ES2217338T3 - Polimeros estructurados de bajo peso molecular. - Google Patents

Polimeros estructurados de bajo peso molecular.

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ES2217338T3 ES96943743T ES96943743T ES2217338T3 ES 2217338 T3 ES2217338 T3 ES 2217338T3 ES 96943743 T ES96943743 T ES 96943743T ES 96943743 T ES96943743 T ES 96943743T ES 2217338 T3 ES2217338 T3 ES 2217338T3
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Abstract

LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A NUEVAS COMPOSICIONES DE POLIMEROS ESTRUCTURADOS DE BAJO PESO MOLECULAR. LA INVENCION SE REFIERE TAMBIEN A METODOS PARA INHIBIR LA FORMACION, PRECIPITACION O DEPOSICION DE CAL; AUMENTAR LA DISPERSION DE PRECIPITADOS INSOLUBLES EN AGUAS DE PROCESADO; TRATAR AGUAS DE REFRIGERACION Y DE CALDERA, Y REDUCIR LA VISCOSIDAD DE LODOS MINERALES UTILIZANDO LAS COMPOSICIONES POLIMERICAS ANTERIORMENTE MENCIONADAS.

Description

Polímeros estructurados de bajo peso molecular.
La presente invención se refiere a nuevas composiciones de polímeros estructurados de peso molecular bajo. La invención también se refiere a métodos para inhibir la formación, precipitación o deposición de incrustaciones, incrementar la dispersión de precipitados insolubles en aguas de proceso, tratar agua de refrigeración y de calderas y reducir la viscosidad de suspensiones de minerales usando las composiciones de polímeros antes mencionadas.
Las aguas industriales y residenciales contienen contaminantes que existen en la naturaleza (por ejemplo, calcio, hierro, bario, bicarbonato, carbonato, óxido, oxalato, sulfato, fosfato, zinc, etc.) que, bajo ciertas condiciones de uso, se pueden combinar químicamente formando precipitados insolubles en agua. Adicionalmente, ciertos contaminantes insolubles en agua, como arcilla, sílice y óxidos de hierro, pueden precipitar del agua. Estos precipitados y materiales inertes se pueden reunir sobre superficies de recipientes y tuberías formando depósitos e incrustaciones que reducen la transferencia de calor, inhiben la circulación, incrementan la probabilidad de corrosión y favorecen el desarrollo bacteriano. En aplicaciones de minería son deseables composiciones que ayuden a fluidizar materiales insolubles en partículas para obtener y transportar eficientemente los materiales extraídos.
Los mecanismos actuales para controlar las incrustaciones y depósitos implican evitar la formación de precipitados insolubles (por ejemplo, limitando el crecimiento de cristales) o manteniendo dispersos en el sistema los materiales insolubles inertes. Los dispersantes fluidizan precipitados, lodos, sólidos y combinaciones de estos. Se pueden usar agentes quelantes o secuestrantes para unirse a cationes y ayudar a evitar la formación de precipitados insolubles. Se pueden usar agentes tensioactivos para ayudar a dispersar arcillas y sílices inertes. Por su naturaleza, algunos de estos agentes también pueden ser útiles para fluidizar suspensiones de minerales con contenido elevado de sólidos.
Ciertos polímeros orgánicos de peso molecular bajo (menor que 100.000) pueden inhibir la precipitación y mantener dispersos contaminantes insolubles. Estos polímeros comprenden ácidos policarboxílicos y polisulfónicos y sus sales, copolímeros de estos ácidos y copolímeros e interpolímeros de estos ácidos con acrilamida, monómeros catiónicos, ésteres de vinilo y éteres.
En la patente de los Estados Unidos 3.463.730, Booth y Mead describen un proceso para controlar o evitar depósitos de incrustaciones en sistemas acuosos por adición de una poliacrilamida no hidrolizada de peso molecular bajo (1.000-8.000). En la patente de los Estados Unidos 3.709.815, Booth y Cornelius describen polímeros que contienen ácido propano-1-sulfónico sustituido con 2-acrilamido en la posición 2 y con un peso molecular medio de por lo menos 20.000, para uso como dispersantes y acondicionadores de agua de calderas. En la patente de los Estados Unidos 3.898.037, Lange et al. describen polímeros y copolímeros de ácido acrilamidosulfónico usados para dispersar compuestos insolubles en agua de hierro, calcio, magnesio y aluminio y partículas de lodos y arcillas existentes comúnmente. En la patente de los Estados Unidos 4.711.725, Amick et al. describen una diversidad de copolímeros, terpolímeros e interpolímeros utilizados también para estas aplicaciones. En la patente de los Estados Unidos 4.889.637, Amjad et al. describen terpolímeros para controlar la formación de incrustaciones. En todas estas patentes, los polímeros descritos son de estructura lineal y completamente solubles en agua.
