Спосіб одержання композиційної гідрогелевої плівки

Реферат: Спосіб одержання композиційної гідрогелевої плівки включає заливання у форму полімермономерної композиції та її формування. Форму вибирають циліндричну, яку обертають навколо горизонтальної осі. UA 104863 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ КОМПОЗИЦІЙНОЇ ГІДРОГЕЛЕВОЇ ПЛІВКИ UA 104863 U UA 104863 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до хімії і технології полімерних матеріалів та композитів, які можуть знайти використання для напівпроникних мембран при розділенні та очищенні речовин у медицині, біохімії та фармації, плівкові трансдермальні терапевтичні системи з антибактеріальними властивостями, матеріали для встановлення надійного контакту між організмом людини та електромедичною апаратурою, діагностики в хірургії, як фантоми для імітації тканин організму людини, для створення провідників з анізотропною електропровідністю, датчиків навантаження, вологомірів, сенсорів рідин та газів. Винахід може бути використаний для формування плівок та мембран з в'язкотекучих рідин - розчинів, розплавів та реакційно здатних композицій. Зокрема, як спосіб виготовлення багатофункціональних мікропористих плівкових матеріалів, в т.ч. композиційних - наповнених (дисперсними порошковими наповнювачами органічної та неорганічної природи), багатошарових, армованих підкладками різної природи. Відомий спосіб одержання гідрогелевих плівок, зокрема композиційних, що включає заливання у форму полімер-мономерної композиції та формування плівки. [Дифузійні властивості плівкових гідрогелів на основі кополімерів полівінілпіролідону /Ю.Я. Мельник, О.З. Галишин, В.Й. Скорохода //Вісник НУ "Львівська політехніка" "Хімія, технологія речовин та їх застосування". - 2009. - № 644. - С. 289-292.]. Але, через велику адгезію матеріалу плівки до скляної формувальної поверхні, яку одержують між двома плоскопаралельними пластинами, виникають труднощі з видаленням плівки з порожнини форми, що погіршує якість поверхні плівки та знижує продуктивність виробництва через збільшення тривалості стадії вилучення плівки з форми. Крім того, синтез кополімерів є тривалим в часі та відбувається за високих температур. Найбільш близьким аналогом є спосіб одержання гідрогелевих плівок, зокрема композиційних, що включає заливання у форму полімер-мономерної композиції та формування плівки [Hydrogels Penetration and Sorption Properties in the substances Release Controlled Processes /Volodymyr Skorokhoda, Nataliya Semenyuk, Joury Melnyk and Oleg Suberlyak // Chemistry & chemical technology, Vol. 3, No. 2, 2009. 117-121.]. Плівки одержували на основі кополімерів полівінілпіролідону (ПВП) з 2гідроксіетилметакрилатом (ГЕМА) кополімеризацією у воді в присутності сульфату заліза (II), що дає змогу здійснювати полімеризацію за 0,5 год. за кімнатної температури. Форма складається з двох пластин, виготовлених з полімерного матеріалу, до якого гідрогелева плівка має найменшу адгезію. Пластини розміщені на віддалі, яка визначає необхідну товщину плівки. Однак, при використанні плоскопаралельних форм у формувальну порожнину з композицією потрапляє повітря, що погіршує якість плівки. Ця проблема посилюється із збільшенням розмірів форми та зменшенням відстані між стінками форми, тобто зменшенням товщини плівки і, як наслідок, складнішим регулюванням геометричних параметрів плівки. Для видалення повітря з композиції обов'язковою є стадія вакуумування. Крім того, проблематичним є формування плівок з композицій із підвищеною в'язкістю, наповнених, а також армованих та багатошарових. В основу корисної моделі поставлена задача створити спосіб формування гідрогелевих плівок, зокрема композиційних, у якому використання нових дій при формуванні забезпечило би одержання рівнотовщинних якісних плівок різного складу, в одну стадію, за спрощеною технологією з можливістю направленого регулювання їх геометричних параметрів. Поставлена задача вирішується тим, що в способі одержання композиційної гідрогелевої плівки, що включає заливання у форму полімер-мономерної композиції та формування плівки, згідно з корисною моделлю, форму вибирають циліндричну, яку обертають навколо горизонтальної осі. Одержання