RU2537401C1 - Method of obtaining gel of (co) - Google Patents

Method of obtaining gel of (co) Download PDF

Info

Publication number
RU2537401C1
RU2537401C1 RU2013138587/04A RU2013138587A RU2537401C1 RU 2537401 C1 RU2537401 C1 RU 2537401C1 RU 2013138587/04 A RU2013138587/04 A RU 2013138587/04A RU 2013138587 A RU2013138587 A RU 2013138587A RU 2537401 C1 RU2537401 C1 RU 2537401C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polymerization
acrylic acid
acrylamide
monomers
gel
Prior art date
Application number
RU2013138587/04A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Константинович Поляков
Юрий Иванович Кирюхин
Ольга Игоревна Богданова
Тимофей Евгеньевич Григорьев
Сергей Николаевич Чвалун
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority to RU2013138587/04A priority Critical patent/RU2537401C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2537401C1 publication Critical patent/RU2537401C1/en

Links

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method of obtaining gel of (co)polymers of acrylic acid and acrylamide is realised by polymerisation or copolymerisation of monomers, initiated by free radicals and carried out in water medium, as source of free radicals used is monomer pair acrylic acid-acrylamide, reaction of (co)polymerisation and further spontaneous gel-formation of obtained (co)polymers after exhaustion of monomer(s) is provided by preliminary removal of oxygen. Oxygen is removed by vacuuming, or blowing with inert gas, or heating to 100°C with further blowing with inert gas. Initial weight ratio acrylic acid/acrylamide constitutes 5-0.2, total initial concentration of monomers constitutes 0.5-6.0 mol/l. Temperature of (co)polymerisation and further gel-formation is selected in the interval 10-70°C.
EFFECT: simplification of polymerisation method realisation.
4 cl, 4 ex

Description

Изобретение относится к области синтеза геля на основе (со)полимеров акриловой кислоты и акриламида и может быть использовано для получения водонабухаемых гидрогелей (суперабсорбентов), флокулянтов, детергентов, в качестве основы для создания новых лекарственных форм, различных композитов и материала для первопорационных разделительных мембран.The invention relates to the field of gel synthesis based on (co) polymers of acrylic acid and acrylamide and can be used to produce water-swellable hydrogels (superabsorbents), flocculants, detergents, as a basis for creating new dosage forms, various composites and material for primitive separation membranes.

Известно получение поли(мет)акриловой кислоты или ее полимерных солей свободнорадикальной полимеризацией соответствующих мономеров (Краткая химическая энциклопедия. Изд. "Советская Энциклопедия", Москва, 1965, стр. 119. Энциклопедия полимеров. Изд. "Советская энциклопедия", Москва 1972, том 1, стр. 36-40. Eizo Qhmori. Acrylic Acid and its Polymer, volume 1, 1973). Процесс проводят в водной или органической водоразбавляемой среде с применением радикалообразующих инициаторов в широком диапазоне температур, концентраций мономеров (см., например, Polymer, Vol. 46, issue 13 17 Yune 2005. h. 4525-4532) и в присутствии различных добавок. Назначение добавок - увеличивать ионную силу раствора, устанавливать оптимальный pH среды, регулировать молекулярную массу, сшивать или функционализировать полимерные цепи, временно ингибировать полимеризацию или наоборот делать ее чувствительной к свету, понижать остаточную концентрацию мономера по окончании полимеризации, служить дисперсантом и т.д.It is known to produce poly (meth) acrylic acid or its polymer salts by free radical polymerization of the corresponding monomers (Brief Chemical Encyclopedia. Publishing House "Soviet Encyclopedia", Moscow, 1965, p. 119. Encyclopedia of Polymers. Publishing House "Soviet Encyclopedia", Moscow 1972, volume 1, pp. 36-40. Eizo Qhmori. Acrylic Acid and its Polymer, volume 1, 1973). The process is carried out in an aqueous or organic water-borne medium using radical-forming initiators in a wide range of temperatures, monomer concentrations (see, for example, Polymer, Vol. 46, issue 13 17 Yune 2005. h. 4525-4532) and in the presence of various additives. The purpose of the additives is to increase the ionic strength of the solution, establish the optimal pH of the medium, regulate the molecular weight, crosslink or functionalize the polymer chains, temporarily inhibit the polymerization or, vice versa, make it sensitive to light, lower the residual monomer concentration at the end of the polymerization, serve as a dispersant, etc.

Объединяет все эти процессы необходимость введения радикалообразующих инициаторов (обычно перекиси водорода, персульфатов калия или аммония, органических гидроперекисей, динитрила азоизомасляной кислоты), генерирующих свободные радикалы самостоятельно, под действием температуры или в присутствии различного рода восстановителей, способствующих снижению температуры полимеризации (аскорбиновая кислота, сульфиты, метабисульфиты, тиосульфаты и другие соединения серы с пониженной по сравнению с максимальной степенью ее окисления).All these processes are united by the need to introduce radical-forming initiators (usually hydrogen peroxide, potassium or ammonium persulfates, organic hydroperoxides, azoisobutyric acid dinitrile), generating free radicals independently, under the influence of temperature or in the presence of various kinds of reducing agents, which contribute to lowering the polymerization temperature (ascorbic acid, sulfites , metabisulfites, thiosulfates and other sulfur compounds with a lower than maximum oxidation state).

Для полимеризации акриловой кислоты и акриламида характерно также использование фотосенсибилизированного инициирования в диапазоне видимого или ультрафиолетового излучения с применением добавок, легко распадающихся на свободные радикалы под действием кванта света (см., например, WO 0006613 A1, 2000-02-10, Polymer, Vol. 50, issue 13, 19 June, p. 2762-2767). Аналогично этому известны комбинации с агентами, образующими свободные радикалы под действием γ-радиации (пат. США №3948740, апрель 1976).The polymerization of acrylic acid and acrylamide is also characterized by the use of photosensitized initiation in the visible or ultraviolet range with the use of additives that readily decay to free radicals under the influence of a quantum of light (see, for example, WO 0006613 A1, 2000-02-10, Polymer, Vol. 50, issue 13, 19 June, p. 2762-2767). Similarly, combinations are known with agents that form free radicals under the influence of γ-radiation (US Pat. US No. 3948740, April 1976).

Термоинициирование, характерное для винильных мономеров другого типа, например стирола, в случае акриловой кислоты и акриламида не эффективно и применяется достаточно редко вследствие плохо контролируемого хода реакции.The thermal initiation characteristic of another type of vinyl monomers, for example styrene, is not effective in the case of acrylic acid and acrylamide and is rarely used due to poorly controlled reaction progress.

Полимеризация акриламида или его сополимеризация с (мет)акриловой кислотой, инициируется также, под действием тех же агентов, как и в случае акриловых кислот, и особых отличий по сравнению с ней не имеет.The polymerization of acrylamide or its copolymerization with (meth) acrylic acid is also initiated, under the action of the same agents as in the case of acrylic acids, and has no special differences compared to it.

Полимеризация акриловой кислоты и акриламида характеризуется также высокой чувствительностью к различного рода ингибиторам, в частности к молекулярному кислороду, концентрация которого для нормального развития процесса должна быть достаточно низкой (например, согласно пат. США №6927268 не выше 0,5 ppm). В соответствии с этим в случае специально вводимых ингибиторов различают аэробные, работающие только при наличии кислорода в системе (гидрохинон, бензохинон, фенол), или анаэробные агенты (фенотиазин, пат. США №5985958), предотвращающие нежелательную полимеризацию мономера при его очистке, хранении или в других условиях, требующих отсутствие кислорода.The polymerization of acrylic acid and acrylamide is also characterized by high sensitivity to various kinds of inhibitors, in particular to molecular oxygen, the concentration of which for the normal development of the process should be sufficiently low (for example, according to US Pat. No. 6927268, not higher than 0.5 ppm). In accordance with this, in the case of specially introduced inhibitors, aerobic agents that work only in the presence of oxygen in the system (hydroquinone, benzoquinone, phenol) or anaerobic agents (phenothiazine, US Pat. No. 5,985,958) are used to prevent undesired polymerisation of the monomer during its cleaning, storage, or in other conditions requiring a lack of oxygen.

