Способ получения высоконабухающего гидрогеля Советский патент 1991 года по МПК C08F120/56 

1

(21)4400672/05 (22) 30.03.88 (46)30.06.91. Бюл. №24

(71)МГУ им.М.В.Ломоносова и Таджикский государственный университет им.В.И.Ленина

(72)А.Н.Астанина, М.А.Исмаилова, М.В.Ко- жинская, Т.С.Маликов, А.П.Руденко, Л.И.Свинова, Е.Я.Оффенгенден и Х.М.Якубов

(53)678.745.842 (088.8)

(56)Патент США № 4367322,

кл. С 08 F 120/56, опублик. 1984.

Заявка Франции N° 2497514, кл. С 08 F 120/56, опублик. 1982.

(54)СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОНАБУХАЮЩЕГО ГИДРОГЕЛЯ

(57)Изобретение относится к области получения высоконабухающих нерастворимых или малорастворимых в воде гидрогелей, способных сорбировать большие количества воды. Способ получения высоконабухающего гидрогеля включает полимеризацию

акриламида в водном растворе в присутствии персульфата аммония, промывку и последующую сушку получаемого полимера. Полимеризацию осуществляют в присутствии солей переходных металлов или магния или цинка с концентрацией 1-10 - 1 10 моль/л, персульфат аммония используют с концентрацией 0,015-3 мас.%, полученный полимер обрабатывают щелочью с концентрацией 1 - 30 мас.% и последующую промывку гидрогеля проводят водой. Полимеризацию акриламида можно проводить при 55 - 80°С, а сушку - при 70 - 130°С. Это позволяет упростить способ получения гидрогеля за счет исключения необходимости использования вакуума, инертной среды, а также дорогостоящих и труднодоступных мономеров. Кроме того, данный способ позволяет повысить влагонабухаемость полимера с 280 до 1080 г На О/г геля, а также дает возможность регулировать влагонабухаемость. 2 з.п ф-лы, 5 табл.

СО

с

Изобретение относится к получению высоконабухающих, нерастворимых или малорастворимых в воде гидрогелей, способных сорбировать большие количества воды, которые могут быть использованы в различных областях народного хозяйства (сельское хозяйство, медицина и др.).

Цель изобретения - упрощение способа, повышение влагонабухаемости гидрогеля и возможность ее регулирования.

Пример.К8 мл 55,5%-ного водного раствора акриламида приливают 2 мл 1 моль/л водного раствора Сг (ЗО/Оз бНзО,

2 мл 1 %-ного водного раствора персульфата аммония и оставляют на воздухе при комнатной температуре. Полимеризация заканчивается за 12 ч. По окончании процесса полимеризации полученный полимер заливают 20 мл 10%-ного КОН и выдерживают в нем 45 мин. После промывки геля от щелочи его высушивают при комнатной температуре в течение 96 ч. Набухаемость полученного гидрогеля 825 г НгО/г геля.

Примеры осуществления синтеза гидрогелей по указанной выше методике для разных солей металлов представлены в табл.1.

CS СП Ч) 4

го о

Пример 2. К8 мл 55,5%-ного водного раствора акриламидэ приливают 2 мл ЮМ водного раствора СоЗОд и 2 мл 1%-ного водного раствора персульфата аммония. Раствор оставляют на воздухе при комнатной температуре. Полимеризация заканчивается за 15 ч. Образующийся нерастворимый полимерный гель промывают водой и обрабатывают 20 мл 10%-ного водного раствора щелочи (КОН), выдерживая в нем в течение 45 мин. После промывки геля водой от щелочи его высушивают при 80°С в сушильном шкафу в течение 16ч. набухаемость полученного гидрогеля 724 г НаО/г геля.

Примеры осуществления синтеза гидрогелей по указанной еыше методике для разных концентраций персульфата и катализаторов (солей металлов) представлены в табл.2.

П р и м е р 3. Смесь 8 мл 55,5%-ного водного раствора акриламида, 2 мл 0,6 М водного раствора FeS04 и 2 мл 0,1%-ного водного раствора персульфата аммония нагревают до 60°С. Начало процесса полимеризации отмечают по появлению пузырьков газа, выделяющихся в процессе реакции. При появлении пузырьков газа нагрев прекращают. Полимеризация длится 10 мин. Окончание процесса полимеризации оценивают по прекращению выделения газа и охлаждению раствора. Образующийся в ходе реакции нерастворимый в воде полимерный гель заливают 50 мл 10%-ного водного раствора КОН и выдерживают в нем 16 ч. Затем гелъ промывают водой от избытка щелочи и высушивают при 1 tO°C в течение 20 ч а сушильном шкафу. Набухаемость полученного гидрогеля составляет 925 г Н20/г геля.

