[发明专利]衍生自丙烯酰胺的阳离子共聚物及其用途

说明书

本发明涉及使用碱金属和/或碱土金属的氢氧化物和碱金属和/或碱土 金属的次卤酸盐通过霍夫曼重排获得的丙烯酰胺阳离子共聚物，以及这些 共聚物主要作为纸张增强剂和/或凝结剂的用途。

更确切地，根据本发明，丙烯酰胺阳离子共聚物是有机聚合物，其特 征在于：

-它们通过在水性溶液中进行霍夫曼重排而获得，

-以及它们具有以脱盐系数(Cd)大于0.6、优选大于0.65、有利地大于 0.7表征的降低的盐含量，其中Cd等于：

现有技术中获得的丙烯酰胺阳离子聚合物的实例有多种类型：通常， 它们是基于丙烯酰胺和阳离子单体的共聚物，也可以是称作曼尼希 (Mannich)聚合物(丙烯酰胺聚合物与甲醛和仲胺反应，然后季铵化)的聚合 物、乙二醛聚合物或对其进行霍夫曼重排的丙烯酰胺聚合物。

在所有这些聚合物中，只有通过霍夫曼重排获得的那些在阳离子填充 密度方面具有特殊独享的性质。

霍夫曼重排

该反应在19世纪晚期由霍夫曼发现，其用于通过除去一个碳原子将酰 胺官能团转变为伯胺官能团。反应机理如下所述。

在碱(例如)存在下，从酰胺夺取一个质子。

然后所形成的酰胺化离子(amidate ion)与次氯酸盐(例如NaClO，其存 在如下平衡：)的活性氯(Cl₂)反应 生成N-氯酰胺。碱从该氯酰胺上脱除一个质子以形成阴离子。该 阴离子失去氯离子形成氮宾，其经重排形成异氰酸酯。

通过氢氧根离子与该异氰酸酯之间的反应，形成氨基甲酸根。

对该氨基甲酸根进行脱羧(在酸例如HCl存在下脱除CO₂)之后，以酸 式盐的形式得到伯胺。

着重要指出的是，由于所需的反应物，导致还系统地产生非常大量的 钠盐。

实际上，对于每个降解的酰胺官能团，需要4分子的氢氧化钠。这意 味着，每得到一个伯胺官能团就产生4分子的钠盐(例如氯化钠)。

这也适用于丙烯酰胺共聚物的霍夫曼重排，其是多年来已为人所熟知 并且是示例性反应，尤其是参见1956年的专利申请US 579222。

对于丙烯酰胺共聚物的酰胺官能团全部或部分转变为胺官能团，涉及 2个主要因子(以摩尔比表示)。它们是：

-α＝(碱金属和/或碱土金属的次卤酸盐/(甲基)丙烯酰胺)和

-β＝[碱金属和/或碱土金属的氢氧化物/(碱金属和/或碱土金属的次卤 酸盐)]。

通过霍夫曼重排获得的聚合物特别用作造纸工艺中的增强剂。通常， 已知为了有效用作增强剂，所用的聚合物(共聚物)必须尽可能阳离子化， 因此具有高的降解度。由于其固有性质(稳定化、阳离子化、配位化合作用)， 本发明的聚合物也可有利地用于广泛的应用中。以非限制性方式可以提及 的是：水处理(饮用水或废水)、凝结/絮凝技术、采矿业、化妆品和清洁剂 业、纺织品工业。

实际上，根据α降解的程度，根据在聚合物(共聚物)碳骨架上产生的 胺官能团的数量，阳离子度(cationicity)可发生改变。

因此，通过霍夫曼重排将X摩尔％的丙烯酰胺均聚物的丙烯酰胺官能 团降解为伯胺官能团，所形成的卤化钠的干重等于“X”乘以“丙烯酰胺的摩 尔数”乘以“4”再乘以“该盐的分子量”，其中“丙烯酰胺的摩尔数”＝(聚合物 干重/71)，其中71是丙烯酰胺的分子量。

因此，对于质量为100克的丙烯酰胺均聚物来说，霍夫曼重排产生如 下质量的盐：