Способ получения полиакриламидных гидрогелей путем непрерывной фронтальной полимеризации Российский патент 2023 года по МПК C08F2/10 C08F2/44 C08F120/56 C08F220/06 C08F220/56 C08J3/75 

Изобретение относится к области химии полимеров и касается промышленной технологии получения суперабсорбентов, в частности, полиакриламидного гидрогеля (ПАГ), который может использоваться в сельском хозяйстве, медицине, косметологии, для очистки нефтяных трубопроводов и для создания предметов гигиены.

Полиакриламидный гидрогель представляет особый интерес с точки зрения как способности поглощать воду и активные вещества, так и своими исключительными физикомеханическими свойствами, что обуславливает широкую область его применения.

Полиакриламидные гидрогели в последние несколько десятилетий являются одной из актуальнейших и востребованных тем исследований в самых разных научных дисциплинах: химии, физике, биологии, медицине и т.д. Полиакриламидные гидрогели - это сшитые полимерные структуры, со способностью набухать с поглощением большого количества влаги и активных веществ без разрушения оригинальной формы. Особое достоинство этих гидрогелей - отдавать обратно поглощенные вещества в окружающую среду. Широкий спектр свойств гидрогелей, открывает возможность их использования в самых различных сферах жизнедеятельности человека они востребованы: в сельском хозяйстве, в биоинженерии, в фармакологии, в медицине, в косметологии, в пластической хирургии, в области создания предметов общей гигиены, вплоть до изготовления памперсов и др. Их производят во всем мире, особо активными поставщиками являются США, Китай, Украина и др. Однако, с недавнего времени США, Китай и многие европейские страны отказались использовать полиакриламидные гидрогели в сельском хозяйстве и во всех сферах, связанных с непосредственным влиянием на человека, в том числе в памперсах, подгузниках, пищевой промышленности, и при инвазивном воздействии в человеческий организм. Это связано с тем, что ПАГ, будучи сам абсолютно безопасным, получают из очень токсичного мономера - акриламида. Токсичность получаемого продукта обусловлена спецификой традиционного синтеза, который происходит в течение нескольких часов, при этом получаемый гидрогель, в силу своей способности, захватывает и некоторое количество акриламида, из которого он образуется. Успех в использовании ПАГ в сферах жизнедеятельности человека, особенно в медицине, зависит от свойств используемых материалов. Эти материалы, безусловно, должны быть биосовместимыми, стабильными и нетоксичными.

Традиционные методы синтеза полиакриламидных гидрогелей подразумевают проведение процесса в реакторах периодического действия в две стадии с третьей последующей отмывкой продукта от примесей и остатков токсичного мономера - акриламида. На первой и второй стадиях процесса происходит синтез линейного полимера и затем сшивка полученного линейного полимера с получением трехмерной полимерной сетки - гидрогеля, ответственной за поглощаемость.

Существенными недостатками традиционных способов получения полиакриламидных гидрогелей является их трудоемкость, сложность технологии и высокие энергозатраты при проведении процесса ввиду его многостадийности. Также традиционные способы характеризуются низкой экологичностью, а получаемый продукт - низким качеством, что обусловлено, как упомянуто выше, токсичностью получаемого продукта. Кроме того, к недостаткам также можно отнести сложности с регулируемостью размеров и плотности пор (ответственных за набухание и высвобождение различных активных веществ и препаратов) в процессе синтеза.

