Спосіб формування тривалого індукційного періоду полімеризації

Реферат: Спосіб формування тривалого індукційного періоду реакції полімеризації включає змішування у робочій суміші бентонітової глини з водними розчинами акрилатів, окисника та речовини що зшиває полімерні ланцюжки. З метою формування тривалого індукційного періоду реакції полімеризації у робочу суміш вводиться кальцинована сода в кількості від 8 % до 26 % від маси бентонітової глини. UA 90732 U (54) СПОСІБ ФОРМУВАННЯ ТРИВАЛОГО ІНДУКЦІЙНОГО ПЕРІОДУ ПОЛІМЕРИЗАЦІЇ UA 90732 U UA 90732 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до хімії полімерів та прикладної мінералогії і може застосовуватись для створення гідроізолюючих покриттів та екранів, гідроізолювання швів, заповнення тріщин та заобробного простору, закріплення піщаних ґрунтів і т.і. Відомо, що глинополімерні композити складені мінеральною та полімерною компонентами. Як мінеральна компонента частіше всього використовується Na - форма бентонітової глини. Полімерна компонента в основному представлена поліакриламідом або похідними акрилової кислоти - акрилатами лужних металів. Відомо, що лінійні полімери та співполімери на основі акриламіду і акрилатів є водорозчинними, що значно обмежує їх застосування в гідроізолюючих глинополімерних сумішах. Для практичного використання більш перспективні водостійкі глинополімерні композити, які деякий час мають пастоподібну консистенцію, що дозволяє вводити їх в тріщини, формувати екрани, закачувати у ґрунт і т.д. і тільки після виконання цих операцій повинна відбуватися полімеризація, яка перетворює пастоподібну масу в гумоподібну тобто реакція полімеризації повинна мати тривалий індукційний період. Відомо багато способів полімеризації акриламіду та акрилатів: термополімеризація, радіаційна полімеризація, фотополімеризація и т.д. але, для практичного застосування гідроізолюючих та інших композитів перелічені способи є складними для здійснення і як правило не використовуються. Найбільш перспективним є спосіб вільно-радикальної полімеризації, при якому у суміш, що складається з порошку глини, акриламіду та води, окисника (персульфату амонію), зшиваючої речовини (N, N' - метиленбісакриламіду), вводиться відновник (тіосульфат натрію, аскорбінова кислота і інш.). При полімеризації глинисті частинки вбудовуються в об'ємну полімерну сітку. [1]. Недоліком такого способу є застосування токсичного акриламіду та складність самого процесу отримання глинополімерного композиту. Явно визначеного індукційного періоду в такому випадку не спостерігається. Подібна ситуація виникає і в інших випадках при використанні вільно-радикальної полімеризації. Так як у означеній суміші з відновником змішуються одночасно всі компоненти, то реакція полімеризації починається через 0,5-10 хвилин і розвивається протягом короткого періоду часу, після чого пастоподібний зразок стає гумоподібним. Використовувати такий композит для заповнення швів, виготовлення екранів, проведення гідроізолюючих робіт і т.д. практично неможливо. Якщо зменшити кількість відновника, процес полімеризації сповільнюється, але при цьому полімеризується тільки частина об'єму зразків, при подальшому зменшені полімеризація практично зупиняється, композит не набуває водостійкості та, як наслідок, стає малопридатним для практичного використання. При виконанні робіт по закріпленню ґрунтів застосовувався композит що містить акрилат кальцію [2]. При цьому для створення тривалого індукційного періоду в суміш вводилась спеціальна сповільнююча добавка, про склад якої автори умовчують. Задачею даної корисної моделі є розробка простого й надійного способу полімеризації з формуванням тривалого індукційного періоду, який дозволяє певний час зберігати робочу суміш у пастоподібному стані, а по закінченні якого суміш полімеризується. В корисній моделі, що заявляється, для створення індукційного періоду тривалістю декілька годин використовується відоме явище, що спостерігається при лужній активації Са, Mg - форм бентонітів. Відомо, що при активації до бентоніту додається луг, найчастіше за все + кальцинована сода в кількості 4 % від маси глини. У водній суспензії катіони Na заміщують в +2 +2 міжшаровому просторі кристалітів катіони Са або Mg - бентоніт перетворюється на Na форму, зв'язок між шарами в кристалітах слабшає, наслідком чого є збільшення ступеня вільного набухання глини у воді. Якщо кількість лугу збільшити в декілька разів, то на поверхні глинистих мікроагрегатів, що мають у звичайних умовах негативний заряд, відбувається зміна величини поверхневого заряду [3]. В залежності від будови мікроагрегатів глинистих