用于制备醛官能化聚合物的设备和方法与流程

本发明涉及用于制造醛官能化聚合物的新设备和方法，所述聚合物有利地应用在纸或纸板制造过程中。

背景技术：

1、水溶性的醛官能化聚丙烯酰胺广泛用于造纸工艺中，特别是为了提高这些纸的干强度。这些水溶性聚丙烯酰胺主要由非离子、阳离子、阴离子或两性的基础聚合物制成。

2、醛官能化聚丙烯酰胺有两个缺点：

3、-它们以含有5至12重量％的聚合物的稀释水溶液的形式提供。因此，将它们转移到造纸厂涉及物流限制和可观的运输成本。

4、这些聚合物在水溶液中的使用寿命很短(10至40天)，超过时间，聚合物溶液就凝胶化。

5、此外，在乙二醛化聚合物的生产过程中，有必要监测与醛官能化的反应进展。这包括通过收集反应介质的常规样品，使用粘度计测量聚合物的粘度。该监视需要操作员的永久在场。

6、为了克服所有这些限制，可以直接从造纸厂内安装的设备中生产这些醛官能化的聚合物。那么，在造纸厂内制造这些聚合物的困难在于设置自动监测醛的官能化的反应的装置。

7、acat公司的专利us 2017/0306065描述了具有控制参数的现场乙二醛化(聚丙烯酰胺用乙二醛官能化)设备：

8、-浊度监测

9、-根据温度调节ph

10、-根据反应时间调节ph

11、-反应过程中的ph变化

12、-再循环泵的实际消耗量。

13、该专利中设置的控制参数很有趣。然而，其缺点是不能准确地反映整个乙二醛化反应中聚合物分子量的变化(聚合物结构的支化是可能的)。实际上，浊度测量对水的质量(污染，悬浮液中的物质)和原料聚合物的质量(杂质，颜色……)敏感。

14、因此，通过浊度监测控制反应可能导致：

15、-获得低乙二醛化聚合物(乙二醛和原料聚合物之间的反应很少)。这样得到的聚合物溶液在整个反应过程中的粘度变化较小。

16、-获得高乙二醛化聚合物，其呈不溶性凝胶形式。

17、这些是与聚合物的醛官能化反应有关的需要解决的缺陷。

技术实现思路

1、申请人开发了新设备，包括用于连续监测聚合物与醛的官能化反应的压差在线测量装置(δp测量)。该设备能够有效地控制官能化反应并克服前述缺陷。

2、因此，当δp值的变化达到目标值时，可以(通过酸的加入)停止聚合物与醛官能化衍生物的官能化反应。

3、与浊度测量不同，δp测量对用水的质量和聚合物的质量都不敏感。

4、本发明的另一方面涉及一种使用前述设备制备用醛官能化的聚合物溶液的方法。

5、更具体地，本发明涉及用于通过包含至少一个醛官能团的化合物与包含至少一种非离子单体的原料聚合物p1的至少一种水溶液之间的反应制备非离子、阳离子、阴离子或两性聚合物p2的溶液的设备，所述非离子单体选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、n，n-二甲基丙烯酰胺和丙烯腈，所述设备包括配备有搅拌系统的反应器；以及至少：

6、-用于给反应器供水的管道，较佳地在其上部，

7、-配备有计量泵的管道，所述计量泵用于给反应器提供聚合物p1水溶液，

8、-配备有计量泵的管道，所述计量泵用于给反应器提供包含至少一个醛官能团的化合物，

9、-配备有计量泵的管道，所述计量泵用于给反应器提供碱，较佳地在其上部，

10、-配备有计量泵的管道，所述计量泵用于给反应器提供酸，较佳地在其上部，

11、-用于使聚合物p2溶液从反应器的底部向所述反应器的上部再循环的再循环回路。

12、所述设备的特征在于，再循环回路包括在反应器的出口和反应器的入口之间的再循环泵、ph测量探针、以及呈校准管形式的压差在线测量装置，其用于测量聚合物p2溶液在所述校准管的入口和出口之间的压差，所述校准管位于再循环回路的旁路上。

