Способ получения полиакриламидного гидрогеля - RU2749268C9

Описание

Предлагаемое изобретение относится к области химии полимеров и непосредственно касается получения полиакриламидного гидрогеля, применяемого в различных областях, таких как медицина, сельское хозяйство, пищевая, бумажная и нефтяная промышленности.

Известно, что в указанных выше областях науки и техники в качестве носителей различных композиций часто используются полимерные гидрогели, например, гидрогели на основе производных целлюлозы, полисахаридные гидрогели, полиуретановые гидрогели, полиакриловые гидрогели. Но наибольшее применение в данных областях получили полиакриламидные гидрогели. Преимущества применения полиакриламидных гидрогелевых носителей объясняются тем, что они обладают пониженными адгезионными свойствами и тем, что способы их получения технологичны, не трудоемки и экономичны благодаря невысокой стоимости исходных реагентов. Прочностные характеристики гидрогелевой матрицы достигаются за счет введения в нее композитной структуры в виде неорганической составляющей, например, различного глинистого материал, неорганических люминофоров, пигментов [Получение и свойства композиционных материалов на основе гидрогеля полиакриламида и природных минералов для очистки внутренней поверхности трубопровода. С.Е. Кудайбергенов, А.А. Жумалы и др. // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов, №1 (21), 2016. С. 44-49].

В сельском хозяйстве полимерные акриловые гидрогели применяются, например, в растениеводстве для улучшения водного режима почвы [RU 2189382, С09К 17/40, 20.09.2002]. В данном случае в акриловый полимер вводят глинистый материал. Полиакриламидные гидрогели, благодаря своей высокой пористости, применяются также в качестве носителя иммобилизованных биологически активных веществ в медицине [RU 2493173, C08F 120/56, 2013; «Методы исследования в иммунологии, под ред. И. Лефковитса и Б. Перниса. - «Методы исследования в иммунологии, под ред. И. Лефковитса и Б. Перниса. - М.: Мир, с. 99-107]. В бумажной промышленности гидрогелевый материал используется при производстве бумаги, содержащей защитные маркеры [Композиционные материалы на основе акриламидного гидрогеля для защиты подлинности ценных бумаг // Все материалы. Энциклопедический справочник, №3, 2016; RU 2536215, В4М5, 2014].

В качестве исходных сшивающих агентов при получении полиакриламидных гидрогелей часто используются такие соединения как акриламид, метилен-бис-акриламид. Способы получения полиакриламидных гидрогелей и их свойства широко описаны в ранее опубликованных информационных источниках [RU 2067873, A61F 2/02, 1995; RU 2493173 C08F 120/56, 2013; RU 2114886, C08F 120/56, 1998; RU 2031097, B01J 19/00, 1995]. Выявлено, что на физические свойства полиакриламидных гидрогелей, а также на технологичность процесса полимеризации влияет степень сшивания получаемого гидрогеля, которая регулируется концентрацией сшивающих агентов в гидрогелевом материале. Также на степень сшивания полиакриламидного гидрогеля влияет выбор и количество дополнительных компонентов - инициаторов полимеризации, например таких, как как алкилбензолсульфонат нария [RU 2076873, C07F 120/56, 1997], производные цианопентановой кислоты (смесь 4,4¹-азобис-4-цианопентановой кислоты и аммонийной аммонийной соли 4-S-дитиобензоата-4-цианопентановой кислоты), персульфат аммония и тетраметилендиамин [RU 2493173, C08F 120/56, 2013; «Методы исследования в иммунологии, под ред. И. Лефковитса и Б. Перниса. - М.: Мир, с. 99-107, 2011].

Как известно, гидрогелевую основу получают различной формы, например в форме гидрогелевого блока или в форме сферических гидрогелевых частиц. Так, в известных способах [SU 822870, B01J 2/02, 1981; SU 856980, С01В 33/154, 1981] гидрогелевые частицы сферической формы получают методом эмульсионной полимеризации путем подачи струй гелеобразующего раствора в не смешивающуюся с водой жидкость с удельным весом менее 1000 кг/м³(например, углеводородное масло). Данным методом получаются гидрогелевые частицы с узким распределением частиц по размерам.