Указанные недостатки обусловлены, в частности, тем, что полимеризационные процессы в основном являются экзотермическими реакциями, следовательно, при их проведении в реакторах периодического действия, где полимеризация протекает по всему объему реакционной массы, требуется не только отвод выделяющегося тепла, во избежание теплового взрыва реактора, но и уменьшения концентрации реагентов. В первом случае подобная дорогостоящая проблема решается установлением охлаждающих устройств, а во втором - за счет добавок растворителей в реагирующую смесь, что существенно повышает трудоемкость технологии получения ПАГ. При этом, на каждый периодический цикл производства затрачивается достаточное количество энергии, для охлаждения корпуса реактора и поддержания постоянной температуры в реакционной среде. После окончания процесса из реактора выводится растворитель, который или выбрасывается наружу, или в технологию синтеза вводится дополнительный цикл отбора растворителя и его очистки для следующей загрузки в периодический реактор. Причем, в конце процесса полученный полимер выводится из реактора, реактор отмывается и готовится для следующей загрузки. При этом, необходимо отметить, что протекание длительного процесса полимеризации в объеме реактора создает условия для дополнительных нежелательных реакций, например, реакций со стенками реактора, окислительных реакций под воздействием воздуха и др. Длительное протекание процесса полимеризации по всему объему реакционной массы способствует прочной адгезии реакционной смеси и образующегося продукта на стенках реактора, в результате чего происходит нарушение структуры полиакриламидного гидрогеля при его извлечении из реактора. Особенно нежелательны реакции захвата исходного мономера при синтезе полиакриламидных суперабсорбентов, синтезируемых из акриламида, являющегося токсичным для человеческого организма, что приводит к существенному ухудшению качества готового продукта. Несмотря на то, что полиакриламидные суперабсорбенты обладают исключительными достоинствами по сравнению с имеющимися в литературе и производстве гелями, этот фактор присутствия остаточного токсичного исходного акриламида в конечном продукте сильно снизил цену данного геля-суперабсорбента, а в некоторых странах (Россия, Китая, Европа и пр.) запретили его продажу и использование.

Ближайшим аналогом настоящего изобретения является способ получения полиакриламидных гидрогелей путем непрерывной фронтальной

полимеризации со следующим составом исходной смеси: смесь акриламида и акрилата натрия - от 0,1% до 50%; N,N’-метилен бис-акриламида - от 0,5% до 8%; инициатор, представляющий собой персульфат калия, - от 0 до 1%; наноразмерный бентонит - от 0,1% до 7%; вода - остальное [патент РФ №2681212, 09.07.2018].

Недостатком ближайшего аналога является недостаточно высокое качество получаемого гидрогеля ввиду неоднородности полученного гидрогеля, что не позволяет максимально точно регулировать размеры и плотность пор в полученном гидрогеле. Это обусловлено тем, что фронтальная полимеризация жидких мономеров в непрерывных трубчатых реакторах, как правило, сопровождается налипанием получаемой сильновязкой полимерной массы к стенкам реактора, что приводит к образованию струйных течений, градиента скоростей течения по радиусу реактора и, вследствие этого, к формированию сильно вытянутой струи мономерной жидкости, которая дойдя до конца реактора, покидает его, не прореагировав. Таким образом, по данной технологии затруднительно гарантировано получить гидрогель однородной структуры с заданным размером пор. Кроме того, налипание сильновязкой полимерной массы на стенки реактора дестабилизирует фронт полимеризации, что может привести к затуханию самопроизвольного процесса полимеризации.

Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в устранении недостатков известных решений и разработке высокопроизводительной, экологически безопасной, энергосберегающей технологии получения нетоксичного полиакриламидного гидрогеля высокого качества, и обеспечивающей получение продукта с точно заданными структурными характеристиками для регулирования как сорбционных, так и десорбционных свойств гидрогеля (свойств, обеспечивающих поглощение и высвобождение жидкостей).

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в снижении трудоемкости при реализации технологии получения полиакриламидного гидрогеля, повышении надежности процесса получения гидрогеля за счет достижения стабильности процесса полимеризации, а также в повышении качества получаемого полиакриламидного гидрогеля за счет существенного улучшения однородности гидрогеля, возможности стабильного и точного получения пор заданных размеров и плотности, а также исключения токсичности готового продукта.

Технический результат достигается в способе получения полиакриламидных гидрогелей путем непрерывной фронтальной полимеризации, включающем подачу акриламида или его производных в вертикальный реактор непрерывного действия снизу вверх и осуществление полимеризации с использованием процесса фронтальной полимеризации при непрерывном принудительном выведении получаемого полиакриламидного гидрогеля вытягиванием из верхней части реактора, причем подачу акриламида или его производных в реактор осуществляют при атмосферном давлении.

Полиакриламидные гидрогели суперабсорбенты (ПАГ), получаемые по настоящему способу, - это сшитые полимерные структуры, со способностью набухать с поглощением большого количества влаги и активных веществ без разрушения оригинальной формы. Особое достоинство получаемых гидрогелей - отдавать обратно поглощенные вещества в окружающую среду. Для получения данных гидрогелей используется полиакриламид. Полиакриламид - общее название группы полимеров и сополимеров на основе акриламида и его производных.

