СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНОГО ГИДРОГЕЛЯ Российский патент 2010 года по МПК C08F20/56 C08F120/56 

Изобретение относится к способам получения полимеров с высоким водопоглощением на основе акриламида, которые можно использовать в производстве предметов санитарии и гигиены, водоотнимаюших средств для угольной промышленности, водоудерживаюших агентов для сельского хозяйства.

Существует способ получения аммиачного полиакриламидного гидрогеля, который является сополимером акриламида и акрилата аммония. Сырьем для изготовления аммиачного гидрогеля служит нитрил акриловой кислоты. Первой стадией процесса является омыление нитрила серной кислотой с образованием акриламида. Частично амид подвергается дальнейшему омылению с образованием акриловой кислоты. Особенностью технологического процесса является нейтрализация избытка серной кислоты аммиаком и полимеризация 4-6%-ного раствора акриламида без отделения сульфата аммония в избытке аммиака при рН=8-9 [Вейцер Ю.И., Минц Д.М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки природных и сточных вод. - М.: Стройиздат, 1984, - 200 с.].

Недостатками способа получения указанного полиакриламидного геля являются сложность и многостадийность процесса.

Известен также способ сшивки формальдегидом. Недостатки способа связаны с высокой токсичностью формальдегида [Полиакриламид. Под. ред. В.Ф.Куренкова. М.: Химия, 1992, 192 с.].

Наиболее близким по технической сущности является способ получения полимерного гидрогеля, раскрытый в SU 1659426 A1, C08F 120/56, публ. 30.06.1991. Предложенный способ включает сополимеризацию водного раствора мономеров, содержащего акриламид и сшивающий агент, в присутствии персульфата аммония в качестве радикального инициатора сополимеризации.

Задача изобретения: снижение себестоимости полимерного материала, придание гидрогелю устойчивости к биодеструкции; повышение термической стабильности.

Сущность изобретения заключается в том, что способ получения полимерного гидрогеля включает сополимеризацию водного раствора мономеров, содержащего акриламид и сшивающий агент, в присутствии персульфата аммония в качестве радикального инициатора сополимеризации, при этом согласно изобретению в качестве сшивающего агента используют метакрилат гуанидина формулы

где R=СН₃

при следующем соотношении компонентов в растворе мономеров, мол.%:

акриламид 85÷95 метакрилат гуанидина 5÷15

Образование геля подтверждено при изучении кинетических закономерностей сополимеризации акриламида с МАГ. Было обнаружено, что в случае соотношения АА-МАГ (85-95):(5-15) мол.% наблюдается ярко выраженный гель-эффект со сдвигом начала автоускорения в область меньшей конверсии. Предельное значение степени конверсии достигается быстрее, а приведенная скорость сополимеризации оказывается выше. Это явление известно [Кабо В.Я. Дис…. хим. наук. - Уфа: Институт химии БФ АН СССР, 1984, 158 с.], и причиной его служит образование химической сетки, а не сетки зацеплений, как в случае гомополимеризации акриламида.

Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. Предварительно приготовленный раствор мономеров и инициатора объемом 25 мл, содержащий 1,0887 г метакрилата гуанидина, 3,0209 г акриламида и 0,0285 г персульфата аммония, переносят в стеклянную ампулу, которую вакуумируют, трижды замораживая и дегазируя, после чего ампулы отпаиваются и помещаются на 4 часа в термостат для проведения сополимеризации при температуре 50°С.

Полученный гидрогель промывают дистиллированной водой в течение недели.

Пример 2.

Предварительно приготовленный раствор мономеров и инициатора объемом 25 мл, содержащий 0,7258 г метакрилата гуанидина, 3,1986 г акриламида и 0,0285 г персульфата аммония, переносят в стеклянную ампулу, которую вакуумируют, трижды замораживая и дегазируя, после чего ампулы отпаиваются и помещаются на 4 часа в термостат для проведения сополимеризации при температуре 60°С.

Полученный гидрогель промывают дистиллированной водой в течение недели.

Пример 3.