Однако, известные способы получения гидрогелей со сферическими частицами достаточно трудоемкие и дорогостоящие, поскольку для их осуществления требуется, во-первых, наличие специального устройства для формирования струй коагулирующего раствора, а во-вторых, необходим тщательный подбор дисперсионной среды. Кроме того, необходимо обеспечить оптимальные условия перемешивания эмульсии, а также проведение дополнительной стадии отделения частиц гидрогеля от дисперсионной среды.

Как показала практика, менее трудоемким и менее дорогостоящим является получение гидрогелей в виде блоков, чем в виде сферических частиц. Кроме того, именно в гидрогели в форме блоков проще вводятся композитные материалы.

Известные способы получения полиакриламидного гидрогеля, кроме основной стадии полимеризации, обычно включают стадию выгрузки из реактора полученного полимеризацией гидрогеля, стадию его последующего измельчения и сушку полученного продукта. Например, в известном способе [RU 2493173, C08F 120/56, 2013] измельчение полиакриламидного гидрогеля после полимеризации проводят путем продавливания его через сито диаметром пор 1 мм. Стадия измельчения гидрогелевого полиакриламидного блока рассматривается и в другом патенте, выданном на способ получения гидрогелевого полиакриламида [RU 2076873, C08F 120/56, 1997]. В последнем цитируемом патенте предлагается после стадии полимеризации акриламида, которая проводится в водных растворах под действием химических инициаторов полимеризации, осуществлять грубое измельчение гелеобразного полимера, затем его сушку и последующее дробление сухих гранул полученного полимера до получения частиц заданного размера. Дробление осуществляется либо на дисковой дробилке, либо на механической ротационной дробилке или на бисерной мельнице. Однако при таком дроблении вследствие механических нагрузок наблюдается механодеструкция макромолекул полимера. Размер получаемых таким образом сухих полимерных гранул составляет около (1,0-1,5) мм. К недостаткам этого способа можно отнести и нежелательное образование агломератов, происходящее из-за слипания на стадии сушки частиц гидрогеля.

Измельчение полимерных материалов описано также в известном патенте [RU 2005606, В29В 17/00, 1994], в котором измельчение осуществляется в водной среде при соотношении массы полимерного материала к массе жидкости, равном 0,2:1,0. Однако, в получаемой данным способом суспензии гидрогеля наблюдается большой разброс частиц по размерам в готовом продукте, получается гранулометрический состав с широким распределением гранул по размерам, что является существенным недостатком данного способа. Кроме того, данный процесс довольно трудоемок и не экономичен, поскольку включает стадию предварительного измельчения полимера, а для проведения процесса требуется отдельный реактор.

Стадия измельчения полиакрилового гидрогеля рассмотрена также в известном способе получения полиакрилового гидрогеля [RU 2031097, C08F 120/56, 1995]. Измельчение в данном способе проводится на специальной металлической сетке (например, с диаметром отверстия 0,297 мм), на которую помещают полученный сшитый полимер (в виде грубых кусков полимерного гидрогеля) и сушат его горячим воздухом при 150°С в течение 120 минут. Высушенный полимер затем пропускают через встряхивающую мельницу и отделяют на металлической сетке с диаметром отверстий 0,84 мм. Высушенный сшитый полимер может быть дополнительно измельчен любым известным способом до среднего размера частиц от 0,05 до 5,0 мм, предпочтительно от 0,1 до 1,0 мм.

Аналогом предлагаемого способа получения полиакриламидного гидрогеля, описанного в российском патенте [RU 2493173, C08F 120/56, 2013], является способ получения полиакриламидного гидрогеля, осуществляемый путем полимеризации водного раствора, содержащего 7-15 масс. % акриламида, 0,5-1,5 масс. % метиленбисакриламида, осуществляемой в присутствии инициатора полимеризации-смеси - 4,4-азобис(4-цианопентановой кислоты(0,03-0,07 масс. %) и аммонийной соли 4-S-дитиобензоата-4-цианпентановой кислоты (0,07-0,35 масс. %) и проводимой при 70-80°С и рН 3,0-4,0. Получаемый в процессе полимеризации раствор вакуумируют и выдерживают 20 часов при температуре 78°С. Измельчение полиакриламидного гидрогеля в данном способе осуществляется продавливанием его через сито с диаметром пор 1 мм., после чего гель промывается 10-кратным количеством воды. Однако, данным способом получается только гидрогель в виде частиц больших размеров, а также, недостатком данного способа, как и выше рассмотренных способов, является необходимость проведения энергозатратных стадий сушки гидрогелевого материала и его измельчения в сухом виде.