В качестве исходных реагентов для получения полиакриламидных гидрогелей помимо акриламида или его производных (мономеры), могут использоваться их смеси со сшивающим агентом и/или инициатором реакции полимеризации и другими добавками, обеспечивающими дополнительную возможность регулирования поглощения и высвобождения жидкостей готовым продуктом.

В качестве сшивающего агента может применяться, например, N,N-метиленбис-акриламид, в качестве инициатора реакции полимеризации - персульфат калия, а в качестве добавок, обеспечивающих возможность регулирования поглощения и высвобождения жидкостей - коллоидный раствор бентонита.

Подача мономера (акриламида или его производных) из емкости подпитки в реактор осуществляется при атмосферном давлении, то есть без приложения искусственно созданного давления для перемещения жидкости из емкости подпитка в реактор, что может быть реализовано, например, с использованием закона сообщающихся сосудов, для выполнения которого емкость подпитки и реактор располагают соответствующим образом (параллельно).

Оптимальная скорость поступления мономера или его смеси с инициатором и/или сшивающим агентом в реакционную зону, где локализована волна фронтальной полимеризации составляет 1-20 см/мин и зависит скорости горения мономера или упомянутой смеси, что, в свою очередь, зависит от химической природы подаваемого мономера или компонентов упомянутой смеси.

Принудительное непрерывное выведение синтезированного полиакриламидного гидрогеля из горловины реактора может осуществляться путем вытягивания полиакриламидного гидрогеля с использованием троса. Вытягиваемый из реактора образовавшийся полиакриламидный гидрогель наматывают на бобины. Скорость вытягивания полиакриламидного гидрогеля из реактора может быть равна скорости горения акриламида или его производных в реакторе при проведении фронтальной полимеризации.

Инициирование процесса фронтальной полимеризации может осуществляться посредством теплового импульса (локального инициирования - например, точечного нагрева) в участке смеси. При этом, обеспечивают сохранение температуры реакции в реакторе любым известным способом (необходимо обеспечение адиабатического процесса).

Для проведения процесса полимеризации оптимальным является вертикальный реактор цилиндрического типа. Внутренние стенки реактора могут быть покрыты политетрафторэтиленовым слоем или кремнийорганическим каучуковым слоем для снижения смачиваемости с мономером и полученным полимером и исключения адгезии.

Реализация настоящего способа получения полиакриламидных гидрогелей в режиме фронтальной полимеризации в вертикальном реакторе непрерывного действия, при постоянной подаче исходных реагентов в реактор снизу вверх при атмосферном давлении и, соответственно, при постоянном принудительном отводе полученного ПАГ вытягиванием через верхнюю часть реактора позволяет получить продукт максимально высокого качества что обусловлено нижеследующим.

С технологической точки зрения фронтальная полимеризация имеет несравнимые достоинства по сравнению с традиционными методами полимеризации. Традиционный процесс, как было упомянуто, проводится в реакторах периодического действия, в два этапа. На первом этапе получают линейный полимер, а на втором - осуществляют «сшивку» этого полимера для получения трехмерных полимерных сетей. Процесс, начиная с первого этапа происходит сразу во всем объеме и в течение нескольких часов (в отличие от ФП, где полимеризация распространяется от одного конца реактора к другому в автоволновом режиме). Этот процесс происходит с выделением тепла и во избежание теплового взрыва в процессе полимеризации ставят соответствующую охладительную систему, что приводит к дополнительным затратам энергии на охлаждение реактора. Далее, требуется уменьшение скорости реакции и, соответственно, выделения тепла. Для этого в

исходную реагирующую смесь добавляют растворители, а когда процесс завершается, эти

растворители выбрасываются в окружающую среду, поскольку другие методы утилизации

сильно отражаются на себестоимости получаемого продукта. Отсюда - затраты на охлаждение и экологическая тревога из-за выброса растворителей в окружающую среду. При этом основным недостатком в случае с полиакриламидным гидрогелем является сам продукт, в котором неизменно остаются некоторые количества ядовитого акриламида.

В режиме же фронтальной полимеризации процесс получения полимера происходит в один этап, что обусловлено спецификой ФП, проходящей в режиме автоволнового распространения реакции полимеризации от одного конца реактора к другому. Все нежелательные явления, характерные для традиционного метода, нивелируются в условиях автоволнового протекания процесса в режиме фронтальной полимеризации в непрерывных условиях. Это обусловлено тем, что при ФП весь процесс происходит с большой скоростью одновременной полимеризации и сшивки, в результате чего достигается получение продукта высокого качества, в частности, без наличия остаточного акриламида: поскольку процесс происходит быстро, то реакционная волна выталкивает все побочные примеси. Таким образом, проведение процесса в режиме фронтальной полимеризации позволяет получить безопасный продукт, в котором отсутствуют следы токсичного акриламида, что позволяет использовать полученный гидрогель в медицине, сельском хозяйстве, а также в гигиенических принадлежностях без вреда здоровью.