También se ha descrito que polímeros orgánicos de peso molecular bajo que son lineales y solubles en agua fluidizan o dispersan minerales en suspensiones de concentración alta. Esto permite formas más económicas de transporte y almacenamiento de los minerales. En la patente de los Estados Unidos 4.711.725, Amick et al. demuestran la aptitud de copolímeros y terpolímeros de ácidos carboxílicos y sulfónicos de reducir la viscosidad de suspensiones de arcilla y carbonato cálcico. También, las composiciones de estos polímeros tienen estructura lineal y son solubles en agua.
Anteriormente ya se habían descrito polímeros estructurados de peso molecular alto. En la patente de los Estados Unidos 5.335.726, Rodrigues describe geles poliméricos reticulados usados para terminar o disminuir el caudal de agua desde formaciones subterráneas a sondeos que penetran en la formación. En la patente de los Estados Unidos 5.171.808, Ryles describe micropartículas poliméricas orgánicas reticuladas aniónicas o anfóteras usadas para flocular dispersiones de sólidos suspendidos. En la solicitud de patente europea 0 374 458, Neff et al. describen floculantes poliméricos ramificados solubles en agua basados en la polimerización de monómeros etilénicamente insaturados y agentes de ramificación, en presencia de un agente de transferencia de cadenas. Estos dos últimos documentos describen composiciones de polímeros de peso molecular alto usados como agentes floculantes y usados para inducir la formación y precipitación de materiales insolubles más que para dispersar materiales insolubles en un sistema de varias fases.
Aunque las composiciones antes mencionadas utilizadas como inhibidores y dispersantes de incrustaciones pueden ser aplicables bajo condiciones específicas, son ineficaces o sólo moderadamente eficaces bajo ciertas circunstancias. Por lo tanto, existe necesidad de composiciones y métodos alternativos de inhibir la formación, precipitación o deposición de incrustaciones, incrementar la dispersión de precipitados insolubles en aguas de proceso, tratar aguas de refrigeración y de calderas y reducir la viscosidad de suspensiones de minerales.
Esta invención proporciona nuevas composiciones de polímeros estructurados de peso molecular bajo que comprenden monómeros etilénicamente insaturados y agentes inductores de estructura. Estos polímeros estructurados tienen una estructura molecular con ramificaciones, reticulaciones o combinaciones de estas, al contrario que polímeros que tienen una estructura molecular lineal. Los polímeros estructurados de esta invención tienen mejor capacidad de inhibir la formación, precipitación o deposición de incrustaciones, mejor capacidad de dispersar precipitados insolubles en sistemas acuosos, mejor capacidad de tratar agua de refrigeración y de calderas y mejor capacidad de reducir la viscosidad de suspensiones de minerales en comparación con polímeros existentes.
Un objeto principal de esta invención es proporcionar un polímero dispersante que tiene un peso molecular menor que aproximadamente 50.000 y que comprende:
por lo menos un monómero orgánico insaturado o sales de éste, en el que cada monómero orgánico insaturado se selecciona independientemente del grupo formado por ácidos carboxílicos monoetilénicamente insaturados, anhídridos de ácidos carboxílicos monoetilénicamente insaturados, ácidos sulfónicos monoetilénicamente insaturados y estireno sulfonado, y
por lo menos un agente inductor de estructura.
Otros objetos de esta invención son proporcionar métodos para inhibir la formación, precipitación o deposición de incrustaciones en un medio acuoso, que comprenden la etapa de añadir al citado medio acuoso una cantidad eficaz de un polímero dispersante como el definido anteriormente; métodos para incrementar la dispersión de precipitados insolubles en aguas de proceso, que comprenden la etapa de añadir a las citadas aguas de proceso una cantidad eficaz de un polímero dispersante como el definido anteriormente; métodos para tratar agua de refrigeración y de calderas, que comprenden la etapa de añadir a la citada agua de refrigeración y de calderas una cantidad eficaz de un polímero dispersante como el definido anteriormente; y métodos para reducir la viscosidad de una suspensión de minerales, que comprenden la etapa de añadir a la citada suspensión de minerales una cantidad eficaz de un polímero dispersante como el definido anteriormente.
Para comprender mejor la invención descrita en la presente memoria, se especifica la siguiente descripción detallada. En esta descripción se usan las siguientes abreviaturas:
Designación Reactivo o fragmento
AA Ácido acrílico
AM Acrilamida
AMPS Ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico
com. Comercial
DADMAC Cloruro de dialildimetilamonio
EDTA Ácido etilendiaminotetraacético
GPC Cromatografía de exclusión molecular
MA Acrilato de metilo
MAn Anhídrido maleico
MBA Metilenobisacrilamida
MBS Metabisulfito sódico
ME 2-Mercaptoetanol
NVP N-vinilpirrolidona
PAA Poli(ácido acrílico)
SAHS Aliloxi-2-hidroxipropilsulfonato sódico
t-BAM t-Butilacrilamida
En la presente memoria se emplean los siguientes términos:
El término "ramificación" se refiere a la creación de ramificaciones o términos adicionales con respecto a los dos términos originales que existen en entidades lineales.