Ближайшим аналогом предлагаемого способа является известный способ получения полиакриламидного гидрогеля, описанный в статье [Методы исследования в иммунологии, под ред. И. Лефковитса и Б. Перниса. - М.: Мир, с. 99-107, 2011], осуществляемый путем полимеризации водного раствора, содержащего 7-15 масс. % акриламида, 0,5-1,5 масс. % метиленбисакриламида в присутствии инициатора полимеризации окислительно - восстановительной системы, включающей тетраметилэтилендиамин и персульфат аммония.

В данном способе исходные продукты - акриламид (10 г), метиленбисакриламид (0,5 г) при комнатной температуре и перемешивании, после чего в раствор добавляют 89 л дистиллированной воды, после чего в раствор добавляют персульфат аммония (0,08 г), полученный раствор вакуумируют при 10-12 мм рт.ст., и добавляют к нему тетраметилэтилендиамин, выдерживают реакционную смесь при комнатной температуре в течение 5 часов. После этого полученный гель извлекают из сосуда, измельчают продавливанием через сито с диаметром пор 1 мм и промывают 10-кратным количеством воды. Основной недостаток данного способа - неоднородность получаемого полиакриламидного гидрогеля.

Для получения частиц полиакриламидного гидрогеля узкого гранулометрического состава с заданными реологическими свойствами (определенной вязкостью) в форме суспензии предлагается Способ получения полиакриламидного гидрогеля, осуществляемый полимеризацией водного раствора, содержащего метиленбисакриламид и акриламид, проводимой в присутсвии инциатора полимеризации - окислительно - восстановительной системы, содержащей тетраметилэтилендиамин и персульфат аммония, путем первоначального перемешивания исходной смеси, содержащей метиленбисакриламид и акриламид в мольном соотношении 0,5:10, проводимого со скоростью 40-50 мин.^-1 до полного растворения акриламида, после чего в образовавшийся раствор сначала добавляется тетраметилэтилендиамин в количестве 0,2-0,6 масс % от общего веса смеси, а затем к реакционной массе добавляется персульфат аммония в количестве 0,01-0,08 масс % от веса акриламида, после чего реакционная масса нагревается до 40-80°С и в образовавшийся гидрогель при перемешивании со скоростью 40-50 мин.^-1 вводится вода в количестве, составляющем 10-40 масс % от веса гидрогеля, и реакционная масса перемешивается с той же скоростью до начала формирования гидрогелевого продукта, после чего осуществляется постепенное введение дополнительного количества воды в количестве, обеспечивающем 20-80%-ное содержание воды от массы гидрогеля, и образовавшийся гидрогель в виде кусков объемом 0,5-5,0 см³ перекачивается в измельчающее устройство, где перемешивается со скоростью 1000-1500 мин.^-1 и получаемая 5-45%-ная суспензия гидрогеля перекачивается в гомогенизатор, где под давлением продавливается через сетчатый патрон с размером ячеек 350-500 мкм.

Измельчение осуществляется в периодическом режиме в один проход суспензии через измельчающее устройство или в непрерывном режиме с возвратом в исходную емкость и повторным прохождением суспензии через измельчающее устройство при количестве циклов от 1 до 10.

Как и в способе-прототипе в предлагаемом способе получения полиакриламидного гидрогеля в качестве исходных полимеризуемых продуктов используются акриламид и метиленбисакриламид. Однако, в отличие от прототипа, исходная смесь содержит метиленбисакриламид и акриламид в мольном соотношении 0,5:10, а в прототипе это соотношение составляет 0,3:2, что говорит о расширении диапазона применения количественного состава исходной смеси.