Кроме того, поскольку движущим фактором процесса ФП является выделяемое в процессе реакции тепло и технология основана именно на сохранении этого тепла во избежание потери скорости реакции и затухания волны полимеризации, то в данном случае нет необходимости в остужении реактора или в уменьшении скорости реакции с помощью добавок растворителя (этим обусловлена производительность процесса и энергетическая выгода от исключения этапов первоначального прогрева и последующего охлаждения реактора). Высокая производительность процесса также обусловлена реализацией ФП в реакторах непрерывного действия при постоянной подаче реакционной смеси и постоянном отводе полученного ПАГ.

В процессе исследований было обнаружено, что в процессе ФП при определенных условиях (при возникновении адгезии реагирующей массы на стенках реактора) может образовываться выгнутый фронт полимеризации (фронт горения). Образование выгнутого фронта сопровождается возникновением струйных течений и градиента скоростей течения по радиусу реактора и, вследствие этого, к формированию сильно вытянутой струи мономерной жидкости, которая дойдя до конца реактора, покидает его, не прореагировав.

В результате полимеризация осуществляется неравномерно, то есть при наличии выгнутого фронта, к моменту извлечения из реактора в продукте остаются зоны непрореагировавшего мономера, что существенно снижает однородность получаемого ПАГ, исключает возможность стабильного и точного получения продукта с порами заданных размеров и плотности.

Также ввиду образования выгнутого фронта установлены неодинаковые времена пребывания продукта по сечению трубы и формирование полимера в существенно неоднородных температурных полях. Эти факторы порождают неоднородность свойств получающегося полимера.

Было установлено, что принудительная подача реакционной смеси в реактор из емкости подпитки под действием искусственно созданного давления (например, компрессором или насосом) способствует образованию выгнутой линии полимеризации (см. фиг. 2). При этом, осуществление в заявленном способе подачи реакционной смеси в вертикальный реактор снизу вверх в отсутствии давления (при атмосферном давлении) (см. фиг. 3) и при непрерывном вытягивании получаемого полимера вверх (из верхней части реактора) из реактора позволяет существенно снизить адгезию реагирующей массы на стенках реактора и исключить образование выгнутого фронта при котором образуются струйные течения и градиент скоростей течения по радиусу реактора. Отмечено, что линия полимеризации по геометрии приближена к плоскости и фронт стабилизирован. В результате на протяжении всего процесса мономер полимеризуется равномерно и, как следствие, достигается повышение качества полиакриламидного гидрогеля за счет стабильного получения полимера с высокой степенью однородности и упорядоченности структуры с порами заданных размеров и плотности. При этом, достигается хорошая воспроизводимость структуры готового продукта.

Возможность реализации ФП в одну стадию существенно снижает трудоемкость заявленного способа и приводит к ускорению процесса получения готового продукта.

Использование ректора, внутренние стенки которого покрыты политетрафторэтиленовым слоем или кремнийорганическим каучуковым слоем, также позволяет снизить взаимодействие реагирующей массы и готового продукта со стенками реактора за счет уменьшения смачиваемости реагирующей массой и готовым гполимером стенок реактора. Это обеспечивает дополнительное повышение качества получаемого полиакриламидного гидрогеля за счет увеличения степени однородности структуры гидрогеля.

Осуществление настоящего способа в режиме фронтальной полимеризации в вертикальном реакторе непрерывного действия, в совокупности при постоянной подаче исходных реагентов в реактор снизу вверх при атмосферном давлении (без приложения давления извне) и при постоянном принудительном отводе полученного ПАГ вытягиванием из верхней части реактора также позволяет добиться повышения надежности процесса фронтальной полимеризации за счет стабилизации фронта полимеризации (фронта горения) и, как следствие, исключения его внезапного затухания с остановкой процесса полимеризации.