Для получения водонабухающих гидрогелей (сорбентов воды) используют добавки сшивающих агентов, имеющих две самостоятельно работающих связи акрилатного типа. Наиболее характерные сшиватели - метилен-бис-акриламид, диакрилаты полиоксиэтиленгликолей, акрилаты многофункциональных гидроксилсодержащих соединений, диаллильные производные солей аммония. Количество вводимого сшивателя выбирается в зависимости от желаемой степени набухания получаемого полимерного гидрогеля и может колебаться от 0,001 до 5% к мономеру (пат. США №7285614).To obtain water-swellable hydrogels (water sorbents), additives of crosslinking agents having two independently working acrylate-type bonds are used. The most characteristic crosslinkers are methylene-bis-acrylamide, polyoxyethylene glycol diacrylates, multifunctional hydroxyl-containing compounds acrylates, diallyl derivatives of ammonium salts. The amount of crosslinker introduced is selected depending on the desired degree of swelling of the resulting polymer hydrogel and can range from 0.001 to 5% of the monomer (US Pat. No. 7285614).

При полимеризации акриловой кислоты немаловажную роль играют азотсодержащие, добавки, в частности с амидными функциональными группами. Патенты, в которых используются соединения подобного типа, можно квалифицировать в качестве патентов-аналогов данного изобретения.In the polymerization of acrylic acid, nitrogen-containing additives, in particular with amide functional groups, play an important role. Patents that use compounds of this type can be qualified as patents-analogues of this invention.

Многочисленная группа патентов по сополимеризации акриловых кислот с азотсодержащим акриламидом и его производными включает инициирование под действием специально вводимых инициаторов и не предполагает использование того или иного сомономера одновременно в качестве инициатора полимеризации второго или их совместной полимеризации. Наиболее характерные примеры пат. США №5297740, №5241011.A large group of patents for the copolymerization of acrylic acids with nitrogen-containing acrylamide and its derivatives includes the initiation under the action of specially introduced initiators and does not imply the use of one or another comonomer simultaneously as the initiator of the polymerization of the second or their joint polymerization. The most characteristic examples of US Pat. US No. 5297740, No. 5241011.

Известно графтирование акриловой кислоты ко многим полимерным объектам и, в частности, к полиамиду (6,6) с целью повышения гидрофильности полиамидных волокон. Наилучшие результаты графтирования получены при концентрации акриловой кислоты 0,5 М, содержании перекиси бензоила 0,03 М и температуре реакции 85°C, т.е. обязательным компонентом процесса, так же как и при (со)полимеризации, является перекись (Applied Surface Science. Vol. 253, issue 12, 15 April, 2007, p. 5521-5528).It is known to graph acrylic acid to many polymer objects and, in particular, to polyamide (6,6) in order to increase the hydrophilicity of polyamide fibers. The best grafting results were obtained with an acrylic acid concentration of 0.5 M, a benzoyl peroxide content of 0.03 M, and a reaction temperature of 85 ° C, i.e. an essential component of the process, as in (co) polymerization, is peroxide (Applied Surface Science. Vol. 253, issue 12, 15 April, 2007, p. 5521-5528).

В патентах, использующих для нейтрализации акриловых кислот аммиак или алифатические амины, с целью увеличения ионной силы полимеризуемого раствора, также применяется "принудительное" инициирование с помощью широко известных инициирующих систем чисто перекисного или окислительно-востановительного типа. Азотсодержащие добавки роль самостоятельных инициаторов полимеризации при этом не выполняют, но могут заметно активировать перекисный инициатор, что позволяет снизить его концентрацию до очень низких значений. Характерным примером может служить пат. США №6867269, в котором полиэтиленполиамин, нейтрализованный акриловой кислотой, одновременно используется как соинициатор и солеобразующий сшивающий агент.In patents that use ammonia or aliphatic amines to neutralize acrylic acids, in order to increase the ionic strength of the polymerized solution, “forced” initiation is also applied using the well-known initiating systems of the pure peroxide or redox type. Nitrogen-containing additives do not play the role of independent polymerization initiators, but they can noticeably activate the peroxide initiator, which allows its concentration to be reduced to very low values. A typical example is Pat. US No. 6867269, in which the polyethylene polyamine neutralized with acrylic acid is simultaneously used as a co-initiator and salt-forming crosslinking agent.

Четвертичные аммонийные соли (мет)акриловых кислот могут служить также в качестве сомономеров при полимеризации акрилатов в водной среде и одновременно дисперсантов, понижающих вязкость полимерных растворов. Так, например, (мет)акрилоилоксиэтиламмонийхлорид, сополимеризуясь со смесью акриловой кислоты и акриламида под действием радикалообразующего инициатора типа динитрила азоизомасляной кислоты, частично осаждает первоначально гомогенную систему, переводя ее в дисперсию с оптимальным размером частиц (пат. США №7250462).Quaternary ammonium salts of (meth) acrylic acids can also serve as comonomers in the polymerization of acrylates in an aqueous medium and also dispersants that lower the viscosity of polymer solutions. For example, (meth) acryloyloxyethylammonium chloride, copolymerizing with a mixture of acrylic acid and acrylamide under the action of a radical-forming initiator such as dinitrile azoisobutyric acid, partially precipitates the initially homogeneous system, converting it into a dispersion with an optimal particle size (US Pat. No. 7,250,462).

В пат. США №6600819, №6552141 для понижения остаточной концентрации водорастворимых акрилатных мономеров использованы аммонийные соли минеральных или органических кислот в количестве 5-20% к мономеру. В их присутствии по окончании полимеризации температуру поднимают до 160°C и выдерживают 1-1,5 час. Получают полимер с остаточной концентрацией мономера 10 ppm в случае акриловой кислоты и 5 ppm в случае акриламида. Инициирующая группа содержит персульфат калия в комбинации с фотоинициатором. В качестве сомономеров использованы также амин- и амидсодержащие ненасыщенные соединения: N,N-замещенный акриламид, винилпирролидон, винилпиридин. Во всех случаях полимеризация проводится под действием специально вводимого инициатора и азотсодержащие добавки играют роль исключительно понизителей остаточных концентраций мономера.In US Pat. US No. 6600819, No. 6552141 to reduce the residual concentration of water-soluble acrylate monomers used ammonium salts of mineral or organic acids in an amount of 5-20% of the monomer. In their presence, at the end of the polymerization, the temperature is raised to 160 ° C and held for 1-1.5 hours. A polymer is obtained with a residual monomer concentration of 10 ppm in the case of acrylic acid and 5 ppm in the case of acrylamide. The initiating group contains potassium persulfate in combination with a photoinitiator. Amine and amide-containing unsaturated compounds were also used as comonomers: N, N-substituted acrylamide, vinyl pyrrolidone, vinyl pyridine. In all cases, the polymerization is carried out under the action of a specially introduced initiator and nitrogen-containing additives play the role exclusively of reducing the residual monomer concentrations.

В пат. США №7138472, №6527959 для получения высокомолекулярной соли акриловой кислоты, содержащей добавку акриламида с салицилатным заместителем, полимеризацию проводят в обратной эмульсии вода в масле, в бескислородных условиях с применением достаточно низких концентраций инициатора (порядка 0,1% к смеси мономеров). Салициламидные вставки позволили улучшить свойства получаемого полимера в качестве флоккулянта в Байеровском процессе извлечения бокситов. Так же как и в остальных примерах, азотсодержащий мономер не выполняет инициирующей функции.In US Pat. US No. 7138472, No. 6527959 to obtain a high molecular weight salt of acrylic acid containing an acrylamide additive with a salicylate substituent, polymerization is carried out in reverse emulsion water in oil, in anoxic conditions using sufficiently low initiator concentrations (about 0.1% of the monomer mixture). Salicylamide inserts allowed to improve the properties of the obtained polymer as a flocculant in the Bayer process for the extraction of bauxite. As in the other examples, the nitrogen-containing monomer does not perform an initiating function.

Сложные азотсодержащие соединения, имеющие достаточно развитую систему π-сопряжения, могут инициировать полимеризацию акрилатных мономеров в водной среде. При этом необходимым условием является наличие строго фиксированного содержания кислорода в системе и облучение ее светом в полосе поглощения выбранного азотсодержащего соединения. В качестве примера можно привести полимеризацию акриловой кислоты и акриламида под действием водорастворимых порфиринов (пат. РФ №2313539). Процесс проводят при низкой концентрации фотосенсибилизатора, комнатной температуре и мольном соотношении порфирин/кислород 1:20-30. Получают водорастворимые полимеры с регулируемой молекулярной массой или водонабухающие гидрогели с регулируемой степенью набухания.Complex nitrogen-containing compounds having a sufficiently developed π-conjugation system can initiate the polymerization of acrylate monomers in an aqueous medium. In this case, the presence of a strictly fixed oxygen content in the system and its irradiation with light in the absorption band of the selected nitrogen-containing compound are a prerequisite. As an example, polymerization of acrylic acid and acrylamide under the action of water-soluble porphyrins (US Pat. RF No. 2313539). The process is carried out at a low concentration of the photosensitizer, room temperature and a molar ratio of porphyrin / oxygen of 1: 20-30. Get water-soluble polymers with controlled molecular weight or water-swelling hydrogels with a controlled degree of swelling.

