ПОЛИМЕРЫ, АДСОРБИРУЮЩИЕ ЗАГРЯЗНИТЕЛЬ Российский патент 2016 года по МПК C08F220/00 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к полимерам, адсорбирующим загрязнитель, в частности к полимерам, обладающим способностью адсорбировать загрязнитель, а также к способу получения таких полимеров.

ПРЕДПОСЫЛКА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Полимеры, обладающие способностью адсорбировать загрязнитель, уже известны в данной области техники. Например, способностью адсорбировать загрязнитель обладают полимеры Mirapol^®, содержащие мономерные звенья, которые являются производными мономеров, таких как акриламид, акриловая кислота и четвертичные аммонийные соединения, такие как метакриламидопропилтриметиламмоний хлорид (МАРТАС) и диаллилдиметиламмоний хлорид (DADMAC) компании Rhodia Chemie. Кроме того, способностью адсорбировать загрязнитель обладают также полимеры Lupasol^®, которые представляют собой полиэтиленимины компании BASF. Однако существует потребность в таких полимерах, которые обладали бы улучшенной способностью адсорбировать загрязнитель по сравнению с этими известными полимерами.

Одной из проблем, которая встает перед разработчиками рецептур, является проблема получения полимеров, обладающих улучшенной способностью адсорбировать загрязнитель по сравнению с уже известными полимерными адсорбентами.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение удовлетворяет вышеуказанную потребность, предлагая новые полимеры, обладающие, по сравнению с уже известными полимерными адсорбентами, улучшенной адсорбцией загрязнителя, которую определяют в соответствии с описанным здесь методом определения показателя адсорбции загрязнителя.

Одним из решений проблемы, обозначенной выше, является получение полимера, который содержит два или более мономерных звеньев, выбранных из группы, состоящей из:

а) неионных мономерных звеньев;

б) анионных мономерных звеньев;

в) катионных мономерных звеньев;

г) цвиттер-ионных мономерных звеньев; и

д) их смесей;

причем полимер имеет показатель адсорбции загрязнителя, по меньшей мере, 38 мг и/или, по меньшей мере, 40 мг в соответствии с описанным здесь методом определения показателя адсорбции загрязнителя.

В одном из примеров предлагается полимер, содержащий два или более мономерных звена, выбранных из группы, состоящей из:

а) неионных мономерных звеньев;

б) анионных мономерных звеньев;

в) катионных мономерных звеньев;

г) цвиттер-ионных мономерных звеньев; и

д) их смесей;

причем полимер имеет показатель адсорбции загрязнителя, по меньшей мере, 38 мг в соответствии с описанным здесь методом определения показателя адсорбции загрязнителя.

В другом примере предлагается способ получения полимера в соответствии с настоящим изобретением, в котором способ включает следующие этапы:

1. Обеспечение двух или более мономерных звеньев, выбранных из группы, состоящей из:

а) неионных мономерных звеньев;

б) анионных мономерных звеньев;

в) катионных мономерных звеньев;

г) цвиттер-ионных мономерных звеньев; и

д) их смесей;

2. Полимеризацию двух или более мономерных звеньев с целью получения полимера, имеющего показатель адсорбции загрязнителя, по меньшей мере, 38 мг в соответствии с описанным здесь методом определения показателя адсорбции загрязнителя.

Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением предлагаются новые полимеры, обладающие улучшенной способностью адсорбировать загрязнитель, по сравнению с уже известными полимерами, и способ их получения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Определения

«Среднечисленная молекулярная масса» в данном контексте означает среднечисленную молекулярную массу M_n, определенную с помощью гель-проникающей хроматографии в соответствии с протоколом, опубликованным в журнале Colloids and Surfaces A: Physico Chemical & Engineering Aspects, том 162, 2000, стр. 107-121.

«Средневесовая молекулярная масса» в данном контексте означает средневесовую молекулярную массу M_w, определенную с помощью гель-проникающей хроматографии в соответствии с протоколом, опубликованным в журнале Colloids and Surfaces A: Physico Chemical & Engineering Aspects, том 162, 2000, стр. 107-121.

«Коэффициент полидисперсности» (PDI) в данном контексте означает отношение средневесовой молекулярной массы к среднечисленной молекулярной массе, M_w/M_n, которые определены с помощью гель-проникающей хроматографии.

«Мономерное звено» в данном контексте означает составляющее звено (иногда именуемое структурным звеном) полимера.

«Неионное мономерное звено» в данном контексте означает мономерное звено, которое не обладает суммарным зарядом при pH 7 и/или определяется здесь как неионное мономерное звено. Неионное мономерное звено может являться производным неионного мономера.

«Неионный мономер» в данном контексте означает мономер, который не обладает суммарным зарядом при pH 7 и/или определяется здесь как неионный мономер.

«Анионное мономерное звено» в данном контексте означает мономерное звено, которое обладает суммарным отрицательным зарядом при pH 7 и/или определяется здесь как анионное мономерное звено. Анионное мономерное звено может являться производным анионного мономера. Анионное мономерное звено, как правило, связано с одним или более катионами, такими как протоны или катионы щелочного или щелочно-земельного металла, например, натрия, или катионные группы, такие как аммоний.

«Катионное мономерное звено» в данном контексте означает мономерное звено, которое обладает суммарным положительным зарядом при pH 7 и/или определяется здесь как катионное мономерное звено. Катионное мономерное звено может являться производным катионного мономера. Катионное мономерное звено, как правило, связано с одним или более анионами, такими как хлорид-ион, бромид-ион, сульфонатная группа и/или метилсульфатная группа.

«Катионный мономер» в данном контексте означает мономер, который обладает суммарным положительным зарядом при pH 7 и/или определяется здесь как катионный мономер. Катионный мономер, как правило, связан с одним или более анионами, такими как хлорид-ион, бромид-ион, сульфонатная группа и/или метилсульфатная группа.

«Цвиттер-ионное мономерное звено» в данном контексте означает мономерное звено, которое обладает как отрицательным, так и положительным зарядом при pH 7 и/или определяется здесь как цвиттер-ионное мономерное звено. Цвиттер-ионное мономерное звено может являться производным цвиттер-ионного мономера. Цвиттер-ионное мономерное звено, как правило, связано с одним или более протонами или катионами, такими как катионы щелочного или щелочно-земельного металла, например, натрия или с катионными группами, такими как аммоний, и с одним или более анионами, такими как хлорид-ион, бромид-ион, сульфонатная группа и/или метилсульфатная группа.

«Цвиттер-ионный мономер» в данном контексте означает мономер, который обладает как отрицательным, так и положительным зарядом при pH 7 и/или определяется здесь как цвиттер-ионный мономер. Цвиттер-ионный мономер, как правило, связан с одним или более протонами или катионами, такими как катионы щелочного или щелочно-земельного металла, например, натрия с катионными группами, а именно аммония, и с одним или более анионами, такими как хлорид-ион, бромид-ион, сульфонатная группа и/или метилсульфатная группа.

«Основная масса» в данном контексте означает массу на единицу площади образца, выражаемую в фунт/3000 фут² или в г/м² и определяемую в соответствии с описанным здесь методом определения основной массы.

Для ясности, суммарные значения мас.% не превышают 100 мас.%.

Полимеры

Полимеры настоящего изобретения содержат два или более различных типов мономерных звеньев. Как следствие этого, полимеры настоящего изобретения могут именоваться сополимерами, включающими терполимеры и высшие полимеры, в отличие от гомополимеров, которые состоят из однотипных мономерных звеньев. Полимеры настоящего изобретения могут представлять собой терполимер (3 различных типа мономерных звеньев). Полимеры настоящего изобретения могут представлять собой статистический сополимер. В одном из примеров полимер настоящего изобретения является растворимым и/или диспергируемым в воде, что означает, что полимер, в пределах, по меньшей мере, определенного значения pH и интервала концентрации, не образует двухфазную композицию в воде при температуре 23°C±2,2°C и относительной влажности 50%±10%.

В одном из примеров полимеры настоящего изобретения имеют среднечисленную молекулярную массу менее 2000000 г/моль, и/или менее 1750000 г/моль, и/или менее 1700000 г/моль, и/или менее 1500000 г/моль, и/или более 500000 г/моль, и/или более 900000 г/моль. В другом примере полимеры имеют среднечисленную молекулярную массу от приблизительно 500000 до 2000000 г/моль и/или от приблизительно 900000 до 1700000 г/моль.

В другом примере полимеры настоящего изобретения имеют показатель адсорбции загрязнителя, по меньшей мере, 38 мг, и/или, по меньшей мере, 40 мг, и/или, по меньшей мере, 42 мг, и/или, по меньшей мере, 45 мг, и/или, по меньшей мере, 47 мг, и/или, по меньшей мере, 50 мг, и/или, по меньшей мере, 53 мг, и/или, по меньшей мере, 55 мг, и/или, по меньшей мере, 57 мг, и/или, по меньшей мере, 60 мг, и/или, по меньшей мере, 62 мг, определенный в соответствии с описанным здесь методом определения показателя адсорбции загрязнителя.

Еще в одном примере полимеры настоящего изобретения имеют плотность заряда (при pH 4,5) от приблизительно -0,1 мэкв./г, и/или от приблизительно -0,05 мэкв./г, и/или от приблизительно -0,02 мэкв./г, и/или от приблизительно 0 мэкв./г, и/или до приблизительно +0,1 мэкв./г, и/или до приблизительно +0,09 мэкв./г, и/или до приблизительно +0,08 мэкв./г, и/или до приблизительно +0,06 мэкв./г, и/или до приблизительно +0,05 мэкв/г, и/или до приблизительно +0,02 мэкв./г, определенную в соответствии с описанным здесь методом определения плотности заряда. Еще в одном примере полимеры настоящего изобретения имеют плотность заряда от приблизительно -0,1 мэкв./г до приблизительно +0,1 мэкв./г, и/или от приблизительно -0,05 мэкв./г до приблизительно +0,1 мэкв./г, и/или от приблизительно 0 до менее чем +0,1 мэкв./г, и/или до менее чем +0,09 мэкв./г, и/или до менее чем +0,08 мэкв./г, и/или до менее чем +0,06 мэкв./г, и/или до менее чем +0,05 мэкв./г, определенную в соответствии с описанным здесь методом определения плотности заряда.

В другом примере полимеры показывают коэффициент полидисперсности менее 2,5, и/или менее 2,0, и/или менее 1,7, и/или менее 1,5, и/или менее 1,3.

