четвертичные микроэмульсии манниха с высокой стандартной вязкостью, способ их применения и способ их получения

Формула изобретения

1. Обратимая микроэмульсия, содержащая: (а) водную фазу диспергированных мицелл, включающих (i) воду и (ii) полимер на основе (алкил)акриламида, замещенный по крайней мере примерно 1 мол.% кватернизованных третичных аминометильных групп и имеющий стандартную вязкость по крайней мере 3,3 сПз, как измерено при добавлении 10,8 ч 10,87% водного раствора хлорида натрия к 10,0 ч 0,2% водного полимерного раствора, перемешивании в течение 5 мин и вязкость определяют при 25^oC с использованием вискозиметра Брукфильда Модель DV II с УФ адаптером при 60 оборотах в минуту, (в) углеводородную органическую фазу, причем массовое отношение указанной водной фазы к указанной углеводородной фазе равно примерно от 0,5 до примерно 3:1 и (с) поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ, имеющие гидрофильно-липофильный баланс, равный от примерно 8 до примерно 12.

2. Обратимая микроэмульсия по п.1, отличающаяся тем, что ее получают из микроэмульсии основного полимера, содержащей более около 20 мас.% и менее 40 мас.% твердых частиц алкилакриламидного полимера в водной фазе, в расчете на микроэмульсию основного полимера.

3. Обратимая микроэмульсия по п.2, отличающаяся тем, что ее стандартная вязкость составляет не менее около 4,0 сПз.

4. Обратимая микроэмульсия по п.1, отличающаяся тем, что полимер содержит примерно от 10 до 50 мас.% аминометильных групп.

5. Способ обезвоживания дисперсии суспендированных твердых веществ, включающий добавление к указанной дисперсии эффективного количества твердого вещества кватернизованного алкилакриламидсодержащего полимера Манниха, отличающийся тем, что указанный полимер получают из обратимой микроэмульсии по п. 1, содержащей более чем примерно 20 мас.% и менее чем примерно 40 мас.% полимерного твердого вещества в водной фазе, и он имеет стандартную вязкость по крайней мере примерно 3,3 сПз.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что указанная дисперсия содержит биохимически обработанную суспензию, бумажные отходы, отходы нефтеперерабатывающего производства или пищевые отходы.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что полимер добавляют к указанным суспендированным твердым частицам в виде водного раствора, полученного при извлечении полимера из указанной микроэмульсии и диспергировании полимера в воде.

8. Способ получения микроэмульсии, содержащей мицеллы, которые содержат воду и алкилакриламидсодержащий полимер, замещенный, по крайней мере, примерно 1 мол. % кватернизованных аминометильных групп, который включает: (а) смешение (i) водного раствора, по крайней мере, одного алкилакриламидного мономера, необязательно, по крайней мере, одного сомономера с этиленовой ненасыщенностью и, необязательно, регулятора степени полимеризации; (ii) масляного раствора, содержащего, по крайней мере, одну углеводородную жидкость, и (iii) эффективного количества поверхностно-активного вещества или смеси поверхностно-активных веществ, характеризующихся гидрофильно-липофильным балансом, равным от примерно 8 до примерно 12, с образованием микроэмульсии, причем соотношение указанной водной фазы к указанной углеводородной фазе равно от примерно 0,5 до примерно 3:1, а концентрация мономерных твердых веществ находится в пределах от примерно 20 до примерно 40 мас.%, (b) помещение микроэмульсии, полученной на стадии (а), в условиях полимеризации; (с) взаимодействие полимеризованного полимера, полученного на стадии (b), с эффективным количеством формальдегида и вторичного амина или их комплекса и (d) кватернизацию полученного полимера с помощью кватернизирующего агента, и микроэмульсия, полученная на стадии (d), имеет стандартную вязкость не менее примерно 3,3 сПз, как измерено при добавлении 10,8 ч 10,87% водного раствора хлорида натрия к 10,00 ч 0,2% водного полимерного раствора, перемешивании в течение 5 мин и вязкость определяют при 25^oC с использованием вискозиметра Брукфильда Модель DV II с УФ адаптером при 60 оборотах в минуту.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что указанный формальдегид выбирают из формальдегида, параформальдегида, триоксана или водного формалина.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что полимеризацию осуществляют в температурном интервале от примерно 30^oC до примерно 45^oC.

