用于分散水溶性聚合物粉末的方法
【專利說明】用于分散水溶性聚合物粉末的方法 相關申請
[0001] 本申請要求2013年4月22日提交的美國非臨時專利申請號13/867,317的權益， 其全部內容以引用方式全部并入本文中。
技術領域
[0002] 本發明大體上涉及水溶性聚合物粉末配制物，并且更具體地涉及粉末形式的水溶 性纖維素醚配制物，其適于直接添加到水基體系中以產生順滑的無團塊的溶液。本發明另 外涉及用于產生適于直接添加到水基體系中的、粉末形式的水溶性纖維素醚配制物的方 法。所述水溶性纖維素醚粉末配制物可用于個人護理、家庭護理、建筑和結構材料、油田、藥 物、食品中，并且最特別地可用于油漆和涂料中。本發明進一步涉及用于在粉末處置和混合 裝置中分散具有改進的分散性質的水溶性纖維素醚粉末的方法。
【背景技術】
[0003] 在許多終端用途的應用中，水溶性聚合物被使用者接收并且首先作為粉末處置， 其隨后溶解到各種水基體系中。然而，這提出了一個技術挑戰，因為水溶性聚合物粉末在被 添加到水基體系中時，傾向于結塊。該問題起因于水溶性聚合物粉末在被添加到水基體系 中時的快速水合和溶脹。當水溶性聚合物粉末被大批量地添加時，粉末相與液相之間的界 面處的水溶性聚合物顆粒開始快速水合并溶脹。該界面處的水溶性聚合物顆粒的溶脹和由 此導致的顆粒堵塞減慢了流體向粉末相內部的滲透。該過程最終導致各種大小的、持久的、 緩慢溶解的凝膠團聚物的產生。除了減慢水溶性聚合物溶解的速率之外，所述團聚物的形 成還導致配制物中存在不期望的物質。
[0004] 本領域內已知已用于產生水溶性聚合物的無團塊溶解的多種方法。常用的方法有 (a)緩慢添加水溶性聚合物粉末、（b)用水混溶性溶劑將水溶性聚合物粉末預先潤濕和（C) 利用前將水溶性聚合物粉末與其它干材料摻合。上述方法中的每一種都有不利方面。例如， 方法（a)大大減慢了粉末的利用，方法（b)和（C)可帶來大濃度的添加劑，從環境依從性或 性能的觀點來看，所述添加劑可能對添加有水溶性聚合物產物的產品具有負面影響。
[0005] 用于抑制溶解期間的團塊形成的另一方法基于使用高剪切誘導設備。在該方法 中，使水溶性聚合物粉末/水體系混合物經受高剪切，所述高剪切機械破壞通過將水溶性 聚合物粉末水合成單個聚合物顆粒所形成的團塊。該方法的缺點在于它在使用時需要專用 設備。
[0006] 基于水溶性聚合物粉末的物理或化學改性，還研發了多種方法以嘗試提供水溶性 聚合物的無團塊溶解。例如，美國專利號6, 197, 100教導了使用當被涂覆到顆粒表面上時 使被涂覆的顆粒更易于分散的表面活性劑。專利申請US2007/0175361A教導了通過噴霧干 燥具有水溶性鹽或糖或各種聚合物的水溶性聚合物粉末來制備可分散的水溶性聚合物的 方法。
[0007] 美國專利號2, 879, 268教導了借助于粉末表面的化學改性用于改進粉末的可分 散性的方法。該專利教導了使用甲醛或二醛來產生允許顆粒在其溶解前分散的表面交聯。
[0008] 美國專利號6, 639, 066B2教導了使用與各種電解鹽摻合的乙二醛化纖維素醚。干 摻合物被教導適于通過在單一步驟中將所述干摻合物添加到水中來制備穩定的懸浮液。
[0009] 美國專利號4, 720, 303教導了使用纖維素醚與固體有機酸如檸檬酸、酒石酸、草 酸、丙二酸和琥珀酸的摻合物來產生適于稠化水基體系而無團塊形成的干摻合物。然而，將 纖維素醚與固體有機酸摻合對纖維素醚、尤其是羥乙基纖維素具有有害影響。固體有機酸 和纖維素醚的此類摻合物降低了摻合物的貯存穩定性，這降低了聚合物的溶解度。
[0010] 對于抑制水溶性纖維素醚在溶解期間形成團塊的方法存在需要，所述方法無需使 用專門的高剪切誘導設備，或無需使用不利于最終用途或不利于纖維素醚的貯存期限的添 加劑，而是通過直接添加到水基體系中，從而產生能夠快速溶解而不產生團塊的纖維素醚 粉末，并且不損害貯存穩定性。

【發明內容】

[0011] 本發明涉及一種干摻合物，其包含至多約99重量％的醛-反應性水溶性纖維素醚 和20重量％或更少的弱酸，所述纖維素醚用至多約8重量％的具有至少一個醛部分的交聯 劑處理過，所述弱酸向經交聯的纖維素醚提供儲存穩定性。