El término "agente de ramificación" se refiere a un agente que origina que se formen ramificaciones.
El término "reticulación" se refiere a una interconexión entre cadenas de polímeros.
El término "agente reticulante" se refiere a un agente que induce que se forme reticulación, ramificación o una combinación de ambas.
El término "etilénicamente insaturado" se refiere a la presencia de por lo menos un grupo etilénico insaturado.
El término "interpolímero" se refiere a un polímero formado a partir de tres o más monómeros diferentes.
El término "monómero" se refiere a una molécula simple discreta que es capaz de combinarse para formar polímeros.
El término "polímero estructurado" se refiere a un polímero preparado con incorporación de un agente inductor de estructura.
El término "agente inductor de estructura" se refiere a un agente que, cuando se añade a la composición de un polímero, induce ramificación, reticulación o una combinación de ambas.
Dadas las definiciones anteriores, los expertos en la técnica pueden comprender fácilmente otros términos de tecnología química y de polímeros usados en esta solicitud. Los términos se pueden usar solos o en cualquier combinación de ellos.
Esta invención proporciona un polímero dispersante que tiene un peso molecular menor que aproximadamente 50.000 y que comprende:
por lo menos un monómero orgánico insaturado o sales de éste, en el que el monómero orgánico insaturado se selecciona independientemente del grupo formado por ácidos carboxílicos monoetilénicamente insaturados, anhídridos de ácidos carboxílicos monoetilénicamente insaturados, ácidos sulfónicos monoetilénicamente insaturados y estireno sulfonado, y
por lo menos un agente inductor de estructura.
En una realización preferida de esta invención, cada monómero orgánico insaturado se selecciona independientemente de ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, anhídrido maleico, ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico, ácido 2-metacrilamido-2-metilpropanosulfónico y ácido aliloxi-2-hidroxipropilsulfónico.
En otra realización preferida de esta invención, el agente inductor de estructura es un agente reticulante o de ramificación. Más preferiblemente, el agente inductor de estructura se selecciona independientemente del grupo formado por amidas acrílicas poliinsaturadas, ésteres acrílicos poliinsaturados, heterociclos sustituidos con alquenilo, haluros de tri- o tetraalilamonio cuaternario y aldehídos. Aún más preferiblemente, el agente inductor de estructura se selecciona independientemente del grupo formado por metilenobisacrilamida, cloruro de trialilmetilamonio, diacrilato de etilenglicol, glioxal y formaldehído.
En otra realización, esta invención proporciona un polímero dispersante como el definido anteriormente que comprende un copolímero de monómeros orgánicos insaturados.
En otra realización, el copolímero comprende un monómero orgánico insaturado seleccionado independientemente del grupo formado por ácidos carboxílicos monoetilénicamente insaturados, anhídridos de ácidos carboxílicos monoetilénicamente insaturados, ácidos sulfónicos monoetilénicamente insaturados y estireno sulfonado, y un monómero orgánico insaturado seleccionado del grupo formado por amidas acrílicas insaturadas, ésteres acrílicos insaturados, heterociclos sustituidos con alquenilo y haluros insaturados de amonio cuaternario. Más preferiblemente, el copolímero comprende un monómero orgánico insaturado seleccionado del grupo formado por ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, anhídrido maleico, ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico, ácido 2-metacril-amido-2-metilpropanosulfónico, ácido aliloxi-2-hidroxipropilsulfónico y estireno sulfonado, y un monómero orgánico insaturado seleccionado del grupo formado por acrilamida, acrilamidas sustituidas, N-vinilpirrolidona, metacrilato, acrilato de etilo y haluros de dialilamonio cuaternario.
En otra realización, esta invención proporciona un polímero dispersante como el definido anteriormente que comprende un interpolímero de monómeros orgánicos insaturados, en el que el interpolímero se forma a partir de 3 o más monómeros diferentes.
En una realización preferida, el interpolímero comprende por lo menos un monómero orgánico insaturado seleccionado independientemente del grupo formado por ácidos carboxílicos monoetilénicamente insaturados, anhídridos de ácidos carboxílicos monoetilénicamente insaturados, ácidos sulfónicos monoetilénicamente insaturados y estireno sulfonado, y monómeros orgánicos insaturados adicionales seleccionados independientemente del grupo formado por ácidos carboxílicos monoetilénicamente insaturados, anhídridos de ácidos carboxílicos monoetilénicamente insaturados, ácidos sulfónicos monoetilénicamente insaturados, estireno sulfonado, amidas acrílicas insaturadas, ésteres acrílicos insaturados, heterociclos sustituidos con alquenilo y haluros insaturados de amonio cuaternario.
