Спосіб одержання композиційних кополімерів полівінілпіролідону

Реферат: Спосіб одержання композиційних кополімерів кополімеризацією полівінілпіролідону з 2гідроксіетилметакрилатом в присутності наповнювача. Як наповнювач використовують dметали з ряду, що включає залізо, кобальт, нікель, у вигляді дисперсного порошку в кількості 5…100 мас. % від маси полімер-мономерної суміші, за кімнатної температури, співвідношення ГЕМА:ПВП (мас. ч.) - 60…90:10…40. UA 98187 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ КОМПОЗИЦІЙНИХ КОПОЛІМЕРІВ ПОЛІВІНІЛПІРОЛІДОНУ UA 98187 U UA 98187 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до хімії і технології полімерних матеріалів та композитів, зокрема способу одержання композиційних кополімерів полівінілпіролідону (ПВП) методом полімеризаційного наповнення дисперсними порошками металів, які можуть бути використані в медицині, наприклад, для виготовлення матеріалів для встановлення надійного контакту між організмом людини та електромедичною апаратурою, діагностики в хірургії, як модельні фантоми для імітації тканин організму людини; в електротехніці - для створення провідників з анізотропною або однонаправленою електропровідністю струмопровідних клеїв, датчиків навантаження, вологомірів. Відомий спосіб одержання композиційних кополімерів полівінілпіролідону кополімеризацією ПВП з 2-гідроксіетилметакрилатом в присутності наповнювача. Наповнювачами вибрано синтетичний цеоліт, кристалічній алюмосилікат, аеросил та гідроксіапатит [Галишин О.З., Мельник Ю.Я., Ємець А.Р., Скорохода В.Й. Наповнені гідрогелеві плівки для систем контрольованого вивільнення речовин. - Вісник. - 2010. - C. 408-411.]. Синтез кополімерів відбувається в присутності ініціаторів радикальної полімеризації у дві стадії в інтервалі температур 55-75 °C, тривалість полімеризації - 4,5 год. Дисперсні мінеральні наповнювачі в даному випадку є інертними, оскільки знижують міцнісні характеристики гідрогелів та сорбційну здатність щодо води, спосіб одержання є довготривалим та потребує високих температур. Відомий спосіб одержання композиційних кополімерів полівінілпіролідону, що включає кополімеризацію ПВП з ГЕМА в присутності наповнювача за кімнатної температури (патент № 85656; UA, "Спосіб одержання електропровідних графітонаповнених полімерів" МПК C08F 271/00; C08L 33/00; С01В 31/04, бюл. № 3, 10.02.2009). Процес відбувається з високою швидкістю (тривалість полімеризації - 30-60 хв.) в присутності ініціатора - солей металів змінного ступеня окиснення. Але для здійснення полімеризації необхідне додаткове введення ініціатора до вихідної композиції, який залишається в кополімері, а одержані композиційні кополімери полівінілпіролідону характеризуються низькими міцнісними характеристиками та теплостійкістю, оскільки наповнювач графіт додають у кількості 200-300 мас. % від маси полімер-мономерної суміші. В основу корисної моделі поставлено задачу створити спосіб одержання композиційних кополімерів полівінілпіролідону, в якому використання нового наповнювача забезпечило би одержання кополімерів ПВП без використання додаткових ініціаторів, при збереженні високої швидкості і за кімнатної температури, з покращенням їх існуючих та появою нових спеціальних властивостей, наприклад електропровідності, підвищених міцнісних характеристик, теплостійкості, а також можливість їх регулювання. Поставлена задача вирішується тим, що в способі одержання композиційних кополімерів кополімеризацією полівінілпіролідону з 2-гідроксіетилметакрилатом в присутності наповнювача за кімнатної температури, згідно з корисною моделлю, як наповнювач використовують d-метали з ряду, що включає залізо, кобальт, нікель, у вигляді дисперсного порошку в кількості 5…100 мас. % від маси полімер-мономерної суміші, співвідношення ГЕМА:ПВП (мас. ч.) 60…90:10…40. Введення до складу кополімерів полівінілпіролідону дисперсного металевого наповнювача у заявленій кількості забезпечує ефективне ініціювання полімеризації та одержання композиційних кополімерів полівінілпіролідону з електропровідними властивостями, що змінюються від вологи і температури, здатні набрякати у воді та фізрозчинах, з підвищеними теплостійкістю та поверхневою твердістю. Зміна співвідношення ГЕМА:ПВП, вмісту металу та умов полімеризації дозволяє в широких межах регулювати властивості композиційних кополімерів. Здійснення способу з використанням вказаних компонентів у заявлених кількостях та умовах без додаткового використання ініціатора забезпечує отримання композиційних кополімерів