полімерного шару здійснюють безпосередньо під час полімеризації полімермономерної композиції. Відцентрова сила, яка виникає при обертанні циліндричної форми, сприяє ущільненню реакційної маси, в результаті чого отримуються плівки гомогенні, без повітряних включень, через що відпадає потреба у стадії вакуумування полімер-мономерної композиції. Таким чином, спрощується процес одержання та скорочується час виготовлення гідрогелевої плівки. Доцільно здійснювати армування гідрогелевої плівки волокнистими тканими матеріалами. Це забезпечує підвищення міцнісних характеристик плівки. Доцільно здійснювати наповнення гідрогелевої плівки наповнювачами різної природи (неметалічними та металічними). Це забезпечує, залежно від природи наповнювача, підвищення фізико-механічних та теплофізичних характеристик, зменшення усадки, появу бактерицидних, електропровідних та магнітних властивостей. 1 UA 104863 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Доцільно, одночасно з формуванням гідрогелевої плівки, здійснювати її наповнення металевими частинками суміщенням процесів полімеризації та хімічного відновлення металу в об'ємі реакційної суміші. Це забезпечує підвищення однорідності наповнення, зменшення частинок металевого наповнювача до нанорозмірів та, відповідно, покращення властивостей композиційної гідрогелевої плівки. Доцільно на основі гідрогелевої плівки формувати композиційні багатошарові плівки послідовним нанесенням декількох шарів різного складу і, відповідно, з різними властивостями. Це забезпечує модифікацію гідрогелевої плівки та покращення її експлуатаційних характеристик у потрібному напрямку. На кресленні представлено принципову схему здійснення способу формування гідрогелевої плівки відцентровим формуванням. Спосіб формування композиційної гідрогелевої плівки, здійснюють наступним чином. Полімер-мономерну композицію заливають у циліндричну форму, яку обертають навколо горизонтальної осі. Для одержання полімерного шару використовують швидкотверднучі полімер-мономерні композиції на основі ПВП та ГЕМА в присутності солей металів змінного ступеня окиснення, наприклад FeSO4 [Патент України № 11818, МПК C08F 271/00, C08L 33/00. Спосіб одержання гідрофільних полімерів; опубл. 16.01.2006. Бюл. № 1.]. Змішують компоненти полімермономерної композиції безпосередньо перед завантажуванням у циліндричну форму. З об'ємного мірника 1 та вагового дозатора 2 у змішувач 6 надходять, відповідно, ГЕМА та ПВП, після чого, отриману полімер-мономерну композицію фільтрують через фільтр 8. Розчинник та ініціатор змішують у змішувачі 7, куди подають, відповідно, з об'ємного мірника 4 та вагового дозатора 5. Отриманий розчин ініціатора, відфільтровану полімер-мономерну композицію, змішують у змішувачі 9. Приготовану дозу реакційної суміші із змішувача 9 завантажують у циліндричну форму 10 відцентрової установки [Патент України № 106952, МПК В29С 44/00. F16C 13/00. Установка для відцентрового формування трубчастих виробів з полімерних матеріалів; опубл. 27.10.2014, Бюл. № 20.]. Після формування вилучають готовий виріб у вигляді трубчастої гідрогелевої плівки, яку, за необхідності, розрізають по довжині. Приклад 1. Готують полімер-мономерну композицію: 20 мас. ч. ПВП розчиняють у 80 мас. ч. ГЕМА за кімнатної температури та фільтрують. Готують розчин ініціатора: у 50 мас. ч. дистильованої води розчиняють 0,01 %мас. сульфату феруму (II). Отримані розчини змішують. Після цього отриману реакційну суміш заливають у формувальну порожнину циліндричної форми і формують за кімнатної температури та швидкості обертання 700 об/хв протягом 0,5 год. Одержану прозору плівку у вигляді трубчастої заготовки видаляють з форми, розрізають по довжині та промивають дистильованою водою з метою видалення залишкового мономеру та ПВП, який не вступив у реакцію кополімеризації. Приклад 2. У циліндричну форму вкладають арматуру - попередньо вирізану за внутрішніми розмірами оформляючої порожнини форми сітку ткану капронову (ТУ 14-198-115-94, розмір комірки 0,32 мм, діаметр капронової мононитки 0,15 мм). Після цього у форму заливають полімермономерну композицію, здійснюють формування та обробку плівки як ненаповненої. Одержують армовану гідрогелеву