Más preferiblemente, por lo menos un monómero orgánico insaturado se selecciona independientemente del grupo formado por ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, anhídrido maleico, ácido 2-acrilamido-2-metilpropano-sulfónico, ácido 2-metacrilamido-2-metilpropanosulfónico, ácido aliloxi-2-hidroxi-propilsulfónico y estireno sulfonado, y monómeros orgánicos insaturados adicionales seleccionados independientemente del grupo formado por ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, anhídrido maleico, ácido 2-acrilamido-2-metilpropano-sulfónico, ácido 2-metacrilamido-2-metilpropanosulfónico, ácido aliloxi-2-hidroxi-propilsulfónico, acrilamida, acrilamidas sustituidas, N-vinilpirrolidona, metacrilato, acrilato de etilo y haluros de dialilamonio cuaternario.
En una realización alternativa, esta invención proporciona un polímero dispersante como el definido anteriormente, en el que los monómeros orgánicos insaturados constituyen entre aproximadamente 50 y aproximadamente 100% del polímero y más preferiblemente entre aproximadamente 70 y aproximadamente 100% del polímero.
En otra realización, esta invención proporciona un polímero dispersante como el definido anteriormente, en el que la concentración del agente inductor de estructura es entre aproximadamente 50 y aproximadamente 20.000 ppm.
En una realización alternativa, la invención proporciona métodos para inhibir la formación, precipitación o deposición de incrustaciones en un medio acuoso, incrementar la dispersión de precipitados insolubles en aguas de proceso y tratar agua de refrigeración y de calderas, que comprenden la etapa de añadir al citado medio acuoso, aguas de proceso y agua de refrigeración y de calderas una cantidad eficaz de un polímero dispersante como el definido anteriormente.
En otra realización, esta invención proporciona un método de reducir la viscosidad de una suspensión de minerales, que comprende la etapa de añadir a la citada suspensión una cantidad eficaz de un polímero dispersante como el definido anteriormente. En una realización preferida, la suspensión de minerales comprende uno o más minerales seleccionados del grupo formado por carbonato cálcico, dióxido de titanio, carbón, caolín calcinado y caolín hidratado. En una realización preferida alternativa, la suspensión de minerales comprende por lo menos un metal, preferiblemente un metal de transición.
En realizaciones alternativas preferidas, esta invención incluye los métodos descritos anteriormente en los que el polímero dispersante comprende el polímero dispersante preferido, más preferido y aún más preferido descrito anteriormente.
Los polímeros estructurados descritos en la presente memoria se pueden preparar mediante técnicas de polimerización convencionales bien conocidas por los expertos en la técnica. Dichas técnicas incluyen, pero sin carácter limitativo, polimerización en solución, polimerización en emulsión de fase inversa y polimerización en suspensión. La polimerización puede ser iniciada mediante un iniciador de radicales libres. El método preferido con iniciador es por radicales libres; sin embargo, también se pueden utilizar métodos fotoquímicos y por radiación. La introducción del agente inductor de estructura se puede realizar antes, simultáneamente o después de combinar los otros agentes necesarios para la formación de los polímeros estructurados de esta invención.
Cuando para la preparación de composiciones de esta invención se usan ácidos carboxílicos o sus sales, también está comprendido que se pueden hidrolizar ésteres, amidas o nitrilos y dar el ácido carboxílico deseado. Esta hidrólisis puede ocurrir antes o después de un suceso de polimerización.
Para obtener los polímeros de peso molecular bajo de esta invención es necesario usar en su preparación un agente de transferencia de cadenas. Ejemplos de agentes de transferencia de cadenas que se pueden usar son bien conocidos por los expertos en la técnica. Incluyen, pero sin carácter limitativo, agentes como alcoholes, fosfitos, ácidos fosfínicos, sulfitos, mercaptanos y tioácidos. La cantidad de agente de transferencia necesario depende de factores como eficiencia del compuesto, mezcla de monómeros usada, cantidad presente de agente inductor de estructura y peso molecular deseado del producto final. En una formulación se puede usar una combinación de dos o más agentes de transferencia de cadenas.
Para comprender mejor esta invención, se dan los siguientes ejemplos. Estos ejemplos son ilustrativos y no se deben considerar en modo alguno como limitativos del alcance de la invención.
Sólo son de acuerdo con la invención los ejemplos en los que el polímero dispersante es como el definido anteriormente; los otros ejemplos son sólo comparativos.