В одном из примеров полимер настоящего изобретения содержит два или более мономерных звеньев, выбранных из группы, состоящей из: а) неионных мономерных звеньев; б) анионных мономерных звеньев; в) катионных мономерных звеньев; г) цвиттер-ионных мономерных звеньев; и д) их смесей.

Полимеры настоящего изобретения могут иметь показатель адсорбции загрязнителя, по меньшей мере, 38 мг, определенный в соответствии с описанным здесь методом определения показателя адсорбции загрязнителя.

В одном из примеров полимеры настоящего изобретения являются водорастворимыми.

а. Неионные мономерные звенья

Неионные мономерные звенья могут быть выбраны из группы, состоящей из: неионных гидрофильных мономерных звеньев, неионных гидрофобных мономерных звеньев и их смесей.

Неограничивающие примеры неионных гидрофильных мономерных звеньев, подходящих для настоящего изобретения, включают неионные гидрофильные мономерные звенья, которые являются производными неионных гидрофильных мономеров, выбранных из группы, состоящей из: гидроксиалкильных эфиров α,β-этиленненасыщенных кислот, таких как гидроксиэтил- или гидроксипропилакрилаты и -метакрилаты, глицерилмонометакрилат; α,β-этиленненасыщенных амидов, таких как акриламид, N,N-диметилметакриламид, N-метилолакриламид; α,β-этиленненасыщенных мономеров, имеющих водорастворимый полиоксиалкиленовый сегмент полиэтиленоксидного типа, таких как полиэтиленоксид-α-метакрилаты (Bisomer S20W, S10W и т.п. компании Laporte) или α,ω-диметакрилаты, Sipomer BEM компании Rhodia (ω-бегенилполиоксиэтилен метакрилат), Sipomer SEM-25 компании Rhodia (ω-тристирилфенилполиоксиэтиленметакрилат); α,β-этиленненасыщенных мономеров, которые являются исходным материалом гидрофильных звеньев или сегментов, таких как винилацетат, который сразу после полимеризации может быть гидролизован, чтобы вызвать образование звеньев винилового спирта или сегментов поливинилового спирта, винилпирролидон, α,β-этиленненасыщенные мономеры уреидного типа и, в особенности, 2-имидазолидинон-этилметакриламид (Sipomer WAM II компании Rhodia), и их смесей. В одном из примеров неионное гидрофильное мономерное звено является производным акриламида.

Неограничивающие примеры неионных гидрофобных мономерных звеньев, подходящих для настоящего изобретения, включают неионные гидрофобные мономерные звенья, которые являются производными неионных гидрофобных мономеров, выбранных из группы, состоящей из: винилароматических мономеров, таких как стирол, альфа-метилстирол, винилтолуол, винилгалогениды или винилиденгалогениды, такие как винилхлорид, винилиденхлорид; C₁-C₁₂ алкилэфиров α,β-моноэтиленненасыщенных кислот, таких как метил-, этил- или бутилакрилаты и -метакрилаты, 2-этилгексилакрилат; виниловых или аллиловых эфиров насыщенных карбоновых кислот, таких как винил- или аллилацетаты, -пропионаты, -версататы, -стеараты; α,β-моноэтиленненасыщенных нитрилов, содержащих от 3 до 12 атомов углерода, таких как акрилонитрил, метакрилонитрил; α-олефинов, таких как этилен; диенов с сопряженными двойными связями, таких как бутадиен, изопрен, хлоропрен, и их смесей.

б. Анионные мономерные звенья

Неограничивающие примеры анионных мономерных звеньев, подходящих для настоящего изобретения, включают анионные мономерные звенья, которые являются производными анионных мономеров, выбранных из группы, состоящей из: мономеров, имеющих, по меньшей мере, одну карбоксильную функцию, например, α,β-этиленненасыщенных карбоновых кислот или соответствующих ангидридов, таких как акриловая, метакриловая или малеиновая кислоты или ангидриды, фумаровая кислота, итаконовая кислота, N-метакроилаланин, N-акрилоилглицин и их водорастворимые соли; мономеров, которые являются исходным материалом карбоксилатных функций, таких как трет-бутилакрилат, который после полимеризации подвергается гидролизу, вызывая образование карбоксильных функций; мономеров, имеющих, по меньшей мере, одну сульфатную или сульфонатную функцию, таких как 2-сульфооксиэтилметакрилат, винилбензолсульфоновая кислота, аллилсульфоновая кислота, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновая кислота (AMPS), сульфоэтилакрилат или -метакрилат, сульфопропилакрилат или -метакрилат и их водорастворимые соли; мономеров, имеющих, по меньшей мере, одну фосфонатную или фосфатную функцию, таких как винилфосфоновая кислота и т.п.; эфиров этиленненасыщенных фосфатов, таких как фосфаты, которые являются производными гидроксиэтилметакрилата (Empicryl 6835 компании Rhodia), и фосфаты, которые являются производными полиоксиалкиленметакрилатов, и их водорастворимые соли, и 2-карбоксиэтилакрилата (СЕА), и их смеси. В одном из примеров анионное мономерное звено является производным анионного мономера, выбранного из группы, состоящей из: акриловой кислоты, AMPS, СЕА и их смесей. В другом примере анионное мономерное звено является производным акриловой кислоты.

в. Катионные мономерные звенья

Неограничивающие примеры катионных мономерных звеньев, подходящих для настоящего изобретения, включают катионные мономерные звенья, которые являются производными катионных мономеров, выбранных из группы, состоящей из: N,N-(диалкиламино-ω-алкил)амидов α,β-моноэтиленненасыщенных карбоновых кислот, таких как N,N-диметиламинометилакриламид или -метакриламид, 2-(N,N-диметиламино)-этилакриламид или -метакриламид, 3-(N,N-диметиламино)пропилакриламид или метакриламид и 4-(N,N-диметиламино)бутилакриламид или -метакриламид; α,β-моноэтиленненасыщенных аминоэфиров, таких как 2-(диметиламино)этилакрилат (DMAA), 2-(диметиламино)этилметакрилат (DMAM), 3-(диметиламино)-пропилметакрилат, 2-(трет.-бутиламино)этилметакрилат, 2-(дипентиламино)-этилметакрилат и 2-(диэтиламино)этилметакрилат; винилпиридинов; виниламина; винилимидазолинов; мономеров, которые являются исходным материалом аминных функций, таких как N-винилформамид, N-винилацетамид, которые вызывают образование первичных аминных функций путем простого кислотного или щелочного гидролиза; акрилоил- или акрилоилоксиаммонийных мономеров, таких как хлорид триметиламмонийпропилметакрилата, хлорид или бромид триметиламмонийэтилакриламида или -метакриламида, метилсульфат триметиламмонийбутилакриламида или -метакриламида, метилсульфат триметиламмонийпропилметакриламида, (3-метакриламидопропил)-триметиламмоний-хлорид (МАРТАС), (3-метакриламидопропил)-триметиламмонийметилсульфат (МАРТА-MES), (3-акриламидопропил)-триметиламмонийхлорид (АРТАС), метакрилоилоксиэтил-триметиламмонийхлорид или -метилсульфат и акрилоилоксиэтилтриметил-аммонийхлорид; 1-этил-2-винилпиридиний- или 1-этил-4-винилпиридинийбромида, -хлорида или -метилсульфата; мономеров N,N-диалкилдиаллиламина, таких как N,N-диметилдиаллиламмонийхлорид (DADMAC); поличетвертичных мономеров, таких как хлорид диметиламинопропилметакриламида и N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-триметиламмоний- (DIQUAT или DQ) и 2-гидрокси-N¹-(3-(2((3- метакриламидо-пропил)-диметиламино)-ацетамидо)пропил)-N¹, N¹, N³, N³, N³ -пентаметилпропан-1,3-диаминийхлорид (TRIQUAT или TQ), и их смесей.

В одном из примеров катионное мономерное звено включает мономерное звено четвертичного аммония, например, мономерное звено, содержащее одну, две или три группы четвертичного аммония. В одном из примеров катионное мономерное звено является производным МАРТАС. В другом примере катионное мономерное звено является производным DADMAC. Еще в одном примере катионное мономерное звено является производным TQ.

В одном из примеров катионные мономерные звенья являются производными катионных мономеров, выбранных из группы, состоящей из: диметиламиноэтилметакрилата, диметиламинопропилметакрилата, ди-трет.-бутиламино-этилметакрилата, диметиламинометилметакриламида, диметиламинопропил-метакриламида, этиленимина, виниламина, 2-винилпиридина, 4-винилпиридина и винилимидазола и их смесей.

В другом примере катионные мономерные звенья являются производными катионных мономеров, выбранных из группы, состоящей из: бромида, хлорида или метилсульфата триметиламмонийэтилметакрилата, диметиламиноэтилметакрилат-бензилхлорида, бромида, хлорида или метилсульфата 4-бензоилбензил-диметиламмонийэтилметакрилата, триметиламмонийэтилметакриламидобромида, хлорида или -метилсульфата, триметиламмонийпропилметакриламидобромида, -хлорида или -метилсульфата, винилбензилтриметиламмонийбромида, -хлорида или метилсульфата, диаллилдиметиламмонийхлорида, 1-этил-2-винилпиридинийбромида, -хлорида или -метилсульфата, 4-винилпиридинийбромида, -хлорида или -метилсульфата и их смесей.

г. Цвиттер-ионные мономерные звенья

Неограничивающие примеры цвиттер-ионных мономерных звеньев, подходящих для настоящего изобретения, включают цвиттер-ионные мономерные звенья, выбранные из группы, состоящей из: сульфобетаиновых мономеров, таких как сульфопропил-диметиламмонийэтилметакрилат (SPE компании Raschig), сульфопропил-диметиламмонийпропилметакриламид (SPP компании Raschig), и сульфопропил-2-винилпиридиний (SPV компании Raschig), 3-((3-метакриламидопропил)-диметиламмонио)пропан-1-сульфоната (SZ), фосфобетаиновых мономеров, таких как фосфатоэтилтриметиламмонийэтилметакрилат, карбоксибетаиновых мономеров, N-(карбоксиметил)-3-метакриламидо-N,N-диметилпропан-1-аминийхлорида (CZ). В одном из примеров цвиттер-ионное мономерное звено является производным CZ, SZ и их смесей.