частинок при взаємодії з лугами змінюється □- потенціал поверхні агрегатів, крім того розчини лугів вибірково розчиняють фрагменти поверхні глинистих частинок, що у свою чергу збільшує кількість активних центрів. Процес зміни властивостей поверхні відбувається деякий час і призводить до коагуляції глинистої дисперсії. При вивчені синтезу композитів виявилось, що в суспензії з підвищенням кількості лугу виникають умови, в яких молекули акриламіду або акрилатів лужних металів при наявності окисника та зшиваючої речовини полімеризуються в об'ємну водостійку полімерну сітку, перетворюючи пастоподібну суспензію в гумоподібну масу. 1 UA 90732 U 5 10 Тривалість зміни властивостей поверхні мікроагрегатів, залежить від ряду чинників: кількості лугу і води в робочій суміші, її температури, концентрації глинистих мінералів, що використовуються і т.д. й становить від 1+2 до 5+8 годин (індукційний період). Варіювання цими чинниками і застосування функціональних наповнювачів, дозволяють змінювати технічні характеристики глинополімерних композитів, у тому числі регулювати тривалість індукційного періоду. Протягом всього індукційного періоду робоча суміш залишається пастоподібною, що дає можливість приготувати суміш, транспортувати її до місця призначення й проводити всі операції, для виконання яких необхідний пастоподібний стан (консистенція) суміші. Приклад Приготовлена суміш, що мала такий склад (%): бентонітова глина 44,58 сода кальцинована 5,04 акрилат натрію 18,22 персульфат амонію 0,38 N, N'-метиленбісакриламід 0,28 вода Після перемішування проводилось вимірювання статичної напруги зсуву. Результати наведено в табл. Таблиця Зміна статичної напруги зсуву в залежності від тривалості експерименту. Тривалість експерименту, хв. Статична напруга зсуву, 2 3 г/(смс )х10 Стан зразка 0 20 40 60 80 90 100 105 110 0,9 0,98 1,04 1,6 2,4 3,9 3,9 189 290 пластичний пружний 15 20 25 30 35 40 З таблиці видно, що приблизно 100 хвилин зразок залишається пастоподібним та придатним для практичного застосування. За цей час (індукційний період) спостерігається невелике (у декілька разів) підвищення статичної напруги зсуву, яке пов'язано з тиксотропними процесами та появою продуктів вилуговування з бентоніту. Після завершення індукційного періоду у наступні 10-15 хвилин відбувається полімеризація суміші. Остання нагрівається, статична напруга зсуву зростає у сотні разів, суміш стає гумоподібною й водостійкою, з'являється властивість набухання у воді та водних розчинах. Використання запропонованого способу, формування тривалого індукційного періоду реакції полімеризації в порівнянні з існуючими способами, забезпечує наступні переваги: 1. Спосіб є простим та стабільним при отриманні водостійких глинополімерних композитів за температури вище 10 °C. 2. При реалізації способу не застосовуються спеціальні добавки для уповільнення реакції полімеризації. 3. Відсутність акриламіду знижує токсичність композитів, спрощує процес їх отримання та практичного застосування. 4. Спосіб дозволяє використовувати Са, Mg форму бентоніту або природну суміш бентоніту з палигорскітом (II і IV шара Черкаського родовища бентонітових та палигорскітових глин України) 5. Спосіб дає можливість застосовувати різні функціональні дисперсні наповнювачі, що значно розширюють можливості використання композитів. Джерела інформації: 1. Евсикова О.В., Стародубцев С.Т., Хохлов А.Р. Синтез, набухание и адсорбционные свойства композитов на основе полиакриламидного геля и бентонита натрия // Высокомолекулярные соединения. Сер. А. - Т. 44. - № 5. - 2002. - С. 802-808. 2. Ржаницын Б.А. Химическое закрепление грунтов в строительстве. - М.: Стройиздат, 1986. - 264 с. 3. Кульчицкий Л.И. Роль воды в формировании свойств глинистых пород. - М.: "Надра", 1975. - 212 с. 45 2 UA 90732 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 1. Спосіб формування тривалого індукційного періоду реакції полімеризації, що включає змішування у робочій суміші бентонітової глини з водними розчинами акрилатів, окисника та речовини що зшиває полімерні ланцюжки, який відрізняється тим, що як робоча суміш вводиться кальцинована сода в кількості від 8 % до 26 % від маси бентонітової глини. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що реакцію полімеризації проводять лише за рахунок зміни властивостей поверхонь мікроагрегатів, яка проходить протягом тривалого часу після контакту глинистих мікроагрегатів з содою. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для зменшення токсичності глинополімерних композитів їх синтезують на основі акрилату натрію. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3