерам неразветвленных и разветвленных алкинильных групп относятся ацетиленил, пропинил, 1-бутинил, 2-бутинил, 1-пентинил, 2- пентинил, 3-метил-1-бутинил и подобные им соединения. Хотя незамещенные алкильные группы, в целом, являются предпочтительными, также с успехом могут быть использованы замещенные алкильные группы.

В определенных вариантах осуществления изобретения R может представлять собой или включать арильную группу. Термин "арил" в контексте настоящего документа является общим термином и используется в своем обычном смысле, означая, помимо прочего, ароматическую карбоциклическую группу, такую как фенил или нафтил, а также арилалкильные и алкиларильные группы. Термин "арилалкил" в контексте настоящего документа является общим термином и используется в своем обычном смысле, означая, помимо прочего, алкил, в котором, по меньшей мере, один атом водорода в алкиле замещен арильной группой, такой как бензил, -СН₂(1 или 2-нафтил), -(СН₂)₂фенил, -(СН₂)₃фенил, -СН(фенил)₂ и т.п. Термин "алкиларил" в контексте настоящего документа является общим термином и используется в своем обычном смысле, означая, помимо прочего, арил, в котором, по меньшей мере, один атом водорода в ариле замещен алкильной группой. Особенно предпочтительными арильными группами являются арил С_6-12 и арилалкил С_7-20.

Хотя незамещенные алкильные или арильные группы являются, в целом, предпочтительными, в определенных вариантах осуществления изобретения с успехом могут быть использованы замещенные алкильные или арильные группы. Термин "замещенный" в контексте настоящего документа является общим термином и используется в своем обычном смысле, означая, помимо прочего, любую из указанных выше групп (например, алкил, арил), в которой, по меньшей мере, один атом водорода замещен заместителем. В случае кето-заместителя (-С(=О)-) замещается два атома водорода. В замещенных группах "заместители", в контексте предпочтительного варианта осуществления изобретения, представляют собой галоген, гидрокси-, циано-, нитро-группы, сульфонамид, карбоксамид, карбоксильную группу, простой эфир, карбонил, амино-, алкиламино-, диалкиламино-, алкокси-, алкилтио-группы, галогеналкил и т.п. В качестве альтернативы, один или более атом углерода группы R может быть замещен гетероатомом, например, азота, кислорода или серы.

В некоторых вариантах осуществления изобретения кремнийсодержащая группа в качестве заместителя включает одну или более гидрокси-группу, например, бета-гидрокси-группу. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения кремнийсодержащий полимер включает одну или более гидроксаматную группу (-CONH(ОН)). Любой из описанных в настоящем документе кремнийсодержащих полимеров может быть гидроксамированным. Например, одним из вариантов осуществления изобретения обеспечивается гидроксамированный водорастворимый или вододиспергируемый кремнийсодержащий полимер, включающий кремнийсодержащую группу, прикрепленную к нему.

Боковая кремнийсодержащая группа(группы) может быть связана непосредственно с атомом (например, атомом углерода) основной цепи кремнийсодержащего полимера или связана с основной цепью полимера через надлежащую сшивающую группу. К примерам сшивающих групп относятся насыщенные линейные алкильные цепи С_1-6, а также алкильные цепи с простыми эфирными связями (например, сшивающие алкокси- или поли(алкокси)-группы). Другие сшивающие группы включают алкильные цепи с амидными связями и гидрокси-заместителями, например:

-С(=О)(NH)CH₂CH₂CH₂-

-NHCH₂CHOHCH₂OCH₂CH₂CH₂-

-NHC(=O)NHCH₂CH₂CH₂-

В одном из вариантов осуществления изобретения боковые кремнийсодержащие группы включены или прикреплены к основной цепи полимера и/или любой адекватной части полимера (например, как концевая группа, на привитой части или боковой цепи и т.п.). В определенных вариантах осуществления изобретения может оказаться желательным наличие других боковых групп помимо кремнийсодержащей боковой группы. К примерам других боковых групп относятся карбоксилатные группы, такие как -С(=О)О^- или -С(=О)ОН, амидные группы, такие как -С(=О)NH₂, гидроксаматные группы, такие как- С(=О)NHO^-, и аминогруппы, такие как -NH₂. Также могут быть применены другие боковые группы, как станет понятно специалистам в данной области.