Примеры осуществления синтеза гидрогелей неуказанной выше методике для разных интервалов концентраций персульфата аммония и солей переходных металлов представлены в табл.3.

П р и м е р 4. Смесь 160 мл 55,5%-ного водного раствора акриламида, 40 мл 0,2- 10 М водного раствора РеЗОз, 40 мл 0,2%-ного йодного раствора персульфата аммония нагревают при 80°С до появления пузырьков газа, после чего нагрев прекращают. По окончании процесса полимеризации полученный полимер заливают 500 мл 10%-ного КОН и выдерживают в нем 1 ч. После промывки геля от щелочи его высушивают в сушильном шкафу при 130°С а течение 10 ч. Набухаемость полученного гидрогеле 985 г НаО/г геля.

Примеры осуществления синтеза гидрогелей по указанной выше методике для разных концентраций FeS04 и щелочи (КОН) представлены в табл.4.

Пример 5. Смесь 9 мл 55,5%-ного

водного раствора акриламида, 4 мл 1,4- М водного раствора РеЗОз, 4 мл 0,1%-ного водного раствора персульфата аммония нагревают при 65°С до появления

пузырьков газа, характеризующих начало полимеризации, после чего нагрев прекращают. После окончания процесса полимеризации и охлаждения реактора полученный полимер промывают водой и

заливают 20 мл 10%-ного водного раствора щелочи (КОН) и выдерживают в нем 1 ч. После промывки геля от щелочи его высушивают в сушильном шкафу при 100°С в течение 16 ч, Набухаемость полученного

гидрогеля 1335 г Н20/г геля.

П р и м е р 6. Смесь 8 мл 55,5%-ного водного раствора акриламида, 2 мл 1 М водного раствора FeSO и 2 мл 0,015%-но- го персульфата аммония нагревают при

70°С до появления пузырьков газа, после чего нагрев прекращают. В дальнейшем процесс проводят аналогично примеру 2, Набухаемость полученного гидрогеля 1000 г Н20/г геля,

Пример. Смесь 8 мл 55,5%-ного водного раствора акриламида, 2 мл 1 10 М водного раствора FeS04 и 2 мл 0,015%-ного персульфата аммония нагревают при 80°С до появления пузырьков газа,

после чего нагрев прекращают, В дальнейшем процесс проводят аналогично примеру 2. Набухаемость полученного гидрогеля составляет 1056 г Н20/г геля.

Примерз. Синтез гидрогеля осуществляют аналогично примеру 6, нагревая реакционный раствор при 55°С. Набухаемость полученного гидрогеля 800 г Н20/Г геля.

Пример 9. К8 мл 55,5%-ного водного

раствора акриламида приливают 2 мл М водного раствора CoSO/j и 2 мл 1%-ного водного раствора персульфата аммония. В дальнейшем синтез осуществляют аналогично примеру 2, высушивая гидрогель в

сушильном шкафу при 70°С в течение 24 ч. Набухаемость полученного гидрогеля 387 г Н20/г геля.

П р и м е р 10. К 160 мл 55,5%-ного водного раствора акриламида приливают

40 мл 1,4 М водного растовра FeS04 и 40 мл 0,2%-ного водного раствора персульфата аммония. Смесь нагревают при 80°С до появления пузырьков газа, после чего нагрев прекращают. По окончании процесса полимеризации полученный полимер заливают 500 мл 3%-ного КОН и выдерживают в нем 1 ч. После промывки геля от щелочи его высушивают в сушильном шкафу при 100°С в течение 10 ч. Набухаемость полученного гидрогеля составляет 454 г Н20/г геля.

Пример11.К8мл 66,6%-ного водного раствора акриламида приливают 2 мл 1 10 1 М водного растовра Сг(504)з и 2,0 мл 1 %-ного водного раствора персульфата аммония. Раствор .оставляют на воздухе при комнатной температуре. Полимеризация заканчивается за 16 ч. Полученный полимер промывают водой и обрабатывают 25%- ным КОН в течение 45 мин. После промывки геля от щелочи его высушивают в сушильном шкафу при 80°С в течение 20 ч. Набухаемость полученного гидрогеля 291 г НаО/г геля.

Примеры осуществления синтеза гидрогелей по указанной выше методике для разных концентраций щелочи представлены в табл.5.