Таким образом, все вышеприведенные примеры показывают, что применение азотсодержащих добавок и, в частности, соединений, содержащих амидные группы, в полимеризации акриловой кислоты, предусматривает разнообразные их функции, кроме инициирующих.Thus, all of the above examples show that the use of nitrogen-containing additives and, in particular, compounds containing amide groups in the polymerization of acrylic acid, provides for a variety of their functions, except initiating.

Инициирующая активность в полимеризации акрилатных мономеров известна для бинарных систем карбоновая кислота (или ее хлорангидрид) - третичный сопряженный слабоосновный ароматический амин, образующих комплекс с переносом заряда (КПЗ), способный в определенных условиях диссоциировать на полимеризационно-активные частицы (Б.А. Долгоплоск, Е.И. Тинякова. Генерирование свободных радикалов и их реакции. Москва, изд. Наука, 1982, стр. 172-174. Б.А. Долгоплоск, Е.И. Тинякова. Окислительно-восстановительные системы как источники свободных радикалов. Москва, изд. Наука, 1972, стр. 190-194). В этом случае полимеризацию проводят без применения инициаторов перекисного или окислительно-восстановительного типа.The initiating activity in the polymerization of acrylate monomers is known for binary systems: carboxylic acid (or its acid chloride) - a tertiary conjugate weakly basic aromatic amine forming a charge-transfer complex (CTC), capable under certain conditions of dissociating into polymerization-active particles (B.A. Dolgoplosk, EI Tinyakova, Generation of free radicals and their reactions, Moscow, Nauka, 1982, 172-174, B. A. Dolgoplosk, EI Tinyakova, Redox systems as sources of free radicals, Mos kva, ed.Nauka, 1972, pp. 190-194). In this case, the polymerization is carried out without the use of peroxide or redox initiators.

Указанные бинарные системы характеризуются достаточно сильным донорно-акцепторным взаимодействием, имеют характеристическую полосу поглощения при 470 нм и инициируют полимеризацию метилметакрилата, ускоряющуюся под действием света или в присутствии малых добавок кислорода. Однако имеется ряд систем с относительно слабым взаимодействием и, тем не менее, образующим КПЗ, который способен генерировать частицы, активные в винильной полимеризации. К таким системам отнесены многочисленные комплексы малеинового ангидрида с различными мономерами не только акрилатного типа, например, со стиролом, винилбутиловым эфиром, n-диоксеном, 1,2-диметоксиэтиленом и т.д. (А.Н. Праведников, С.Н. Новиков. ВМС, серия A, т. 13, 1971, стр. 1404-1413).These binary systems are characterized by a rather strong donor – acceptor interaction, have a characteristic absorption band at 470 nm, and initiate the polymerization of methyl methacrylate, accelerated by the action of light or in the presence of small oxygen additives. However, there are a number of systems with a relatively weak interaction and, nevertheless, forming a bullpen, which is capable of generating particles active in vinyl polymerization. Numerous complexes of maleic anhydride with various monomers of not only acrylate type, for example, styrene, vinyl butyl ether, n-dioxene, 1,2-dimethoxyethylene, etc., are referred to such systems. (A.N. Pravednikov, S.N. Novikov. Naval Forces, series A, vol. 13, 1971, p. 1404-1413).

Известны системы спонтанной сополимеризации с участием акриловой кислоты или акриламида, также не требующие специального введения перекисного инициатора. В этом случае предложен механизм инициирования, в соответствии с которым аддитивная сополимеризация идет через образование цвиттер-ионов из мономеров нуклеофильного (циклические иминоэфиры, Шиффовы основания, циклические фосфониты и т.д.) или электрофильного типа (лактоны, циклические ангидриды, сультоны, акриловая кислота, акриламид, бета-гидроксиэтилакрилаты), (Takeo Saegusa. Pure & Appl. Chem. Vol. 48, pp. 307-315, 1976).Known systems of spontaneous copolymerization involving acrylic acid or acrylamide, which also do not require special introduction of peroxide initiator. In this case, an initiation mechanism is proposed, according to which additive copolymerization proceeds through the formation of zwitterions from nucleophilic monomers (cyclic imino esters, Schiff bases, cyclic phosphonites, etc.) or electrophilic type (lactones, cyclic anhydrides, sulfones, acrylic acid , acrylamide, beta-hydroxyethyl acrylates), (Takeo Saegusa. Pure & Appl. Chem. Vol. 48, pp. 307-315, 1976).

В более поздней публикации (Topics in Current Chemistry, 1982, Vol. 100, New Trends in Chemistry, p. 75-95) тем же автором представлен список наиболее характерных типов мономеров электрофильной и нуклеофильной реакционности, в котором и акриловая кислота и акриламид квалифицированы как электрофильные реагенты, из чего следовало, что комбинация этих мономеров не может привести к возникновению полимеризационно-активных частиц (цвиттерионов по версии авторов или КПЗ по другим версиям).In a later publication (Topics in Current Chemistry, 1982, Vol. 100, New Trends in Chemistry, p. 75-95), the same author presented a list of the most characteristic types of electrophilic and nucleophilic reactivity monomers in which both acrylic acid and acrylamide are qualified as electrophilic reagents, from which it followed that the combination of these monomers cannot lead to the formation of polymerization-active particles (zwitterions according to the authors or the bullpen according to other versions).

Учитывая тот факт, что амидирование карбоновых кислот не всегда приводит к полной их нейтрализации и получающиеся амиды кислот могут характеризоваться слабокислыми или слабоосновными (амфотерными) свойствами, мы предположили, что по аналогии с системами карбоновая кислота - (слабоосновный) амин системы карбоновая кислота - амид также могут образовывать КПЗ, генерирующий активные частицы, способные вызывать полимеризацию достаточно активных и, в частности, акрилатных водорастворимых мономеров (акриловая кислота, акриламид). В этом случае при подборе условий полимеризации и при тщательном удалении из системы ингибиторов (молекулярного кислорода) полимеризацию можно осуществлять без применения специально вводимых перекисных инициаторов. Инициирующую функцию может выполнять сама полимеризующаяся (или сополимеризующаяся) пара мономеров.Considering the fact that the amidation of carboxylic acids does not always lead to their complete neutralization and the resulting acid amides can be characterized by slightly acidic or weakly basic (amphoteric) properties, we suggested that, by analogy with the carboxylic acid - (weakly basic) system amine, the carboxylic acid - amide system also can form a bullpen that generates active particles that can cause the polymerization of sufficiently active and, in particular, acrylate water-soluble monomers (acrylic acid, acrylamide). In this case, when selecting polymerization conditions and carefully removing inhibitors (molecular oxygen) from the system, polymerization can be carried out without the use of specially introduced peroxide initiators. The initiating function can be performed by the polymerizing (or copolymerizing) pair of monomers itself.

Область действия выдвинутой идеи можно расширить, предположив, что для реализации функции, инициирующей полимеризацию бинарной системы карбоксил - карбамид совершенно не обязательно, чтобы обе компоненты имели сопряжение с ненасыщенной связью, т.е. являлись бы мономерами акрилатного типа. В этом случае диапазон вариантов инициирования полимеризации акриловых кислот или их амидов значительно расширяется, т.е. становятся возможными комбинации функций типа полимеризационно-способный карбоксил-амид или полимеризационно-способный амид-карбоксил.The scope of the proposed idea can be expanded by assuming that to implement the function that initiates the polymerization of the binary carboxyl - urea system, it is absolutely not necessary that both components have a conjugation with an unsaturated bond, i.e. would be acrylate type monomers. In this case, the range of options for initiating the polymerization of acrylic acids or their amides is significantly expanded, i.e. combinations of functions such as polymerization-capable carboxyl amide or polymerization-capable amide-carboxyl become possible.

Примеры подобных комбинаций, включающих различные функции и приводящих к спонтанной полимеризации акриловой кислоты или акриламида, в литературе имеются:Examples of such combinations, including various functions and leading to the spontaneous polymerization of acrylic acid or acrylamide, are available in the literature:

- Сополимеризация акриловой и метакриловой кислот с N-винилпирролидоном. A. Chapiro, Le Doan Trung. European Polymer Journal, Vol. 10, issue 11, nov. 1974, p. 1103-1106.- Copolymerization of acrylic and methacrylic acids with N-vinylpyrrolidone. A. Chapiro, Le Doan Trung. European Polymer Journal, Vol. 10, issue 11, nov. 1974, p. 1103-1106.

