Спосіб одержання композиційних металовмісних гідрофільних кополімерів полівінілпіролідону

Реферат: Cпосіб одержання композиційних металовмісних гідрофільних кополімерів полівінілпіролідону включає кополімеризацію 2-гідроксіетилметакрилату з полівінілпіролідоном з одночасним наповненням частинками металу. Новим є те, що частинки металу одержують хімічним відновленням з водорозчинної солі металу - сульфату нікелю гіпофосфітом калію одночасно з кополімеризацією. Попередньо полівінілпіролідон розчиняють у 2-гідроксіетилметакрилаті у масовому співвідношенні 50-90:10-50, а сульфат нікелю з гіпофосфітом калію - у воді, та змішують розчини. UA 109738 C2 (12) UA 109738 C2 UA 109738 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до хімії і технології полімерних матеріалів та композитів, зокрема одержання мікропористих композиційних металовмісних матеріалів на основі кополімерів полівінілпіролідону та гідрогелів на їх основі і може бути використаний в медицині, наприклад, для виготовлення матеріалів для встановлення надійного контакту між організмом людини та електромедичною апаратурою, діагностики в хірургії, як фантоми для імітації тканин організму людини; в електротехніці - для створення провідників з анізотропною або однонаправленою електропровідністю, струмопровідних клеїв, датчиків навантаження, вологомірів, сенсорів рідин та газів. Відомий спосіб одержання композиційних металовмісних гідрофільних кополімерів полівінілпіролідону, що включає кополімеризацію 2-гідроксіетилметакрилату (ГЕМА) з полівінілпіролідоном (ПВП) з одночасним наповненням частинками металу. [О.М. Гриценко, Х.Я. Пщак, Х.І. Ікава. Структурні характеристики металовмісних гідрогелів на основі кополімерів полівінілпіролідону // Вісник НУ "Львівська політехніка" "Хімія, технологія речовин та їх застосування". - 2008. - № 609. - С. 395-399.]. Але для отримання за даним способом матеріалів із високими електропровідними характеристиками до вихідної композиції необхідно вводити велику кількість наповнювача (більше 50 % мас), що, через відносно великий розмір (5-50 мкм) частинок, значно понижує міцнісні характеристики, підвищує масу матеріалу та, в деяких випадках, залежно від композиційного складу, вмісту та розмірів частинок металу, є причиною їх седиментації, в результаті чого одержують неоднорідний матеріал з нерівномірним розподілом частинок металу по висоті зразка. Крім того, одержані даним способом металовмісні кополімери полівінілпіролідону характеризуються низькими значеннями водопоглинання, що суттєво обмежує їх практичне використання. В основу винаходу поставлена задача створити спосіб одержання композиційних металовмісних гідрофільних кополімерів полівінілпіролідону, в якому здійснення процесу кополімеризації одночасно з одержанням частинок металу забезпечило би їх рівномірний розподіл в об'ємі кополімеру, підвищення його водопоглинання, електропровідності при зменшенні вмісту частинок металу значно меншого розміру, що дало би можливість отримувати композиційні металовмісні гідрофільні матеріали із задовільними, наперед заданими та з можливістю регулювання в широких межах, міцнісними характеристиками у твердому та набряклому стані, що забезпечить їхнє ефективніше використання у медицині та електротехніці. Поставлена задача вирішується тим, що в способі одержання композиційних металовмісних гідрофільних кополімерів полівінілпіролідону, що включає кополімеризацію 2гідроксіетилметакрилату з полівінілпіролідоном з одночасним наповненням частинками металу, згідно з винаходом, частинки металу одержують хімічним відновленням з водорозчинної солі металу - сульфату нікелю - гіпофосфітом калію, одночасно з кополімеризацією, при цьому попередньо ПВП розчиняють в ГЕМА у масовому співвідношенні 50-90:10-.50, а сульфат нікелю з гіпофосфітом калію - у воді, та змішують розчини. Суміщення процесів хімічного відновлення металів і кополімеризації ГЕМА з ПВП забезпечує отримання композиційних металовмісних гідрофільних кополімерів полівінілпіролідону з високою швидкістю, що є наслідком присутності окисно-відновної системи у вихідній композиції, а також високоактивної новоствореної