PL197217B1 - Sposób fotopolimeryzacji akryloamidu - Google Patents

Abstract

1. Sposób fotopolimeryzacji akryloamidu polegający na naświetlaniu monomeru w obecności kaolinitu interkalowanego akryloamidem, znamienny tym, że naświetla się światłem słonecznym lub źródłem światła sztucznego emitującego fotony o energii wyższej od 2,5eV, roztwór akryloamidu w niższym alkoholu alifatycznym, o długości łańcucha węglowego od C1 do C3 z ewentualnym dodatkiem wody do 40% wagowych.

Description

Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 355247 (13) B1 (51) Int.Cl.

C08F 2/48 (2006.01) C08F 120/56 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 29.07.2002 (54)

Sposób fotopolimeryzacji akryloamidu

	(73) Uprawniony z patentu: Politechnika Wrocławska,Wrocław,PL
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	(72) Twórca(y) wynalazku:
09.02.2004 BUP 03/04	Tadeusz Słonka,Wrocław,PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.03.2008 WUP 03/08	Józef Głowiński,Wrocław,PL Teresa Baczyńska,Wrocław,PL Adam Hałat,Wrocław,PL (74) Pełnomocnik: J. Halina Winohradnik, Politechnika Wrocławska, Biuro ds. Wynalazczości i Ochrony Patentowej

(57) 1 . Soosób fotpoolimerzaccj i kkrylaamiUu o<egacjąyy ^na naświetlaniu monomeru w oeccnocci kaolinitu interkalowanego akryloamidem, znamienny tym, że naświetla się światłem słonecznym luó źródłem światła sztucznego emitującego fotony o energii wyższej od 2,5eV, roztwór akryloamidu w niższym alkoholu alifatycznym, o długości łańcucha węglowego od C1 do C3 z ewentualnym dodatkiem wody do 40% wagowych.

PL 197 217 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób fotopolimeryzacji akryloamidu stosowany do wytwarzania poliakryloamidu lub równoczesnego otrzymywania poliakryloamidu i nanokompozytu kaolinit - poliakryloamid.

Wielkocząsteczkowe polimery i kopolimery akryloamidu znajdują szerokie zastosowanie w różnorodnych dziedzinach gospodarki, zwłaszcza jako środki zagęszczające i retencyjne oraz flokulanty służące do usuwania ciał stałych z zawiesin. W szczególności stosowane są do wspomagania procesów filtracji, a także jako środki pomocnicze przy wierceniach geologicznych.

Istnieje bogata literatura patentowa dotycząca sposobów homopolimeryzacji i kopolimeryzacji akryloamidu z której wynika, że reakcję tę przeprowadza się zazwyczaj w środowisku wodnym przy użyciu typowych inicjatorów jakimi są układy redoks czy związki azowe. Znany np. z polskiego opisu patentowego nr 163 464, sposób polega na prowadzeniu syntezy w środowisku kwaśnym, pH w zakresie 1,5 - 3,5, przy zastosowaniu małych ilości składników utleniająco-redukcyjnego układu inicjującego, składającego się z wodorozpuszczalnego siarczynu lub pirosiarczynu oraz wodorozpuszczalnego nadsiarczanu.

Znany jest też z francuskich opisów patentowych nr, nr 2428053 i 2428054 sposób fotopolimeryzacji, który polega na tym, że do wodnego roztworu akryloamidu o stężeniu do 50% monomeru dodaje się fotoinicjatory w rodzaju benzofenonu lub eteru izopropylowego benzoiny, odtlenia się przedmuchując azotem i naświetla lampą rtęciową przez 15 minut do uzyskania konsystencji plastycznego filmu. Następnie materiał przechodzi do drugiej strefy naświetlania, gdzie ulega utwardzeniu. Znany z japońskiego opisu patentowego nr 10 298215 sposób fotopolimeryzacji polega na tym, że do wodnego roztworu akryloamidu dodaje się fotoinicjator absorbujący promieniowanie o fali krótszej od 360 nm, naświetla zwykłą lampą fluorescencyjną o mocy 20 W do spolimeryzowania poniżej 97% monomeru i zużycia mniej niż 13% inicjatora. Następnie roztwór utwardza się naświetlając go lampą halogenową o mocy 1 KW. Znany z amerykańskiego opisu patentowego nr 3 336 270 sposób polimeryzacji akryloamidu w roztworze alkoholowym polega na tym, że alkoholowo - wodny, zawierający 35-70% wagowych tert-butanolu roztwór monomeru o stężeniu 5-30% wagowych z niewielkim dodatkiem soli odtlenia się przedmuchując azotem, następnie dodaje się inicjatory polimeryzacji, którymi mogą być znane powszechnie związki takie jak nadtlenki, nadsiarczany lub układy utleniająco-redukcyjne w rodzaju soli metali na różnych stopniach utlenienia. W znanych sposobach polimeryzacji w roztworze wodnoalkoholowym wprowadza się do układu inicjatory polimeryzacji, które niestety zanieczyszczają otrzymany polimer.

Z polskiego opisu patentowego nr 183 506 znany jest sposób fotopolimeryzacji akryloamidu w środowisku wodnym, polegający na naświetlaniu zawiesiny akryloamidu w wodzie w obecności kaolinitu interkalowanego akryloamidem. Wytworzony poliakryloamid ma postać żelu, który wymaga dalszej obróbki w celu usunięcia wody.