В одном из примеров полимер настоящего изобретения может содержать, по меньшей мере, одно мономерное звено, выбранное из групп а (неионные мономерные звенья) и б (анионные мономерные звенья), и, по меньшей мере, одно мономерное звено, выбранное из групп в (катионные мономерные звенья) и г (цвиттер-ионные мономерные звенья).

В одном из примеров полимер содержит, по меньшей мере, 69,9 мас.%, и/или, по меньшей мере, 70 мас.%, и/или, по меньшей мере, 75 мас.%, и/или, по меньшей мере, 80 мас.%, и/или, по меньшей мере, 85 мас.%, и/или, по меньшей мере, 90 мас.%, и/или, по меньшей мере, 95 мас.%, и/или, по меньшей мере, 98 мас.%, и/или, по меньшей мере, 99 мас.%, и/или, по меньшей мере, 99,5 мас.% мономерных звеньев из группы а. Остальная часть полимера (не более 30,1 мас.%, и/или не более 30 мас.%, и/или не более 25 мас.%, и/или не более 20 мас.%, и/или не более 15 мас.%, и/или не более 10 мас.%, и/или не более 5 мас.%, и/или не более 2 мас.%, и/или не более 1 мас.%, и/или не более 0,5 мас.% от общего содержания) содержит одно или более мономерных звеньев, выбранных из групп б, в и г. В одном из примеров полимер содержит от приблизительно 70% до приблизительно 99,5 мас.% мономерного звена из группы а, от приблизительно 0,1% до приблизительно 10 мас.% мономерного звена из группы б и от приблизительно 0,3% до приблизительно 29 мас.% мономерного звена из группы в. Еще в одном примере полимер содержит от приблизительно 70% до приблизительно 99,5 мас.% мономерного звена из группы а, от приблизительно 0,5% до приблизительно 30 мас.% мономерных звеньев из групп б и в.

В одном из примеров полимер содержит от приблизительно 70% до приблизительно 99,5 мас.% мономерного звена из группы а, от приблизительно 0,1% до приблизительно 10 мас.% мономерного звена из группы б и от приблизительно 0,3% до приблизительно 29 мас.% мономерного звена из группы г. Еще в одном примере полимер содержит от приблизительно 70% до приблизительно, 99,5 мас.% мономерного звена из группы а, от приблизительно 0,5% до приблизительно 30 мас.% мономерных звеньев из групп б и г.

В одном из примеров полимер содержит от приблизительно 70% до приблизительно 99,5 мас.% мономерного звена из группы а, а недостающая до 100% часть полимера содержит от приблизительно 0,2% до приблизительно 29 мас.% мономерного звена из группы в и от приблизительно 0,3% до приблизительно 29 мас.% мономерного звена из группы г. Еще в одном примере полимер содержит от приблизительно 70% до приблизительно 99,5 мас.% мономерного звена из группы а, от приблизительно 0,5% до приблизительно 30 мас.% мономерных звеньев из групп в и г.

В одном из примеров полимер содержит, по меньшей мере, 0,1 мас.%, и/или, по меньшей мере, 1 мас.%, и/или, по меньшей мере, 5 мас.%, и/или, по меньшей мере, 7 мас.%, и/или, по меньшей мере, 10 мас.%, и/или до приблизительно 25 мас.%, и/или до приблизительно 20 мас.%, и/или до приблизительно 15 мас.% мономерного звена из группы б.

В одном из примеров полимер содержит, по меньшей мере, 0,1 мас.%, и/или, по меньшей мере, 0,3 мас.%, и/или, по меньшей мере, 1 мас.%, и/или, по меньшей мере, 5 мас.%, и/или, по меньшей мере, 7 мас.%, и/или, по меньшей мере, 10 мас.%, и/или до приблизительно 75 мас.%, и/или до приблизительно 70 мас.%, и/или до приблизительно 65 мас.%, и/или до приблизительно 55 мас.%, и/или до приблизительно 40 мас.%, и/или до приблизительно 30 мас.%, и/или до приблизительно 25 мас.%, и/или до приблизительно 20 мас.%, и/или до приблизительно 15 мас.% мономерного звена из группы в.

В одном из примеров полимер содержит, по меньшей мере, 0,1 мас.%, и/или, по меньшей мере, 0,3 мас.%, и/или, по меньшей мере, 0,5 мас.%, и/или, по меньшей мере, 1 мас.%, и/или, по меньшей мере, 5 мас.%, и/или, по меньшей мере, 7 мас.%, и/или, по меньшей мере, 10 мас.%, и/или до приблизительно 75 мас.%, и/или до приблизительно 70 мас.%, и/или до приблизительно 65 мас.%, и/или до приблизительно 55 мас.%, и/или до приблизительно 40 мас.%, и/или до приблизительно 30 мас.%, и/или до приблизительно 25 мас.%, и/или до приблизительно 20 мас.%, и/или до приблизительно 15 мас.% мономерного звена из группы г.

В другом примере полимер содержит не более 30,1 мас.% мономерного звена, выбранного из группы, состоящей из: группы б, группы в, группы г и их смесей.

В одном из примеров полимер может содержать мономерное звено из группы а и мономерное звено из группы б.

В одном из примеров полимер может содержать мономерное звено из группы а и мономерное звено из группы в.

В другом примере полимер настоящего изобретения может содержать мономерное звено из группы а и мономерное звено из группы г.

Еще в одном примере полимер настоящего изобретения может содержать мономерное звено из группы б и мономерное звено из группы в.

Еще в одном примере полимер настоящего изобретения может содержать мономерное звено из группы б и мономерное звено из группы г.

Еще в одном примере полимер настоящего изобретения может содержать мономерное звено из группы в и мономерное звено из группы г.

Еще в одном примере полимер настоящего изобретения может содержать мономерное звено из группы а, мономерное звено из группы б и мономерное звено из группы в.

Еще в одном примере полимер настоящего изобретения может содержать мономерное звено из группы а, мономерное звено из группы б и мономерное звено из группы г.

Еще в одном примере полимер настоящего изобретения может содержать мономерное звено из группы а, мономерное звено из группы в и мономерное звено из группы г.

Еще в одном примере полимер настоящего изобретения может содержать мономерное звено из группы б, мономерное звено из группы в и мономерное звено из группы г.

Еще в одном примере полимер настоящего изобретения может содержать мономерное звено из группы а, мономерное звено из группы б, мономерное звено из группы в и мономерное звено из группы г.

В одном из примеров мономерное звено из группы б и мономерное звено из группы в присутствуют в полимере в молярном соотношении от приблизительно 3:1 до 1:3, и/или от приблизительно 2:1 до 1:2, и/или от приблизительно 1,3:1 до 1:1,3, и/или приблизительно 1:1 или менее или приблизительно 1:1 или более.

В другом примере мономерное звено из группы б и мономерное звено из группы г присутствуют в полимере в молярном соотношении от приблизительно 3:1 до 1:3, и/или от приблизительно 2:1 до 1:2, и/или от приблизительно 1,3:1 до 1:1,3, и/или приблизительно 1:1 или менее или приблизительно 1:1 или более.

В другом примере мономерное звено из группы в и мономерное звено из группы г присутствуют в полимере в молярном соотношении от приблизительно 3:1 до 1:3, и/или от приблизительно 2:1 до 1:2, и/или от приблизительно 1,3:1 до 1:1,3, и/или приблизительно 1:1 или менее или приблизительно 1:1 или более.

Еще в одном примере полимер содержит мономерное звено из группы а и мономерное звено из группы в. Например, полимер может содержать мономерное звено акриламида и мономерное звено четвертичного аммония. Мономерное звено четвертичного аммония может быть выбрано из группы, состоящей из: мономерных звеньев моночетвертичного аммония, мономерных звеньев двучетвертичного аммония и мономерных звеньев трехчетвертичного аммония. В одном из примеров полимер может содержать, по меньшей мере, 69,9 мас.% мономерного звена из группы а и не более 30,1 мас.% мономерного звена из группы в.

Еще в одном примере полимер содержит мономерное звено из группы а и мономерное звено из группы б. Например, полимер может содержать мономерное звено акриламида и мономерное звено акриловой кислоты. В одном из примеров полимер может содержать, по меньшей мере, 69,9 мас.% мономерного звена из группы а и не более 30,1 мас.% мономерного звена из группы б.

Еще в одном примере полимер содержит мономерное звено из группы б и мономерное звено из группы в. Например, полимер может содержать анионное мономерное звено, которое является производным анионного мономера, выбранного из группы, состоящей из: акриловой кислоты, метакриловой кислоты, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, карбоксиэтилакрилата и их смесей, и мономерное звено четвертичного аммония. Мономерное звено четвертичного аммония может быть выбрано из четвертичного мономера, выбранного из группы, состоящей из: мономерных звеньев моночетвертичного аммония, мономерных звеньев двучетвертичного аммония и мономерных звеньев трехчетвертичного аммония и их смесей. В одном из примеров полимер содержит анионное мономерное звено, которое является производным акриловой кислоты, и мономерное звено четвертичного аммония, которое является производным МАРТАС. В одном из примеров полимер может содержать не более 25 мас.% мономерного звена из группы б и не более 75 мас.% мономерного звена из группы в.

Еще в одном примере полимер содержит мономерное звено из группы а, мономерное звено из группы б и мономерное звено из группы в. Например, полимер может содержать мономерное звено акриламида, анионное мономерное звено, которое является производным анионного мономера, выбранного из группы, состоящей из: акриловой кислоты, метакриловой кислоты, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, карбоксиэтилакрилата и их смесей, и мономерное звено четвертичного аммония. Мономерное звено четвертичного аммония может являться производным четвертичного мономера, выбранного из группы, состоящей из: мономерных звеньев моночетвертичного аммония, мономерных звеньев двучетвертичного аммония, мономерных звеньев трехчетвертичного аммония и их смесей. В одном из примеров полимер содержит неионное мономерное звено, которое является производным акриламида, анионное мономерное звено, которое является производным акриловой кислоты, и катионное мономерное звено, которое является производным МАРТАС. В другом примере полимер содержит неионное мономерное звено, которое является производным акриламида, анионное мономерное звено, которое является производным акриловой кислоты, и катионное мономерное звено, которое является производным DADMAC. Еще в одном примере полимер содержит неионное мономерное звено, которое является производным акриламида, анионное мономерное звено, которое является производным акриловой кислоты, и катионное мономерное звено, которое является производным TQ. В другом примере полимер содержит неионное мономерное звено, которое является производным акриламида, анионное мономерное звено, которое является производным СЕА, и катионное мономерное звено, которое является производным МАРТАС. Еще в одном примере полимер содержит неионное мономерное звено, которое является производным акриламида, анионное мономерное звено, которое является производным AMPS, и катионное мономерное звено, которое является производным МАРТАС. В одном из примеров полимер может содержать, по меньшей мере, 69,9 мас.% мономерного звена из группы а и не более 30,1 мас.% мономерных звеньев из групп б и в. В другом примере полимер может содержать от приблизительно 70% до приблизительно 99,5 мас.% мономерного звена из группы а, от 0,1% до приблизительно 30 мас.% мономерного звена из группы б и от приблизительно 0,1 мас.% до приблизительно 30 мас.% мономерного звена из группы в. Еще в одном примере полимер может содержать от приблизительно 70% до приблизительно 99,5 мас.% мономерного звена из группы а и от приблизительно 0,5% до 30 мас.% мономерных звеньев из групп б и в.