- Спонтанная полимеризация акриловой кислоты с 4-винилпиридином. Seizo Masuda et al. European Polymer Journal, Vol. 37, issue 4, apr. 2001, p. 705-710.- Spontaneous polymerization of acrylic acid with 4-vinylpyridine. Seizo Masuda et al. European Polymer Journal, Vol. 37, issue 4, apr. 2001, p. 705-710.

- Полимеризация и сополимеризация в ассоциированных мономерных агрегатах. A. Chapiro. European Polymer Journal, Vol. 9, issue 5, May 1973, p. 417-427.- Polymerization and copolymerization in associated monomeric aggregates. A. Chapiro. European Polymer Journal, Vol. 9, issue 5, May 1973, p. 417-427.

- Спонтанная полимеризация (мет)акриламидов в концентрированных водных растворах. О.A. Kazantsev, K.V. Shirshin. Polymer, Vol. 45, issue 15, july 2004, p. 5021-5029.- Spontaneous polymerization of (meth) acrylamides in concentrated aqueous solutions. O.A. Kazantsev, K.V. Shirshin. Polymer, Vol. 45, issue 15, july 2004, p. 5021-5029.

- Спонтанная сополимеризация 2-акриламидо-2-метипропансульфоновой кислоты с акриламидом и акрилонитрилом в концентрированных водных растворах. A.P. Sivokhin et al. Russian J. of Applied Chemistry, Vol. 80, No 8, 2007, p. 1394-1399,- Spontaneous copolymerization of 2-acrylamido-2-metipropanesulfonic acid with acrylamide and acrylonitrile in concentrated aqueous solutions. A.P. Sivokhin et al. Russian J. of Applied Chemistry, Vol. 80, No. 8, 2007, p. 1394-1399,

- Влияние структуры (мет)акриламидов на их спонтанную полимеризацию в концентрированных водных растворах.- The effect of the structure of (meth) acrylamides on their spontaneous polymerization in concentrated aqueous solutions.

О.А. Казанцев, А.В. Иголкин, К.В. Ширшин, С.А. Казаков, Н.А. Кузнецова, А.П. Малышев. Russian J. of Applied Chemistry, Vol.76, No 7, 2003, p. 1112-1117.O.A. Kazantsev, A.V. Igolkin, K.V. Shirshin, S.A. Kazakov, N.A. Kuznetsova, A.P. Malyshev. Russian J. of Applied Chemistry, Vol. 76, No. 7, 2003, p. 1112-1117.

- Спонтанная полимеризация 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты в кислых водных растворах. О.А. Казанцев, А.В. Иголкин и др. Russian J. of Applied Chemistry, Vol.75, No 3, 2002, p. 465-469. Vol. 83, no. 11, 2010, p. 2041-2042.- Spontaneous polymerization of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid in acidic aqueous solutions. O.A. Kazantsev, A.V. Igolkin et al. Russian J. of Applied Chemistry, Vol. 75, No. 3, 2002, p. 465-469. Vol. 83, no. 11, 2010, p. 2041-2042.

- Метод анионной полимеризации акриловой и метакриловой кислот, а также акрилонитрила и метакрилонитрила с использованием резонансно стабилизированного аниона.- The method of anionic polymerization of acrylic and methacrylic acids, as well as acrylonitrile and methacrylonitrile using a resonantly stabilized anion.

Пат. США №5494983 от 27 февраля 1996.Pat. US No. 5494983 dated February 27, 1996.

Однако ссылок на возможность спонтанной (со)полимеризационной активности простейшей пары мономеров акриловая кислота - акриламид нами в научной или патентной литературе не обнаружено. По нашему мнению подобная ситуация обусловлена недостаточным вниманием исследователей к чистоте системы и, в частности, наличию в ней мощнейшего ингибитора данного типа инициирования полимеризации - молекулярного кислорода. Тщательная дегазация системы приводит к ее активации и достаточно высокой скорости процесса сополимеризации даже при комнатной температуре.However, we did not find any references to the possibility of spontaneous (co) polymerization activity of the simplest pair of monomers acrylic acid - acrylamide in the scientific or patent literature. In our opinion, this situation is due to the insufficient attention of researchers to the purity of the system and, in particular, to the presence in it of a powerful inhibitor of this type of polymerization initiation, molecular oxygen. Careful degassing of the system leads to its activation and a sufficiently high speed of the copolymerization process even at room temperature.

Другим аспектом предлагаемого технического решения является получение водонабухаемых гелей (гидрогелей, суперабсорбентов). Как уже отмечалось выше, для этого в полимеризующуюся систему обычно вводят би- или полифункциональные низкомолекулярные или олигомерные соединения, имеющие по концам сополимеризационно активные группы, в большинстве случаев акрилатного типа. В этом случае в процессе полимеризации происходит поперечное сшивание цепей и потеря ими растворимости. Возникает водонабухший гель, степень набухания которого регулируется количеством введенного сшивателя.Another aspect of the proposed technical solution is to obtain water-swellable gels (hydrogels, superabsorbents). As already noted above, for this, bi- or polyfunctional low molecular weight or oligomeric compounds having copolymerization-active groups at the ends, in most cases of the acrylate type, are usually introduced into the polymerizable system. In this case, the crosslinking of the chains and their loss of solubility occurs during the polymerization process. A water-swollen gel arises, the degree of swelling of which is regulated by the amount of crosslinker introduced.

Нами обнаружено, что гелеобразование в водной системе полиакриловая кислота - полиакриламид (ПАК-ПАА) также может, как и полимеризация, осуществляться спонтанно, без введения специально подобранных сшивателей. Для реализации такой возможности необходимо исчерпание мономеров по окончании их (со)полимеризации и отсутствие кислорода, так же как и в случае полимеризации, ингибирующего этот процесс. При этом способ получения форполимеров (или сополимеров) может быть различным. Он может быть осуществлен независимо с помощью радикалообразующих инициаторов или предшествующим спонтанным инициированием, в соответствии с предлагаемым техническим решением. В данном варианте процесс гелеобразования может рассматриваться как логическое продолжение спонтанной (со)полимеризации. Тип возникающего при этом геля весьма характерен, он описан в патенте США №4647617 (март 1987) и характеризуется как "popcorn-like material".We found that gelation in the aqueous system polyacrylic acid - polyacrylamide (PAA-PAA) can also, like polymerization, be carried out spontaneously, without the introduction of specially selected crosslinkers. To realize this possibility, it is necessary to exhaust the monomers at the end of their (co) polymerization and the absence of oxygen, as well as in the case of polymerization inhibiting this process. Moreover, the method of producing prepolymers (or copolymers) may be different. It can be carried out independently using radical-forming initiators or prior spontaneous initiation, in accordance with the proposed technical solution. In this embodiment, the gelation process can be considered as a logical continuation of spontaneous (co) polymerization. The type of gel resulting from this is very characteristic; it is described in US Pat. No. 4,647,617 (March 1987) and is characterized as a "popcorn-like material."

Спонтанно генерируемый "поп-корн подобный" гель ПАК-ПАА, полученный в соответствии с предлагаемым техническим решением, является стабильным во времени и имеет контролируемую степень набухания в зависимости от принятых условий, что свидетельствует о ковалентной природе поперечных связей, его образующих. Наиболее вероятным направлением реакции гелеобразования является вторичное амидное замещение у азота, сопровождающееся возникновением имидных связей в совместном ПАК-ПАА геле. Тип возникающих активных частиц (радикальной или ионной природы), сопровождающих данный процесс, пока не ясен, но промежуточный макромолекулярный комплекс между ПАК и ПАА в литературе описан (European Polymer Journal, Vol. 39, issue 9, September 2003, p. 1867-1874). Образование его зафиксировано методами вискозиметрии, потенциометрии и флюоресцентной техники на примере водных растворов поли-N,N-диэтилакриламида (РДЕА) и полиакриловой кислоты (ПАА). При варьируемых соотношениях РАА/РДЕА поведение комплекса зависит от pH среды, концентраций компонент и температуры. О влиянии молекулярного кислорода на образование и поведение комплекса не сообщается.The spontaneously generated “popcorn-like” PAK-PAA gel obtained in accordance with the proposed technical solution is stable in time and has a controlled degree of swelling depending on the accepted conditions, which indicates the covalent nature of the cross-links forming it. The most likely direction of the gelation reaction is secondary amide substitution at nitrogen, accompanied by the appearance of imide bonds in the joint PAA-PAA gel. The type of active particles (radical or ionic in nature) that accompany this process is not yet clear, but the intermediate macromolecular complex between PAA and PAA has been described in the literature (European Polymer Journal, Vol. 39, issue 9, September 2003, p. 1867-1874 ) Its formation was recorded by the methods of viscometry, potentiometry, and fluorescence techniques on the example of aqueous solutions of poly-N, N-diethylacrylamide (RDEA) and polyacrylic acid (PAA). With varying ratios of RAA / RDEA, the behavior of the complex depends on the pH of the medium, component concentrations, and temperature. The influence of molecular oxygen on the formation and behavior of the complex is not reported.