Описание изобретения к патенту

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как указано в патентах США N 4956399, 5037881 и 5132023, хорошо известными являются микроэмульсии высокомолекулярных кватернизованных полиакриламидов Манниха, а также способы их получения и применение для обезвоживания дисперсии суспендированных твердых частиц.

Эти микроэмульсии успешно проверены в промышленности, в частности, в обезвоживании городских и промышленных полужидких отходов, таких как осадок сточных вод. Высокая молекулярная масса кватернизованных полимеров Манниха, а также способность регулировать концентрацию кватернизованных аминометильных групп полимеров способствуют получению успешных результатов.

Одной из проблем, определяемых этими микроэмульсиями, является их относительная неспособность к обезвоживанию дисперсий суспендированных твердых частиц с низким содержанием последних. Дисперсии суспендированных твердых частиц с низким содержанием твердого вещества требуют обезвоживающих добавок, которые обладают более высокой стандартной вязкостью, чем те, которые широко используются в ряде применений для обезвоживания. Таким образом, большинство микроэмульсий высокомолекулярных кватернизованных полимеров Манниха, поставляемых промышленностью, обладают стандартной вязкостью примерно 3,0 сПз и ниже и сами по себе не являются эффективными для обезвоживания дисперсий с низким содержанием твердого вещества, как было бы желательно.

Микроэмульсии высокомолекулярных кватернизованных полимеров Манниха получаются взаимодействием алкакриламидной полимерной основы в форме микроэмульсии с формальдегидом и вторичным амином обычно в форме комплекса, например, N,N-диметиламинометанола, и затем кватернизацией полученного полимерного основания Манниха. В процессе реакции основы с формальдегидом/вторичным амином с образованием основания Манниха стандартная вязкость полученной полимерной микроэмульсии Манниха обычно равна или слегка больше стандартной вязкости микроэмульсии исходной алкакриламидной полимерной основы. Однако, дальнейшая реакция полимерного основания Манниха с кватернизирующим агентом снижает стандартную вязкость микроэмульсии кватернизованного полимера Манниха до значения ниже значения микроэмульсии исходной полимерной основы.

Из-за потери стандартной вязкости в процессе кватернизации полимера Манниха обычно делается попытка сделать стандартную вязкость как можно более высокой. Это обычно осуществляется при использовании регулятора степени полимеризации, что дает возможность получить оптимальную стандартную вязкость основного полимера, которая не подвергается резкому снижению в процессе кватернизации. Было установлено, что стандартная вязкость микроэмульсии кватернизованного полимера падает по обеим сторонам от ее оптимальной концентрации регулятора степени полимеризации, т.е. кривая стандартной вязкости и концентрации регулятора степени полимеризации является параболоподобной по форме. Таким образом, имеется верхний предел стандартной вязкости, который может быть достигнут для каждой полимерной основы, при использовании этого способа получения.

Поскольку микроэмульсия кватернизованного полимера Манниха состоит не только из полимера per se, т.е. содержит эмульгатор, воду, масло и т.д., имеется также тенденция к получению микроэмульсии кватернизованного полимера Манниха с как можно более высоким содержанием твердого полимера с тем, чтобы сократить затраты на перевозку. Таким образом, содержание твердых полимерных частиц обычно превышает 42% от массы водной фазы микроэмульсии. При таком высоком содержании полимерных твердых частиц ожидаемая стандартная вязкость готовой эмульсии является ограниченной.

Поскольку стандартная вязкость микроэмульсии кватернизованного высокомолекулярного полимера должна быть как можно более высокой для многих применений и поскольку очень трудно получить микроэмульсии алкакриламидной полимерной основы при более высоких значениях стандартной вязкости, существует необходимость в микроэмульсиях кватернизованных полимеров Манниха для полимеров с высокой молекулярной массой, которые (микроэмульсии) имеют стандартную вязкость, которая позволяет им эффективно обезвоживать дисперсии с низким содержанием твердого вещества, т.е. в микроэмульсиях, имеющих стандартную вязкость выше примерно 3,3 сПз.

Возможность обеспечения микроэмульсий кватернизованных полимеров Манниха с высокой стандартной вязкостью обеспечивает преимущества промышленности, которые получат признание и принятие.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Заявителем установлено, что могут быть получены микроэмульсии высокомолекулярных кватернизованных полимеров Манниха, которые имеют стандартную вязкость выше примерно 3,3 сПз и, как результат этого, являются эффективными для обезвоживания дисперсии с низким содержанием твердого вещества.