Еще в одном примере полимер содержит мономерное звено из группы а, мономерное звено из группы в и мономерное звено из группы г. Например, полимер может содержать мономерное звено акриламида, мономерное звено четвертичного аммония и цвиттер-ионное мономерное звено, выбранное из группы, состоящей из: CZ, SZ, и их смесей. Мономерное звено четвертичного аммония может являться производным четвертичного мономера, выбранного из группы, состоящей из: мономерных звеньев моночетвертичного аммония, мономерных звеньев двучетвертичного аммония, мономерных звеньев трехчетвертичного аммония и их смесей. В одном из примеров полимер содержит неионное мономерное звено, которое является производным акриламида, катионное мономерное звено, которое является производным МАРТАС, и цвиттер-ионное мономерное звено, которое является производным CZ. В другом примере полимер содержит неионное мономерное звено, которое является производным акриламида, катионное мономерное звено, которое является производным МАРТАС, и цвиттер-ионное мономерное звено, которое является производным SZ. В одном из примеров полимер может содержать, по меньшей мере, 69,9 мас.% мономерного звена из группы а и не более 30,1 мас.% мономерных звеньев из групп в и г. В другом примере полимер может содержать от приблизительно 70% до приблизительно 99,5 мас.% мономерного звена из группы а, от 0,1% до приблизительно 30 мас.% мономерного звена из группы в и от приблизительно 0,1% до приблизительно 30 мас.% мономерного звена из группы г. Еще в одном примере полимер может содержать от приблизительно 70% до приблизительно 99,5 мас.% мономерного звена из группы а и от приблизительно 0,5% до 30 мас.% мономерных звеньев из групп в и г.

Еще в одном примере полимер содержит мономерное звено из группы а, мономерное звено из группы б и мономерное звено из группы г. Например, полимер может содержать мономерное звено акриламида, анионное мономерное звено, которое является производным анионного мономера, выбранного из группы, состоящей из: акриловой кислоты, метакриловой кислоты, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, карбоксиэтилакрилата и их смесей, и цвиттер-ионное мономерное звено, выбранное из группы, состоящей из: CZ, SZ и их смесей. В одном из примеров полимер содержит неионное мономерное звено, которое является производным акриламида, анионное мономерное звено, которое является производным акриловой кислоты, и цвиттер-ионное мономерное звено, которое является производным CZ. В другом примере полимер содержит неионное мономерное звено, которое является производным акриламида, анионное мономерное звено, которое является производным акриловой кислоты, и цвиттер-ионное мономерное звено, которое является производным SZ. В одном из примеров полимер может содержать, по меньшей мере, 69,9 мас.% мономерного звена из группы а и не более 30,1 мас.% мономерных звеньев из групп б и г. В другом примере полимер может содержать от приблизительно 70% до приблизительно 99,5 мас.% мономерного звена из группы а, от 0,1% до приблизительно 30 мас.% мономерного звена из группы б и от приблизительно 0,1% до приблизительно 30 мас.% мономерного звена из группы г. Еще в одном примере полимер может содержать от приблизительно 70% до приблизительно 99,5 мас.% мономерного звена из группы а и от приблизительно 0,5% до 30 мас.% мономерных звеньев из групп б и г.

Еще в одном примере полимер содержит мономерное звено из группы а и мономерное звено из группы г. Например, полимер может содержать мономерное звено акриламида и цвиттер-ионное мономерное звено, выбранное из группы, состоящей из: CZ, SZ и их смесей. В одном из примеров полимер содержит неионное мономерное звено, которое является производным акриламида, и цвиттер-ионное мономерное звено, которое является производным CZ. В другом примере полимер содержит неионное мономерное звено, которое является производным акриламида, и цвиттер-ионное мономерное звено, которое является производным SZ. В одном из примеров полимер может содержать, по меньшей мере, 69,9 мас.% мономерного звена из группы а и не более 30,1 мас.% мономерного звена из группы г. В другом примере полимер может содержать от приблизительно 70% до приблизительно 99,5 мас.% мономерного звена из группы а, от 0,5% до приблизительно 30 мас.% мономерного звена из группы г.

В одном из примеров полимер настоящего изобретения содержит неионное гидрофильное мономерное звено. Неограничивающими примерами подходящих гидрофильных мономерных звеньев являются производные неионных гидрофильных мономеров, выбранных из группы, состоящей из: гидроксиалкильных эфиров α,β-этиленненасыщенных кислот, α,β-этиленненасыщенных амидов, α,β-этилен-ненасыщенных моноалкиламидов, α,β-этиленненасыщенных диалкиламидов, α,β-этиленненасыщенных мономеров, имеющих водорастворимый полиоксиалкиленовый сегмент полиэтиленоксидного типа, α,β-этиленненасыщенных мономеров, которые являются исходным материалом гидрофильных звеньев или сегментов, винилпирролидонов, α,β-этиленненасыщенных мономеров уреидного типа и их смесей. В одном из примеров неионное гидрофильное мономерное звено является производным акриламида.

В другом примере полимер настоящего изобретения содержит неионное гидрофобное мономерное звено. Неограничивающими примерами подходящих неионных гидрофобных мономерных звеньев являются производные неионных гидрофобных мономеров, выбранных из группы, состоящей из: винилароматических мономеров, винилгалогенидов, винилиденгалогенидов, C₁-C₁₂ алкилэфиров α,β-моноэтиленненасыщенных кислот, виниловых эфиров насыщенных карбоновых кислот, аллиловых эфиров насыщенных карбоновых кислот, α,β-моноэтиленненасыщенных нитрилов, содержащих от 3 до 12 атомов углерода, α-олефинов, сопряженных диенов, и их смесей.

В одном из примеров полимер содержит анионное мономерное звено. Неограничтвающими примерами подходящих анионных мономерных звеньев являются производные анионных мономеров, выбранных из группы, состоящей из: мономеров, имеющих, по меньшей мере, одну карбоксильную функцию, например, α,β-этиленненасыщенных карбоновых кислот или соответствующих ангидридов, мономеров, которые являются исходным материалом карбоксилатных функций, мономеров, имеющих, по меньшей мере, одну сульфатную или сульфонатную функцию, мономеров, имеющих, по меньшей мере, одну фосфонатную или фосфатную функцию, эфиров этиленненасыщенных фосфатов и их смесей. В одном из примеров анионное мономерное звено является производным анионного мономера, выбранного из группы, состоящей из: акриловой кислоты, метакриловой кислоты, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, карбоксиэтилакрилата и их смесей.

В одном из примеров полимер содержит катионное мономерное звено. Неограничивающими примерами подходящих катионных мономерных звеньев являются производные катионных мономеров, выбранных из группы, состоящей из: акрилоил-или акрилоилоксиаммонийных мономеров, 1-этил-2-винилпиридиний- или 1-этил-4-винилпиридинийбромида, -хлорида или -метилсульфата, мономеров N,N-диалкилдиаллиламина, поличетвертичных мономеров, N,N-(диалкиламино-со-алкил)амидов α,β-моноэтиленненасыщенных карбоновых кислот, α,β-моноэтиленненасыщенных аминоэфиров, винилпиридинов, виниламина, винилимидазолинов, мономеров, которые являются исходным материалом аминных функций, которые вызывают образование первичных аминных функций путем простого кислотного или щелочного гидролиза, и их смесей. В одном из примеров катионное мономерное звено является производным МАРТАС. В другом примере катионное мономерное звено является производным DADMAC. Еще в одном примере катионное мономерное звено является производным 2-гидрокси-N¹-(3-(2((3-метакриламидопропил)диметиламмино)-ацетамидо)пропил)-N¹, N¹, N³, N³, N³ - пентаметилпропан-1,3-диаминий хлорида.

Способ получения полимеров

Полимеры настоящего изобретения могут быть получены любым подходящим способом, известным в этой области техники. Например, полимер может быть получен путем радикальной полимеризации.

Полимеры настоящего изобретения могут быть получены с помощью разнообразных технологических процессов, включая полимеризацию в массе, полимеризацию в растворе, эмульсионную или суспензионную полимеризацию. Способы и технологические процессы полимеризации в общих чертах описаны в изданиях Encyclopedia of Polymer Science and Technology, Interscience Publishers (New York), том 7, стр. 361-431 (1967), и Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 3 издание, том 18, стр. 740-744, John Wiley & Sons (New York), 1982, включенных сюда посредством ссылки. Общие механизмы реакций технологических процессов, подходящих для настоящего изобретения, описаны также в издании Sorenson, W.Р. и Campbell, Т.W., Preparative Methods of Polymer Chemistry, 2 издание, Interscience Publishers (New York), 1968, стр. 248-251, включенном сюда посредством ссылки. В одном из примеров полимеры получают путем свободно-радикальной сополимеризации, используя водорастворимые инициаторы. Неограничивающие примеры подходящих инициаторов свободно-радикальной полимеризации включают термоинициаторы, окислительно-восстановительные пары и фотохимические инициаторы. Окислительно-восстановительные и фотохимические инициаторы могут использоваться для способов полимеризации, инициируемой при температурах ниже приблизительно 30°C (86°F). Такие инициаторы в общих чертах описаны в издании Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 3 издание, John Wiley & Sons (New York), том. 13, стр. 355-373 (1981), включенном сюда посредством ссылки. Типичные водорастворимые инициаторы, которые могут образовывать радикалы при температуре 30°C или ниже, включают окислительно-восстановительные пары, такие как персульфат калия/нитрат серебра и аскорбиновая кислота/перекись водорода. В одном из примеров термоинициаторы используют в способе полимеризации, которую проводят при температуре выше 40°C (104°F). Могут использоваться водорастворимые инициаторы, которые образуют радикалы при температуре 40°C (104°F) или выше. Неограничивающие примеры этих инициаторов включают перекись водорода, персульфат аммония и 2,2′-азобис-(2-амидинопропан)-дигидрохлорид. В одном из примеров водорастворимые исходные мономеры полимеризуются в водном спиртовом растворителе при температуре 60°C (140°F) с использованием в качестве инициатора 2,2′-азобис-(2-амидинопропан)-дигидрохлорида. Растворитель обычно содержит, по меньшей мере, 10 об.% спирта для предотвращения гелеобразования в реакционной среде полимеризации. Неограничивающие примеры подходящих для использования в такой реакции низкомолекулярных спиртов включают метанол, этанол, изопропанол и бутанол.