В качестве инициатора полимеризации в предлагаемом способе, как и в прототипе, используется окислительно - восстановительная система, включающая соинициатор полимеризации - тетраметилэтилендиамин и инициатор полимеризации - персульфат аммония, но она используется в иных, оптимально подобранных количествах и при определенной последовательности введения компонентов этой смеси. Как показали экспериментальные исследования, оптимальными являются выбранные количества тетраметилэтилендиамина (ТМЭД) 0,2-0,6 масс % от общего веса смеси) и персульфата аммония 0,01-0,08 масс % от веса акриламида, которые существенно влияют на степень сшивания гидрогеля и на скорость реакции полимеризации.

Предлагаемый способ изготовления частиц гидрогеля от прототипа и от других известных аналогов отличается и тем, при его осуществлении как процесс полимеризации полиакриловых мономеров, их сшивка, так и предварительное измельчение гидрогелевого материала до кусков объемом (0,5-5,0) см³ осуществляется в одном и том же реакторе при перемешивании со скоростью 40-50 мин^-1. Только затем материал перекачивают в дополнительное измельчающее устройство, где перемешивание ведется уже со скоростью (1000-1500) мин^-1, что обеспечивает получение суспензии частиц гидрогеля с заданным распределением частиц по размерам в пределах от 10 до 900 мкм и заданной концентрацией частиц гидрогеля от 5 до 45%.

На процесс полимеризации существенное влияние оказывают температурные и скоростные режимы. Процесс полимеризации проводится при температуре (40-80)°С, а реакционная масса перемешивается со скоростью 40-50 мин^-1, что достигается за счет конструктивных особенностей установки. На стадии измельчения реакционной массы путем включения зубчатой дисковой мешалки перемешивание ведется со скоростью (1000-1500) мин.^-1

Существенным признаком заявляемого способа является количество воды, дважды добавляемое к образовавшемуся полимеризованному гидрогелевому продукту.

По окончании процесса полимеризации в реактор для разрушения монолитного гидрогелевого блока сначала добавляется вода в количестве, составляющем (10-40)% от массы. Затем в полученную суспензию вводят дополнительное количество воды, составляющее (20-80)% от массы гидрогеля); разбавляя таким образом гидрогелевый продукт до требуемой вязкости (текучести). Количество добавляемой воды определяется заданным в конечном итоге размером частиц. Выявлено, что чем меньше частицы, тем больше требуется воды для поддержания вязкости (текучести) суспензии. А, в свою очередь, эффективность работы насоса, перекачивающего суспензию из реакционного резервуара в гомогенизатор, зависит от вязкости (текучести) суспензии. Содержание воды в гидрогеле оценивается взвешиванием набухшего в воде гидрогеля и лиофильно высушенного гидрогеля. Для оценки содержания в гидрогеле пор различного размера добавляется в определенном количестве белок, смесь выдерживается при определенных температурных условиях. Затем измеряется концентрация исходного раствора белка и белка после контактирования с гидрогелем. Далее проводятся спектрометрические измерения, учитывается соотношение объемов гидрогеля и раствора белка, рассчитывается количество пор.

Процесс получения гидрогелевого бока и его предварительное измельчение осуществляются в реакторной емкости с рубашкой для нагрева/охлаждения объемом 1 м³, оснащенной тихоходной рамной мешалкой, быстроходной вернеприводной зубчатой ножевой фрезой с остро заточенными лезвиями, расположенными под углом 45° к горизонтам, винтовым насосом с частотным преобразователем и гомогенизатором с сетчатым патроном и конусом, и с внешней стороны поверхности или внутри реактора нагревающим устройством - змеевиком.

Существенно, что в одном и том же реакторе осуществляется как получение, так и предварительное измельчение гидрогелевого материала до кусков объемом (0,5-5,0) см³. Такой двухэтапный процесс, включающий уже на первом этапе и получение, и частичное измельчение получаемого геля, обеспечивает заданную силу сдвига гидрогелевого блока. При этом одновременно происходит нарезание гидрогелевого блока крупными кусками (предпочтительно объемом 1-2 см³).