Итак, объектом предлагаемого технического решения является комбинирование пары мономеров акриловая кислота - акриламид, имеющих карбоксильное и амидное замещение у двойной связи, генерирующее в бескислородных условиях активные центры, способные инициировать (со)полимеризацию указанной пары в водной среде, т.е. реализовать при умеренных температурах спонтанный полимеризационный процесс без участия каких-либо третьих компонент и приводящий по его окончании, в зависимости от выбранных условий (остаточного содержания кислорода и отношения компонент), к водорастворимому (со)полимеру или сшитому водонабухаемому гидрогелю.So, the object of the proposed technical solution is the combination of a pair of acrylic acid - acrylamide monomers having a carboxyl and amide substitution at the double bond, generating active centers under oxygen-free conditions, capable of initiating (co) polymerization of this pair in an aqueous medium, i.e. to realize at moderate temperatures a spontaneous polymerization process without the participation of any third components and leading, upon its completion, depending on the selected conditions (residual oxygen content and component ratio), to a water-soluble (co) polymer or a cross-linked water-swellable hydrogel.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является патент США №5296577 от 22 марта 1994, который принят в качестве прототипа. В указанном патенте заявлен способ получения полиакриламида или его сополимеров с акриловой кислотой, а также ее алкилзамещенными аналогами, солями или эфирами. Процесс полимеризации инициируется водорастворимыми азоинициаторами или окислительно-восстановительными системами, взятыми в интервале концентраций 0,0001-0,2 вес.% к сумме мономеров и генерирующих свободные радикалы. Полимеризация проводится в присутствии 2-меркаптобензотиазола, взятого в количестве 0,3-2,0 вес.% к сумме мономеров для предотвращения образования водонерастворимого геля. В качестве среды используется вода, pH среды 6-13, суммарная концентрация мономеров 5-70 вес.%. Молекулярная масса получаемых при этом полимеров достигает очень высоких значений (10000000-15000000).The closest technical solution to the proposed is US patent No. 5296577 dated March 22, 1994, which is adopted as a prototype. This patent claims a method for producing polyacrylamide or its copolymers with acrylic acid, as well as its alkyl substituted analogues, salts or esters. The polymerization process is initiated by water-soluble azo initiators or redox systems taken in the concentration range 0.0001-0.2 wt.% To the sum of monomers and generating free radicals. The polymerization is carried out in the presence of 2-mercaptobenzothiazole, taken in an amount of 0.3-2.0 wt.% To the sum of the monomers to prevent the formation of a water-insoluble gel. The medium used is water, the pH of the medium is 6-13, the total concentration of monomers is 5-70 wt.%. The molecular weight of the resulting polymers reaches very high values (10000000-15000000).

Недостаток прототипа состоит в необходимости применения специальных водорастворимых инициаторов полимеризации мономеров акрилатного типа совместно с передатчиком цепи, предотвращающих возникновение нежелательной водонерастворимой фракции (геля), образование которой происходит одновременно с процессом полимеризации. Кроме того, для реализации процесса при низких температурах (заявленный температурный интервал 5-100°C) необходима "подпитка" азоинициаторов низкотемпературной окислительно-восстановительной системой.The disadvantage of the prototype is the need to use special water-soluble initiators of the polymerization of acrylate-type monomers together with a chain transmitter to prevent the occurrence of an undesirable water-insoluble fraction (gel), the formation of which occurs simultaneously with the polymerization process. In addition, to implement the process at low temperatures (the claimed temperature range of 5-100 ° C), it is necessary to "feed" azo initiators with a low-temperature redox system.

Предлагаемое техническое решение позволяет четкое отделение собственно полимеризации от гелеобразования, не требует введения свободных радикалов-инициаторов и регуляторов цепи, а также специальных сшивающих агентов для последующего получения геля. Указанная возможность спонтанного инициирования полимеризации и спонтанного последующего гелеобразования достигается освобождением системы от молекулярного кислорода, ингибирующего и полимеризацию, и гелеобразование, что позволяет проводить оба процесса последовательно.The proposed technical solution allows a clear separation of the polymerization itself from gelation, does not require the introduction of free radical initiators and chain regulators, as well as special crosslinking agents for the subsequent production of the gel. The indicated possibility of spontaneous initiation of polymerization and spontaneous subsequent gelation is achieved by releasing the system from molecular oxygen, which inhibits both polymerization and gelation, which allows both processes to be carried out sequentially.

Таким образом, техническим результатом изобретения является упрощение проведения способа полимеризации по сравнению с прототипом, т.к. используются всего две компоненты, которые одновременно являются и мономерами и инициирующей системой, вызывающей их (со)полимеризацию, при этом благодаря четкому последовательному разделению процессов полимеризации и гелеобразования специальных агентов, предотвращающих гелеобразование в ходе полимеризации, не требуется.Thus, the technical result of the invention is to simplify the polymerization process in comparison with the prototype, because only two components are used, which are both monomers and the initiating system that causes their (co) polymerization, and due to a clear sequential separation of the polymerization and gelation processes, special agents that prevent gelation during polymerization are not required.

Для достижения указанного результата предложен способ получения геля (со)полимеров акриловой кислоты и акриламида полимеризацией или сополимеризацией мономеров, инициируемой свободными радикалами и проводимой в водной среде, при этом в качестве источника свободных радикалов используют мономерную пару акриловая кислота - акриламид, а протекание (со)полимеризации и последующее спонтанное гелеобразование полученных (со)полимеров после исчерпания мономера(ов) обеспечивают предварительным удалением кислорода:To achieve this result, a method is proposed for producing a gel of (co) polymers of acrylic acid and acrylamide by polymerization or copolymerization of monomers initiated by free radicals and carried out in an aqueous medium, while a monomer pair of acrylic acid - acrylamide is used as a source of free radicals, and the flow (co) polymerization and subsequent spontaneous gelation of the obtained (co) polymers after exhaustion of the monomer (s) provide preliminary removal of oxygen:

- кислород удаляют вакуумированием, или продувкой инертным газом, или нагревом до 1000°C с последующей продувкой инертным газом.- oxygen is removed by vacuum, or by flushing with an inert gas, or by heating to 1000 ° C, followed by flushing with an inert gas.

- исходное весовое соотношении акриловая кислота/акриламид составляет 5-0,2, а суммарная начальная концентрация мономеров составляет 0,5-6,0 мол/л.- the initial weight ratio of acrylic acid / acrylamide is 5-0.2, and the total initial concentration of monomers is 0.5-6.0 mol / L.

температуру (со)полимеризации и последующего гелеобразования выбирают в интервале 10-70°C, предпочтительно в интервале 20-40°C.the temperature of the (co) polymerization and subsequent gelation is selected in the range of 10-70 ° C, preferably in the range of 20-40 ° C.

Сущность изобретения состоит в следующем. Приготавливают водные растворы акриловой кислоты (предварительно освобожденной от ингибитора) и акриламида при концентрации мономера 0,5-6,0 мол/л. Полученные растворы смешивают таким образом, чтобы получить весовое соотношение мономеров, выбранное в диапазоне акриловая кислота/акриламид 5,0-0,2 при сохранении суммарной концентрации мономеров в вышеуказанном интервале. Растворы подвергают дегазации вакуумированием до остаточного давления паров воды не более 10-15 мм рт. ст. (упругость при комнатной температуре). Сополимеризация при комнатной температуре начинается немедленно и заканчивается в течение нескольких часов. При соотношениях мономеров, когда содержание второго компонента достаточно мало (0,05-0,005), наблюдается предполимеризационный индукционный период, продолжительность которого может составить от нескольких часов до одного-двух дней (при минимальном содержании второго компонента). Именно в соответствии с отсутствием индукционного периода выбрано оптимальное ограничение по содержанию второго компонента при полимеризации и устойчивое гелеобразование по окончании полимеризации.The invention consists in the following. Prepare aqueous solutions of acrylic acid (previously freed from the inhibitor) and acrylamide at a monomer concentration of 0.5-6.0 mol / L. The resulting solutions are mixed in such a way as to obtain a weight ratio of monomers selected in the range of acrylic acid / acrylamide 5.0-0.2 while maintaining the total concentration of monomers in the above range. The solutions are degassed by vacuum to a residual pressure of water vapor of not more than 10-15 mm RT. Art. (elasticity at room temperature). The copolymerization at room temperature begins immediately and ends within a few hours. At monomer ratios, when the content of the second component is sufficiently small (0.05-0.005), a prepolymerization induction period is observed, the duration of which can be from several hours to one to two days (with a minimum content of the second component). It is in accordance with the absence of the induction period that the optimal restriction on the content of the second component during polymerization and stable gelation at the end of the polymerization were selected.