13、在一个优选的实施方案中，将聚合物p1水溶液和包含至少一个醛官能团的化合物进料到反应器中是在再循环回路中完成的。

14、换句话说，所述设备包括与再循环回路连接的配备有向反应器供给聚合物p1水溶液的计量泵的管道；和配备有用于向反应器中供给包含至少一个醛官能团的化合物的计量泵的管道

15、所述原料聚合物p1可以是非离子的、阳离子的、阴离子的或两性的。较佳地，它是水溶性的。

16、术语“聚合物”是指均聚物和共聚物。

17、所述两性聚合物是包含阳离子电荷和阴离子电荷的聚合物，较佳地为阳离子电荷与阴离子电荷一样多的聚合物。

18、如本文所示，术语“水溶性聚合物”是指当在25℃和以20g.l-1的浓度在水中搅拌溶解4小时时得到不含不溶性颗粒的水溶液的聚合物。

19、所述聚合物p1可包含阳离子单体，较佳地选自下组：季铵化或盐化的丙烯酸二甲氨基乙酯(dmaea)、季铵化或盐化的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(dmaema)、二甲基二烯丙基氯化铵(dmdaac)、丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵(aptac)，和甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵(maptac)。

20、所述聚合物p1可包含阴离子单体，较佳地选自下组：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸和/或其盐。

21、任选地，所述的聚合物p1可以用自由基支化剂支化(结构化)，所述自由基支化剂可以选自下组：烯丙基磺酸钠、甲基烯丙基磺酸钠、甲基烯丙基二磺酸钠、亚甲基双丙烯酰胺、三烯丙基胺、三烯丙基氯化铵、乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、二丙烯酰胺、氰基丙烯酸甲酯，乙烯氧基丙烯酸乙酯或甲基丙烯酸酯。优选地，相对于聚合物质量，p1中支化剂的重量浓度在5至5000ppm之间。

22、所述聚合物p1的结构化也可以用至少一种多官能化合物获得，所述多官能化合物包含至少3个选自n、s、o、p的杂原子，并且每个杂原子具有至少一个流动氢原子。特别地，所述多官能化合物可以是聚乙烯亚胺或多胺。

23、较佳地，所述聚合物p1包含至少5mol％的非离子单体，所述非离子单体选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、n，n-二甲基丙烯酰胺和丙烯腈，优选至少70mol％。

24、根据本发明，通过测量特性粘度来确定合成水溶性聚合物p的“平均分子量(重均)”。所述特性粘度可以通过本领域技术人员已知的方法来测量，特别地，通过图形方法从不同浓度的降低的粘度值计算，该图形方法包括绘制降低的粘度值(在纵坐标轴上)与浓度(在横坐标轴上)的关系图，并通过将曲线外推至零浓度。所述特性粘度值在纵坐标轴上读取或使用最小二乘法读取。之后，所述平均分子量(重均)可以通过mark-houwink方程确定：

25、[η]＝kmα

26、[η]表示通过溶液中粘度测量方法确定的所述聚合物的特性粘度，

27、k表示经验常数，

28、m表示聚合物的分子量，

29、α表示mark-houwink系数，

30、α和k取决于特定的聚合物-溶剂系统。本领域技术人员已知的表给出了取决于聚合物-溶剂系统的α和k值。

31、所述聚合物p1的平均分子量优选地大于或等于100,000道尔顿，甚至更优选地大于或等于200,000道尔顿。较佳地，它小于或等于200万道尔顿，甚至更佳地小于100万道尔顿。优选地，所述聚合物p1的平均分子量较佳地在100,000道尔顿和200万道尔顿之间，甚至更佳地在200,000道尔顿和100万道尔顿之间。

32、与p1反应从而得到p2的包含至少一个醛官能团的化合物较佳地选自：乙二醛、戊二醛、呋喃二醛、2-羟基己二醛、琥珀醛、双醛淀粉、2,2-二甲氧基乙醛，或其组合。甚至更优选地，所述包含至少一个醛官能团的化合物是乙二醛。

33、优选地，所述压差在线测量装置在再循环泵任一侧的再循环回路的旁路上。

34、在特定实施例中，所述压差在线测量装置以回路的形式呈现，进口点位于再循环泵的上游以及出口点位于ph测量探针下游。

35、当通过再循环回路向反应器添加聚合物p1水溶液和包含至少一个醛官能团的化合物时，压差在线测量装置的出口点位于聚合物p1和包含至少一个醛官能团化合物的供应点的下游。