Вопреки существующему мнению, Заявитель установил, что, если микроэмульсия основы алкакриламидсодержащего полимера получается при содержании в водной фазе твердых полимерных частиц в пределах между примерно 20 мас.% и примерно 40 мас. %, и полимер Манниха кватернизуется, стандартная вязкость полученной микроэмульсии полимера Манниха является более высокой, чем когда микроэмульсия основы получается при более высоком содержании твердых полимерных частиц в водной фазе. Этот результат действительно является неожиданным, потому что всегда считалось, что снижение содержания твердого вещества в водной фазе микроэмульсии полимерной основы приводит к снижению стандартной вязкости микроэмульсии кватернизованного полимера Манниха.

Таким образом. Заявителем неожиданно установлено, что регулирование содержания твердых полимерных частиц в водной фазе полимера основы независимо от присутствия или отсутствия регулятора степени полимеризации в пределах между примерно 20 мас.% и примерно 40 мас.% неожиданно приводит к образованию микроэмульсии основного полимера, которая после проведения реакции Манниха и последующей кватернизации обеспечивает получение микроэмульсии кватернизованного полимера Манниха, имеющей стандартную вязкость выше примерно 3,3 сПз.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, ВКЛЮЧАЮЩЕЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ

Данное изобретение относится к обратимой микроэмульсии, содержащей водную фазу диспергированных мицелл, содержащих воду и алкакриламидсодержащий полимер, замещенный, по крайней мере, 1 мол.% кватернизованных третичных аминометильных групп, где указанный полимер получается из микроэмульсии, содержащей более примерно 20 мас.% и менее примерно 40 мас.% твердых полимерных частиц в водной фазе по отношению к указанной микроэмульсии и имеющей стандартную вязкость не менее примерно 3,3 сПз.

Изобретение, кроме того, относится к способу обезвоживания дисперсии суспендированных твердых частиц путем добавления к указанной дисперсии кватернизованного алкакриламидсодержащего полимера Манниха, где указанный полимер получается из микроэмульсии, содержащей более примерно 20 мас.% и менее примерно 40 мас.% твердых полимерных частиц в водной фазе и имеющей стандартную вязкость не менее примерно 3,3 сПз.

Кроме того, изобретение относится к способу получения микроэмульсии, содержащей мицеллы, которые содержат воду и алкакриламидсодержащий полимер, замещенный, по крайней мере, примерно 1 мол.% кватернизованных аминометильных групп, который включает:

а) смешение

(i) водного раствора, по крайней мере, одного алкакриламидного мономера, необязательно, по крайней мере, одного сомономера с этиленовой ненасыщенностью и, необязательно, регулятора степени полимеризации;

(ii) масляного раствора, содержащего, по крайней мере, одну углеводородную жидкость; и

(iii) эффективного количества поверхностно-активного вещества или смеси поверхностно-активных веществ с тем, чтобы образовать микроэмульсию;

b) воздействие на микроэмульсию, полученную на стадии (а), условий полимеризации;

с) взаимодействие полимеризованного полимера, полученного на стадии (b), с эффективным количеством формальдегида и вторичного амина или их комплекса; и

d) кватернизацию полученного полимера; в котором на стадии (а) (iii) концентрация твердых частиц мономера в водной фазе находится в пределах от примерно 20 до примерно 40%, и микроэмульсия после стадии (d) имеет стандартную вязкость не менее примерно 3,3 сПз.

Согласно настоящему изобретению предусматриваются микроэмульсии, содержащие алкакриламидсодержащие полимерные микрочастицы, причем алкакриламидный полимер замещен, по крайней мере, 1 мол.% третичных аминометильных групп. Мицеллы микроэмульсии имеют средневесовой диаметр менее примерно 1000 , предпочтительно, от примерно 200 до примерно 1000 в диаметре. Более предпочтительно, средний размер частиц находится в пределах от примерно 300 до примерно 1000 в диаметре, и наиболее предпочтительно, он находится в пределах от примерно 350 до 1000 в диаметре.

Вышеуказанные композиции, предпочтительно, содержат полиакриламид в качестве основного полимера, который замещается указанными аминометильными группами.