Другим способом полимеризации является полимеризация в растворе, как описано в патенте US 3317370, выданном 2 мая 1967 года, и в патенте US 3410828, выданном 12 ноября 1968 года, которые включены сюда посредством ссылки. В соответствии с этим способом акролеин или другой альдегидный мономер сополимеризуется с ненуклеофильным водорастворимым полимеризуемым гетероциклическим азотсодержащим мономером и окислительно-восстановительной инициирующей системой. Сополимер затем превращается в катионный за счет реакции сополимера с водорастворимым амином или четвертичным соединением амина. Амины, в том числе четвертичные соединения аминов, подходящие для настоящего изобретения, включают неограничивающие примеры первичных, вторичных и третичных аминов, таких как этилендиамин, диэтилентриамин, триэтилентетрамин, тетраэтиленпентамин, или, частично или полностью, кватернизированных производных любых из вышеуказанных аминов, гидразидов и их четвертичных соединений, таких как хлорид бетаингидразида, N,N-диметилглицингидразид, несимметричных диметилгидразидов, полимеров, таких как полимеры, полученные реакцией мочевины и полиалкиленполиаминов, гуанидинов, бигуанидов, гуанилмочевин, моно- и полигидроксиполиаминов и их четвертичных соединений и т.п. При использовании способа эмульсионной сополимеризации необходимо регулировать молекулярную массу в предусмотренном здесь диапазоне.

В одном из примеров способ получения полимера в соответствии с настоящим изобретением включает следующие этапы:

i. Обеспечение двух или более мономерных звеньев, выбранных из группы, состоящей из:

а) неионных мономерных звеньев;

б) анионных мономерных звеньев;

в) катионных мономерных звеньев;

г) цвиттер-ионных мономерных звеньев; и

д) их смесей; и

ii. Полимеризацию двух или более мономерных звеньев с целью получения полимера, имеющего показатель адсорбции загрязнителя, по меньшей мере, 38 мг в соответствии с описанным здесь методом определения показателя адсорбции загрязнителя. В одном из примеров этап полимеризации включает этап смешивания двух или более мономерных звеньев или мономеров, производными которых они являются, с водой для получения раствора мономеров, и полимеризацию мономеров для получения раствора полимеров. Раствор мономера и/или раствор полимера может подвергаться удалению кислорода. Кроме того, раствор мономера и/или раствор полимера может подвергаться воздействию температуры (нагреваться) до, по меньшей мере, 25°C, в частности до 60°C. Температуры, используемые для получения полимера, могут быть любыми подходящими температурами на протяжении всего процесса получения полимера в соответствии с настоящим изобретением. Раствор мономера и/или полимера может подвергаться воздействию такой температуры в течение времени, достаточного для полимеризации мономерных звеньев в полимер, например, по меньшей мере, 10 минут и/или, по меньшей мере, 18 часов, в зависимости от условий реакции. Для получения полимера настоящего изобретения к раствору мономера и/или раствору полимера может добавляться инициатор, такой как инициатор свободно-радикальной полимеризации, для полимеризации мономерных звеньев (мономеров) в растворе мономера. Количества инициатора(ов) свободно-радикальной полимеризации, используемые для получения полимера, могут быть любыми подходящими количествами на протяжении всего процесса получения полимера в соответствии с настоящим изобретением. Количества различных мономерных звеньев (мономеров), используемых для получения полимера, могут быть любыми подходящими количествами на протяжении всего процесса получения полимера в соответствии с настоящим изобретением.

Неограничивающие примеры синтеза

Приготовление образца

Приготовление раствора инициатора

В колбу помещают 10 мл воды вместе с 1 г 2,2′-азобис-(2-метилпропионамидин)-дигидрохлорида (компании Wako Chemicals), именуемого здесь V-50. Через раствор барботируют аргон, чтобы удалить кислород.

Приготовление мономера

Синтез 2-гидрокси-N^l-(3-(2-((3-метакриламидопропил)диметиламмонио)-ацетамидо)-пропил-N¹,N¹,N³,N³,N³-пентаметилпропан-1,3-диаминийхлорида (именуемого здесь TQ)

В круглодонную колбу с рубашкой, оснащенную механической мешалкой, входным отверстием газа, конденсатором и термометром, помещают 340,6 г диметиламинопропилметакриламида (DMAPMA, компании Sigma-Aldrich), 238,8 г метилхлорацетата (компании Sigma-Aldrich), 0,5 г 4-метоксифенола (компании Sigma-Aldrich), и 423 г метанола (компании Sigma-Aldrich). Круглодонную колбу нагревают при температуре 70°C в течение 5 часов. Реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры и затем на протяжении 2 часов равномерно добавляют 0,5 г 4-метоксифенола (компании Sigma-Aldrich) и 225 г диметиламинопропиламина (компании Sigma-Aldrich). Спустя 2 часа реакционную смесь нагревают до 65°C в течение 2 часов, после чего метанол отгоняют при температуре 50°C под вакуумом. К этой смеси добавляют 690 г (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмонийхлорида (60% водный раствор компании Sigma-Aldrich). Температуру поддерживают на уровне 65-70°C в течение 2 часов. В течение этих 2 часов отгоняют метанол и добавляют воду, получая 55% раствор в воде по массе. Реакция продолжается в воде при температуре 65-70°C в течение последующего часа с образованием мономера TQ.

Синтез 3-((3-метакриламидопропил)диметиламмонио)пропан-1-сульфоната (именуемого здесь SZ)

В круглодонную колбу помещают 26,4 г безводного ацетонитрила (компании Sigma-Aldrich) и 15,5 г пропансультона (компании Sigma-Aldrich) и эту смесь перемешивают в течение 30 минут. Через 30 минут добавляют раствор 25,6 г DMAPMA в 56,5 г ацетонитрила. Смесь перемешивают и нагревают до 35°C. Быстро образуется белый осадок. Поскольку белый осадок заполняет большую часть объема, жидкость сливают. Сухое вещество один раз промывают ацетонитрилом и жидкость снова сливают. Затем сухое вещество промывают двукратным объемом диэтилового эфира. После этого смесь фильтруют через воронку и промывают на фильтре большим количеством диэтилового эфира. Молекулярная структура согласно ЯМР-анализу соответствует требуемой молекулярной структуре SZ.

Синтез N-(карбоксиметил)-3-метакриламидо-N,N-диметилпропан-1-аминийхлорида (именуемого здесь CZ)

В круглодонную колбу помещают 16,5 г метилбромацетата (компании Sigma-Aldrich), 74 г тетрагидрофурана (THF, компании Sigma-Aldrich), и 16,5 г DMAPMA. Раствор перемешивают в течение 16 часов при температуре 25°C, затем перемешивание прекращают. После отстаивания верхний слой THF удаляют. Нижний слой дважды промывают с помощью 50 мл гексана (компании Sigma-Aldrich), получая вязкий материал. Затем материал растворяют в 15 мл метанола (компании Sigma-Aldrich) и осаждают в 150 мл диэтилового эфира (компании Sigma-Aldrich). Осадок несколько раз промывают диэтиловым эфиром до получения вязкого полутвердого вещества. Затем вещество сушат под высоким вакуумом при комнатной температуре в течение ночи. Небольшую часть полученного продукта отбирают для ЯМР-анализа. Оставшуюся часть промежуточного продукта помещают в стеклянный эксикатор, содержащий хлорид кальция, до следующего этапа.

3,3 г вышеуказанного промежуточного продукта растворяют в 10 мл деионизированной воды и пропускают со скоростью 2,7 мл/мин через стеклянную колонку диаметром 2,5 см, содержащую 50 мл Dowex Marathon A - ионообменной смолы в гидроксильной форме (компании VWR Scientific). Выходящий продукт (элюат) собирают и добавляют 13 мл 1 N соляной кислоты (компании Sigma-Aldrich). Воду отгоняют под вакуумом при комнатной температуре. Затем образец высушивают под высоким вакуумом при комнатной температуре в течение ночи. Материал удаляют из-под вакуума и небольшую часть отбирают для ЯМР-анализа. К материалу добавляют 2,71 г деионизированной воды, получая готовый продукт CZ, который хранится в виде водного раствора.

Приготовление полимера

В реакционный сосуд добавляют мономеры в количествах, указанных для примеров в нижеприведенной таблице 1, и 456 г воды. Мономеры - акриламид (именуемый здесь ААМ), акриловая кислота (именуемая здесь АА), диаллилдиметиламмонийхлорид (именуемый здесь DADMAC), 2-карбоксиэтилакрилат (именуемый здесь СЕА), 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновая кислота (именуемая здесь AMPS) и [3-(метилакрилоиламино)пропил]триметиламмонийхлорид (именуемый здесь МАРТАС) - предоставлены компанией Sigma Aldrich. MAPTAC используют в виде 50 мас.% раствора. TQ, SZ и CZ используют в том виде, в котором они приготовлены, как указано выше. Реакционный сосуд барботируют азотом, чтобы удалить из системы кислород, и поддерживают в сосуде атмосферу азота. Реакционный сосуд и его содержимое нагревают до температуры 60°C.

После того, как содержимое сосуда достигнет температуры 60°C, добавляют 1 мл 10%-ного раствора инициатора V-50, приготовленного, как указано выше (за исключением примера 1.17, в котором используется 0,0562 г чистого V-50). Реакцию поддерживают при температуре 60°C в течение 48 часов.

В следующих таблицах представлены неограничивающие примеры полимеров, полученных согласно настоящему изобретению.

