Спосіб одержання високодисперсного полімерного магнітного композита

Спосіб одержання високодисперсного полімерного магнітного композита шляхом суспензійної полімеризації у реакційній суміші, що складається з мономерної та водної фаз у присутності мономера - стиролу, ініціаторів - перекису бензоїлу, персульфату калію або амонію, стабілізатора та емульгатора крохмалю, пластифікатора бутилакрилату або бутилметакрилату, який відрізняється тим, що додатково вводять магнетит Fе3O4 у вигляді 5% водної суспензії і підсилювач емульгуючої дії етиленгліколь при такому співвідношенні інгредієнтів (мас. ч.): мономерна фаза: стирол 25,00-45,00 бутилакрилат/бутилметакрилат 0,00-6,50 перекис бензоїлу 0,25-1,20 Корисна модель стосується хімічної промисловості, зокрема хімії високомолекулярних сполук та синтезу дисперсних гранульованих полімерних матеріалів і може застосовуватись в елементах електронної та множильної техніки. Відомий спосіб одержання гранульованих магнітних іонообмінних смол, який включає одержання дисперсії, що містить органічну та водну фази. До складу органічної фази входять мономери, що вибираються із груп дивінілових мономерів, що утворюють поперечні зв'язки, такі як дивінілбензол, етиленглікольдиметакрилатю, та функціональні мономери, які вибираються із груп, що включають гліцидилметакрилат, вінілпіридин, вінілбензилхлорид [Патент Росії RU 2169155 С2]. До її складу також входять пороутворювачі на основі органічних сполук, таких як толуол, бензол, циклогексанол, додеканол та інші, або їх суміші, відповідні реагенти, необхідні для проведення полімеризаційного процесу та частинки твердого матеріалу, якому властиві магнітні властивості. Як магнітний матеріал в процесі полімеризації вико ристовують оксид заліза, хрому або матеріали на основі ніобію та інших рідкісноземельних металів. До складу водної фази входять поверхневоактивні водорозчинні речовини різної молекулярної маси. Диспергування органічної фази досягається змішуванням її з водною фазою при перемішуванні. За цим способом у реактор об'ємом 20л поміщають 6,3л води, перемішують та продувають азотом. Додають 30г поверхнево-активної речовини високої молекулярної маси, полівінілового спирту марки Gosenhol® GH 17 та 15г поверхневоактивної речовини низької молекулярної маси марки Теrіс® N 9 і водну фазу нагрівають до 80°С для розчинення поверхнево-активних речовин. В окрему ємність при переміщуванні загружають 1755г циклогексанолу 195г додеканолу, 63г диспергуючого агенту, блоксополімеру полі(гідроксистеаринової) кислоти і поліетиленіміну марки SOLSPERSE® 24000, 936г Fе2О3 марки Pferrox® 2228 НС, 410г дивінілбензолу і 1541г гліцидилметакрилату. Суміш обробляють ультразвуком протягом 1 години. До суміші додають 8г азо (19) UA (11) 46089 (13) U водна фаза: вода 40,00-100,00 крохмаль 2,00-4,00 персульфат калію/амонію 0,02-0,15 етиленгліколь 0,05-0,40 магнетит (5,0% водна суспензія) 45,0-110,00 зі співвідношенням мономерної та водної фаз 1:31:4. 3 ізобутиронітрилу і продовжують процес перемішування ще 5хв перед додаванням її до нагрітої водної фази. Одержану дисперсію витримують при температурі 80°С 2 години, протягом яких відбувається процес полімеризації та утворюються тверді гранули смоли. Далі припиняють продування азотом і додають триметиламін та соляну кислоту для амінування смоли і підтримання рН у межах 6-8. Ці реагенти треба подавати з великою обережністю, бо вони змішуються екзотермічне. Потім реакційну суміш 3 години витримують при 80°С, після чого суміш охолоджують до кімнатної температури та відокремлюють гранули від надлишку Fе2О3 декількома циклами промивання, осадження та декантування. Гранули смоли потім фільтрують, повторно диспергують в етанолі, фільтрують, та додатково промивають етанолом, потім ацетоном і сушать струменем повітря. При синтезі магнітних гранул іонообмінної смоли згідно даного способу у реакційну суміш входять інгредієнти у таких кількостях: стабілізуючий агент (полівініловий спирт, желатин, метилцелюлоза, поліакрилат натрію) 0.052.0ваг. % з розрахунку на вагу всієї суміші; ініціатор (азоізобутиронітрил, бензоілпероксид, лаурилпероксид, третбутилгідропероксид) 0.1-1.0ваг. % з розрахунку на загальну вагу мономерів; функціональні мономери 50-90ваг. % з розрахунку на загальну вагу мономерів; мономери, що утворюють поперечні зв'язки 10-5ваг. % з розрахунку на загальну вагу мономерів; суміш