Полимеризация согласно настоящему изобретению осуществляется при введении инициатора полимеризации в водную фазу или при обработке обратимой микроэмульсии мономера ультрафиолетовым или ионизирующим облучением в температурном интервале от примерно 30 до 45^oC.

Особенно предпочтительным является изобретение, в котором формальдегид содержит формалин, а вторичный амин содержит диметиламин. Также рассматривается использование комплекса формальдегид-вторичный амин, такого как N, N-диметиламинометанол. Наиболее предпочтительной является смесь параформальдегида и N,N-диметиламинометанола.

Отношение формальдегида к амину не является критическим и находится в пределах от примерно 1,5:1 до 1:10, в молях, соответственно. Обычно, предпочтительно, однако, использовать мольное отношение, близкое 1:1, в качестве практического. Для того чтобы присоединить к акриламидному основному полимеру, по крайней мере, 1 мол.% третичных аминометильных групп, требуется достаточное количество амина и формальдегида или их комплекса.

Основная цепь акриламидных полимеров Манниха настоящего изобретения может содержать единицы таких алкакриламидов, как акриламид, метакриламид, этакриламид и тому подобное.

Основные цепи акриламидных полимеров Манниха настоящего изобретения могут также содержать алакриламид, сополимеризованный с катионным или неионным водорастворимым сомономером с этиленовой ненасыщенностью в количествах до примерно 90 мас. % по отношению к общей массе мономеров. Водорастворимые анионные сомономеры могут также быть использованы в достаточно низких количествах.

Используемые катионные мономеры включают диаллилдиалкиламмонийхлориды, N, N-диалкиламиноалкилметакрилаты, N,N-диалкиламиноалкилметакриламиды, соли, четвертичные соли и их смеси и тому подобное.

Анионные мономеры, используемые при осуществлении данного изобретения, могут содержать акриловую или метакриловую кислоту, фумаровую кислоту, кротоновую кислоту, малеиновую кислоту, их соли, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту, стиролсульфоновую кислоту и их соли и тому подобное в количествах до примерно 10 маc.% по отношению к общей массе мономеров.

Водорастворимые неионные мономеры, пригодные для осуществления данного изобретения, обычно содержат N-винилпирролидон, N,N-диалкилметакриламид и тому подобное. Могут быть также использованы небольшие количества, т.е. до примерно 10 маc.%, других сополимеризующихся мономеров, таких как метилакрилат, метилметакрилат, акрилонитрил, винилацетат, стирол и т.д.

Формальдегиды, пригодные для использования в данном изобретении, как указано выше, выбираются из формальдегида, параформальдегида, триоксана, водного формалина и их смесей.

Вторичные амины, пригодные для использования при осуществлении данного изобретения, выбираются из вторичных аминов, содержащих от примерно 2 до примерно 4 углеродных атомов, которые являются алифатическими, циклическими, с прямой цепью или разветвленными.

Используемыми вторичными аминами являются те, которые являются наиболее гидрофильными, например, диметиламин, этанолметиламин, метилэтиламин, диэтиламин, этанолэтиламин, диэтаноламин или их смеси. Диметиламин является предпочтительным.

Композиции настоящего изобретения получаются при использовании полимеризации обратимой микроэмульсии, как рассматривается в вышеуказанных патентах США, которые поэтому приводятся здесь в качестве ссылки.

В общем случае полимеризация микроэмульсии проводится при (i) получении мономерной микроэмульсии смешением водного раствора мономеров с углеводородной жидкостью, содержащей соответствующее поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ, с образованием обратимой микроэмульсии, состоящей из небольших водных мономерных мицелл, диспергированных в непрерывной масляной фазе, и (ii) воздействии на мономерную микроэмульсию условий свободнорадикальной полимеризации.

Для того чтобы получить обратимую микроэмульсию, обычно необходимо использовать специальные условия, главными параметрами которых являются: концентрация поверхностно-активного вещества, ГЛБ поверхностно-активного вещества или смеси поверхностно-активных веществ, температура, природа органической фазы и состав водной фазы.