Методы испытания

Определение содержания сухого вещества

Пустую чашку для взвешивания (одноразовые алюминиевые чашки VWR с рифлеными стенками и вкладышами, #25433-010 по каталогу VWR; или равноценную чашку) взвешивают с точностью до ±0,1 мг (Вес_чашки). Аликвоту раствора полимера, например 2,5±0,5 г раствора полимера, приготовленного, как указано выше, помещают в чашку и взвешивают с точностью до±0,1 мг (ВеС_{чашки+раствора полимера}). Открытую чашку с раствором помещают в вентилируемую печь при температуре 80°C на 12 часов. После охлаждения до комнатной температуры чашку с сухим веществом полимера взвешивают с точностью до ±0,1 мг (Вес_{чашки+сухого вещества полимера}). Процентное содержание сухого вещества рассчитывают следующим образом:

Приготовление 0.02% раствора полимера

При использовании количеств, указанных в таблице 2, приготовленные растворы полимеров необходимо разбавлять деионизированной водой до 0,02%. Любой другой раствор, подлежащий испытанию, в котором содержание сухого вещества превышает 0,02%, необходимо разбавлять деионизированной водой до 0,02%, используя следующее уравнение:

Если содержание сухого вещества в растворе полимера меньше 0,02%, то в разбавлении нет необходимости.

Определяют вес приемного сосуда, достаточно большого, чтобы содержать разбавленный раствор. В приемный сосуд добавляют необходимое количество исходного раствора полимера и фиксируют вес (только раствора) с точностью до ±0,1 мг (Вес_{раствора полимера}). Затем раствор полимера разбавляют деионизированной водой до 0,02% и вес фиксируют с точностью до ±0,01 г (Вес_{раствора полимера+воды}). Разбавленные растворы накрывают и оставляют на 24 часа, периодически перемешивая перед использованием, чтобы обеспечить растворение полимера. Концентрацию рассчитывают, используя следующее уравнение:

Определение молекулярной массы полимера

Молекулярную массу полимера определяют с помощью гель-проникающей хроматографии (ГПХ) по методу SEC7MALS. Анализ с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) проводят при комнатной температуре, используя хроматограф Alliance 2695 компании Waters, который оснащен устройством для автоматического ввода проб и комплектом двух линейных колонок µStyragel НТ. Скорость потока составляет 1,0 мл/мин, а подвижной фазой является диметилсульфоксид (DMSO) с содержанием бромида лития (LiBr) 0,1 г/100 мл. В качестве детекторов используют светорассеивающий детектор Dawn EOS компании Wyatt, откалиброванный с помощью толуола и стандартизированный за счет использования в подвижной фазе декстрана 25К, и рефрактометр Optilab rEX компании Wyatt, выполняющий измерения при 30°C.

Образцы для анализа готовят с известной концентрацией в пределах от 1 до 5 мг/мл. Образцы фильтруют, используя мембранные фильтры из полипропилена с размером пор 0,2 мкм. Объем вводимого образца составляет 100 мкл. Данные собирают и анализируют, используя программу ASTRA (версия 5.3.4.14). Значения для dn/dc рассчитывают из кривой индекса преломления (RI), исходя из 100% восстановления массы. Рассчитывают и фиксируют среднечисленную молекулярную массу (M_n) и коэффициент полидисперсности (PDI).

Метод определения показателя адсорбции загрязнителя

Из листа бумаги ручного отлива, подготовленного и обработанного, как описано ниже, вырезают прямолинейный отрезок размером 3,00×4,00 дюйма, используя, при необходимости, вырубной пресс размером 3×4 дюйма, для получения образца с основной массой от 19 г/м² до 33 г/м² (образцы с размерами, выходящими за указанные пределы, выбрасывают). Все образцы вырезают из листа испытуемого материала, отступив от любого из краев на 0,5 дюйма. Отрезок листа бумаги ручного отлива маркируют шариковой ручкой или маркером, указывая наименование образца. После выдерживания отрезка листа бумаги ручного отлива в камере для кондиционирования при температуре 70°F±2°F и относительной влажности 50%±2% в течение, по крайней мере, 2 часов (предпочтительно в течение ночи), отрезок взвешивают с точностью до ±10 мг (Вес_{субстрата}), поддерживая при этом условия кондиционирования. Остальную часть работы проводят в лаборатории при температуре 73°F±3,5°F и относительной влажности <70%. Затем отрезок листа бумаги ручного отлива помещают на решетку (световую панель из полистирола размером 23,75×47,75 дюйма, изготовленную компанией Plascolite, Inc., Columbus, Ohio и предоставленную компанией Home Depot в качестве модели #1425005А; или равноценную решетку). Затем каждый отрезок листа бумаги ручного отлива обрабатывают 0,02%-ным раствором полимера, приготовленным, как указано выше, общее количество которого составляет 3,8 мл (при необходимости используют от 1 до 4 аликвот во избежание перенасыщения). Если концентрация испытуемого раствора полимера оказывается менее 0,02%, общее количество раствора полимера, добавляемого к каждому отрезку листа бумаги ручного отлива (при необходимости, используют от 1 до 4 аликвот во избежание перенасыщения), определяют по следующему уравнению:

Раствор полимера наносят только на верхнюю (обработанную) сторону отрезка листа бумаги ручного отлива. После нанесения каждой аликвоты раствора полимера отрезку дают, по меньшей мере, частично высохнуть, в течение, по меньшей мере, 1,5 часа. После нанесения всего количества раствора отрезок оставляют на решетке на 4 часа для сушки на воздухе.

После высыхания отрезок листа бумаги ручного отлива складывают пополам, обработанной стороной наружу, таким образом, что получается испытуемая полоска размером 1,5×4 дюйма. Затем испытуемую полоску сгибают 5 раз в стиле «аккордеон» (в виде веера), получая полоску, содержащую 6 сегментов, каждый шириной ⅔ дюйма.

Чашку Петри (стерильную чашку Петри компании Simport Plastics размером 60×15 мм и объемом 28 мл, #60872-306 по каталогу VWR) маркируют, указывая наименование отрезка, и взвешивают с точностью до ±1 мг (Вес_чашки).

Закрытую центрифужную пробирку, содержащую модельный загрязнитель и воду, полученные согласно способу приготовления раствора загрязнителя, описанного ниже, взбалтывают/встряхивают для диспергирования модельного загрязнителя в воде с целью получения дисперсии загрязнителя. Затем центрифужную пробирку открывают и испытуемую полоску полностью погружают в дисперсию загрязнителя таким образом, чтобы сгибы полоски располагались параллельно длине центрифужной пробирки. Затем центрифужную пробирку сразу закрывают и встряхивают в шейкере WS 180° в течение 60±1 секунд. Шейкер WS 180° (компании Glas-Col #099AWS18012) устанавливают на скорость 50% таким образом, чтобы каждую секунду образец поворачивался на 160-170°.

После встряхивания испытуемую полоску осторожно вынимают пинцетом над чашкой Петри. Следует следить за тем, чтобы вся дисперсия загрязнителя содержалась либо в исходной центрифужной прибирке, либо в соответствующей чашке Петри. Дисперсию загрязнителя выжимают из испытуемой полоски «выжимающим» движением и собирают в чашке Петри (должно быть собрано ≥85% дисперсии загрязнителя). После удаления дисперсии загрязнителя с полоски полоску выбрасывают. Оставшуюся часть дисперсии загрязнителя выливают из центрифужной пробирки в чашку Петри после того, как смесь взболтают для повторного диспергирования модельного загрязнителя в воде, чтобы удалить остатки загрязнителя из центрифужной пробирки. Чашку Петри, содержащую дисперсию загрязнителя, взвешивают с точностью до ±1 мг (Вес_{чашки+элюат}). Затем чашку Петри помещают в лабораторную вентилируемую сушильную камеру при температуре 60°C до высыхания образца (предпочтительно на ночь). После высыхания образца чашку Петри вынимают из камеры и охлаждают до температуры 73°F±4°F. Затем чашку Петри повторно взвешивают с точностью до ±1 мг (Вес _{чашки+высушен. загрязнителя}).

Приготовление раствора загрязнителя

Центрифужную пробирку (сверхвысокоэффективную автономную центрифужную пробирку с плоской крышкой емкостью 50 мл, выпускаемую компанией VWR под торговой маркой SuperClear™, #82018-052 по каталогу VWR; или равноценную пробирку) маркируют, указывая наименование образца, и взвешивают с точностью до ±1 мг (Вес_{пробирки+крышки}). Затем взвешивают 0,1784 г ±0,0005 г модельного загрязнителя (загрязнитель Black Todd Clay, предоставлен компанией Empirical Manufacturing Co., 7616 Reinhold Drive, Cincinnati, Ohio, 45237-3208) (Вес_{добавленного загрязнителя}), который затем помещают в центрифужную пробирку. В центрифужную пробирку медленно добавляют 25,0 мл ±0,2 мл деионизированной воды с помощью подходящего дозатора. Деионизированную воду добавляют в центрифужную пробирку с большой осторожностью, чтобы избежать образования столба пыли от модельного загрязнителя. В случае образования столба пыли, центрифужную пробирку выбрасывают и готовят новую пробирку. Затем центрифужную пробирку повторно взвешивают с точностью до ±1 мг (Вес_{пробирки+крышки+дисперсии}).

Приготовление листа бумаги ручного отлива

Для того чтобы определить способность материала, такого как полимер, адсорбировать загрязнитель, приготавливают лист бумаги ручного отлива, который затем используют в методе определения показателя адсорбции загрязнителя, который описан выше.

Лист бумаги ручного отлива представляет собой изготовленный вручную образец волокнистой структуры. Листы бумаги ручного отлива готовят с заданной основной массой 26,8 г/м², но не менее 19 г/м² и не более 33 г/м², используя следующий способ.

а. Приготовление волокнистой массы

Жидкую суспензию волокнистой массы компании_Northern Softwood Kraft (NSK) готовят следующим образом.