На первом этапе полимеризации происходит формирование упругого гидрогелевого блока, но при этом не достигается его конечная упругость. При этом во избежание прилипания сформировавшего блока гидрогеля к стенкам реактора рамную мешалку не останавливают, процесс ведут при непрерывном перемешивании. В процессе полимеризации образуется излишнее тепло в результате протекания химической реакции. Поэтому одновременно с работой мешалки осуществляют охлаждение реактора, вытесняя из змеевика хладоносителем теплоноситель для отвода тепла, образовавшегося в результате химической реакции. Отепленный хладоагент через систему теплообменных аппаратов и гидро- и теплоаккумоляторов. Теплоноситель подогревают в противотоке для последующих циклов производства гидрогелевых блоков. Замкнутая система рекурперации тепла за счет взаимного нагрева/охлаждения теплоносителя/хладоагента позволяет снизить затраты на предварительный нагрев реактора порядка на 30%.

Конечная полимеризация сопровождается окончательным набором упругости гидрогеля, и которая наступает уже в измельченных агломератах гидрогеля. Измельчение осуществляется путем включения зубчатой дисковой мешалки с частотой вращения вала 1000 мин^-1. Измельчение продолжают постепенно, добавляя воду (до 80% от массы гидрогеля). В результате получают смесь фрагментов гидрогелевого материала с объемом частиц от 1 до 2 см.³ с 45%-ной концентрацией гидрогеля. Затем с помощью винтового насоса осуществляют подачу смеси фрагментов гидрогелевого материала в гомогенизатор, где под давлением насоса осуществляется ее продавливание через регулируемый зазор конуса и сетчатый патрон с заданным размером ячеек.

Статический гомогенизатор в рабочей части выполнен с винтовыми проточками и возможностью регулировки размера выходного конусного диспергатора. Затем образующуюся смесь транспортируют (перекачивают) в дополнительное измельчающее устройство.

Второй этап измельчения осуществляется в устройстве, снабженном перемешивающими лопастями с режущими краями, работающим при определенном скоростном режиме (1000-1500) мин^-1. В нем происходит разрушение гидрогелевого блока по всему объему и получение суспензии частиц гидрогеля с заданным распределением по размерам и повышенной дисперсностью (в пределах от 10 до 900 мкм).

Конечный размер частиц гидрогелевого материала определяется размером ячейки сетчатого патрона (классификацией), установленным зазором выходного конусного диспергатора, а также количеством циклов прохождения суспензии через гомогенизатор.

Для достижения требуемого характера распределения частиц по размерам измельчение осуществляют в периодическом или непрерывном режиме. При измельчении в непрерывном режиме осуществляют возврат суспензии в исходную емкость и повторно прогоняют через узел измельчения. Предпочтительно количество частиц с размерами d_экв=(50-90) мкм должно составлять не менее 60% от общего количества частиц. Распределение частиц по размерам определяется методом лазерной дифракции, основанном на регистрации интенсивности рассеянного света.

Ниже предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Процесс получения гидрогелевого блока и его предварительного измельчения осуществляют в реакторной емкости с рубашкой для нагрева/охлаждения объемом 1 м³, оснащенной тихоходной рамной мешалкой, быстроходной верхнеприводной зубчатой ножевой фрезой с острозаточенными лезвиями, расположенными под углом 45 град. к горизонтали, винтовым насосом с частотным преобразователем и гомогенизатором с сетчатым патроном и корпусом.

В резервуар дозируют 38,8 кг акриламида (А) и 51,2 л 1%-ного водного раствора метиленбисакриламида (МБА). При этом мольное соотношение МБА к А составляет 0,5:10. Смесь перемешивают с помощью тихоходной мешалки при скорости 40 мин^-1 в течение 5 минут до полного растворения акриламида. В полученный раствор дозируют 5,12 л 1%-ного водного раствора тетраметилэтилендиамина (ТМЭД) в количестве 0,6 мас. % от общего веса смеси, а затем при перемешивании с той же скоростью туда добавляют персульфат аммония в количестве 44,8 л 1%-ного водного раствора (0,08 масс% от веса акриламида). К реакционной массе, имеющей температуру 40-80°С, добавляют горячую воду, имеющую температуру 60-80°С в количестве, составляющем 40% масс от веса гидрогеля до получения конечного объема, составляющего 320 л. Затем продолжают перемешивание рамной мешалкой со скоростью 40 мин^-1 до момента наступления первичной полимеризации раствора, при которой происходит формирование упругого гидрогелевого блока, но еще не достигается его конечная упругость. Далее при непрерывном перемешивании охлаждают гидрогелевые блоки до 40-20°С и измельчают со скоростью 1000 мин^-1.