Ejemplo 1
Se prepararon mediante polimerización en solución acuosa copolímeros que contenían 40% en peso de AMPS/60% en peso de AA y 20% en peso de AMPS/80% en peso de AA, neutralizados a pH 3,5-6,0 con hidróxido sódico. Como sistema iniciador/de transferencia de cadenas se usó persulfato amónico y metabisulfito sódico. Como agente inductor de estructura las formulaciones contenían 0-5.000 ppm de MBA. Los productos finales contenían entre 30 y 40% de polímero en forma de ácido. En la tabla 1 se detallan datos específicos, incluido el peso molecular determinado por GPC.
TABLA 1 
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1 
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Ejemplo 2
Se prepararon homopolímeros de poli(ácido acrílico) por el mismo método descrito en el ejemplo 1 sin neutralización. Como agente inductor de estructura las formulaciones de los polímeros contenían 0-20.000 ppm de MBA. En algunos casos, como sistema de transferencia de cadenas se usó 2-mercaptoetanol (ME) junto con metabisulfito sódico (MBS). En la tabla 2 se dan datos específicos.
TABLA 2 
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2 
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Ejemplo 3
Se preparó una serie de homo-, co- y terpolímeros con otros ácidos carboxílicos, ácidos sulfónicos y varios co- y terpolímeros que incorporaban moléculas catiónicas y no iónicas en la composición del polímero. Todos los polímeros se prepararon de acuerdo con el ejemplo 1 y añadiendo, como agente inductor de estructura, 0 ó 5.000 ppm de MBA. En la tabla 3 se dan datos específicos. Todos los polímeros mostrados en la tabla 3 se prepararon para conseguir un peso molecular deseado inferior a 15.000.
TABLA 3
3
Ejemplos 4-13
Se ensayó el comportamiento de todas las muestras descritas en los ejemplos 1-3 en una diversidad de aplicaciones. También se ensayaron las muestras descritas en los ejemplos 1-3 frente a materiales disponibles comercialmente que se usan actualmente en estas aplicaciones. Los pesos moleculares de los productos comerciales se midieron usando el mismo método usado para las muestras de laboratorio descritas en los ejemplos. Como métodos diferentes de análisis pueden producir una variación del resultado, los pesos moleculares de todos los materiales se midieron por el mismo procedimiento. En la tabla 4 se dan datos de estos productos comerciales.
TABLA 4 
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4 
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Ejemplo 4 Inhibición de carbonato cálcico 
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5 
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(Continuación)
6 
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(Continuación)
7 
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Procedimiento de ensayo de inhibición de carbonato cálcico
Todos los ensayos de inhibición de carbonato cálcico se realizaron de acuerdo con el siguiente procedimiento:
1.
Se añaden 50 ml de solución 0,023M de calcio (preparada de CaCl_{2} y neutralizada a pH 8,5) a recipientes de vidrio.
2.
Se añaden a cada recipiente 0 (control), 0,1, 0,25 ó 0,5 ml de una solución de polímero de 1 g/l (neutralizada a pH 8) y 1, 2,5 y 5 ppm respectivamente.
3.
Se añaden a cada recipiente 50 ml de solución 0,023 M de carbonato (preparada de Na_{2}CO_{3} y neutralizada a pH 8,5).
4.
Se tapan los recipientes y se agita la mezcla.
5.
Se colocan las jarras en una estufa con circulación forzada de aire a la temperatura requerida (70 u 80ºC) y se mantienen durante 17 horas. Después de aproximadamente 60 minutos, se quitan las tapas y se vuelven a tapar para despresurizar.
6.
Después de 17 horas, se sacan de la estufa y se enfrían a temperatura ambiente.
7.
Se filtra a través de un filtro de 0,45 micrómetros.
8.
Se añaden 25 ml de la solución filtrada a un vaso con 25 ml de agua.
9.
Se añaden 3 ml de solución tampón de dureza de agua y un indicador de calcio.
10.
Se valora con solución 0,01M de EDTA.
11.
El porcentaje de inhibición se calcula por la siguiente fórmula:
Inhibición (%) = \frac{ml \ de \ EDTA \ (muestra) - ml \ de \ EDTA \ (control)}{ml \ de \ EDTA \ (control \ de \ la \ valoración) - ml \ de \ EDTA \ (control)} \times 100
en la que:
control de la valoración = 50 ml de la solución de calcio + 50 ml de agua (control preparado inmediatamente antes de la valoración) y
EDTA (control) = 0 ppm de polímero.
Ejemplo 5 Inhibición de fosfato cálcico
8
Procedimiento de ensayo de inhibición de fosfato cálcico
1.
Se añaden 50 ml de solución de 12 ppm de PO_{4} a recipientes de vidrio.
2.
Se añade a cada recipiente la dosis deseada de polímero (1, 5 ó 10 ppm).
3.
Se añaden 50 ml de solución de 500 ppm de calcio y que contiene 5 ppm de Fe^{++}.