Используя аналитические весы с точностью взвешивания до ±0,0002 г, отвешивают 30 г сухой волокнистой массы NSK. Фиксируют вес сухой волокнистой массы NSK. Фиксируют содержание абсолютно сухой волокнистой массы или плотность волокнистой массы. В химический стакан из полипропилена емкостью 2000 мл наливают 500 мл воды при температуре 23°C±2°C, очищенной по технологии, применяемой на очистных сооружениях г. Цинциннати штата Огайо (или равноценной воды, имеющей следующие свойства: общая жесткость = 155 мг/л по CaCO₃; содержание кальция = 33,2 мг/л; содержание магния = 17,5 мг/л; содержание фосфата = 0,0462). К воде в стакане добавляют взвешенную сухую волокнистую массу NSK, после чего в стакан сразу доливают воду. После того, как волокнистая масса станет совершенно влажной (приблизительно 50-60 секунд), ее удаляют из стакана и вручную разрывают на небольшие кусочки размером приблизительно 2 см² или меньше. Небольшие кусочки влажной волокнистой массы NSK снова помещают в стакан с водой. Влажную волокнистую массу замачивают в стакане с водой в течение, по меньшей мере, 1 часа, обычно 1-2 часа. В конце периода замачивания содержимое стакана (воду и волокнистую массу) переносят в емкость дезинтегратора волокнистой массы, выпускаемого компанией Testing Machines, Inc. под торговой маркой Pulp Disintegrator 73-18, или равноценного дезинтегратора. По мере необходимости следуют прилагаемым инструкциям по эксплуатации, калиброванию и чистке дезинтегратора. Дезинтегратор должен соответствовать стандарту TAPPI Т-205. Используя дополнительное количество воды, очищенной по технологии, применяемой на очистных сооружениях г. Цинциннати штата Огайо (или равноценной воды, как указано выше), поставляемой в промывных склянках из полиэтилена, остатки волокнистой массы, прилипшей к стакану, смывают и перемещают в дезинтегратор. В дезинтегратор доливают воду, очищенную по технологии, применяемой на очистных сооружениях г. Цинциннати штата Огайо (или равноценную воду, как указано выше) до объема 1500 мл от общего объема емкости дезинтегратора.

Затем емкость дезинтегратора, содержащую волокнистую массу и воду, очищенную по технологии, применяемой на очистных сооружениях г. Цинциннати штата Огайо (или равноценную воду, как указано выше) (при температуре 23°C±2°C), помещают на платформу дезинтегратора и располагают под валом и лопастью мешалки дезинтегратора. Емкость дезинтегратора прочно закрепляют в нужном положении на платформе дезинтегратора. Опускают лопасть мешалки в исходное положение и закрепляют на месте согласно инструкциям производителя. Емкость дезинтегратора закрывают крышкой. Устанавливают таймер на отключение ровно через 10 минут. Включают дезинтегратор и запускают таймер, устанавливая сигнализацию таким образом, чтобы ровно после 10 минут работы подавался сигнал, и дезинтегратор автоматически выключался. Выключают сигнализацию. Жидкую суспензию волокнистой массы (волокнистая масса плюс вода, очищенная по технологии, применяемой на очистных сооружениях г. Цинциннати штата Огайо (или равноценная вода, как указано выше)), находящуюся в дезинтеграторе, используют в течение часа после завершения 10 минут работы. Не следует позволять простаивать суспензии более 1 часа перед использованием ее для изготовления листа бумаги ручного отлива.

б. Дозирование бумажной массы

После приготовления жидкой суспензии волокнистой массы в емкости дезинтегратора, как описано выше, ее помещают в дозатор, такой как дозатор компании_Noble and Wood или дозатор компании Adirondack Machine Corporation.

В дозатор, включающий емкость из нержавеющей стали объемом 19-21 л, добавляют воду, очищенную по технологии, применяемой на очистных сооружениях г. Цинциннати штата Огайо (или равноценную воду, как указано выше), заполняя емкость приблизительно наполовину (приблизительно 9-10 л). Включают мешалку дозатора и скорость мешалки регулируют до 23 об/мин ±2 об/мин, чтобы обеспечить оптимальное перемешивание после того, как будет добавлена волокнистая масса. Перемешивание можно считать оптимальным, если видно, что жидкая суспензия волокнистой массы равномерно смешивается с добавляемой в емкость водой, очищенной по технологии, применяемой на очистных сооружениях г. Цинциннати штата Огайо (или равноценной водой, как указано выше). Затем в емкость добавляют полученную вышеуказанным способом жидкую суспензию волокнистой массы в количестве, эквивалентном 30 г абсолютно сухой волокнистой массы. После добавления в емкость жидкой суспензии волокнистой массы бегунок шкалы объема дозатора устанавливают на отметке 19 л. Дополнительно добавляют воду, очищенную по технологии, применяемой на очистных сооружениях г. Цинциннати штата Огайо (или равноценную воду, как указано выше), так, чтобы жидкость находилась приблизительно на одном уровне с верхним краем бегунка шкалы уровня раствора дозатора.

в. Изготовление листа бумаги ручного отлива

Лист бумаги ручного отлива изготавливают из жидкой суспензии волокнистой массы, содержащейся в вышеуказанном дозаторе, следующим способом.

Лист бумаги ручного отлива изготавливают, используя листовую форму из нержавеющей стали размером 12 дюймов × 12 дюймов, выпускаемую компанией Adirondack Machine Corporation. Сначала открывают сливной клапан на напускном ящике листовой формы и полностью осушают напускной ящик. Напускной ящик должен быть чистым и свободным от посторонних примесей. Сливной клапан закрывают и открывают напускной ящик. Обеспечивают подачу воды, очищенной по технологии, применяемой на очистных сооружениях г. Цинциннати штата Огайо (или равноценной воды, как указано выше), допуская переполнение напускного ящика. На грубую сетку напускного ящика помещают чистую формующую сетку (пластиковую ткань 84М, изготовленную из полиэфирного моноволокна, размером 14 дюймов × 14 дюймов, выпускаемую компанией Appleton Wire Co.) для того, чтобы избежать задерживания пузырьков воздуха под формующей сеткой. Если пузырьки воздуха продолжают удерживаться, их удаляют, слегка потерев сетку руками перед закрытием напускного ящика. Если не удалить пузырьки воздуха под формующей сеткой, это может привести к образованию дыр в бумаге и сделает ее неприемлемой для использования в описанных здесь испытаниях. После того, как формующая сетка полностью смочена водой, напускной ящик закрывают и блокируют, позволяя воде подняться на 8½ дюйма от формующей сетки в напускном ящике. Для постоянного отображения этого объема используют отметку на внутренней стороне напускного ящика. К воде в напускном ящике с помощью пробоотборного сосуда добавляют 2543 мл жидкой суспензии волокнистой массы из дозатора. Используя перфорированный металлический плунжер напускного ящика, равномерно распределяют жидкую суспензию волокнистой массы по всей площади напускного ящика, производя плунжером три полных цикла движений сверху вниз и снизу вверх. Не следует касаться формующей сетки при движениях вниз. После третьего цикла плунжер останавливают, выдерживают двухсекундную паузу, удерживая плунжерную пластину непосредственно под поверхностью жидкой суспензии волокнистой массы (для устранения волнового действия) и затем медленно вынимают. Следует убедиться, что жидкая суспензия волокнистой массы в напускном ящике находится в состоянии покоя.

Нажимают выключатель, чтобы активировать регулируемое по времени открытие спускного клапана напускного ящика. Спускной клапан автоматически закрывается после того, как напускной ящик полностью обезвожен. Большая часть установок обезвоживается в течение 20-25 секунд. После закрытия спускного клапана напускной ящик открывают и осторожно вынимают из него формующую сетку волокнистым материалом вверх. Формующую сетку сразу укладывают волокнистым материалом вверх на поверхность вакуумной камеры (вакуумного стола), имеющей плоский участок с вакуумной щелью (13 дюймов × 1/6 дюйма, угол раскрытия 90°), через который проходит формующая сетка с волокнистым материалом. При переносе формующей сетки из напускного ящика на вакуумный стол относительное положение ближайшего к оператору края сетки должно оставаться неизменным.

Вакуумные клапаны вакуумного стола устанавливают таким образом, что вакуум низкого уровня (предварительный вакуум) достигается при давлении 4,0±0,5 дюйма рт.ст., а вакуум высокого уровня достигается при давлении 10,0±0,5 дюйма рт.ст., исходя из показаний манометра модели Ashcroft 1189 с диапазоном давления 0-15 дюймов рт.ст., выпускаемого компанией Ashcroft Inc.

Включают вакуумный насос (вакуумный насос Nash H4 со скоростью откачивания 106 фут /мин, двигателем модели 10 HP, скоростью вращения 1745 об/мин и 3-фазным током с частотой 60 Гц, выпускаемый компанией ЕСМ Inc.), присоединенный к вакуумному столу. Устанавливают вакуум низкого уровня (предварительный вакуум). Укладывают формующую сетку волокнистым материалом вверх на поверхность вакуумного стола таким образом, чтобы передний край формующей сетки (ближайший к оператору край) выступал за границы вакуумной щели на ¼-½ дюйма. Формующую сетку волокнистым материалом вверх пропускают по всей площади вакуумной щели в течение 1±0,3 секунд с постоянной скоростью. Манометр должен показывать 4,0±0,5 дюйма рт.ст. Этот этап называется этапом предварительного вакуумирования.

Затем отключают вакуум низкого уровня и открывают сторону высокого уровня вакуумной системы. На вакуумный стол позади вакуумной щели укладывают переносную сетку шероховатой стороной вверх (пластиковую ткань 44М, изготовленную из полиэфирного моноволокна, размером 16 дюймов × 14 дюймов, выпускаемую компанией Appleton Wire Co.; одна сторона ткани имеет шероховатую поверхность и маркировку в виде стрелки, указывающей машинное направление). Переносную сетку располагают на вакуумном столе таким образом, чтобы ее 16-дюймовая сторона была перпендикулярна вакуумной щели. Формующую сетку с волокнистым материалом осторожно переворачивают, не меняя при этом относительного положения ближайшего к оператору края формующей сетки. Формующую сетку с волокнистым материалом аккуратно кладут в центр переносной сетки, образуя «сэндвич»-конструкцию так, чтобы передний край переносной сетки (ближайший к оператору край) выступал за границы вакуумной щели на ¼-½ дюйма. Направление движения волокнистого материала по площади вакуумной щели должно совпадать с направлением движения формующей сетки с волокнистым материалом во время описанного выше этапа предварительного вакуумирования. «Сэндвич»-конструкцию пропускают по всей площади вакуумной щели в течение 1±0,3 секунд с постоянной скоростью. Манометр должен показывать 10,0±0,5 дюйма рт.ст. Этот этап, на котором волокнистый материал с формующей сетки переносится на переносную сетку, называется этапом вакуумного переноса.

