СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНОГО ГИДРОГЕЛЯ
METHOD OF PREPARING POLYMER HYDROGEL

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
3
где R=СН
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.
w
d
Степень набухания геля F характеризовали отношением массы геля, набухшего в воде, m к массе сухого геля m:
w
d
F=m/m.
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 1Степень 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 2Эффективность биоцидного действия гидрогеля по отношению к E-coli
Полимеры и сополимеры*
Число колоний, выросших на 1 см<sup>3</sup> воды
Диаметр зоны задержки роста (мм)
Качественная оценка биоцидности
ПАА + МАГ
1206
0
неудовлетворительная
ПАА + БАА
103
8
хорошая