4.
Se ajustan las muestras al pH deseado (9,5).
5.
Se tapan los recipientes, se colocan en una estufa con circulación forzada de aire a 70ºC y se mantienen durante 17 horas.
6.
Después de aproximadamente 60 minutos, se despresurizan los recipientes.
7.
Se sacan de la estufa y se filtra inmediatamente a través de un filtro de 0,22 micrómetros.
8.
Se analiza el contenido de PO_{4} por el método del ácido ascórbico.
9.
El porcentaje de inhibición se calcula por la siguiente fórmula:
Inhibición (%) = \frac{% \ de \ fosfato \ (muestra) - % \ de \ fosfato \ (control)}{% \ de \ fosfato \ (control \ de \ la \ valoración) - % \ de \ fosfato \ (control)} \times 100
Ejemplo 6 Inhibición de sulfato cálcico
9
Procedimiento de ensayo inhibición de sulfato cálcico
1.
Se añaden 50 ml de solución de cloruro cálcico de 15,3 g/l (pH 8,5) a recipientes de vidrio.
2.
Se añade a cada recipiente la dosis deseada de polímero (0,1 ó 0,5 ppm).
3.
Se añaden a cada recipiente 50 ml de solución de sulfato sódico de 8,1 g/l (pH 8,5).
4.
Se colocan los recipientes en una estufa con circulación forzada de aire a 70ºC y se mantienen durante 72 horas. Se despresurizan después de 1 hora.
5.
Se enfrían a temperatura ambiente.
6.
Se filtra a través de un filtro de 0,22 micrómetros.
7.
Se valora el contenido de calcio con EDTA.
8.
El porcentaje de inhibición se calcula por la siguiente fórmula:
Inhibición (%) = \frac{ ml \ de \ EDTA \ (muestra) - ml \ de \ EDTA \ (control)}{ ml \ de \ EDTA \ (control \ de \ la \ valoración) - ml \ de \ EDTA \ (control)} \times 100
en la que:
control de la valoración = 50 ml de la solución de calcio + 50 ml de agua (control preparado inmediatamente antes de la valoración) y
EDTA (control) = 0 ppm de polímero.
Ejemplo 7 Dispersión de óxido de hierro
10
Procedimiento de ensayo de inhibición de óxido de hierro
1.
Se prepara una suspensión de óxido de hierro de 200 ppm en presencia de 250 ppm de calcio.
2.
Se mezcla durante 2 minutos.
3.
Se colocan partes alícuotas de 100 ml en recipientes de vidrio.
4.
Se añade el polímero a la concentración deseada.
5.
Se agitan las muestras durante 15 minutos.
6.
Se dejan en reposo durante el período de tiempo deseado.
7.
Se pipetea de la parte superior una muestra de 10 ml y se mide el porcentaje de transmitancia con un espectrofotómetro a 720 nm.
8.
Cuanto menor sea el porcentaje de transmitancia, mayor es la capacidad de dispersión.
Ejemplo 8 Dispersión de arcilla
11
Procedimiento de dispersión de arcilla
Todos los ensayos de dispersión de arcilla se realizaron como el procedimiento de ensayo de óxido de hierro excepto que se preparó una suspensión de arcilla de 1.000 ppm en presencia de 250 ppm de calcio.
Los ejemplos 4-8 demuestran que las composiciones de polímeros de esta invención tienen mayor capacidad de inhibir la formación, precipitación o deposición de incrustaciones y proporcionan mayor dispersión de materiales en partículas insolubles en aguas de proceso.
Ejemplo 9 Reducción de la viscosidad de carbonato cálcico (suspensión del 70%)
Se evaluaron dos polímeros estructurados de poli(acrilato sódico) frente a un dispersante comercialmente disponible usado comúnmente en esta aplicación, de acuerdo con el siguiente procedimiento:
1.
Se añade a un vaso de 400 ml lo siguiente:
(a)
100 ml de agua
(b)
4,5 ml de solución de 10% de polímero y
(c)
lentamente, mezclando, 250 g de carbonato cálcico.
2.
Después de haber añadido todo el carbonato cálcico, se mezcla durante 15 minutos a velocidad alta.
3.
Se vierte a una jarra de 250 ml.
4.
Se mide la viscosidad con un viscosímetro Brookfield, modelo 3VF, a 20 rpm.
5.
Se añade polímero adicional en incrementos de 4,5 ml y, después de cada adición, se repite la etapa 2 durante 5 minutos y después la etapa 4.
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12 
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Ejemplo 10 Reducción de la viscosidad de caolín (suspensión del 70%)
Se evaluó una serie de copolímeros de 80/20 AA/AMPS como dispersantes de una suspensión de caolín del 70%. El procedimiento de ensayo usado fue idéntico al procedimiento del ejemplo 9 excepto que se añadieron solución de polímero del 10% y solución de carbonato sódico del 10% en incrementos de 10 ml. Se midió la viscosidad con un viscosímetro Brookfield, modelo RVF, a 20 rpm.