Водный мономерный раствор может содержать такие традиционные добавки, какие требуются. Например, раствор может содержать хелатирующие агенты для удаления ингибиторов полимеризации, регуляторы степени полимеризации, регуляторы pH, инициаторы и другие традиционные добавки. Использование здесь регуляторов степени полимеризации является предпочтительным. Более предпочтительным является использование регулятора степени полимеризации при концентрации менее примерно 0,2 маc.% по отношению к массе мономера в водном растворе, предпочтительно, от примерно 0,05 до примерно 0,15 маc.% при той же базе.

Для формирования микроэмульсии, которая может быть определена как прозрачный и термодинамически стабильный раствор, содержащий две жидкости, не растворимые друг в друге, и поверхностно-активное вещество, в котором мицеллы обычно составляют 2000 или менее в диаметре, существенным является выбор соответствующей органической фазы и поверхностно-активного вещества.

Выбор органической фазы оказывает значительное влияние на минимальную концентрацию поверхностно-активного вещества, необходимую для получения обратимой микроэмульсии, и может состоять из углеводорода или углеводородной смеси. Изопарафиновые углеводороды или их смеси являются наиболее желательными для получения недорогостоящих рецептур. Обычно органическая фаза содержит вазелиновое масло, толуол, мазут, керосин, бензин без запаха и уайт-спирит, смеси любого из вышеуказанных и тому подобное.

Соотношение массы количеств водной фазы и углеводородной фазы выбирается как можно более высоким с тем, чтобы получить после полимеризации микроэмульсию с высоким содержанием полимера. Практически это соотношение может варьироваться, например, от примерно 0,5 до примерно 3:1 и обычно приближается к 1:1.

Одно или более поверхностно-активных веществ выбирается для того, чтобы получить значение ГЛБ (гидрофильно-липофильного баланса) в пределах от примерно 8 до примерно 12. За границами этого интервала образование обратимых микроэмульсий обычно не может быть достигнуто. В дополнение к соответствующему значению ГЛБ должна быть оптимизирована концентрация поверхностно-активного вещества, т.е. она должна быть достаточной для образования обратимой микроэмульсии. Слишком низкая концентрация поверхностно-активного вещества приводит к образованию обычных обратимых эмульсий, а слишком высокая концентрация приводит к увеличенной стоимости и не дает никакого значительного преимущества. Типичными поверхностно-активными веществами, используемыми при осуществлении данного изобретения, могут быть анионные, катионные и неионогенные поверхностно-активные вещества. Предпочтительные поверхностно-активные вещества включают сорбитанмоноолеат, полиоксиэтилен (20) сорбитанмоноолеат, натрийдиоктилсульфосукцинат, полиоксиэтиленсорбитгексаолеат, олеамидопропилдиметиламин, натрийизостеарил-2-лактат и тому подобное.

Полимеризация микроэмульсии может быть выполнена любым способом, известным специалистам. Инициирование может быть осуществлено рядом термических и окислительно-восстановительных свободно-радикальных инициаторов, включая перекиси, например, т-бутилперекись; азо-соединениями, например, азобисизобутиронитрилом; неорганическими соединениями, такими как персульфат калия и окислительно-восстановительные пары, такие как аммонийсульфат/аммонийперсульфат железа. Введение инициатора может осуществляться в любое время до фактической полимеризации per se. Полимеризация может быть также осуществлена фотохимическим способом, таким как полимеризация при ультрафиолетовом облучении или ионизирующем облучении от источника кобальта-60.

Конечная микроэмульсия основы содержит от примерно 20% до примерно 40% твердых полимерных частиц в водной фазе, предпочтительно, от примерно 30 до примерно 40%.

Формальдегид и вторичный амин вводятся после полимеризации обратимой микроэмульсии алкакриламида и реагируют с образованием третичной аминометильной группы на главной цепи алкакриламидного полимера. По крайней мере, 1 мол. % аминометильных групп вводится в полимер в процессе реакции Манниха, предпочтительно, от примерно 10 до примерно 50 мол.%.

Полимеры Манниха, полученные в соответствии с методиками настоящего изобретения, затем кватернизуются известным в технике способом, таким как взаимодействие полимеров Манниха с такими кватернизирующими агентами, как метилхлорид, диметилсульфат и тому подобное, в известных условиях. Готовые микроэмульсии имеют стандартную вязкость не менее примерно 3,3 сПз, предпочтительно, не менее примерно 4,0 сПз.