плівку. Також отримують наповнені гідрогелеві плівки. Розчин ініціатора, відфільтровану полімермономерну композицію та наповнювач, який подають з вагового дозатора 3, змішують у змішувачі 9. Далі наповнену полімер-мономерну композицію подають у циліндричну форму 10 відцентрової установки (див. креслення). Приклад 3. До полімер-мономерної композиції додають неметалічний порошкоподібний наповнювач, наприклад графіт, аеросил, деревна мука у кількості 5-300 %мас. Наповнену полімермономерну композицію змішують з розчином ініціатора. Формування та обробку плівки здійснюють як ненаповненої. Одержують композиційну гідрогелеву плівку, наповнену неметалічним порошкоподібним наповнювачем. Приклад 4. До полімер-мономерної композиції додають металічний порошкоподібний наповнювач, наприклад, Ni, Co, Fe, Cu, Zn у кількості 5-300 % мас. з розміром частинок 5-50 мкм. Наповнену композицію заливають у циліндричну форму та здійснюють формування та обробку плівки як ненаповненої. 2 UA 104863 U 5 10 15 20 Одержують композиційну гідрогелеву плівку, наповнену металічним порошкоподібним наповнювачем. Приклад 5. До полімер-мономерної композиції додають окисно-відновну систему - розчинені у 25 мас. ч. води окисник, наприклад сульфат нікелю або сульфат міді та відновник, наприклад гіпофосфіт калію. Приготовану суміш заливають у циліндричну форму. При цьому температура формування становить 80 °C. Розмір відновлених, одночасно з полімеризацією, частинок металу-наповнювача становить від 50 нм до 1 мкм. Обробку плівки здійснюють як ненаповненої. Одержують композиційну металонаповнену гідрогелеву плівку суміщенням процесів полімеризації та хімічного відновлення частинок металу. Приклад 6. Аналогічно прикладу 1 формують гідрогелеву плівку. Після цього, у форму із гідрогелевою плівкою здійснюють дозування в'язкотекучої композиції іншого складу та формують наступний шар. Кількість шарів встановлюють залежно від необхідних характеристик плівки. Одержують композиційну багатошарову плівку. Формування та обробку плівки здійснюють як ненаповненої. Під дією відцентрових сил реакційна суміш рівномірно розподіляється на внутрішній поверхні форми суцільним шаром однакової товщини з різнотовщинністю, яка не перевищує 3 1 %. Товщину плівки можливо регулювати об'ємом завантажуваної у форму композиції Vк, см . Для плівок, які формуються з розплавів: l 1  0,01S2D  1  0,01S , 4 де:  - товщина плівки, см; l - довжина формотвірної порожнини циліндричної форми, см; D - діаметр формотвірної порожнини циліндричної форми, см; S - усадка полімерного матеріалу, %. Vк  25 Для плівок, які формуються з реакційно здатних композицій з одночасною полімеризацією (поліконденсацією): Vк  l n 2D    ,  4 м 3 30 де: n , м - відповідно густини полімеру та вихідної композиції, кг/см . Габаритні розміри гідрогелевих плівок залежать від розмірів циліндричної форми. Запропонований спосіб формування гідрогелевих плівок дає можливість одержувати якісні плівкові матеріали з різною, наперед заданою, товщиною, з композицій з різною в'язкістю, наповнених (дисперсними порошковими наповнювачами органічної та неорганічної природи), багатошарових та армованих. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 1. Спосіб одержання композиційної гідрогелевої плівки, що включає заливання у форму полімер-мономерної композиції та формування плівки, який відрізняється тим, що форму вибирають циліндричну, яку обертають навколо горизонтальної осі. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що попередньо у формі розташовують арматуру волокнистий тканий матеріал. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що попередньо до полімер-мономерної композиції додають металевий або неметалевий порошкоподібний наповнювач. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що попередньо до полімер-мономерної композиції додають окисно-відновну систему, суміщаючи процеси полімеризації та хімічного відновлення частинок металу. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що на одержаній гідрогелевій плівці послідовно формують додаткові шари з композицій різного складу. 3 UA 104863 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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 4