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13 
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Ejemplo 11 Reducción de la viscosidad de caolín (suspensión del 70%) 
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14 
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Estos ensayos se realizaron usando caolín hidratado de Georgia central.
Ejemplo 12 Reducción de la viscosidad de caolín (suspensión del 70%) 
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15 
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Este ejemplo se realizó usando caolín de Georgia del Este, que generalmente tiene un tamaño de partículas más fino que el caolín de Georgia central.
Ejemplo 13 Reducción de la viscosidad de caolín (suspensión del 70%)
16
Los datos de la viscosidad Hércules mostrados en el ejemplo 13 dan el valor de la viscosidad en dinas y la lectura de las rpm. A continuación se dan los procedimientos para evaluar suspensiones de caolín calcinado e hidratado:
La suspensión de 70% de caolín hidratado usada en los ejemplos 11-13 se preparó de la manera siguiente:
1.
Se preparan soluciones de 10% de polímero y de 10% de carbonato sódico.
2.
Se pesan 500 g de caolín.
3.
Se pesan 200 g de agua en el recipiente de un mezclador de alta velocidad.
4.
Se añade carbonato sódico (1 kg/t).
5.
Se añade el polímero (1 kg/t).
6.
Se mezcla hasta conseguir una solución homogénea y después se añade caolín mezclando a la mayor velocidad posible del mezclador.
7.
Después de haber añadido el caolín, se comprueba el pH de la suspensión (debe ser entre 6,5 y 7,5).
8.
Se comprueba el contenido de sólidos (debe ser aproximadamente 70,2%).
9.
Se comprueba la viscosidad Brookfield con un viscosímetro modelo RVF de eje 1 ó 2 a 20 rpm.
10.
Se anota la viscosidad. Se añade adicionalmente 0,125 kg/t hasta alcanzar la viscosidad óptima (se añade 0,125 kg/t de carbonato sódico junto con el polímero).
11.
Se determina la viscosidad Hércules de la muestra final a 1.100 ó 4.400 rpm usando el punzón B.
La suspensión de 50% de caolín calcinado usada en el ejemplo 14 se preparó de la manera siguiente:
1.
Se pesan 300 g de caolín calcinado
2.
Se pesan 288,5 g de agua en el recipiente de un mezclador de baja cizalladura.
3.
Se añaden 1,5 g de solución de 10% de dispersante y 1,5 g de solución de 10% de carbonato sódico.
4.
Se mezcla hasta conseguir una solución homogénea.
5.
Se añade lentamente caolín a la mezcla acuosa.
6.
Después de haber añadido todo el caolín, se mezcla durante 1 minuto a velocidad alta del mezclador.
7.
Se mide el pH y el contenido de sólidos (el pH debe ser 6,5-7,5 y el contenido de sólidos debe ser aproximadamente 50%).
8.
Se determina la viscosidad Hércules a 1.100 rpm usando el punzón B.
Los ejemplos 9-13 antes descritos demuestran que las composiciones de polímeros de esta invención tienen mayor capacidad de reducir la viscosidad de suspensiones de minerales en comparación con las de tecnología existente.
Aunque en la presente memoria se han descrito una serie de realizaciones de esta invención, es evidente que se pueden alterar las construcciones básicas para proporcionar otras realizaciones que utilizan los productos de esta invención. Por lo tanto, se debe apreciar que el alcance de esta invención debe ser definido por las reivindicaciones adjuntas más que por las realizaciones específicas que han sido presentadas a modo de ejemplo.

Claims (19)

1. Un polímero dispersante que tiene un peso molecular menor que aproximadamente 50.000 y que comprende:
por lo menos un monómero orgánico insaturado o sales de éste, en el que el monómero orgánico insaturado se selecciona independientemente del grupo formado por ácidos carboxílicos monoetilénicamente insaturados, anhídridos de ácidos carboxílicos monoetilénicamente insaturados, ácidos sulfónicos monoetilénicamente insaturados y estireno sulfonado, y
por lo menos un agente inductor de estructura.
2. El polímero dispersante de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada monómero orgánico insaturado se selecciona independientemente del grupo formado por ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, anhídrido maleico, ácido 2-acril-amido-2-metilpropanosulfónico, ácido 2-metacrilamido-2-metilpropanosulfónico y ácido aliloxi-2-hidroxipropilsulfónico.
3. El polímero dispersante de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que el agente inductor de estructura es un agente reticulante o de ramificación.