В некоторых вариантах осуществления изобретения основная цепь полимера включает этиленовые замещенные повторяющиеся звенья, например, -[CH₂C(R^x)H]-, где R^x включает группу силана с сшивающей группой или без нее, как описано в данном документе, или другой боковой заместитель. Может быть использован единственный тип сшивающей группы либо сочетание сшивающих групп. В определенных вариантах осуществления изобретения дополнительные атомы водорода этиленового повторяющегося звена могут быть замещены боковой группой силана или некоторой другой боковой группой, например, метильной группой.

Описанные в настоящем документе кремнийсодержащие полимеры могут быть получены различными способами. См., например, патенты США № 6814873 и № 7390415 и патентные публикации США № 2004/0162406 А1, 2005/0010008 А2, которые включаются в настоящий документ путем ссылки, особенно, в целях описания кремнийсодержащих полимеров и способов их получения. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения они могут быть получены путем полимеризации мономера, содержащего группу -Si(OR)₃ формулы (I), или путем сополимеризации такого мономера с одним или более сомономером. К пригодным силансодержащим мономерам, помимо прочего, относятся винилтриэтоксисилан, винилтриметоксисилан, аллилтриэтоксисилан, бутенилтриэтоксисилан, γ-н-акриламидопропилтриэтоксисилан, γ-н-метакриламидопропилтриэтоксисилан, п-триэтоксисилилстирол, 2-(метилтриметоксисилил)акриловая кислота, 2-(метилтриметоксисилил)метакриловая кислота, 2-(метилтриметоксисилил)-1,4-бутадиен, н-триэтоксисилилпропилмалеимид и другие продукты реакций малеинового ангидрида и других ненасыщенных ангидридов с аминосоединениями, содержащими группу -Si(OR)₃. Мономеры или конечные повторяющиеся звенья могут быть гидролизованы водным основанием либо до, либо после полимеризации. К пригодным сомономерам, помимо прочего, относятся винилацетат, акрилонитрил, стирол, акриловая кислота и ее сложные эфиры, метакриловая кислота и ее сложные эфиры, акриламид и замещенные акриламиды, такие как акриламидометилпропансульфоновая кислота, метакриламид и замещенные метакриламиды, такие как метакриламидометилпропансульфоновая кислота. Эти сополимеры могут также представлять собой привитые сополимеры, такие как поли(акриловая кислота)-g-поли(винилтриэтоксисилан) или поли(винилацетат-со-кротоновая кислота)-g-поли(винилтриэтоксисилан). Эти полимеры могут быть получены во многих растворителях, таких как ацетон, тетрагидрофуран, толуол, ксилол и т.п. В некоторых случаях полимер растворим в реакционном растворителе и может быть без труда извлечен путем отгонки растворителя или, если полимер нерастворим в реакционном растворителе, продукт без труда может быть отделен фильтрацией; однако, может быть применен любой адекватный способ извлечения. К пригодным инициаторам относятся 2,2'-азобис-(2,4-диметилвалеронитрил) и 2,2-азобисизобутиронитрил, бензоилпероксид, гидропероксид кумена и т.п.

В некоторых вариантах осуществления изобретения описанные в данном документе кремнийсодержащие полимеры могут быть получены при использовании в качестве реагента соединения, содержащего группу -Si(OR)₃, а также реакционноспособную группу, которая может вступить в реакцию с любой боковой группой или атомом основной цепи существующего полимера. Возможно осуществление реакции полиамидов со множеством соединений, содержащих одну или более группу -Si(OR)₃, с образованием полимеров, которые могут быть использованы в предпочтительных вариантах осуществления изобретения. Реакционноспособная группа может представлять собой галоидный алкил, такой как хлорпропил, бромэтил, хлорметил, бромундецил или другую подходящую группу. Соединение, содержащее одну или более группу -Si(OR)₃, может включать эпокси-группу, такую как глицидоксипропил, 1,2-эпоксиамил, 1,2-эпоксидецил или 3,4-эпоксициклогексилэтил. Реакционноспособная группа также может представлять собой сочетание гидроксильной группы и галогенида, например, 3-хлор-2-гидроксипропил. Реакционноспособная группа также может включать изоцианатную группу, такую как изоцианатопропил или изоцианатометил, которая вступает в реакцию с образованием мочевинной связи. Кроме того, возможно использование силанов, содержащих ангидридные группы, такие как триэтоксисилилпропилянтарный ангидрид. Эти реакции могут быть осуществлены либо в чистых реагентах, либо в подходящем растворителе. Кроме того, могут быть введены другие функциональные группы, такие как алкильные группы, путем осуществления реакции между другими амино-группами или атомами азота полимера с галоидными алкилами, эпокси-соединениями или изоцианатами. Полиамины могут быть получены различными способами. Например, они могут быть получены по реакции полимеризации с раскрытием кольца азиридина или подобных ему соединений. Они также могут быть получены по реакции конденсации аминов, таких как аммиак, метиламин, диметиламин, этилендиамин и т.п., с реакционноспособными соединениями, такими как 1,2-дихлорэтан, эпихлоргидрин, эпибромгидрин или аналогичными соединениями.