Полимеры настоящего изобретения могут быть удобно использованы в качестве флоккулянтов, полученных в виде разбавленных водных растворов. Эти растворы могут быть получены при обращении микроэмульсии в воду, необязательно, в присутствии разрушающего поверхностно-активного вещества или при извлечении полимера из микроэмульсии, например, отгонкой или при добавлении микроэмульсии к растворителю, который осаждает полимер, например, изопропанолу или ацетону, отфильтровыванием полученного твердого вещества, сушкой и повторным диспергированием в воде. Микроэмульсия может быть также подвергнута отгонке для увеличения в ней концентрации твердого полимера.

Концентрирование дисперсий суспендированных твердых частиц осуществляется при добавлении эффективного количества композиций данного изобретения в растворной форме к суспензии для удаления из нее воды с получением выходящего продукта с требуемыми характеристиками.

Продукты данного изобретения используются для облегчения широкого ряда операций разделения пары твердое вещество-жидкость. Полимеры могут быть использованы для обезвоживания биохимически обрабатываемых суспензий, таких как отстои сточных вод и другие городские или промышленные полужидкие отходы, обезвоживания целлюлозной суспензии, такой как имеется в бумажном производстве, например, бумажные отходы, и отстаивания различных неорганических суспензий, т.е. отходы нефтеперерабатывающих заводов, пищевые отходы и т.д.

Следующие примеры приводятся только в целях иллюстрации и не должны истолковываться как ограничения изобретения, за исключением того, что дано в прилагаемой формуле изобретения. Все части и проценты даются по массе, если не указано другое.

Стандартная вязкость (СВ) измеряется в сПз при добавлении 10,8 ч. 10,87% водного раствора хлористого натрия к 0,2% водному полимерному раствору. Полученная смесь перемешивается в течение 5 мин, и вязкость определяется при 250,1^oC с использованием вискозиметра Брукфилда модель DVII c УФ-адаптером при 60 об/мин.

Пример 1

В примере 1 описывается получение флоккулянта - четвертичной микроэмульсии Манниха (ЧММ) с высокой стандартной вязкостью. Также приводятся методы испытаний и результаты для этого продукта.

Получение микроэмульсии (стадия A)

123,74 ч. водного раствора, содержащего 37,12 ч. акриламида (АМД), 0,07 ч. динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (Na₂ЭДТК) и 2,33 ч. уксусной кислоты, добавляется к органическому раствору, содержащему 110,92 ч. изопарафинового растворителя (ИПР), имеющего точку кипения 207-254^oC, 11,59 ч. полиоксиэтиленсорбитгексаолеата (ПЭСГ) и 3,75 ч. сорбитансесквиолеата (СС). Полученная среда затем барботируется азотом в течение 30 мин при скорости потока 500 мл/мин.

Продувка азотом затем снижается до 200 мл/мин, и добавляется 0,04 ч. изопропанола (ИПА) и водный раствор, содержащий 0,0056 ч. бромата натрия, который предварительно продувается. Продувка продолжается приблизительно 5 мин. Полимеризация инициируется путем введения 0,1% SO₂ в азоте при скорости потока 10-20 мл/мин. Экзотерма полимеризации выдерживается при 30^oC путем охлаждения.

В результате получается прозрачная и стабильная полиакриламидная микроэмульсия с содержанием в водной фазе 30% твердого полимера, имеющая СВ 5,2 сПз.

Получение N,N-диметиламинометанола (стадия B).

N, N-диметиламинометанол (ДМАМ) получается при медленном добавлении 21,2 ч. 92,5% параформальдегида в соответствующую колбу, содержащую 48,6 ч. 60% водного раствора диметиламина и 22,1 ч. деионизованной воды, с поддержанием экзотермы ниже 25^oC. При растворении параформальдегида добавляется для стабилизации 1,51 ч. метанола, 2,75 ч. дицианамида и 3,86 ч. 97,9% метабисульфита натрия. После перемешивания в течение 1 ч проводится отстаивание нерастворившихся твердых частиц, после чего прозрачный раствор, содержащий 49 ч. ДМАМ-твердых частиц, декантируется.