металічної поверхні. В результаті одержують композиційні гідрофільні кополімери полівінілпіролідону, наповнені металевими частинками значно менших розмірів (на два порядки), здатні набрякати у воді та інших розчинниках, з підвищеним водопоглинанням та електропровідними характеристиками із зменшеним вмістом металу. Підвищення, порівняно з прототипом, водопоглинання одержаних композиційних кополімерів забезпечене присутністю в їх об'ємі водорозчинних продуктів реакції відновлення, які при гідратації вимиваються, утворюючи додаткові пори. Зміна співвідношення вихідних компонентів, розчинника та умов полімеризації дозволяє в широких межах регулювати властивості одержаних матеріалів, що забезпечить їхнє ефективніше використання у медицині та електротехніці… Для одержання композиційних металовмісних гідрофільних кополімерів полівінілпіролідону 2 використовували: ГЕМА, очищений та перегнаний у вакуумі (залишковий тиск 13 Н/м , Ткип=351 К); ПВП - з молекулярною масою 12-28 тис, сульфат нікелю (NiSO4•7H2O) кваліфікації ЧДА (ГОСТ 4465-74), гіпофосфіт калію (КН2РО2) кваліфікації ЧДА (ГОСТ 9768-73). Для одержаних полімерів досліджували питому об'ємну електропровідність (γ v), яку визначали вимірюванням питомого об'ємного опору композитів (ρv), граничне водопоглинання (W, %) - за зміною маси сухого і набряклого зразків; число твердості (Н, МПа) та число пружності (Р, %) - прикладанням навантаження на приладі ТШР для зразків у гідратованому стані. Морфологію, форму та кількість утворених частинок металу досліджували методом 1 UA 109738 C2 5 10 скануючої електронної мікроскопії (СЕМ) на електронному мікроскопі Zeiss Supra 40. Рентгенограми малокутового рентгенівського розсіювання одержували на дифрактометрі фірми SIEMENS. Вміст частинок металу визначали термогравіметрично, визначенням маси сухого залишку, утвореного після випалювання полімерної матриці. Приклад 1. В одній посудині розчиняли ПВП в ГЕМА при співвідношенні ГЕМА:ПВП= 80:20 мас. ч., в іншій готували водний розчин NiSO4 (70 г/л), КН2РО2 (124 г/л) та активатора відновлення - AgNO3 (0,05 %мас. від маси початкової ГЕМА-ПВП композиції). Розчини змішували, заливали у полімеризаційну форму та витримували при 75 °C протягом 1 год. Отриманий композиційний металовмісний гідрофільний кополімер ПВП з ГЕМА з частинками металічного нікелю промивали дистильованою водою. Підтвердженням утворення нікелю в кополімері є присутність на рентгенограмі максимумів в області 45° і 54°, які належать до кристалічної фази нікелю. За результатами СЕМ в матеріалі рівномірно розподілені частинки нікелю з розмірами 0,1-0,3 мкм. Характеристики матеріалу представлені в таблиці. Таблиця Властивості композиційних металовмісних гідрофільних кополімерів полівінілпіролідону Приклад Склад композиції, мас. ч ГЕМА Прототип* 1 2 3 4 5 6** ПВП 70 80 90 70 50 80 80 30 20 10 30 50 20 20 Вміст Ni в H2O кополімері, W, % мас. ч мас% 0 10 10 10 10 100 10 50 0,25 0,20 0,30 0,30 1,40 1,60 43 55 55 65 69 72 57 В гідратованому стані В твердому стані F, МПа 260 192 99 243 276 116 344 ρv, кОм•м 117 12,5 20,3 12,2 7,4 1,3 1,2 γv10 , -1 -1 Oм •м 0,86 7,9 4,9 8,2 13,6 76,9 83,3 -5 2 Н10 , МПа 3,9 4,1 3,4 1,6 2,7 5,3 Е, % 65 62 65 72 47 51 * характеристики прототипу подані для порівняння; ** концентрація NiSO4-470 г/л. 15 Приклади 2-6 здійснювали аналогічно прикладу 1. Характеристики одержаних кополімерів зведені в таблицю. Для набряклих зразків подані характеристики у гідратованому стані. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 Спосіб одержання композиційних металовмісних гідрофільних кополімерів полівінілпіролідону, що включає кополімеризацію 2-гідроксіетилметакрилату з полівінілпіролідоном з одночасним наповненням частинками металу, який відрізняється тим, що частинки металу одержують хімічним відновленням з водорозчинної солі металу - сульфату нікелю - гіпофосфітом калію, одночасно з кополімеризацією, при цьому попередньо полівінілпіролідон розчиняють у 2гідроксіетилметакрилаті у масовому співвідношенні 50-90:10-50, а сульфат нікелю з гіпофосфітом калію - у воді, та змішують розчини. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2