Конечная полимеризация сопровождается окончательным набором упругости гидрогеля, которая наступает уже в измельченных агломератах гидрогеля. Измельчение осуществляют путем включения зубчатой дисковой мешалки со скоростью вращения вала 1000 мин^-1. Затем измельчение продолжают, постепенно добавляя воду (80% от массы гидрогеля). В результате получают смесь фрагментов гидрогелевого материала 45%-ой концентрации с объемом частиц 1-2 см³.

Затем с помощью винтового насоса осуществляют подачу массы с фрагментами гидрогеля в гомогенизатор, где под давлением насоса осуществляется ее продавливание через регулируемый зазор конуса и сетчатый патрон с заданным размером ячеек и регулируемый зазор конуса. Полученная суспензия по трубопроводу возвращается обратно в реактор на рецикл.

В указанном примере суспензию пропускают за 10 циклов через гомогенизатор, включающий сетчатый патрон с сеткой, выполненной из нержавеющей стали, с размером ячеек 500 мкм. Конус выполнен с углом наклона 45°.

В результате получают 30%-ную водную суспензию частиц гидрогелевого материала со следующим распределением частиц по размерам: d(0,1)=100 мкм, d(0,5)=530 мкм, d(0,9)=1050 мкм. Общее количество суспензии с частицами гидрогеля составило 800 кг.

Пример 2.

Процесс проводят в аппаратуре, описанной в примере 1.

В резервуар дозируют 24,3 кг акриламида и 43,2 л 1%-ного водного раствора метиленбисакриламида (МБА), при этом содержание акриламида(А) - 9 мас. %, метиленбисакриламида-0,5 мас. %, от общего веса получаемой реакционной смеси, мольное соотношение МБА:А=0,5:10. Смесь перемешивают с помощью тихоходной мешалки при частоте 50 мин^-1 в течение 5 минут до полного растворения акриламида. В получившийся раствор дозируют 22,8 л 1%-ного водного раствора тетраметилэтилендиамина (ТМЭД) (в количестве 0, 2, масс % от общего веса смеси), а затем при перемешивании с той же скоростью туда добавляют персульфат аммония в количестве 37,8 1%-ного раствора (0,01 мас. % от веса акриламида). К реакционной массе, имеющей температуру 40-80°С, добавляют горячую воду, имеющую температуру 60-80°С в количестве, составляющем 10% масс от веса гидрогеля до получения конечного объема, составляющего 270 л. и продолжают перемешивание рамной мешалкой со скоростью 40 мин^-1 до момента наступления первичной полимеризации раствора при которой происходит формирование упругого гидрогелевого блока, но еще не достигается его конечная упругость. Конечная полимеризация сопровождается окончательным набором упругости гидрогеля, и которая наступает уже в измельченных агломератах гидрогеля. Измельчение осуществляется путем включения зубчатой дисковой мешалки с частотой вращения вала 1500 мин^-1. Измельчение продолжают, постепенно добавляют воду (20% от массы гидрогеля). В результате получают смесь фрагментов гидрогелевого материала с объемом частиц от 0,5 до 1,5 см³ и 5%-ной концентрацией гидрогеля. Затем с помощью винтового насоса осуществляют подачу массы с фрагментами гидрогеля в гомогенизатор, где под давлением насоса осуществляется ее продавливание через сетчатый патрон с 2 сетками из нержавеющей стали с размерами ячеек 350нкм и 500нкм и регулируемый размер конуса. В указанном примере суспензию пропускают за 1 цикл через гомогенизатор, Конус выполнен с углом наклона 45°.