В соответствии с вышеприведенными расширенными для полимеризации составами полученные полимеры необходимо квалифицировать как сополимеры, когда содержания мономеров достаточно сопоставимы, и как гомополимеры, когда содержание второго компонента относительно мало и находится на уровне обычных дозировок радикалообразующих (перекисных) инициаторов. В этом случае второй компонент можно рассматривать как инициатор (или катализатор).In accordance with the above compositions expanded for polymerization, the obtained polymers must be qualified as copolymers when the monomer contents are sufficiently comparable, and as homopolymers when the content of the second component is relatively low and is at the level of the usual dosages of radical-forming (peroxide) initiators. In this case, the second component can be considered as an initiator (or catalyst).

(Со)полимеризацию можно прерывать на любой стадии напуском воздуха или кислорода в систему и возобновлять вновь после удаления кислорода. Для полной остановки процесса необходимы объемы газа, сопоставимые с объемом водной фазы (от 1:1 до 2-3:1 в зависимости от концентрации активных центров).(Co) polymerization can be interrupted at any stage by letting air or oxygen into the system and resuming again after the removal of oxygen. To completely stop the process, gas volumes comparable with the volume of the aqueous phase are required (from 1: 1 to 2-3: 1 depending on the concentration of active centers).

После исчерпания мономера (мономеров) начинается процесс спонтанного гелеобразования, который происходит также только при сохранении в системе вакуума. Своеобразие этого процесса состоит в том, что он не затрагивает сразу весь объем и не сопровождается предварительным желированием. Наблюдается возникновение сначала мелких белых нерастворимых зародышей, которые постепенно вспучиваются, разрастаются и заполняют весь водный объем. Возникает "поп-корневидный" гель, о котором говорилось выше. Степень набухания получаемого таким образом геля зависит от исходного соотношения мономеров. Его образование более предпочтительно, когда в системе преобладает акриловая кислота. Процесс гелеобразования, так же как и полимеризацию, можно остановить на любой стадии или вообще его не допускать после полимеризации (временной разрыв между ними вполне позволяет это). Осуществляется это простым напуском воздуха или кислорода в систему.After the monomer (monomers) are exhausted, the process of spontaneous gelation begins, which also occurs only when the vacuum is maintained in the system. The peculiarity of this process is that it does not immediately affect the entire volume and is not accompanied by preliminary gelling. First, the appearance of small white insoluble embryos, which gradually swell, grow and fill the entire water volume, is observed. There is a "pop-root" gel, which was mentioned above. The degree of swelling of the gel thus obtained depends on the initial ratio of monomers. Its formation is more preferable when acrylic acid predominates in the system. The gelation process, as well as polymerization, can be stopped at any stage or not allowed at all after polymerization (a temporary gap between them allows this to happen). This is accomplished by simply letting air or oxygen into the system.

Таким образом, как следует из приведенных сведений, и полимеризация, и гелеобразование при взаимодействии амидной и карбоксильной функциональных групп соответствующих акрилатных мономеров или полимеров в бескислородных условиях инициируются одним и тем же типом активных частиц, наиболее вероятная природа которых - радикальная. Предшествующей стадией представляется образование комплекса с переносом заряда (КПЗ), диссоциирующего далее на свободные радикалы.Thus, as follows from the above information, both the polymerization and gelation during the interaction of the amide and carboxyl functional groups of the corresponding acrylate monomers or polymers under oxygen-free conditions are initiated by the same type of active particles, the most likely nature of which is radical. The preceding stage is the formation of a charge transfer complex (CTC), which further dissociates into free radicals.

Наиболее важным условием и (со)полимеризации, и гелеобразования, как уже отмечалось выше, является отсутствие кислорода в системе, которое может достигаться различными способами. Наиболее действенный из них - это предварительная дегазация водной фазы вакуумированием до минимального остаточного давления (упругости паров воды над раствором, обычно это составляет 10-15 мм рт. ст.) и прекращения выделения пузырьков газа. Менее эффективна продувка системы инертным газом, но и она способна привести к желаемым результатам. Достаточно эффективен способ обескислороживания нагревом мономерных растворов до 100°C, т.е. до температуры, при которой происходит резкое понижения растворимости кислорода в воде (с 9 мг/л при 20°C до 0 при 100°C. Краткий справочник химика. Изд. "Химия", Москва 1964, стр.313). После такого типа дегазации необходимо удаление выделившегося кислорода из газопаровой фазы инертным газом и последующая изоляция системы.The most important condition for both (co) polymerization and gelation, as already noted above, is the absence of oxygen in the system, which can be achieved in various ways. The most effective of them is the preliminary degassing of the aqueous phase by evacuation to a minimum residual pressure (the vapor pressure of the water above the solution, usually 10-15 mm Hg) and the cessation of gas bubbles. Inert gas purging is less effective, but it can also lead to the desired results. A sufficiently effective method of deoxygenation by heating monomer solutions to 100 ° C, i.e. to a temperature at which there is a sharp decrease in the solubility of oxygen in water (from 9 mg / l at 20 ° C to 0 at 100 ° C. A quick reference to a chemist. Publishing house "Chemistry", Moscow 1964, p. 313). After this type of degassing, it is necessary to remove the released oxygen from the gas-vapor phase with an inert gas and then isolate the system.

Сущность предлагаемого технического решения иллюстрируется следующими примерами.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the following examples.

Пример 1Example 1

Пример демонстрирует возможность инициирования полимеризации акриловой кислоты и получения геля на основе ее полимера с помощью малой (каталитического уровня) добавки акриламида.The example demonstrates the possibility of initiating the polymerization of acrylic acid and obtaining a gel based on its polymer using a small (catalytic level) acrylamide additive.

В стеклянную ампулу емкостью 25 мл заливают 13,6 мл водного раствора акриловой кислоты 24%-ной концентрации (концентрированная кислота предварительно освобождается от гидрохинонового ингибитора двухкратным вымораживанием при 13°C), содержание чистой кислоты 3,274 г или 45,46 ммол, концентрация раствора 3,34 мол/л. Туда же вносят и растворяют 0,0195 г акриламида (0,275 ммол, весовое соотношение компонент акриловая кислота/акриламид 167,9). Содержимое ампулы откачивают при небольшом охлаждении до остаточного давления 13,7 мм рт. ст. и прекращения выделения газовых пузырьков. Начало полимеризации при комнатной температуре (отмечается по повышению вязкости системы) фиксируется через 10-15 мин. Через 24 часа отбирают небольшую пробу полимерного раствора, в которую напускают воздух. В оставшемся под вакуумом растворе через 26 часов после начала полимеризации отмечается появление небольших гелевых зародышей, которые по истечении нескольких часов увеличиваются в объеме (вспучиваются) и заполняют весь объем ампулы, вбирая в себя всю имеющуюся воду.13.6 ml of an aqueous solution of acrylic acid of 24% concentration are poured into a 25-ml glass ampoule (concentrated acid is previously freed from the hydroquinone inhibitor by freezing twice at 13 ° C), the content of pure acid is 3.274 g or 45.46 mmol, solution concentration 3 , 34 mol / l. 0.0195 g of acrylamide is added and dissolved there (0.275 mmol, weight ratio of acrylic acid / acrylamide component 167.9). The contents of the ampoule are pumped out with slight cooling to a residual pressure of 13.7 mm Hg. Art. and stopping the release of gas bubbles. The start of polymerization at room temperature (noted by increasing the viscosity of the system) is recorded after 10-15 minutes. After 24 hours, a small sample of the polymer solution is taken into which air is let in. In the solution left under vacuum, 26 hours after the start of polymerization, the appearance of small gel nuclei is noted, which after a few hours increases in volume (swells) and fills the entire volume of the ampoule, absorbing all the available water.