Получение микроэмульсии полиакриламида Манниха (стадия C)

100 ч. вышеуказанной полиакриламидной микроэмульсии со стадии A помещается в соответствующий реактор. 3,26 ч. поверхностно-активной системы, используемой для получения микроэмульсии, перемешивается более 20 мин. Затем в системе перемешивается 8,28 ч. ИПР, 31,4 ч. вышеуказанного раствора ДМАМ со стадии B добавляется в реактор со скоростью 0,53 мл/мин при сильном перемешивании. После добавления реакционная смесь нагревается до 35^oC и выдерживается в течение 4,5 ч. Микро эмульсия полимера Манниха хранится при охлаждении. СВ микроэмульсии равняется 5,3 сПз.

Получение микроэмульсии четвертичного полиакриламида Манниха (стадия D)

Продукт Манниха со стадии C перегружается в миниреактор Парра серий 4560 и перемешивается. Реактор вакуумируется до давления 100 мм рт.ст. (13,33 кПа) и нагревается до 30^oC. 13,45 ч. газообразного метилхлорида подается при давлении 207 кПа. После завершения подачи метилхлорида реактор нагревается до 35^oC в течение 16 ч. Реактор затем медленно вакуумируется до 100 мм рт. ст. (13,33 кПа) и выдерживается 30 мин для удаления избытка метилхлорида. Продукт четвертичной эмульсии Манниха (ЧММ) является прозрачным и стабильным с СВ 4,2 сПз при pH 7.

Термообработка четвертичной микроэмульсии Манниха полиакриламида (необязательная стадия)

25,0 ч. вышеуказанной четвертичной микроэмульсии со стадии D загружается в соответствующий сосуд и интенсивно перемешивается. Через 15 мин добавляется 0,75 ч. алкиларилполиэтиленгликольэфира (ААПЭГ). Затем в колбу со скоростью 0,12 мл/мин добавляется 5,0 ч. водного раствора, содержащего 0,66 ч. ледяной уксусной кислоты (не содержащей альдегид), и 0,30 ч. мочевины. Микроэмульсия затем переносится в предварительно нагретый (до 60^oC) термошкаф на 16 ч. Конечный продукт является четвертичной микроэмульсией Манниха (ЧММ) с СВ 3,8 сПз.

Пример 2 (сравнительный)

Микроэмульсия получается аналогично примеру 1 со следующими исключениями: 123,74 ч. водного раствора, содержащего 56,5 ч. АМД, 0,11 ч. Na₂ЭДТК и 3,39 ч. уксусной кислоты, добавляется к органическому раствору, содержащему 102,75 ч. ИПР, 16,33 ч. ПЭСГ и 7,18 ч. СС. 0,48 ч. ИПА и водный раствор, содержащий 0,0085 ч. бромата натрия, который предварительно продувается, добавляется перед инициированием при введении 0,1% SO₂ в азоте при скорости потока 30-85 мл/мин. Экзотерма приближается адиабатически к температуре примерно 65^oC с получением в результате микроэмульсии, имеющей содержание твердых полимерных частиц в водной фазе 45,7%. Микроэмульсия разбавляется до 18,8% ИПР, и добавляется 119,41 ч. раствора ДМАМ. Наконец, к продукту Манниха добавляется 13,78 ч. ААПЭГ, и все перегружается в систему реактора Парра, куда подается 47,23 ч. газообразного метилхлорида. СВ полученной ЧММ равняется 2,5 сПз при pH 7.

Определение характеристик

Отстой рециклирования бумаги:

Эффективность обезвоживания и очистки типичного отстоя городских сточных вод определяется следующим образом: 200 ч. отстоя взвешивается в квадратном химическом стакане. Водные растворы четвертичных флоккулянтов из примеров 1 и 2 получаются при добавлении микроэмульсии к воде так, чтобы концентрация полимера равнялась 0,2 маc.%. Различные дозы полимерных растворов добавляются к образцам отстоя, причем к полимерному раствору добавляется вода для получения эквивалентного добавления каждой дозы. Смесь затем перемешивается в течение 5 с и выливается в воронку Бюхнера, содержащую фильтровальную ткань. Свободный дренаж определяется путем измерения объема фильтрата, собранного через 10, 20 и 30 с. Образец фильтрата затем собирается для определения мутности фильтрата. Результаты приводятся ниже в таблице 1.

Пример 3

Микроэмульсия получается аналогично примеру 1 со следующими исключениями: 123,74 ч. водного раствора, содержащего 49,50 ч. АМД, 0,10 ч. Na₂ЭДТК и 2,97 ч. уксусной кислоты, добавляется к органическому раствору, содержащему 110,92 ч. ИПР, 10,66 ч. ПЭСГ и 4,68 ч. СС. Полученная среда затем продувается, как в примере 1.