Предварительно приготовленный раствор мономеров и инициатора объемом 25 мл, содержащий 0,3629 г метакрилата гуанидина, 3,3763 г акриламида и 0,0285 г персульфата аммония, переносят в стеклянную ампулу, которую вакуумируют, трижды замораживая и дегазируя, после чего ампулы отпаиваются и помещаются на 4 часа в термостат для проведения сополимеризации при температуре 70°С.

Полученный гидрогель промывают дистиллированной водой в течение недели.

Степень набухания геля F характеризовали отношением массы геля, набухшего в воде, m_w к массе сухого геля m_d:

F=m_w/m_d.

Для сравнения взят полиакриламидный гель, полученный реакцией сшивания полиакриламида при взаимодействии с N,N'-метилен-бис-акриламидом (БАА) (таблица 1).

Биоцидную активность определяли по методике подсчета выросших колоний после обработки воды гидрогелем. В результате исследований было выявлено, что полученный гидрогель обладает биоцидной активностью по отношению к кишечной палочке (таблица 2).

Сополимер акриламида с метакрилатом гуанидина оказался более термостабильными, чем полиакриламид. Полиакриламид термически устойчив до 130°С, а потеря массы на 30% наблюдается уже при температуре 170°С. При более высоких температурах начинается деструкция полимера [Вейцер Ю.И., Минц Д.М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки природных и сточных вод. - М.: Стройиздат, 1984, - 200 с.]. Для сополимера АА-МАГ (90:10) потеря массы на 30% наблюдается при 300°С.

На фиг.1 показана DTA-кривая образца сополимера акриламида с метакрилатом гуанидина 90:10 мол.%.

На фиг.2 показана DTG-кривая образца сополимера акриламида с метакрилатом гуанидина 90:10 мол.%.

На фиг.3. показана термогравиограмма образца сополимера акриламида с метакрилатом гуанидина 90:10 мол.%.

Технический результат изобретения выражается в улучшении качества гидрогеля на основе полиакриламида, а также снижении расхода дорогостоящих реактивов за счет использования в качестве сшивающего агента бифункционального мономера метакрилата гуанидина, повышении потребительских свойств за счет придания гидрогелю биоцидных свойств и повышенной термостабильности.

Таблица 1
Степень набухания геля в воде Образец Значение F Гели после синтеза Гели после сушки Гели после месяца набухания, последующей сушки и последующего набухания ПАА + МАГ 120,5 97,4 78,9 ПАА + БАА 85,6 55,9 42,6

Таблица 2
Эффективность биоцидного действия гидрогеля по отношению к E-coli Полимеры и сополимеры* Число колоний, выросших на 1 см³ воды Диаметр зоны задержки роста (мм) Качественная оценка биоцидности ПАА + МАГ 1206 0 неудовлетворительная ПАА + БАА 103 8 хорошая

Изобретение относится к получению полимеров с высоким водопоглощением на основе акриламида и может быть использовано в производстве предметов санитарии и гигиены, водоотнимающих средств для угольной промышленности, водоудерживающих агентов для сельского хозяйства. Сополимеризацию водного раствора мономеров, содержащего акриламид и сшивающий агент, осуществляют в присутствии персульфата аммония в качестве радикального инициатора сополимеризации при соотношении компонентов в растворе мономеров, мол.%: акриламид 85-95, метакрилат гуанидина - 5-15. В качестве сшивающего агента используют метакрилат гуанидина. Обеспечивается улучшение качества гидрогеля, снижение расхода дорогостоящих реактивов, упрощение технологии получения, повышение потребительских свойств. 2 табл., 3 ил.

Способ получения полимерного гидрогеля, включающий сополимеризацию водного раствора мономеров, содержащего акриламид и сшивающий агент, в присутствии персульфата аммония в качестве радикального инициатора сополимеризации, отличающийся тем, что в качестве сшивающего агента используют метакрилат гуанидина формулы

где R=СН₃,
при следующем соотношении компонентов в растворе мономеров, мол.%:
акриламид 85÷95 метакрилат гуанидина 5÷15