Для оценки выхода гелеобразования и степени набухания полученного геля отобранную пробу взвешивают, помещают в воду и оставляют при комнатной температуре на 24 часа. Отмытую от растворимых остатков и дополнительно набухшую пробу извлекают, обсушивают фильтровальной бумагой, взвешивают и сушат при комнатной температуре до постоянного веса. Выход геля, считая на исходную кислоту, составил 65,9%, 1 г отмытого геля абсорбирует 13,9 г воды (без учета его остаточной влажности при комнатной температуре и относительной влажности воздуха 30%).To assess the gelation yield and the degree of swelling of the obtained gel, the selected sample is weighed, placed in water and left at room temperature for 24 hours. Washed from soluble residues and an additionally swollen sample is removed, dried with filter paper, weighed and dried at room temperature to constant weight. The gel yield, counting on the starting acid, was 65.9%, 1 g of washed gel absorbs 13.9 g of water (without taking into account its residual humidity at room temperature and relative humidity of 30%).

В отобранной пробе полимерного раствора со сброшенным после полимеризации вакуумом геля не возникает в течение продолжительного времени.In a sample of a polymer solution with a vacuum discharged after polymerization, the gel does not occur for a long time.

Проба исходного полимерного раствора, не подвергавшаяся предварительному вакуумированию, не показала наличия даже следов полимера при выдержке в течение длительного времени (слепой опыт, 3 недели).A sample of the initial polymer solution, which was not subjected to preliminary evacuation, did not show the presence of even traces of the polymer during aging for a long time (blind experiment, 3 weeks).

С целью ликвидации индукционного периода при полимеризации и сокращения продолжительного индукционного периода при гелеобразовании, а также повышения выхода геля, полимеризацию повторяют в вышеуказанных условиях, изменив отношение мономеров акриловая кислота/акриламид до 5,0. В указанных условиях полимеризация начинается немедленно и заканчивается при комнатной температуре в течение нескольких часов, по истечении которых начинается образование поп-корневидного геля, выход которого составил 85%.In order to eliminate the induction period during polymerization and to shorten the long induction period during gelation, as well as to increase the gel yield, the polymerization is repeated under the above conditions, changing the ratio of acrylic acid / acrylamide monomers to 5.0. Under these conditions, the polymerization begins immediately and ends at room temperature for several hours, after which the formation of a pop-root-like gel begins, the yield of which was 85%.

Пример 2Example 2

Пример иллюстрирует возможность инициирования полимеризации акриламида малой (каталитического уровня) добавкой акриловой кислоты.The example illustrates the possibility of initiating the polymerization of acrylamide small (catalytic level) by the addition of acrylic acid.

В стеклянную ампулу емкостью 100 мл вносят 6,0 г (84,5 ммол) акриламида, 0,3 мл водного, раствора акриловой кислоты (концентрация 24% вес) и 17 мл дистиллированной воды. Получают весовое соотношение компонент акриловая кислота/акриламид = 0,0132, суммарная концентрация мономеров 3,79 мол/л. Полученный гомогенный раствор при небольшом охлаждении вакуумируют до остаточного давления 12,9 мм рт. ст. и прекращения выделения газовых пузырьков. Начало полимеризации при комнатной температуре (отмечают по повышению вязкости раствора) фиксируют через 5 мин. Через 48 часов гомогенный раствор застывает и становится не текучим (резиноподобным), образования далее нерастворимого геля при этом не наблюдается, из-за малого содержания акриловой кислоты (полимер не теряет растворимости). Выход полученного полимера близок к 100%.6.0 g (84.5 mmol) of acrylamide, 0.3 ml of aqueous, acrylic acid solution (concentration of 24% weight) and 17 ml of distilled water are introduced into a 100 ml glass ampoule. Get the weight ratio of the component acrylic acid / acrylamide = 0,0132, the total concentration of monomers of 3.79 mol / L. The resulting homogeneous solution with slight cooling, vacuum to a residual pressure of 12.9 mm RT. Art. and stopping the release of gas bubbles. The start of polymerization at room temperature (noted by increasing the viscosity of the solution) is fixed after 5 minutes. After 48 hours, the homogeneous solution solidifies and becomes non-flowing (rubber-like), no further formation of an insoluble gel is observed, due to the low content of acrylic acid (the polymer does not lose solubility). The yield of the obtained polymer is close to 100%.

Фиксированную навеску полученного полимера растворяют в воде и определяют вязкость с помощью капиллярного вискозиметра, которая составила 45,5 дл/г (30°C), что формально соответствует молекулярной массе порядка 50·106 D (по формуле

Figure 00000001
, растворитель вода, 25°C. Энциклопедия полимеров. Изд. "Советская энциклопедия", т. 1, стр. 30).A fixed sample of the obtained polymer is dissolved in water and the viscosity is determined using a capillary viscometer, which is 45.5 dl / g (30 ° C), which formally corresponds to a molecular weight of the order of 50 · 10 6 D (according to the formula
Figure 00000001
, solvent water, 25 ° C. Encyclopedia of Polymers. Ed. "Soviet Encyclopedia", vol. 1, p. 30).

Более длительная выдержка полимерного раствора, находящегося под вакуумом (в течение 1 месяца), к дополнительным изменениям и появлению геля не приводит.A longer exposure of the polymer solution under vacuum (for 1 month) does not lead to additional changes and the appearance of the gel.

С целью реализации возможности не только полимеризации, но и пост-полимеризационного гелеобразования при избытке акриламида по отношению к акриловой кислоте полимеризацию повторяют при отношении акриловая кислота/акриламид, увеличенном до 0,18. В конечном итоге, после того как поп-корневидный гель заполнит весь водный объем, получают сшитый полимер, который может дополнительно набухать в воде, как минимум до 900-1000%.In order to realize the possibility of not only polymerization, but also post-polymerization gelation with an excess of acrylamide with respect to acrylic acid, the polymerization is repeated with an acrylic acid / acrylamide ratio increased to 0.18. Ultimately, after the pop-root-like gel fills the entire water volume, a cross-linked polymer is obtained, which can further swell in water, at least up to 900-1000%.

Пример 3Example 3

Пример иллюстрирует возможность спонтанной сополимеризации акриловой кислоты и акриламида в бескислородных условиях, а также ингибирующее действие малых добавок кислорода воздуха на последующее гелеобразование.The example illustrates the possibility of spontaneous copolymerization of acrylic acid and acrylamide under oxygen-free conditions, as well as the inhibitory effect of small additives of atmospheric oxygen on subsequent gelation.

В стеклянную ампулу объемом 50 мл последовательно вводят 2,4 г акриламида (33,80 ммол) и 11,0 мл 24%-ной акриловой кислоты (2,54 г, 35,33 ммол). Весовое отношение мономеров акриловая кислота/акриламид АК/АА=1,058. Суммарная концентрация мономеров 5,20 мол/л. Содержимое ампулы подвергают вакуумированию до полного прекращения выделения пузырьков газа, после чего ампулу запаивают под вакуумом. Полимеризация при комнатной температуре начинается немедленно (по повышении вязкости) и продолжается в течение 24 часов, по истечении которых ампулу вскрывают и производят напуск воздуха, останавливая таким образом дальнейшие превращения. Гелеобразование при этом не возникает в течение продолжительного времени. Ориентировочный весовой выход сополимера (по сухому остатку после быстрой промывки порошка водно-спиртовым раствором для удаления остатков мономеров) составил 85%. Характеристическая вязкость 5,2 дл/г (водный раствор, 25°C).2.4 g of acrylamide (33.80 mmol) and 11.0 ml of 24% acrylic acid (2.54 g, 35.33 mmol) are sequentially introduced into a 50 ml glass ampoule. The weight ratio of monomers acrylic acid / acrylamide AK / AA = 1,058. The total concentration of monomers 5.20 mol / L. The contents of the ampoule are subjected to vacuum until the gas bubbles are completely stopped, after which the ampoule is sealed under vacuum. Polymerization at room temperature begins immediately (by increasing viscosity) and continues for 24 hours, after which the ampoule is opened and air is blown, thereby stopping further transformations. Gelation does not occur for a long time. The approximate weight yield of the copolymer (by dry residue after rapid washing of the powder with an aqueous-alcohol solution to remove residual monomers) was 85%. Inherent viscosity 5.2 dl / g (aqueous solution, 25 ° C).

Пример 4Example 4

Пример иллюстрирует возможность проведения спонтанной сополимеризации акриловой кислоты и акриламида при повышенных по сравнению с комнатной температурах.The example illustrates the possibility of spontaneous copolymerization of acrylic acid and acrylamide at elevated compared to room temperature.

