СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ ФЛОКУЛЯНТА Российский патент 2014 года по МПК C08L33/26 C02F1/56 

Изобретение относится к химии полимеров, а именно к способу получения высокомолекулярных соединений на основе полиакриламида (ПАА) с повышенной молекулярной массой, необходимых для ускорения осаждения твердой фазы и повышения степени очистки суспензий, при использовании твердофазной модификации исходного продукта.

Известен способ получения флокулянта на основе ПАА, когда в качестве модифицирующего агента используют продукт реакции эпихлоргидрина и смеси солей высших жирных кислот С₁₆-С₂₀ [1].

Недостатком данного технического решения является то, что данную смесь необходимо диспергировать в растворе привитого сополимера ПАА с карбоксиметилцеллюлозой, взаимодействие проходит при достаточно высокой температуре 60-80°С и достигается относительно небольшая эффективность работы флокулянта.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ модификации ПАА в растворе с использованием физико-химических воздействий - микроволнового излучения (МВИ). Этот источник информации выбран в качестве прототипа [2].

Недостатком данного технического решения является проведение модификации в растворах. Это создает большие технологические трудности в крупнотоннажном промышленном производстве (угледобывающая, целлюлозно-бумажная, горная и другие виды промышленности).

Задачей, на решение которой направленно заявляемое изобретение, является способ прямой твердофазной модификации с использованием МВИ, на исходный кристаллический продукт - ПАА, что создает условия для дополнительного взаимодействия макромолекул ПАА друг с другом и увеличения их молекулярной массы.

Данная задача решается за счет прямой твердофазной модификации с использованием МВИ. Согласно современным научным взглядам направленная твердофазная деструкция полимеров, состоит из двух стадий:

1 - частичное разрушение отдельных макромолекул в твердой фазе;

2 - последующая сборка новых структур или новая полимеризация при их растворении в эффективном растворителе.

Характеристика МВИ: частота 2,45 ГГц, мощность 700 Вт, продолжительность облучения кристаллов исходного флокулянта 5-7 с.

Эксперимент проводят с исходным порошковым продуктом (флокулянтом), который перед растворением подвергали целенаправленному воздействию МВИ с частотой 2,45 ГГц в течение 5-7 с при мощности микроволновой печи 700 Вт, что создает условия для дополнительного взаимодействия макромолекул друг с другом и увеличения их молекулярной массы.

Согласно теоретическим исследованиям известно, что процессы полимеризации в твердой фазе можно разделить на медленные и быстрые. Медленная полимеризация происходит с высоким значением энергии активации. Она начинается с возникновения напряжений и дефектов в кристаллической решетке с изменением межатомных расстояний, с получением радикалов (воздействие МВИ). Для завершения этой реакции необходимо устранение полученных дефектов при перегруппировке атомов и вступление в реакции полученных радикалов. Время жизни радикалов в твердой фазе велико - может доходить до нескольких месяцев. Методами электронной микроскопии доказано, что быстрая полимеризация (вторая часть процесса деструкции) протекает со взрывной скоростью при добавке к твердой фазе подходящего для растворения твердой фазы растворителя (растворение), что объясняется увеличением подвижностей частей кристаллической решетки и возникших ранее радикалов. Такие приемы физической модификации полимеров дают возможность создавать новые классы высокомолекулярных соединений и в широком диапозоне менять их свойства и области применения [4].

Пример 1 (исходный ПАА). По точной навеске готовился 0,5%-ный водный раствор ПАА объемом 100 мл из порошка флокулянта марки Магнафлок-919 английской фирмы Ciba и проводилось измерение кинематической вязкости с помощью стеклянного вискозиметра с последующим определением по известным методикам характеристической вязкости и расчетом молекулярной массы ПАА по уравнению Марка-Хаувинка [3].

Пример 2 (по прототипу). По точной навеске готовился 0,5%-ный водный раствор ПАА объемом 100 мл из порошка флокулянта марки Магнафлок-919 английской фирмы Ciba, который подвергался МВИ в течение 5 с при мощности микроволновой печи 100 Вт. Далее проводилось измерение кинематической вязкости с помощью стеклянного вискозиметра с последующим определением по известным методикам характеристической вязкости и расчетом молекулярной массы ПАА по уравнению Марка-Хаувинка.

Примеры 3-5 (по предлагаемому способу). Готовился 0,5%-ный водный раствор ПАА марки Магнафлок-919 английской фирмы Ciba. Кристаллы исходного флокулянта (ПАА) перед растворением подвергались воздействию МВИ с частотой 2,45 ГГц в течение 5-7 с при мощности микроволновой печи 700 Вт. Далее проводилось измерение кинематической вязкости с последующим определением характеристической вязкости и расчетом молекулярной массы ПАА по уравнению Марка-Хаувинка. Результаты испытаний представлены в таблице.

Из данных эксперимента следует, что молекулярная масса исходного ПАА при реализации предложенного технического решения увеличивается в 1,6 раза.

ЛИТЕРАТУРА

1. Авторское свидетельство СССР №1595850, кл. C08F 220/56, С02F 1/56, опубл. 1990, бюл. №36.

2. Патент РФ №2330814 МКЛ 3 С10Л 5/14, МКЛ 3 C10Л 5/10 / Ульрих Е.В., Шевченко Т.В., Яковченко М.А., Амеленко В.П., Чуйков А.С., опубл. 10.082008, бюл. №22 (прототип).

3. Шевченко, Т.В. Изучение физико-химических свойств модифицированных полиэлектролитов на основе полиакриламида / Т.В.Шевченко, М.А.Яковченко, Е.В.Ульрих // Химическая промышленность сегодня. - 2004. - №10. - С.27-31.

4. Шевченко,Т.В. Влияние волнового облучения на процесс модификации и физико-химические свойства модифицированных флокулянтов / Т.В.Шевченко, А.Ю.Темирев, Е.В.Ульрих, Л.А.Сенчурова // Химическая промышленность сегодня. - 2008. - №5. - С.11-15.

Изобретение относится к химии полимеров, к твердофазной модификации исходного продукта, а именно к способу модификации флокулянта на основе полиакриламида, необходимого для ускорения осаждения твердой фазы и повышения степени очистки суспензий. Способ модификации флокулянта на основе полиакриламида включает использование микроволнового излучения, направленного на исходный кристаллический продукт полиакриламид. Характеристика микроволнового излучения: частота 2,45 ГГц, мощность 700 Вт, продолжительность облучения кристаллов исходного флокулянта 5-7 с. Способ создает условия для дополнительного взаимодействия макромолекул друг с другом и увеличения их молекулярной массы, что улучшает технологию процесса. 1 табл., 2 пр.

Способ модификации флокулянта на основе полиакриламида, заключающийся в том, что исходный кристаллический продукт полиакриламид подвергают микроволновому излучению с частотой 2,45 ГГц, мощностью 700 Вт, продолжительностью облучения кристаллов исходного флокулянта 5-7 с.