Продувка азота затем снижается до 200 мл/мин, и добавляется 0,50 ч. 10% раствора ИПА и водный раствор, содержащий 0,0074 ч. бромата натрия, который предварительно продувается. Полимеризация проводится затем, как в примере 1, с поддержанием экзотермы при температуре 45^oC.

В результате получается прозрачная и стабильная полиакриламидная микроэмульсия (СВ= 4,28 сПз), имеющая 40% твердых полимерных частиц в водной фазе.

Микроэмульсия затем подвергается реакции Манниха, как в примере 1, со следующими исключениями: 12,52 ч. ИПР перемешивается в системе с последующим добавлением 41,85 ч. раствора ДМАМ с получением прозрачного и стабильного продукта Манниха (СВ=4,67 сПз).

Продукт Манниха затем кватернизуется, как в примере 1, за исключением использования 17,93 ч. метилхлорида. Продукт четвертичной микроэмульсии Манниха является прозрачным и стабильным с СВ 3,54 сПз, измеренной при pH 7.

Пример 4

ЧММ из примера 3 термообрабатывается аналогично примеру 1 со следующими исключениями: 4,9 ч. водного раствора, содержащего 0,35 ч. молочной кислоты и 0,37 ч. мочевины, добавляется к 25 ч. ЧММ. Получаемый продукт является термообработанной ЧММ с СВ 3,41 сПз.

Пример 5 (сравнительный)

Микроэмульсия получается аналогично примеру 3 со следующими исключениями: 123,74 ч. водного раствора, содержащего 56,50 ч. АМД, 0,11 ч. Na₂ЭДТК и 3,39 ч. уксусной кислоты, добавляется к органическому раствору, который затем продувается, как в примере 1.

Азотная продувка затем снижается до 200 мл/мин, и добавляется 0,57 ч. 10% раствора ИПА и водный раствор, содержащий 0,0085 ч. бромата натрия, который предварительно продувается. Затем проводится полимеризация, как в примере 1, с поддержанием экзотермы при температуре 45^oC. В результате получается прозрачная и стабильная полиакриламидная микроэмульсия (СВ=4,10 сПз), имеющая содержание полимерных твердых частиц в водной фазе 45,7%.

Микроэмульсия затем подвергается реакции Манниха, как в примере 3, с следующими исключениями: 47,76 ч. раствора ДМАМ добавляется с получением прозрачного и стабильного продукта Манниха (СВ=4,32 сПз).

Продукт Манниха затем кватернизуется, как в примере 1, за исключением использования 20,46 ч. метилхлоридной загрузки. Продукт четвертичной микроэмульсии Манниха является прозрачным и стабильным с СВ=2,95 сПз, измеренной при pH 7.

Пример 6 (сравнительный)

ЧММ из примера 5 термообрабатывается аналогично примеру 4. Получаемым продуктом является термообработанная ЧММ с СВ = 2,81 сПз.

Определение характеристик

Характеристики продуктов примеров 3-6 приводятся ниже в таблице 2, причем испытания проводятся, как указано выше.

Пример 7

Повторяется пример 3, за исключением того, что 10% акриламида заменяется акриловой кислотой, получаются аналогичные результаты.

Пример 8

Повторяется пример 7, за исключением того, что кватернизующим агентом является диметилсульфат. Результаты являются такими же.

Пример 9

Повторяется пример 1 с использованием формалина вместо параформальдегида, получаются аналогичные результаты.

Пример 10

Повторяется пример 1 с использованием метакриламида вместо акриламида. Результаты являются аналогичными.

Пример 11

Повторяется пример 3, за исключением того, что используемыми мономерами являются акриламид (90%), диаллилдиметиламмонийхлорид (8%) и метилацетат (2%). Получаются аналогичные результаты.

Пример 12

Кватернизованная микроэмульсия полимера Манниха из примера 7 обращается в воду в присутствии эмульгатора, и получаемый раствор (2% активной части) используется для обработки системы отходов бумагоделательного производства. Получаются превосходные результаты.

Пример 13

Повторяется пример 12, за исключением того, что обрабатываемой дисперсией твердых частиц являются пищевые отходы завода пищевых продуктов. Снова получаются превосходные результаты.