36、较佳地，所述压差在线测量装置进一步包括：

37、-允许在校准管中保持恒定流速的控制阀，

38、-允许测量和调节控制阀下游流速的流量计。

39、根据另一优选例，所述压差在线测量装置包括，优选地在所述控制阀的下游，具有网孔在5至50μm之间的两级过滤器。

40、根据另一优选例，所述压差在线测量装置包括再循环回路的脉动阻尼器，较佳地位于所述两级过滤器和所述控制阀之间。

41、优选地，在管道中流动的碱是水溶液中的氢氧化钠(苏打)。

42、优选地，在管道中流动的酸是水溶液中的硫酸。

43、优选地，本发明的设备包括直接连接在反应器上部的浊度计。

44、本发明还涉及一种通过根据本发明的设备制备非离子、阳离子、阴离子或两性聚合物p2的溶液的方法，所述的溶液衍生自包含至少一个醛官能团的化合物与包含至少一种非离子单体的原料聚合物p1的至少一种水溶液之间的反应，所述非离子单体选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、n，n-二甲基丙烯酰胺和丙烯腈，所述方法包括以下连续步骤：

45、-向反应器加水并激活再循环泵，

46、-向反应器，优选再循环回路加聚合物p1，以及激活搅拌系统，

47、-向反应器，优选再循环回路加入包含至少一个醛官能团的化合物，

48、-向反应器加入碱，并当ph测量探针指示ph在8和12之间时停止添加，

49、-用压差在线测量装置测量在再循环回路中循环的聚合物p2溶液的压差，

50、-任选地连续测量反应器内聚合物p2溶液的浊度，

51、-当聚合物p2溶液的压差的变化达到100％和500％之间的值时，向反应器中加酸，当ph测量探针指示ph在2.5和5之间时停止加酸。

52、优选地，包含至少一个醛官能团的化合物以1-30％的重量浓度加入。

53、优选地，当聚合物p2溶液的压差的变化在200％和400％之间时，将酸加入反应器中。

54、优选地，在该方法完成后，用再循环泵将所获得的聚合物p2溶液转移到装备有用于检测聚合物p2溶液液位的装置的储液罐中。然后，当检测到的储液罐的液位低于阈值时，用水冲洗所有管道和反应器以重新开始如前所述的过程。

55、有利地，本发明还涉及一种用于获得纸或纸板的方法，所述方法包括向纤维悬浮液中加入根据前述方法获得的聚合物p2溶液。

56、通常，所述纤维悬浮液的干物质基于纤维素纤维和电荷，较佳地由纤维素纤维和电荷组成。术语“纤维素纤维”包括任何纤维素实体，包括纤维、细粒、微纤维或纳米纤维。纤维悬浮液，应理解为基于水和纤维素纤维的浓浆或稀浆。

57、在形成纸、纸板片材或其类似物之前或之后，将聚合物p2添加到造纸过程中。因此，可以以不同的方式将纤维素物质与本发明的聚合物接触，特别是根据本领域技术人员已知的典型方法。所述聚合物p2可以通过浸渍技术施加，它可以在通常引入干强度剂的造纸过程中的任何位置直接添加到纤维悬浮液中。

58、因此，所述聚合物p2可以被引入到浓浆(或厚原料)中或被引入到稀浆(或薄原料)中。可以在混合泵或过滤筛中添加。优选地，所述聚合物p2将在流浆箱之前引入。

59、优选地，根据本发明的聚合物在工业上即在用白色水(浓浆)稀释之前注入到纤维悬浮液中。纸浆的稠度在纤维素纤维2-5％重量的范围内。

60、根据本发明的造纸方法可以使用任何类型的纸浆来实施，例如原始纤维纸浆(硫酸盐(kraft)纸浆、亚硫酸氢盐纸浆)、再生纤维、脱墨纸浆、机械和热机械纸浆。

61、有利地，根据本发明方法用接近于造纸机的本发明的设备制备聚合物p2。