мономерів складає 5.0-30.0ваг. % з розрахунку на вагу суспензійної полімеризаційної суміші; оксидний матеріал 10-30ваг. % із розрахунку на загальну вагу мономерів; поверхнево-активні речовини 1.0-10.0ваг. % з розрахунку на частинки оксидного матеріалу. У процесі синтезу за цим способом отримують гранули, діаметр яких знаходиться у надто широкому діапазоні та складає 30-1000мкм, що негативно впливає на властивості синтезованого полімерного матеріалу. Даний процес є складним та трудомістким, потребує попередньої диспергації ультразвуком, продування рекційної суміші у процесі полімеризації азотом, надзвичайної обережності при роботі з реактивами, та при виділенні синтезованих гранул із реакційної суміші і очищення їх поверхні від надлишку оксидного матеріалу, що має магнітні властивості, необхідно проводити багаторазове промивання їх органічними розчинниками, а саме етанолом, ацетоном. Наявність у реакційній системі органічних розчинників, таких як циклогексанол, толуол, бензол унеможливлює полімеризацію функціональних мономерів. Найбільш близьким за технічним рішенням до пропонованої корисної моделі - прототипом є спосіб одержання високодисперсного полімерного матеріалу [Патент України на корисну модель №40815, 24.04.2009. Бюл. №8.] шляхом полімеризації в суспензії, причому реакційна суміш складається з мономерної та водної фаз при наступному співвідношенні інгредієнтів (мас. ч.) 46089 4 мономерна фаза: стирол бутилакрилат або бутилметакрилат перекис бензоїлу 9.00-20.00 0.00-3.80 0.01-0.09 водна фаза вода 72.00-238.00 крохмаль 0.10-1.50 0.50-5.00 персульфат калію або амонію гліцерин 0.50-12.00 з співвідношенням мономерної та водної фаз 1:8-1:10. Недоліком даного способу є відсутність у складі реакційної суміші компоненту, якому є властиві магнітні властивості, що не дає змоги синтезувати високодисперсний полімерний магнітний композит. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити спосіб одержання високодисперсного полімерного магнітного композиту шляхом введення до складу реакційної суміші для суспензійної полімеризації компоненту з магнітними властивостями, що дозволить одержати полімерний магнітний композит з високою його дисперсністю. Поставлена задача вирішується так, що у способі одержання високодисперсного полімерного магнітного композиту шляхом суспензійної полімеризації у реакційній суміші, що складається з мономерної та водної фаз у присутності мономера стиролу, ініціаторів - перекису бензоїлу, персульфату калію або амонію, стабілізатора та емульгатора - крохмалю, пластифікатора - бутилакрилату або бутилметакрилату, додатково вводять магнетит – Fе3O4, у вигляді водної суспензії, і підсилювач емульгуючої дії етиленгліколь при такому співвідношенні інгредієнтів (мас. ч.): мономерна фаза: стирол 25.00-45.00 бутилакрилат (БА) або бутилметакрилат (БМА) 0.00-6.50 перекис бензоїлу (ПБ) 0.25-1.20 водна фаза вода 40.00-100.00 крохмаль 2.00-4.00 персульфат калію (ПСК) або амонію (ПСА) 0.02-0.15 етиленгліколь 0.05-0.40 магнетит - 5.0% водна суспензія 45.00-110.00 з співвідношенням мономерної та водної фаз 1:3-1:4. Водну та мономерну фази готують у такій послідовності: Розчин крохмалю готують при нагріванні на водяній бані при 35-45±2°С, окремо готують розчини водорозчинного ініціатора у воді, до якого додатково вводять етиленгліколь та розчин маслорозчинного ініціатора у мономері або у суміші мономерів, розчини крохмалю та водорозчинного ініціатора з етиленгліколем почергово вводять при постійному перемішуванні у реактор при 4045±2°С, не припиняючи перемішування додатково 5 вводять водну суспензію магнетиту, після чого додають мономерну фазу і проводять полімеризацію при підвищенні температури до 65±2°С протягом 1-2 годин з наступним підвищенням температури до 80±2°C протягом 5-6 годин, або при температурі 65±2°С протягом 9-10год., після чого одержану високодисперсну суспензію охолоджують до 20±5°С, фільтрують через капронове сито, осаджують етанолом або розведеною у воді сірчаною кислотою при співвідношенні 1:4, декантують, промивають дистильованою водою до нейтральної реакції промивної води та сушать при 40±5°С до постійної ваги. Суттєвими відмінностями пропонованої корисної моделі від прототипу є: 1. Наявність у реакційній суміші магнетиту дає можливість отримати полімерну магнітну композицію, що у подальшому її використанні внесе суттєві можливості при розробці нових полімерних композиційних матеріалів. 