ПВП в одну стадію тривалістю 20-120 хв., що забезпечується фізичною взаємодією між компонентами реакційного середовища, яка полягає в утворенні комплексу з перенесенням заряду між полівінілпіролідоном, 2-гідроксіетилметакрилатом та поверхнею d-металу, що активно впливає на весь процес полімероутворення. Полімеризація відбувається з високою швидкістю навіть при концентрації металевого порошку 5 мас. %, що дає можливість значно спростити та здешевити процес і скоротити його тривалість. Змішування компонентів системи проходить без ускладнень, завдяки невисокій в'язкості, тому розподіл наповнювача є однорідним. Доцільно кополімеризацію здійснювати у магнітному полі. Це забезпечує орієнтування частинок металу вздовж ліній магнітного поля і дає можливість одержання композиційних матеріалів з анізотропною електропровідністю. 1 UA 98187 U 5 10 15 20 25 Для одержання композиційних кополімерів використовували: ГЕМА, очищений та 2 перегнаний у вакуумі (залишковий тиск 13 Н/м , Ткип = 351 K); ПВП - з молекулярною масою 12 та 28 тис.; порошок залізний (ГОСТ 9849-86), порошок нікелевий (ГОСТ 9222-97), порошок кобальтовий (ГОСТ 9721-79) з розміром частинок 10-50 мкм. Одержані кополімери аналізували на питому електропровідність (γv), яку визначали через вимірювання питомого опору композитів (ρV), граничне водопоглинання (W), яке визначали ваговим методом за зміною маси зразка полімеру, який визначали за зміною розмірів сухого та набряклого зразків; поверхневу твердість (F) оцінювали за конічною точкою текучості на консистометрі Хеплера; теплостійкість (ТB) визначали за методом Віка згідно з ГОСТ 15065-69. Приклад 1. Отримували кополімер із композиції у співвідношенні ГЕМА:ПВП - 80:20 мас. ч., при цьому ПВП розчиняли в ГЕМА. До одержаної композиції додавали 10 мас. % порошку дисперсного нікелю. Після цього, одержану суміш заливали у полімеризаційну форму. Кополімеризацію здійснювали за кімнатної температури, на повітрі. Отримали гідрофільний -8 -1 кополімер з наступними характеристиками: F=325 МПа, Тв = 147 °C, W=43 %, γv=1,2×10 Ом ·м 1 7 , ρV=8,2×10 Ом·м, в знаменнику для γv і ρV подані результати для кополімеру із вмістом 50 % мас. нікелю (таблиця 1). Приклади 2-8, готували аналогічно прикладу 1. Характеристики одержаних кополімерів зведені в таблицю 1. Приклад 9. Отримували кополімер аналогічно прикладу 1, одержану суміш заливали у полімеризаційну форму, яку поміщали між полюсами електромагніта. Досліджували зразки у вигляді куба з розміром ребра 5 мм. Опір зразків вимірювали в двох напрямках - паралельно та перпендикулярно до ліній магнітного поля. Отриманий композиційний кополімер характеризується властивостями, вказаними у таблиці 2. Приклади 10, 11 готували аналогічно прикладу 9. Характеристики одержаних кополімерів зведені в таблицю 2. Таблиця 1 Влив композиційного складу та природи металу на властивості металовмісних кополімерів полівінілпіролідону № прикладу Склад композиції, мас. ч ГЕМА ПВП Метал -1 [Met], мас. % F, МПа ТВ, °C W γv. Ом ·м 1 8 1 80 20 Ni 10 325 147 43 2 80 20 Co 10 313 122 42 3 80 20 Fe 10 280 134 48 4 5 6 7 90 80 80 60 10 20 20 40 Ni Ni Ni Ni 10 5 100 10 307 255 205 351 130 165 134 149 40 44 59 56 1,2×10 / -6 8,6×10 -9 6,3×10 / -8 2,5×10 -8 2,9×10 / 1,2 -10 1,5×10 -5 3,2×10 ρV Ом·м 7 8,2×10 / 5 1,2×10 8 1,6×10 / 7 3,9×10 7 3,4×10 / 840 9 6,3× 10 4 3,6×10 * в знаменнику - результати для композитів із вмістом металу 50 % мас. 30 При виході за заявлені межі складу вихідної композиції одержують кополімери з іншими характеристиками. Ненаповнені дисперсними металами композиції харак теризуються властивостями, які лежать в межах: F=204-320 МПа, ТВ = 82-96 °C, W=43-56 %, 9 -9 -1 -1 ρV >10 Ом·м, γv 10 9 > 10 9 > 10 -1 γv, Ом ·м // 13 -3 11×10 -4 4×10  -9 < 10 -9 < 10 -9 < 10 *//,  - властивості кополімерів в напрямку, відповідно, паралельному та перпендикулярному до ліній магнітного поля. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 1. Спосіб одержання композиційних кополімерів кополімеризацією полівінілпіролідону з 2гідроксіетилметакрилатом в присутності наповнювача, який відрізняється тим, що як наповнювач використовують d-метали з ряду, що включає залізо, кобальт, нікель, у вигляді дисперсного порошку в кількості 5…100 мас. % від маси полімер-мономерної суміші, за кімнатної температури, співвідношення ГЕМА:ПВП (мас. ч.) - 60…90:10…40. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що кополімеризацію здійснюють у магнітному полі. Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3