В стеклянной ампуле приготавливают водный раствор мономеров при их мольном отношении АК/АА=1:1 и суммарной концентрации 6,1 мол/л. Содержимое вакуумируют в соответствии с примером 1, и ампулу запаивают. Температуру поднимают да 65°C. Полимеризация начинается немедленно и характеризуется дальнейшим подъемом температуры, в результате чего, при отсутствии должного охлаждения, может стать неуправляемой. Через час ампулу вскрывают и определяют выход сополимера (в соответствии с примером 3), который составил около 95%.An aqueous solution of monomers is prepared in a glass ampoule with their molar ratio AK / AA = 1: 1 and a total concentration of 6.1 mol / L. The contents are evacuated in accordance with example 1, and the ampoule is sealed. The temperature is raised yes 65 ° C. The polymerization begins immediately and is characterized by a further rise in temperature, as a result of which, in the absence of proper cooling, it can become uncontrollable. After an hour, the ampoule was opened and the yield of the copolymer (in accordance with Example 3) was determined, which was about 95%.

Полимеризацию повторяют при весовом отношении мономеров, близким к единице, и суммарной их концентрации в водном растворе, равном 6,0 мол/л. Очистку системы от кислорода производят нагревом ее до 100°C и быстрой отдувкой инертным газом выделившихся паров. Полимеризация при температуре 70°C заканчивается за 1 час. После охлаждения до 40°C, начинается гелеобразование. Полученный сшитый полимер не распадается под действием водных растворов щелочей и увеличивает степень набухания в воде по сравнению с необработанными.The polymerization is repeated with a weight ratio of monomers close to unity and their total concentration in aqueous solution equal to 6.0 mol / L. The system is cleaned of oxygen by heating it to 100 ° C and quickly blowing off the vapors released with an inert gas. Polymerization at 70 ° C ends in 1 hour. After cooling to 40 ° C, gelation begins. The obtained cross-linked polymer does not decompose under the action of aqueous solutions of alkalis and increases the degree of swelling in water compared to untreated ones.

Claims (4)

1. Способ получения геля (со)полимеров акриловой кислоты и акриламида полимеризацией или сополимеризацией мономеров, инициируемой свободными радикалами и проводимой в водной среде, при этом в качестве источника свободных радикалов используют мономерную пару акриловая кислота - акриламид, а протекание (со)полимеризации и последующее спонтанное гелеобразование полученных (со)полимеров после исчерпания мономера(ов) обеспечивают предварительным удалением кислорода.1. A method of producing a gel of (co) polymers of acrylic acid and acrylamide by polymerization or copolymerization of monomers initiated by free radicals and carried out in an aqueous medium, using a monomer pair of acrylic acid - acrylamide as a source of free radicals, and the course of (co) polymerization and subsequent spontaneous gelation of the obtained (co) polymers after exhaustion of the monomer (s) is provided by the preliminary removal of oxygen. 2. Способ по п. 1 отличающийся тем, что кислород удаляют вакуумированием, или продувкой инертным газом, или нагревом до 100°C с последующей продувкой инертным газом.2. The method according to p. 1 characterized in that the oxygen is removed by vacuum, or by purging with an inert gas, or by heating to 100 ° C, followed by purging with an inert gas. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что исходное весовое отношение акриловая кислота/акриламид составляет 5-0,2, а суммарная начальная концентрация мономеров составляет 0,5-6,0 мол/л.3. The method according to p. 1, characterized in that the initial weight ratio of acrylic acid / acrylamide is 5-0.2, and the total initial concentration of monomers is 0.5-6.0 mol / L. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температуру (со)полимеризации и последующего гелеобразования выбирают в интервале 10-70°C, предпочтительно в интервале 20-40°C. 4. The method according to p. 1, characterized in that the temperature of the (co) polymerization and subsequent gelation is selected in the range of 10-70 ° C, preferably in the range of 20-40 ° C.
RU2013138587/04A 2013-08-20 2013-08-20 Method of obtaining gel of (co) RU2537401C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013138587/04A RU2537401C1 (en) 2013-08-20 2013-08-20 Method of obtaining gel of (co)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013138587/04A RU2537401C1 (en) 2013-08-20 2013-08-20 Method of obtaining gel of (co)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2537401C1 true RU2537401C1 (en) 2015-01-10

Family

ID=53287733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013138587/04A RU2537401C1 (en) 2013-08-20 2013-08-20 Method of obtaining gel of (co)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2537401C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2731458C2 (en) * 2016-03-24 2020-09-03 Сикэ Текнолоджи Аг Mono- or multicomponent hydrogel composition
RU2751515C1 (en) * 2020-11-25 2021-07-14 Общество с ограниченной общественностью "Химико-фармацевтические технологии" (ООО "ХимФармТех") Method for obtaining 40% aqueous solution of polyacrylic acid for dentistry

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3336269A (en) * 1964-04-07 1967-08-15 Hercules Inc Preparation of acrylamide-type water-soluble polymers
US4656222A (en) * 1985-05-16 1987-04-07 Celanese Corporation Preparation of high molecular weight polyacrylates by inverse emulsion polymerization
US5296577A (en) * 1989-05-30 1994-03-22 Diafloc Co., Ltd. Process for producing acrylamide polymer
RU2223975C2 (en) * 2001-03-07 2004-02-20 Институт высокомолекулярных соединений РАН Water-soluble copolymers comprising nitrogen atoms, compositions based on water-soluble homopolymers and copolymers comprising nitrogen atoms and method for preparing compositions of water-soluble homopolymers and copolymers

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3336269A (en) * 1964-04-07 1967-08-15 Hercules Inc Preparation of acrylamide-type water-soluble polymers
US4656222A (en) * 1985-05-16 1987-04-07 Celanese Corporation Preparation of high molecular weight polyacrylates by inverse emulsion polymerization
US5296577A (en) * 1989-05-30 1994-03-22 Diafloc Co., Ltd. Process for producing acrylamide polymer
RU2223975C2 (en) * 2001-03-07 2004-02-20 Институт высокомолекулярных соединений РАН Water-soluble copolymers comprising nitrogen atoms, compositions based on water-soluble homopolymers and copolymers comprising nitrogen atoms and method for preparing compositions of water-soluble homopolymers and copolymers

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
US 7307132US B2, 11.12.2007 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2731458C2 (en) * 2016-03-24 2020-09-03 Сикэ Текнолоджи Аг Mono- or multicomponent hydrogel composition
US11001658B2 (en) 2016-03-24 2021-05-11 Sika Technology Ag Single - or multiple component composition for producing a hydrogel
RU2751515C1 (en) * 2020-11-25 2021-07-14 Общество с ограниченной общественностью "Химико-фармацевтические технологии" (ООО "ХимФармТех") Method for obtaining 40% aqueous solution of polyacrylic acid for dentistry

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2485141C2 (en) Method of producing graft copolymers based on sodium poly(aspartate) and obtained graft copolymers
RU2008138391A (en) SYNTHESIS OF POLYESTER grafted fields (MET) of acrylate copolymers
RU2005106221A (en) METHOD FOR PRODUCING LIVING POLYMERS BY RADICAL POLYMERIZATION AND APPROPRIATE POLYMERS
RU2537401C1 (en) Method of obtaining gel of (co)
JP4126931B2 (en) Polymer flocculant and sludge dewatering method
EP1263798B1 (en) Polymerisation process
CN112759716B (en) High-molecular fluorescent material, preparation method thereof and fluorescent product thereof
JP2022553490A (en) Degradable polymer material
US3681215A (en) Manufacture of acrylamide-based polymers in liquid ammonia
JP6546188B2 (en) Structured block copolymer
Zhang et al. Photoinitiated copolymerization of acrylamide and styrene in oil‐in‐water microemulsion
CN112759707B (en) Multi-component copolymer and preparation method and application thereof
JPS6386705A (en) Acrylamide-n-vinyl pyrrolidone polymer having hydrophobic group
JP3008369B2 (en) Method for producing amphoteric polymer
JP2001335603A (en) Method for producing water-soluble polymer
JP2001278922A (en) N-vinyl cyclic lactam graft polymer and its production method
JP4675471B2 (en) Process for producing N-vinylcarboxylic acid amide copolymer and use of the obtained N-vinylcarboxylic acid amide copolymer
JPS63278910A (en) Manufacture of high-molecular weight polymer
JP2000198810A (en) Production of styrenic polymer
SU927802A1 (en) Process for producing fiber-forming (co)polymers of acrylonitrile
RU2236418C2 (en) Method for preparing poly-1,2-dimethyl-5-vinylpyridinium methyl sulfate
JP2017078116A (en) Composition for acrylic amide polymerization
JP2017082081A (en) Composition for N-vinyllactam polymerization
JPS5933312A (en) Polymerization of n-vinylcarboxamide
JP4677110B2 (en) Method for producing acrylamide polymer composition