[发明专利]制备水溶性聚合物的水分散体的装置及该装置的实施方法

说明书

本发明涉及用于湿研磨水溶性聚合物以获得其分散体然后使其 快速溶于水中的装置。本发明还涉及该装置的实施方法。

根据本发明，使聚合物穿过研磨器而悬浮于水中，该研磨器 包括在具有非常靠近的刀片的定子中旋转的具有刀的转子；利用 分散并稀释聚合物的第二水射流来防止该定子被所形成的聚合物 凝胶堵塞。

在现有技术的水溶性聚合物中，尤其已知的是部分水解的丙 烯酰胺聚合物及其共聚物，还有黄原胶、纤维素衍生物和瓜尔豆 胶。这些聚合物由于它们的分子量和/或链间离子斥力而发展了粘 度。控制粘度的机理涉及增加流体力学体积或涉及链间斥力。

尽管商业可得的丙烯酰胺(共)聚合物通常是粉末形式的，但它 们在工业应用中通常以稀水溶液使用。这就需要在精确的物理和 化学条件下将聚合物溶解于水的步骤。

但是，即使这些聚合物是亲水性的，它们也难以溶解。尤其 是它们的溶解随其组成和分子量而变化。

因此，为了以溶液形式使用，利用润湿装置将粉末聚合物首 先分散在水中。所用主要装置有多种类型：

-具有干或湿进料斗的喷射器，

-水/空气分散器，其中聚合物通过空气驱动系统输送到腔室 内并在其中被喷嘴润湿，

-各种高速搅拌器。

然后将由此获得的水分散体通过搅拌连续或间歇地溶解。

这些分散系统的主要缺点在于，聚合物的分子量越高，所得 的溶液的粘度就越高。这使得聚合物在水中的浓度通常受限为1～5 克/升，因此需要极大的溶解罐用于大规模工业应用。

例如，对于平均粒径为0～1mm的粉末状的高分子量(约1500 万)的丙烯酰胺(共)聚合物，在20℃温度下获得5g/l的溶液所需 的溶解时间约为：

-4小时，对于非离子聚合物；

-1小时，对于阴离子聚合物；

-45分钟，对于阳离子聚合物。

为解决浓度、分散/溶解和制造成本/尺寸的这些问题，已经开 发了多种方法。主要方法列出如下。它们基于两个准则：-改变 聚合物的商业形式(cf1-5)和-改进溶解装置(cf6)。

1/通过干研磨减小粒径至标准粒度分布。

固体(粉末)形式的丙烯酰胺(共)聚合物主要是通过凝胶聚合接 着进行切碎、干燥以及然后研磨的步骤生产的。本领域技术人员 公知的是，对粉末的粒度分布的显著作用(减小)具有促进其水 合以及由此溶解的结果。

但是，该方案具有很多限制因素，即：

-高研磨成本：因为软化点低(接近50℃)，因此需要使用 具有大量冷却空气的大型研磨器或者使用低温系统，

-多尘的最终产品：由于产品由操作员直接使用，因此在没 有先进设备的情况下难以控制空气中的颗粒率，

-“鱼眼”增加：在使用过程中，微细聚合物颗粒易于通过 形成多个“鱼眼”而润湿在一起结成块状。其为尺寸从几毫米到 几厘米不等的凝胶状颗粒，并且其只有在数小时至数天后才溶解。 这些聚集体易于堵塞管线、计量泵和过滤器。

2/反相乳液(油包水)聚合

在本领域技术人员所公知的该过程中，单体在稳定化表面活 性剂存在下用烃乳化聚合。为了溶解由此获得的聚合物，有必要 直接在乳液中或在聚合物溶解过程中添加反相表面活性剂(高 HLB)。因此，最终产物具有高浓度的有害表面活性剂和有机相， 导致原材料(30～60％)、运输(30～40％)和存储的显著额外成 本。这意味着乳液因其易于使用而广泛用于低消耗或中等消耗应 用，但是对于大规模项目过于昂贵。

3/水分散聚合(又称为‘水包水乳液’)

该技术包括在以溶液或分散体形式含有盐和/或其它化学试剂 的水中聚合单体或单体混合物。聚合过程中形成的亲水性聚合物 在达到足够高的分子量时沉淀出来。在聚合完成时，回收在水混 合物中悬浮的聚合物颗粒的分散液。该技术的优点显而易见。其 制造成本保持很低，即与粉末聚合物的成本相当，这是因为所得 的分散体几乎完全由聚合物、水和盐组成。另外，其具有与水包 油型乳液相同的决定性优势，即聚合物在水中的迅速溶解作用。

然而这些产品也面临几个发展的障碍：

-低浓度(15～20％)，及由此产生的运输和存储的额外成本，

-有限的聚合物分子量，

-减少的保存期。

4/悬浮聚合