Возможность стабилизации фронта обусловлена тем, что непрерывная подача исходных реагентов в вертикальный реактор при атмосферном давлении снизу вверх позволяет исключить налипание вязкой реагирующей массы на стенках реактора, и, как следствие, периодическое вытягивание фронта с образованием струйных течений, приводящее к нестабильности фронта горения, и получить стабильно сохраняющуюся на протяжении всего процесса линию полимеризации, приближенную по геометрии к плоскости. При такой геометрии линии полимеризации процесс протекает равномерно и стабильно без внезапных вспышек, обусловленных струйными течениями, способных привести к затуханию фронта горения и остановке процесса полимеризации.

В процессе исследований было обнаружено, что при наличии выгнутого фронта, в котором образуются струйные течения, полимеризация осуществляется неравномерно, то есть струйные течения могут способствовать выбросу мономера на стенки реактора в зону синтезированного ПАГ, что приведет к налипанию мономера на стенках реактора и затруднительному извлечению ПАГ.

Таким образом, получение стабильно сохраняющейся на протяжении всего процесса линии полимеризации, приближенной по геометрии к плоскости, отсутствие выгнутого фронта, в котором образуются струйные течения мономера, способствует равномерной полимеризации мономера по всему фронту, в результате чего не наблюдается налипание мономера на стенках реактора, препятствующего извлечению синтезированного ПАГ. В связи с этим, извлечение ПАГ осуществляется плавно с сохранением интенсивности горения фронта для обеспечения непрерывного процесса полимеризации, исключающего затухание фронта.

Таким образом, реализация способа получения полиакриламидного гидрогеля путем подачи реакционной смеси в вертикальный реактор снизу вверх в отсутствии давления и проведение процесса фронтальной полимеризации с непрерывным вытягиванием полимера через горловину реактора позволяет существенно повысить качество получаемого гидрогеля за счет стабильного получения продукта с точно заданной структурой и, как следствие, регулировать как сорбционные, так и десорбционные свойства гидрогеля.

Сущность изобретения поясняется фигурами 1-7.

На фигуре 1 представлена схема получения полиакриламидного гидрогеля по заявленному способу.

Фигура 2 иллюстрирует выгнутую линию фронта полимеризации при реализации фронтальной полимеризации с подачей реакционной смеси под давлением.

Фигура 3 иллюстрирует линию фронта полимеризации по геометрии близкой к плоскости.

На фигуре 4 представлены романспектры чистого акриламида.

На фигуре 5 представлены романспектры кристаллического полиакриламида.

На фигуре 6 представлены романспектры ПАГ.

Фигура 7 иллюстрирует данные, полученные методом гель хроматографией.

На фигурах позициями 1-15 обозначены:

1 - емкость подпитки,

2 - реакционная смесь,

3 - наливной клапан,

4 - вертикальный реактор,

5 - термопары,

6 - нижняя часть реактора,

7 - верхняя часть реактора,

8 - получаемый полиакриламидный гидрогель,

9 - ведомые ролики,

10 - трос вытягивания полученного полиакриламидного гидрогеля,

11 - мотор с управлением,

12 - элемент крепления троса к полученному полиакриламидному гидрогелю,

13 - вогнутая линия полимеризации,

14 - струйные течения,

15 - линия полимеризации, по геометрии близкая к плоскости.

Заявленное изобретение реализуется следующим образом.