4. El polímero dispersante de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el agente inductor de estructura se selecciona independientemente del grupo formado por amidas acrílicas poliinsaturadas, ésteres acrílicos poliinsaturados, heterociclos sustituidos con alquenilo, haluros de tri- o tetraalilamonio cuaternario y aldehídos.
5. El polímero dispersante de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el agente inductor de estructura se selecciona independientemente del grupo formado por metilenobisacrilamida, cloruro de trialilmetilamonio, diacrilato de etilenglicol, glioxal y formaldehído.
6. El polímero dispersante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende un copolímero de monómeros orgánicos insaturados.
7. El polímero dispersante de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el copolímero comprende un monómero orgánico insaturado seleccionado del grupo formado por ácidos carboxílicos monoetilénicamente insaturados, anhídridos de ácidos carboxílicos monoetilénicamente insaturados, ácidos sulfónicos monoetilénicamente insaturados y estireno sulfonado, y un monómero orgánico insaturado seleccionado del grupo formado por amidas acrílicas insaturadas, ésteres acrílicos insaturados, heterociclos sustituidos con alquenilo y haluros insaturados de amonio cuaternario.
8. El polímero dispersante de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el polímero comprende un monómero orgánico insaturado seleccionado del grupo formado por ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, anhídrido maleico, ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico, ácido 2-metacrilamido-2-metil-propanosulfónico y ácido aliloxi-2-hidroxipropilsulfónico, y un monómero orgánico insaturado seleccionado del grupo formado por acrilamida, acrilamidas sustituidas, N-vinilpirrolidona, metacrilato, acrilato de etilo y haluros de dialilamonio cuaternario.
9. El polímero dispersante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende un interpolímero de monómeros orgánicos insaturados y en el que el interpolímero se forma a partir de tres o más monómeros diferentes.
10. El polímero dispersante de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el interpolímero comprende por lo menos un monómero orgánico insaturado seleccionado independientemente del grupo formado por ácidos carboxílicos monoetilénicamente insaturados, anhídridos de ácidos carboxílicos monoetilénicamente insaturados, ácidos sulfónicos monoetilénicamente insaturados y estireno sulfonado, y monómeros orgánicos insaturados adicionales seleccionados independientemente del grupo formado por ácidos carboxílicos monoetilénicamente insaturados, anhídridos de ácidos carboxílicos monoetilénicamente insaturados, ácidos sulfónicos monoetilénicamente insaturados, estireno sulfonado, acrilamidas sustituidas, esteres acrílicos insaturados, N-vinilpirrolidona, metacrilato, acrilato de etilo y haluros insaturados de dialilamonio cuaternario.
11. El polímero dispersante de acuerdo con la reivindicación 10, en el que por lo menos un monómero orgánico insaturado se selecciona independientemente del grupo formado por ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, anhídrido maleico, ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico, ácido 2-metacrilamido-2-metilpropanosulfónico y ácido aliloxi-2-hidroxipropilsulfónico, y monómeros orgánicos insaturados adicionales seleccionados independientemente del grupo formado por ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, anhídrido maleico, ácido 2-acril-amido-2-metilpropanosulfónico, ácido 2-metacrilamido-2-metilpropanosulfónico, ácido aliloxi-2-hidroxipropilsulfónico, acrilamida, acrilamidas sustituidas, N-vinil-pirrolidona, metacrilato, acrilato de etilo y haluros de dialilamonio cuaternario.
12. El polímero dispersante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que los monómeros orgánicos insaturados constituyen entre aproximadamente 50% y aproximadamente 100% del polímero.
13. El polímero dispersante de acuerdo con la reivindicación 12, en el que los monómeros orgánicos insaturados constituyen entre aproximadamente 70 y aproximadamente 100% del polímero.
14. El polímero dispersante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que la concentración de agente inductor de estructura es entre aproximadamente 50 y aproximadamente 20.000 ppm.
15. Un método para inhibir la formación, precipitación y deposición de incrustaciones en un medio acuoso, que comprende la etapa de añadir al citado medio acuoso una cantidad eficaz de un polímero dispersante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-14.
16. Un método para incrementar la dispersión de precipitados insolubles en aguas de proceso, que comprende la etapa de añadir a las citadas aguas de proceso una cantidad eficaz de un polímero dispersante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-14.
17. Un método para tratar agua de refrigeración y de calderas, que comprende la etapa de añadir a la citada agua de refrigeración y de calderas una cantidad eficaz de un polímero dispersante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-14.
18. Un método para reducir la viscosidad de una suspensión de minerales, que comprende la etapa de añadir a la citada suspensión de minerales una cantidad eficaz de un polímero dispersante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-14.
19. El método de acuerdo con la reivindicación 18, en el que la suspensión de minerales comprende por lo menos un metal o uno o más minerales seleccionados del grupo formado por carbonato cálcico, dióxido de titanio, carbón, caolín calcinado y caolín hidratado.
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