2. Використання водної дисперсії магнетиту у процесі полімеризації дає змогу якісно диспергувати магнетит у реакційному середовищі. 3. Введення в реакційну суміш, як емульгатора, етиленгліколю усуває можливе злипання кульок диспергованої мономерної фази у присутності магнетиту при проведенні полімеризаційного процесу. 4. Проведення процесу суспензійної полімеризації згідно пропонованого способу не потребує попередньої диспергації реакційної суміші ультразвуком та створення інертної атмосфери у реакторі. 5. Співвідношення мономерної та водної фазу в реакційній суміші становить 1:3 - 1:4. З літературних джерел відомо, що у процесі синтезу полімерних магнітних гранул за способом суспензійної полімеризації отримуються невисокодисперсні гранули, діаметр яких знаходиться у надто широкому діапазоні та складає 30-1000мкм, що негативно впливає на властивості синтезованого полімерного матеріалу. Крім того, відомий спосіб є складним та трудоємним, потребує надзвичайної обережності при роботі з реактивами і вимагає проведення полімеризаційного процесу в інертній атмосфері, а саме, в атмосфері азоту, та попередньої обробки реакційної суміші ультразвуком. Авторами вперше запропоновано використати у складі реакційної суміші, призначеній для одержання високодисперсного полімерного композиту, розмір гранул якого становить 2.5-3.5нм, магнетит, причому, останній вводиться у виді водної суспензії, як емульгатор - етиленгліколь, що унеможлив 46089 6 лює злипання кульок диспергованої мономерної фази у присутності магнетиту при проведенні полімеризаційного процесу. У результаті використання запропонованих введень досягається передбачуваний технічний результат. Корисна модель може бути реалізована згідно з наступними прикладами: Приклад 1 Високодисперсний полімерний магнітний композит одержуємо шляхом приготування реакційної суміші для суспензійної полімеризації наступного складу: мономерна фаза (мас.ч.): стирол 29.00 бутилакрилат 3.00 перекис бензоїлу 0.45 водна фаза (мас. ч.): вода 46.00 персульфат калію або амонію 0.05 крохмаль 2.50 етиленгліколь 0.10 магнетит - (5.00% водна суспензія) 50.00 Співвідношення фаз мономер : вода становить 1:3. Приготування водної та мономерної фаз і процес полімеризації проводять так: розчин крохмалю готують при нагріванні на водяній бані при 35±2°С, окремо готують розчини водорозчинного ініціатора у воді і вводять до нього додатково етиленгліколь та маслорозчинного ініціатора у мономері або у суміші мономерів, розчини крохмалю та водорозчинного ініціатора з етиленгліколем почергово вводять при постійному перемішуванні у реактор при 40±2°С і, не припиняючи перемішування, додатково вводять водну суспензію магнетиту, після чого додають мономерну фазу і проводять полімеризацію при підвищенні температури до 65±2°С протягом 1,5 годин з наступним підвищенням температури до 80±2°С протягом 6 годин, після чого одержану високодисперсну суспензію охолоджують до 20±5°С, фільтрують через капронове сито, осаджують етанолом або розведеною у воді сірчаною кислотою при співвідношенні 1:4, декантують, промивають дистильованою водою до нейтральної реакції промивної води та сушать при 40±5°С до постійної ваги. Розмір гранул визначали мікрофотографічно. Наступні приклади здійснювались згідно прикладу 1 при змінних кількостях інгредієнтів та температурних режимів процесу полімеризації. Отримані дані наведено у таблиці 1. 7 46089 8 Таблиця 1 Інгредієнти (мас. ч.) Час Темпераполі- Магнетит Розмір частиПриклад тура поДист. мери- водна су- Стинок дисперсії, Етилен№ п/п лімеривода, БА БМА ПБ ПСК ПСАКрохмаль nm зації, спензія, рол гліколь зації, °С мл год. мл 1. 80 7 29.00 3.00 - 0.45 0.05 2.50 0.05 40.00 5.5 2. 80 8 45 25.00 - 0.25 0.02 2.50 0.10 55.00 5.5 3. 65 10 110 45.00 - 6.50 1.20 - 0.10 4.00 0.4 90.00 3.5 4. 65 9 60 35.00 5.50 - 0.60 0.15 3.00 0.2 65.00 4.5 5. 80 10 70 40.00 5.00 1.05 - 0.06 2.00 0.15 100.00 2.5 6. 80 7 40 20.00 0.05 0.01 0.05 0.01 35.00 Полімеризація не йде 7. 65 10 112 50.00 4.50 7.00 1.50 0.20 5.00 0.45 108.00 Емульсія 65 35.00 6.0 0.03 3.00 0.25 58.00 3.00 8. Згідно з наведеними прикладами отримані полімерні матеріали є високодисперсні, що дозволяє Комп’ютерна верстка М. Ломалова 0.60 підтвердити одержання запропонованого технічного результату. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601