П р и м е р 12. Смесь 5 мл 40%-ного водного раствора акриламида, 2 мл 5 М водного раствора FeSO и 2 мл 1 %-ного водного раствора персульфата аммония оставляют на воздухе. Полимеризация длится 50 мин. Полученный полимер заливают 50 мл 10%-ного КОН и выдерживают в нем в течение 45 мин. После промыз- ки геля от щелочи его высушивают при 80°С в течение 20 ч. Набухаемость полученного гидрогеля - 493 г Н20/г геля.

П р и м е р 13. Смесь 15 мл 33,3%-ного водного растовра акриламида, 2 мл 5 водного раствора FeSO-i и 2 мл 0,6%-ного водного раствора персульфата аммония оставляют на воздухе. После окончания процесса полимеризации полимер заливают 50 мл 10%-ного КОН и выдерживают в нем 1 ч. После промывки геля от щелочи его высушивают при 80°С в течение 20 ч. Набухаемость полученного гидрогеля 480 г Н2О/г геля.

П р и м е р 14. Смесь 20 мл 55.5%-ного водного раствора акриламида, 2 мл 5 М водного раствора FeSO/i и 2 мл 0,6%-ного персульфата аммония нагревают при 80°С до появления пузырьков газа, после чего нагрев прекращают. Полученный полимер заливают 50 мл 10%-ного КОН и выдерживают в нем 1 ч. После промывки газа от щелочи водой его высушивают при комнатной температуре. Набухаемость полученного гидрогеля 325 г НаО/г геля.

С целью регулирования величины набу- хаемости варьируют концентрацию катализатора (соли металла) в процессе синтеза гидрогеля.

П р и м е р 15. Смесь 8 мл 66,6%-ного водного раствора акриламида, 2 мл f

М водного раствора 2 мл 2,5-% ного водного раствора персульфата аммония оставляют на воздухе в течение 6 - 8 ч до полной полимеризации. Полученный полимер заливают 50 мп 10%-ного КОН и

выдерживают в нем 1 ч. После промывки геля от щелочи его высушивают в сушильном шкафу при 100°С в течение 16 ч. Набухаемость полученного гидрогеля составляет 360 г Н20/г геля.

Присич1взе гидрогелей по вышеприведенной методике с использованием водного раствора CoSO/j с концентрацией 1 , 1 , 1 1 М получают гидрогели с набухаемостью 215, 325, 830, 84 г H20/V

геля.

П р и м е р 16. Синтез гидрогелей осуществляют по методике, приведенной в примере 15. используя водные растворы с концентрацией 1 10 1 , 1 ,

1 , 1 М и нагревая реакционную смесь при 50°С. Набухаемость синтезированных гидрогелей соответственно 725, 661, 915. 809, 265, гН20/г геля.

П р и м е р 17. Синтез гидрогелей осуществляют по методике, приведенной в примере 1, используя водные растворы NjSO с концентрацией 1- , 1- 10 , 5 5- . 5 , 5 М. Набухаемость синтезированных гидрогелей составляет

650, 1580. 1700, 1377, 603, 159 г Н20/г геля. Путем варьирования концентрации соли металла в процессе синтеза можно в широких пределах (от 84 до 1700 г Н20/г геля) регулировать набухаемость гидрогеля.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет существенно упростить процесс за счет исключения таких трудо- и энергоемких операций как вакуумирование, нагревание, использование инертной среды.

Предлагаемый способ предполагает использование доступных исходных продуктов. Получаемый по предлагаемому способу гидрогель имеет более высокую влагонабу- хаемость (до 1080 г Н20/г геля) и позволяет

ее регулировать.

Формула изобретения 1. Способ получения высоконабухающего гидрогеля, включающий полимеризацию акриламида в водном растворе в присутствии персульфата аммония, промывку и последующую сушку получаемого полимера, отличающийся тем, что. с целью упрощения способа, повышения влагонабу- хаемости гидрогеля и возможности ее регулирования, полимеризацию осуществляют в присутствии солей переходных металлов или магния или цинка с концентрацией 1 - б- моль/л, персульфат аммо- ния используют с концентрацией 0,015 - 3 мас,%, полученный полимер обрабатывают щелочью с концентрацией 1 - 30 мас.%, а

последующую промывку гидрогеля проводят водой.

Таблица 1

Таблица 2

Набухаемость гидрогелей, полученных при использовании 66,6 % водного раствора акриламида, персульфата аммония, соли Сг2(5О4)з- Полимеризация при комнатной температуре, высушивание при 80°С

Продолжение табл. 2

Таблица 3

Таблица 4

Таблица 5

Продолжение табл. 5