Для осуществления процесса полимеризации в режиме ФП емкость подпитки 1 соединяют с нижней частью 6 вертикального реактора 4. Емкость подпитки 1 располагают параллельно реактору 4. Далее емкость подпитки 1 наполняют реакционной смесью 2 посредством открытия наливного клапана 3 и осуществляют непрерывную подачу реакционной смеси 2 в реактор 4. Поступление реакционной смеси в реактор происходит самотеком до достижения уровня смеси в реакторе 4, равного уровню жидкой смеси в емкости подпитки 1 (поскольку емкость подпитки и реактор являются сообщающимися сосудами). Скорость подачи реакционной смеси в реакционную зону, где локализована волна полимеризации, составляет 10 см/мин. Для поддержания уровня реакционной смеси в реакторе осуществляют непрерывную подачу реакционной смеси в емкость подпитки с такой же скоростью. Подачу реакционной смеси 2 в реактор 4 осуществляют в нижнюю часть реактора 6. Инициирование процесса фронтальной полимеризации осуществляют посредством теплового импульса (точечного нагрева) в участке смеси. В реакторе на протяжении всего процесса поддерживается адиабатическая температура. Температура в реакторе отслеживается с использованием термопары 5. В режиме фронтальной полимеризации в реакторе с большой скоростью одновременно протекают процессы полимеризации и «сшивки» образовавшихся полимеров с образованием трехмерных полимерных сетей, ответственных за сорбционные свойства конечного продукта. Фронтальная полимеризация проходит в режиме автоволнового распространения реакции полимеризации. Подача реакционной смеси 2 в реактор 4 снизу вверх самотеком без применения давления, создаваемого компрессором или насосом, с непрерывным принудительным извлечением ПАГ 8 из реактора 4 тросом вытягивания 10 способствует минимизации налипания реакционной смеси на стенках реактора и формированию линии фронта полимеризации 15 по геометрии близкой к плоскости. В этих условиях исключается изгибание линии фронта 13 полимеризации с возникновением струйных течений 14. В результате на протяжении всего процесса получения ПАГ 8 не наблюдается формирование сильно вытянутой струи мономерной жидкости, которая дойдя до конца реактора, покидает его, не прореагировав, что способствует повышению однородности получаемого ПАГ. Образующийся ПАГ 8 постоянно отводят через верхнюю часть реактора 7 (горловину) с использованием троса вытягивания 10, закрепленного на конце ПАГ 8 посредством элемента крепления троса 12. При включении мотора 11 ПАГ 8 вытягивается из реактора и наматывается на бобину. Ведомые ролики 9 обеспечивают надежное извлечение ПАГ 8 из реактора 4.

Результаты исследования структурных характеристик полученных разработанным способом образцов ПАГ (образцы 1-6) представлены в таблице. Образцы ПАГ 7-10 получены в соответствии с альтарнативным методом (условия проведения синтеза отличаются от заявленного способа параметрами, указанными в таблице, остальные этапы синтеза осуществлялись согласно заявленному способу, описанному выше) и приведены для сравнения.

Таблица №образца ПАГ Состав реакционной смеси Наличие/отсутствие давления, создаваемого компрессором, при подаче реакционной смеси Направление подачи реакционной смеси в реактор Принудительный отвод ПАГ вытягиванием Распределение по размерам пор в полученном ПАГ 1 Раствор акриламида -21,875%,
акрилат Na - 21,875%, персульфат калия - 0,3125%, вода - 55,9375%. Отсутствие (подача реакционной смеси осуществлялась самотеком со скоростью 10 см/мин) Вертикальный реактор, подача снизу вверх +
(вверх) 20 мкм - 90%,
17 мкм - 10% 2 раствор акриламида -12,5%,
акрилат Na - 31,25%, персульфат калия - 0,3125%, вода - 55,9375%. Отсутствие (подача реакционной смеси осуществлялась самотеком со скоростью 10 см/мин) Вертикальный реактор, подача снизу вверх +
(вверх) 22 мкм - 89%,
18 мкм - 11% 3 Раствор акриламида - 20,625%,
акрилат Na - 21,875%, персульфат калия -0,3125%, вода 55,9375%, N,N'-метиленбис-акриламид - 1,25%. Отсутствие (подача реакционной смеси осуществлялась самотеком со скоростью 10 см/мин) Вертикальный реактор, подача снизу вверх +
(вверх) 19 мкм - 93%,
20 мкм - 7% 4 Раствор акриламида -21,875%,
акрилат Na - 21,8%, вода - 55,9375%. Отсутствие (подача реакционной смеси осуществлялась самотеком со скоростью 10 см/мин) Вертикальный реактор, подача снизу вверх +
(вверх) 21 мкм - 92%,
19% - 8% 5 Раствор акриламида -21,875%, акрилат Na - 21,875%, персульфат калия - 0,3125%, вода - 55,3775%, бентонит - 0,56% Отсутствие (подача реакционной смеси осуществлялась самотеком со скоростью 10 см/мин) Вертикальный реактор, подача снизу вверх +
(вверх) 20 мкм - 92%,
18 мкм - 8% 6 Раствор акриламида -21,875%, акрилат Na - 21,875%, персульфат калия - 0,3125%, вода - 55,3775%, бентонит - 0,56% Отсутствие (подача реакционной смеси осуществлялась самотеком со скоростью 10 см/мин) Вертикальный реактор, подача снизу вверх +
(вверх) 21 мкм - 93%,
19 мкм - 7% 7 Раствор акриламида -21,875%,
акрилат Na - 21,875%, персульфат калия - 0,3125%, вода - 55,9375%. Наличие
(реакционная смесь подается в реактор с использованием компрессора, скорость подачи - 10 см/мин) Горизонтальный реактор, подача слева направо - 80 мкм - 56%,
60 мкм - 20%
20 мкм - 20%,
15 мкм - 4% 8 Раствор акриламида -21,875%,
акрилат Na - 21,875%, персульфат калия - 0,3125%, вода - 55,9375%. Отсутствие (подача реакционной смеси осуществлялась самотеком со скоростью 10 см/мин) Горизонтальный реактор, подача слева направо +
(направо) 75 мкм - 64%,
70 мкм - 26%
50 мкм - 7%,
28 мкм - 3% 9 Раствор акриламида -21,875%,
акрилат Na - 21,875%, персульфат калия - 0,3125%, вода - 55,9375%. Наличие
(реакционная смесь подается в реактор с использованием компрессора, скорость подачи - 10 см/мин) Вертикальный реактор, сверху вниз +
(вниз) 35 мкм - 48%,
70 мкм - 15%,
28 мкм - 10%,
16 мкм - 27%. 10 Раствор акриламида -21,875%,
акрилат Na - 21,875%, персульфат калия - 0,3125%, вода - 55,9375%. Наличие (реакционная смесь подается в реактор с использованием компрессора, скорость подачи - 10 см/мин) Вертикальный реактор, снизу вверх +
(вверх) 80 мкм - 37%,
47 мкм - 24%,
23 мкм - 20%,
11 мкм - 15%, 5 мкм - 4%.