[0012] 本發明還涉及稠化水基體系、優選粘度高于水的粘度的水基體系的方法。該方法 包括將期望量的干摻合物添加到水基體系中的步驟。隨后混合該水基體系，其中形成了相 對無團塊的均勻稠化體系。用于該方法中的干摻合物包含至多約99重量％的水溶性纖維 素醚和20重量％或更少的弱酸，該水溶性纖維素醚與至多約8重量％的具有至少一個醛基 的交聯劑交聯，所述交聯劑優選乙二醛，所述弱酸向粉末形式的干摻合物提供貯存穩定性。
[0013] 本發明進一步涉及用于在粉末處置和混合裝置中分散具有改進的分散性質的水 溶性粉末配制物的方法。所述配制物的使用提供了在這些混合裝置中的改進加工。另外， 本發明涉及用于在粉末處置和混合裝置中分散具有酸流的水溶性纖維素醚粉末的方法。
【附圖說明】
[0014] 圖1是圖解說明乙二醛化HEC在pH8.5100mM三羥甲基氨基甲烷緩沖液（Tris buffer)中的經時溶解的曲線圖，其中通過將HEC預衆液化（pre-slurrying)或作為干粉末 直接添加 HEC。
[0015] 圖2是圖解說明添加到未稠化的油漆（即不添加流變改性劑）中的乙二醛化HEC 的經時溶解的曲線圖，其中通過常規方法添加 HEC或作為干粉末直接添加 HEC。
[0016] 圖3是圖解說明添加到pH 8. 5的緩沖溶液中的乙二醛化HEC的經時溶解的曲線 圖，所述溶液含有〇. 3重量％的預先溶解的所述聚合物，其中通過常規方法添加 HEC或作為 干粉末直接添加 HEC。
[0017] 圖4是圖解說明乙二醛化HEC在未稠化的油漆中的經時溶解的曲線圖，乙二醛化 HEC與8重量％的粉末狀檸檬酸摻合，作為干粉摻合物直接添加；以常規漿液添加 HEC (原 樣）或直接添加 HEC粉末而無添加劑。
[0018] 圖5是圖解說明乙二醛化HEC與檸檬酸的摻合物的貯存穩定性的曲線圖，其中顯 示了初始產生時的、在環境條件下儲存2個月時的和在在60°C老化過夜時的摻合物經時溶 解。
[0019] 圖6是圖解說明乙二醛化HEC在未稠化的油漆中的經時溶解的曲線圖，乙二醛 化HEC與8重量％的檸檬酸單鈉摻合并且作為干粉末摻合物直接添加、作為常規漿液添加 HEC (原樣）或作為粉末直接添加 HEC而無8重量％的檸檬酸單鈉。
[0020] 圖7是圖解說明市售HEC與本發明相比的曲線圖，市售HEC作為漿液和干化合物 添加，本發明使用聚丙烯酸。
[0021 ] 圖8A-8C是可用于分散根據本發明的干纖維素醚粉末的噴射器-混合器系統的替 代性實施方案的示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 本發明涉及聚醛-反應性水溶性纖維素醚粉末配制物，其適于在適度攪動下直接 添加到水基體系、優選粘度大于水的粘度的水基體系中，其中所述配制物容易分配而不產 生團塊。所述配制物包含纖維素醚、交聯劑和粉末狀的酸。
[0023] 出于本申請的目的，"粉末"應意指由研磨、粉碎或其它細分散的固體顆粒構成的 物質。
[0024] 用于本發明中的纖維素醚包括與醛反應以形成半縮醛的纖維素醚，特別是羥烷基 纖維素醚。這些可包括但不限于羥乙基纖維素（HEC)、羥丙基纖維素（HPC)、水溶性乙基 羥乙基纖維素（EHEC)、羧甲基纖維素（CMC)、羧甲基羥乙基纖維素（CMHEC)、羥丙基羥乙基 纖維素（HPHEC)、甲基纖維素（MC)、甲基羥丙基纖維素（MHPC)、甲基羥乙基纖維素（MHEC)、 羧甲基甲基纖維素（CMMC)、疏水改性的羧甲基纖維素（HMCMC)、疏水改性的羥乙基纖維素 (HMHEC)、疏水改性的羥丙基纖維素（HMHPC)、疏水改性的乙基羥乙基纖維素（HMEHEC)、疏 水改性的羧甲基羥乙基纖維素（HMCMHEC)、疏水改性的羥丙基羥乙基纖維素（HMHPHEC)、疏 水改性的甲基纖維素（HMMC)、疏水改性的甲基羥丙基纖維素（HMMHPC)、疏水改性的甲基羥 乙基纖維素（HMMHEC)、疏水改性的羧甲基甲基纖維素（HMCMMC)、陽離子型羥乙基纖維素 (陽離子型HEC)和陽離子型疏水改性的羥乙基纖維素（陽離子型HMHEC)。在一個非限制 性實施方案中，纖維素醚是HEC。
[0025] 用少量交聯劑處理纖維素醚粉末。根據美國專利號2, 879, 268中所述的方法，可 在使得