Отключают вакуум высокого уровня и выключают всю вакуумную систему. К этому времени волокнистый материал превращается в лист бумаги ручного отлива. Затем «сэндвич»-конструкцию помещают на вакуумный стол. Формующую сетку отделяют от листа бумаги ручного отлива и переносной сетки, осторожно поднимая один угол формующей сетки и удаляя ее, при этом лист бумаги ручного отлива остается на переносной сетке. Ближайший к оператору край сетки должен находиться в положении, совпадающем с положением листа бумаги ручного отлива во время этапа вакуумного переноса. В углу листа бумаги ручного отлива нестираемым карандашом (акварельным карандашом компании Dick Blick Art) рисуют стрелку, указывающую направление движения по всей площади вакуумной щели. Это направление соответствует машинному направлению листа бумаги ручного отлива.

После этого переносную сетку с прикрепленным к ней листом бумаги ручного отлива пропускают через барабанную сушилку Е-100 компании Adirondack Machine Corporation так, чтобы с барабанной сушилкой соприкасалась переносная сетка, а ближайший к оператору край сетки поступал в сушилку последним. Затем переносную сетку с прикрепленным к ней листом бумаги ручного отлива пропускают через барабанную сушилку второй раз так, чтобы с барабанной сушилкой соприкасался лист бумаги.

Лист бумаги ручного отлива удаляют еще теплым сразу после повторного прохождения через сушилку.

Сформированный лист бумаги, подходящий для испытаний, должен иметь заданную основную массу 26,8 г/м², но не менее 19 г/м² и не более 33 г/м². Если основная масса листа бумаги меньше 19 г/м² или больше 33 г/м², это значит, что количество волокнистой массы либо слишком мало, либо слишком велико, и процесс необходимо соответственно отрегулировать для получения листа бумаги с заданной основной массой 26,8 г/м², но не менее 19 г/м² и не более 33 г/м².

Расчеты

Для расчета количества остаточного модельного загрязнителя (Масса_{остаточного загрязнителя}), оставшегося в чашке Петри, используют следующее уравнение:

Остаточный модельный загрязнитель указывают в мг.

Для расчета количества загрязнителя, адсорбированного в образце (удержанного загрязнителя), используют следующую формулу расчета:

Количество адсорбированного загрязнителя указывают в мг.

Для расчета процента удержанного загрязнителя (% удержанного загрязнителя) используют следующую формулу расчета:

Испытание проводят с использованием четырех образцов и рассчитывают для материала среднее количество адсорбированного загрязнителя (показатель адсорбции загрязнителя) и средний процент удержанного загрязнителя (% удержанного загрязнителя_ср).

Метод определения плотности заряда

Плотность заряда полимера, такого как полимер, адсорбирующий загрязнитель, можно определить с помощью детектора заряда частиц Mutek PCD-04 компании BTG или с помощью равноценного прибора. Используют следующие инструкции компании BTG.

Начинают с 0,1%-ного раствора (0,1 г полимера +99,9 г деионизированной воды) (образец). В зависимости от потребления титрующего раствора (титранта) содержание полимера, если необходимо, увеличивают или уменьшают. Значение pH раствора регулируют до момента заключительного разбавления, поскольку плотность заряда многих полимеров и/или добавок зависит от значения pH раствора. В данном случае используют значение pH 4,5.

1. 20 мл пробы помещают в измерительную ячейку детектора заряда частиц (PCD) и вставляют поршень.

2. Измерительную ячейку с поршнем и пробой помещают в детектор заряда частиц (PCD), при этом электроды расположены с тыльной стороны. Ячейку передвигают по направляющей, пока она не достигнет задней стенки.

3. Поршень поднимают вверх и поворачивают против часовой стрелки, чтобы закрепить его на месте.

4. Включают двигатель. Потенциал протекания показан на сенсорной панели. Следует подождать 2 минуты, пока сигнал станет постоянным.

5. Используют титрующий раствор с противоположным зарядом (например, для катионной пробы, имеющей положительный потенциал протекания, используют анионный титрующий раствор). Титрующие растворы предоставлены компанией BTG и представляют собой раствор 0,001 N PVSK (поливинилсульфата калия) или раствор 0,001 N PolyDADMAC (полидиаллилдиметиламмоний хлорида).

6. Используют автоматический титратор компании BTG. После выбора соответствующего титрующего раствора титратор устанавливают в режим промывания трубки путем распыления 10 мл раствора, обеспечивая удаление всех пузырьков воздуха.

7. Опускают кончик трубки ниже поверхности образца и начинают титрование. Автоматический титратор устанавливают таким образом, чтобы он автоматически отключался, когда потенциал достигнет значения 0 мВ.

8. Фиксируют расход титрующего раствора. В идеальном случае расход титрующего раствора должен составлять от 0,2 мл до 10 мл; в противном случае следует уменьшить или увеличить содержание полимера.

9. Проводят повторное титрование второй аликвоты образца полимера объемом 20 мл.

10. Рассчитывают потребление заряда раствором или потребление заряда сухим веществом:

Потребление заряда (плотность заряда) полимера указывают в мэкв/г.

Метод определения основной массы

Прямолинейный образец листа бумаги ручного отлива размером 3,00×4,00 дюйма, вырезанный, как описано в методе определения показателя адсорбции загрязнителя, выдерживают в камере для кондиционирования при температуре 70°F±2°F и относительной влажности 50%±2% в течение, по крайней мере, 2 часов (обычно в течение ночи). Образец взвешивают с точностью до ±10 мг (Вес_{субстрата}), поддерживая условия кондиционирования. Основную массу образца рассчитывают следующим образом:

Размеры и значения, описанные в данном документе, не должны быть истолкованы как строго ограниченные приведенными точными численными значениями. Вместо этого, если не оговорено иначе, каждый такой размер предназначен для обозначения как приведенного значения, так и функционально эквивалентного диапазона, в котором он находится. Например, размер, описанный как «40 мм», предназначен для обозначения «приблизительно 40 мм».

Все противопоставленные документы, включая любые сопоставляемые или родственные патенты или заявки, полностью включены в данный документ посредством ссылок, если только их использование явно не исключено или не ограничено. Цитирование любого документа не следует толковать как признание того, что он является прототипом по отношению к любому изобретению, раскрытому или заявленному в данном документе, или, что он, сам по себе, или в сочетании с любой другой ссылкой или ссылками, осуществляет, предлагает или раскрывает такое изобретение. В тех случаях, когда какое-либо значение или определение термина в этом документе вступает в противоречие с каким-либо значением или определением в документе, включенном посредством ссылки, значение или определение, присвоенное термину в этом документе, будет являться определяющим.

В то время как были проиллюстрированы и описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области техники понятно, что различные изменения и модификации могут проводиться без отступления от существа и объема настоящего изобретения. При этом подразумевается, что все эти изменения и модификации в пределах объема изобретения будут включены в прилагаемую формулу изобретения.

Изобретение относится к полимеру, адсорбирующему загрязнитель. Полимер содержит два или более мономерных звеньев, выбранных из группы, состоящей из: а) неионнных мономерных звеньев, включающих неионное гидрофильное мономерное звено, причем неионное гидрофильное мономерное звено происходит из акриламида; б) анионных мономерных звеньев, происходящих из анионных мономеров, выбранных из группы, состоящей из мономеров, имеющих, по меньшей мере, одну карбоксильную функцию; в) катионных мономерных звеньев, причем катионное мономерное звено является четвертичным аммонийным мономерным звеном; г) цвиттер-ионных мономерных звеньев, происходящих из цвиттер-ионных мономеров, выбранных из группы, состоящей из сульфобетаиновых мономеров, фосфобетаиновых мономеров и карбоксибетаиновых мономеров; и д) их смесей. Полимер имеет показатель адсорбции загрязнителя, по меньшей мере, 38 мг и содержит, по меньшей мере, 90 мас.% мономерных звеньев из группы а), а остальная часть полимера (не более 10 мас.%) содержит одно или более мономерных звеньев, выбранных из групп б), в) и г). Технический результат - получение полимеров с улучшенной адсорбцией загрязнителя. 7 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Полимер, содержащий два или более мономерных звеньев, выбранных из группы, состоящей из:
а) неионных мономерных звеньев, причем неионные мономерные звенья включают неионное гидрофильное мономерное звено, причем неионное гидрофильное мономерное звено происходит из акриламида;
б) анионных мономерных звеньев, причем анионные мономерные звенья происходят из анионных мономеров, выбранных из группы, состоящей из мономеров, имеющих, по меньшей мере, одну карбоксильную функцию;
в) катионных мономерных звеньев, причем катионное мономерное звено является четвертичным аммонийным мономерным звеном;
г) цвиттер-ионных мономерных звеньев, причем цвиттер-ионные мономерные звенья происходят из цвиттер-ионных мономеров, выбранных из группы, состоящей из сульфобетаиновых мономеров, фосфобетаиновых мономеров и карбоксибетаиновых мономеров; и
д) их смесей;
причем полимер имеет показатель адсорбции загрязнителя, по меньшей мере, 38 мг, определенный в соответствии с методом определения показателя адсорбции загрязнителя, и причем полимер содержит, по меньшей мере, 90 мас. % мономерных звеньев из группы а, а остальная часть полимера (не более 10 мас. %) содержит одно или более мономерных звеньев, выбранных из групп б, в и г.

2. Полимер по п. 1, отличающийся тем, что полимер имеет среднечисленную молекулярную массу менее 2000000 г/моль.

3. Полимер по п. 1, отличающийся тем, что анионное мономерное звено происходит из анионных мономеров, выбранных из группы, состоящей из: акриловой кислоты, метакриловой кислоты, карбоксиэтилакрилата и их смесей.

4. Полимер по п. 1, отличающийся тем, что катионное мономерное звено происходит из (3-метакриламидопропил) триметиламмоний-хлорида (МАРТАС).

5. Полимер по п. 1, отличающийся тем, что полимер содержит мономерное звено из группы в.

6. Полимер по п. 1, отличающийся тем, что полимер содержит мономерное звено из группы б и мономерное звено из группы в.

7. Полимер по п. 1, отличающийся тем, что полимер содержит мономерное звено из группы б, мономерное звено из группы в и мономерное звено из группы г.

8. Полимер по п. 1, отличающийся тем, что полимер имеет коэффициент полидисперсности менее 2,5.