Таким образом, результаты исследования подтверждают, что разработанный способ позволяет добиться получения ПАГ (образцы 1-6) с улучшенной однородностью, хорошей воспроизводимостью структуры в параллельных процессах. При этом, на протяжении всего процесса не наблюдалось затухания фронта полимеризации, процесс проходил стабильно.

Кроме того, результаты исследования полученных в соответствии с заявленным способом образцов ПАГ, а именно, методами сканирующей спектроскопии и гель-хроматографии подтвердили, что в полученных образцах отсутствуют даже следы токсичного акриламида (фиг.4-7).

При получении образцов ПАГ (образцы 7-10) альтернативным методом процесс полимеризации прерывался от 2 до 5 раз ввиду затухания фронта полимеризации, что требовало повторной инициации процесса. Также помимо неоднородности (по распределению пор) в объеме каждого из полученных образцов ПАГ были обнаружены участки непрореагировавшего мономера разного размера.

Таким образом, экспериментально были подтверждены преимущества разработанного способа получения ПАГ. Разработанный способ может быть использован для синтеза полиакриламидных гидрогелей в условиях, превосходящих существующие в настоящее время методы синтеза (в том числе, традиционные) этих гелей, как с точки зрения экономичности процесса, экологической безопасности, так и с точки зрения свойств полученного полиакриламидного гидрогеля суперабсорбента.

Настоящее изобретение относится к способу получения полиакриламидного гидрогеля (ПАГ), который может использоваться в сельском хозяйстве, медицине, косметологии, для очистки нефтяных трубопроводов и для создания предметов гигиены. Способ получения полиакриламидного гидрогеля осуществляется путем непрерывной фронтальной полимеризации и включает подачу акриламида или его производных в вертикальный реактор непрерывного действия снизу вверх при непрерывном принудительном выведении получаемого полиакриламидного гидрогеля вытягиванием из верхней части реактора. Подача акриламида или его производных в реактор осуществляется при атмосферном давлении. Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в снижении трудоемкости при реализации технологии получения полиакриламидного гидрогеля, повышении надежности процесса получения гидрогеля за счет достижения стабильности процесса полимеризации, а также в повышении качества получаемого полиакриламидного гидрогеля за счет существенного улучшения однородности гидрогеля, возможности стабильного и точного получения пор заданных размеров и плотности, а также исключения токсичности готового продукта. 7 ил., 1 табл., 6 пр.

Способ получения полиакриламидных гидрогелей путем непрерывной фронтальной полимеризации, включающий подачу акриламида или его производных в вертикальный реактор непрерывного действия снизу вверх и осуществление полимеризации  с использованием процесса фронтальной полимеризации при непрерывном принудительном выведении получаемого полиакриламидного гидрогеля вытягиванием из верхней части реактора, причем подачу акриламида или его производных в реактор осуществляют при атмосферном давлении.