В результате получают 30%-ную водную суспензию частиц гидрогелевого материала со следующим распределением частиц по размерам: d(0,1)=61 мкм, d(0,5)=400 мкм, d(0,9)=749 мкм. Общее количество суспензии с частицами гидрогеля составило 900 кг.

Пример 3.

Процесс проводят в аппаратуре, описанной в примере 1.

В резервуар дозируют 24,3 кг акриламида и 43,2 л 1%-ного водного раствора метиленбисакриламида(мольное соотношение МБА:А=0,5:10). Смесь перемешивают с помощью тихоходной мешалки при частоте 50 мин^-1 в течение 5 минут до полного растворения акриламида. В получившийся раствор дозируют 22,8 л 1%-ного водного раствора тетраметилэтилендиамина (ТМЭД) (в количестве 0,2 масс. % от от общего веса смеси), а затем перемешивают еще в течение 5 минут.

Затем при перемешивании с той же скоростью туда добавляют персульфат аммония в количестве 37,8 1%-ного раствора (0,01 мас% от веса акриламида). К реакционной массе, имеющей температуру 40-80°С, добавляют горячую воду, имеющую температуру 60-80°С в количестве, составляющем 10% масс от веса гидрогеля до получения конечного объема, составляющего 270 л и продолжают перемешивание рамной мешалкой со скоростью 50 мин^-1 до момента наступления первичной полимеризации раствора при которой происходит формирование упругого гидрогелевого блока, но еще не достигается его конечная упругость.

Дальнейшее измельчение осуществляется путем включения зубчатой дисковой мешалки с частотой вращения вала 1200 мин^-1. Измельчение продолжают, постепенно повторно добавляют воду (20% от массы гидрогеля) до необходимого количества в объеме от массы гидрогеля. В результате получают смесь фрагментов гидрогелевого материала с объемом частиц 2-5 см с 5%-ной концентрацией гидрогеля.

Затем с помощью винтового насоса осуществляют подачу массы с фрагментами гидрогеля в гомогенизатор, где под давлением насоса осуществляется ее продавливание через сетчатый патрон с двумя сетками с размерами ячеек 350 мкм и 500 мкм и регулируемый зазор конуса.

В этом примере суспензию пропускают через гомогенизатор за 10 циклов. В результате получили 30%-ную водную суспензию частиц гидрогелевого материала со следующим распределением частиц по размерам: d(0,1)=65 мкм, d(0,5)=400 мкм, d(0,9)=70 мкм. Общее количество суспензии с частицами гидрогеля составило 900 кг.

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу получения полиакриламидного гидрогеля. Данный способ включает перемешивание полимеризуемой смеси, содержащей метиленбисакриламид и акриламид при их мольном соотношении 0,5:10, со скоростью 40-50 мин-1до полного растворения акриламида. В образовавшийся раствор добавляют инициатор полимеризации: сначала тетраметилендиамин в количестве 0,2-0,6 масс. % от общего веса смеси, а затем к реакционной массе добавляется персульфат аммония в количестве 0,01-0,08 масс. % от веса акриламида. Реакционная масса нагревается до 40-80°С и в образовавшийся гидрогель при перемешивании со скоростью 40-50 мин-1вводится вода в количестве, составляющем 10-40 масс. % от веса гидрогеля. Реакционная масса перемешивается с той же скоростью до начала формирования гидрогелевого продукта. Далее постепенно вводят дополнительное количество воды в количестве, обеспечивающем 20-80%-ное содержание воды от массы гидрогеля. Образовавшийся гидрогель в виде кусков объемом 0,5-5,0 см3перекачивается в измельчающее устройство. Гидрогель перемешивается со скоростью 1000-1500 мин-1и получаемая 5-45%-ная суспензия гидрогеля перекачивается в гомогенизатор, где под давлением продавливается через сетчатый патрон с размером ячеек 350-500 мкм. Технический результат – получение суспензии частиц гидрогеля с заданным распределением частиц по размерам в пределах от 10 до 900 мкм и заданной концентрацией частиц гидрогеля от 5 до 45%. 1 з.п. ф-лы, 3 пр.

Формула