Полимеры, содержащие ангидридную группу, могут вступать в реакцию со многими кремнийсодержащими соединениями (например, содержащими одну или более группу -Si(OR)₃) с образованием вариантов осуществления кремнийсодержащих полимеров, описываемых в настоящем документе. К пригодным исходным полимерам относятся гомополимер малеинового ангидрида и сополимеры малеинового ангидрида с такими мономерами, как стирол, этилен, метилвинилэфир и т.п. Исходный полимер также может представлять собой привитой сополимер, такой как поли(1,4-бутадиен)-g-малеиновый ангидрид или полиэтилен-g-малеиновый ангидрид и т.п. К другим пригодным ангидридным мономерам относятся итаконовый и цитраконовый ангидриды. К пригодным реакционноспособным соединениям силана относятся, помимо прочего, γ-аминопропилтриэтоксисилан, бис(γ-триэтоксисилилпропил)амин, н-фенил-γ-аминопропилтриэтоксисилан, п-аминофенилтриэтоксисилан, 3-(м-аминофеноксипропил)-триметоксисилан, γ-аминобутилтриэтоксисилан и т.п. Другие функциональные группы могут быть введены в полимер путем осуществления реакции с аминами, спиртами и другими соединениями.

Полимеры, содержащие гидроксильные группы, могут вступать в реакцию с эпокси-группами, такими как глицидоксипропилтриметоксисилан. К примерам полимеров, содержащих гидроксильные группы, относятся полисахариды, такие как крахмал и гидроксиэтилцеллюлоза.

В определенных вариантах осуществления изобретения кремнийсодержащий полимер выбирают из группы, состоящей из кремнийсодержащего полиэтиленимина, сополимера винилтриэтоксисилана, сополимера акриловой кислоты и/или метакриловой кислоты и триэтоксисилилпропилакриламида, сополимера акриловой кислоты и/или метакриловой кислоты и триэтоксисилилпропилметакриламида, сополимера акриловой кислоты и/или метакриловой кислоты и триэтоксивинилсилана, кремнийсодержащего полисахарида (например, кремнийсодержащего крахмала или кремнийсодержащей целлюлозы, такой как гидроксиэтилцеллюлоза), кремнийсодержащего сополимера стирола/малеинового ангидрида, кремнийсодержащего сополимера малеинового ангидрида/алкилвинилэфира (например, кремнийсодержащего сополимера малеинового ангидрида/метилвинилэфира) и их смесей.

В одном из вариантов осуществления изобретения кремнийсодержащий полимер включает повторяющиеся звенья, причем повторяющиеся звенья представляют собой первое повторяющееся звено со структурой [CH₂C(R¹)H]- и второе повторяющееся звено со структурой -[CH₂C(R²)H]-, где R¹ означает -C(=O)O^-, и где R² означает -C(=O)NHCH₂CH₂CH₂Si(O^-)₃. В одном из вариантов осуществления изобретения количество первого повторяющегося звена составляет, по меньшей мере, около 70%, например, по меньшей мере, около 80% по числу звеньев относительно общего числа повторяющихся звеньев в полимере. В этом варианте осуществления изобретения дополнительные атомы водорода повторяющихся звеньев могут быть замещены боковой группой, например, метильной группой.

В одном из вариантов осуществления изобретения кремнийсодержащий полимер включает повторяющиеся звенья, где повторяющиеся звенья представляют собой первое повторяющееся звено со структурой [CH₂C(R¹)H]-, второе повторяющееся звено со структурой -[CH₂C(R²)H]-, третье повторяющееся звено со структурой -[CH₂C(R³)H]-, четвертое повторяющееся звено со структурой -[CH₂C(R⁴)H]- и, необязательно, пятое повторяющееся звено со структурой -[CH₂C(R⁵)H]-, где R¹ означает C(=O)NH₂, где R² означает -C(=O)O