Istota sposobu fotopolimeryzacji akryloamidu według wynalazku polega na tym, że roztwór akryloamidu w niższym alkoholu alifatycznym, o długości łańcucha węglowego od C1 do C3, z ewentualnym dodatkiem wody do 40%, w obecności kaolinitu interkalowanego akryloamidem, naświetla się światłem słonecznym lub źródłem światła sztucznego emitującego fotony o energii wyższej od 2,5eV. Przy czym zawartość akryloamidu w roztworze alkoholowym wynosi od 30 do 45% wagowych a w roztworze wodno-alkoholowym od 30 do 50% wagowych.

Przy prowadzeniu reakcji sposobem według wynalazku, kaolinit interkalowany akryloamidem inicjuje reakcję polimeryzacji i jednocześnie fotosensybilizuje układ, a więc nie zachodzi potrzeba stosowania inicjatorów reakcji, jak w sposobach znanych ze stanu techniki. Szczególną cechą polimeryzacji w roztworze alkoholowym jest to, że monomer poddawany polimeryzacji w postaci akryloamidu jest rozpuszczalny w takim roztworze a powstały polimer nie rozpuszcza się i zostaje wytrącony z roztworu w postaci osadu. Proces fotopolimeryzacji korzystnie, rozpoczyna się w temperaturach od 0°C do 25°C.

Zaletą sposobu jest to, że fotopolimeryzację interkalowanego kaolinitu i akryloamidu prowadzi się bez dodatków tradycyjnych sensybilizatorów i/lub inicjatorów fotopolimeryzacji. W wyniku reakcji fotopolimeryzacji w roztworze alkoholowym otrzymuje się nierozpuszczalny w tym roztworze polimer, który samorzutnie wytrąca się z roztworu w postaci białego osadu nie zawierającego sensybilizatorów i/lub fotoinicjatorów. Stwierdzono, że w obecności kaolinitu interkalowanego akryloamidem otrzymuje się dłuższe łańcuchy polimerowe oraz większą średnią masę cząsteczkową w porównaniu

PL 197 217 B1 z polimeryzacją z udziałem tradycyjnych sensybilizatorów i/lub inicjatorów polimeryzacji w roztworze. Właściwość ta ma szczególne znaczenie w przypadku reakcji prowadzonej w roztworze alkoholowym lub wodno-alkoholowym, w której otrzymane polimery charakteryzują się mniejszą średnią masą molową w porównaniu z polimeryzacją w roztworach wyłącznie wodnych, ze względu na to, że alkohole są aktywnymi czynnikami reakcji przeniesienia łańcucha. Dłuższe łańcuchy polimerowe poprawiają własności flokulacyjne poliakryloamidu. Fakt, że powstały polimer nie zawiera sensybilizatorów i/lub fotoinicjatorów, w zastosowaniach takich jak oczyszczanie wody pitnej lub sporządzanie kompozycji kosmetycznych, ma zasadnicze znaczenie.

Ważną zaletą sposobu według wynalazku jest to, że unika się trudności wynikających z relatywnie dużego ciepła reakcji polimeryzacji. Polimeryzacja roztworów monomeru o stężeniach w granicach 20-50% inicjowana chemicznymi źródłami wolnych rodników rozpoczyna się efektywnie w temperaturach 30-40°C i w wyniku wydzielania się ciepła reakcji może dojść do poziomu 80°C lub nawet więcej jeżeli ciepło nie będzie efektywnie odbierane. Powoduje to w następstwie niekorzystne skrócenie łańcuchów polimeru. Początkowa szybkość reakcji fotopolimeryzacji zgodnie z wynalazkiem jest niezależna od temperatury, reakcja może więc być inicjowana w temperaturze pokojowej, a nawet niższej tak by maksymalna temperatura reakcji była jak najniższa.

Ponadto zaletą sposobu według wynalazku jest to, że kaolin obecny w układzie spełnia pożyteczną rolę, w takich zastosowaniach jak flokulacja zawiesin węglowych, pochodzących z płuczek węglowych lub odpływów z kopalń odkrywkowych, zwiększając efektywność flokulacji cząstek węgla. Zawiesina kaolinitu interkalowanego polimeryzująca w wyniku ekspozycji na światło pozostaje niezmieniona jeśli przechowuje się ją w ciemności.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania.

P r z y k ł a d I

W naczyniu polietylenowym przezroczystym dla światła widzialnego umieszcza się 2 gramy zawiesiny 30% roztworu akryloamidu w alkoholu etylowym zakwaszonej do pH<3 i interkalowanego akryloamidem kaolinitu w proporcji: 1 gram roztworu i 1 gram interkalatu. Naczynie zamyka się szczelnie i umieszcza w świetle lampy rtęciowej. Utrzymuje się stałą możliwie niską temperaturę naświetlanej próbki. Po 6 godzinach naświetlania otrzymuje się trzy łatwe do rozdzielenia fazy: alkohol z resztkami niespolimeryzowanego monomeru, pośrednią warstwę białego osadu poliakryloamidu i na dole naczynia warstwę nanokompozytu kaolinit - poliakryloamid.

P r z y k ł a d II

W naczyniu polipropylenowym przezroczystym dla światła widzialnego umieszcza się 2 gramy zawiesiny interkalowanego akryloamidem kaolinitu i 40% roztworu akryloamidu w rozpuszczalniku, stanowiącym mieszaninę alkoholu etylowego i wody w stosunku 4:1, zakwaszonych do pH<3 i w proporcji: 1 gram roztworu i 1 gram interkalatu. Naczynie zamyka się szczelnie i umieszcza się w strumieniu światła białego niosącego fotony o energii wyższej od 2,5 eV. Po 5 godzinach naświetlania otrzymuje się trzy łatwe do rozdzielenia fazy: alkohol z resztkami niespolimeryzowanego monomeru, pośrednią warstwę białego osadu poliakryloamidu i na dole naczynia warstwę nanokompozytu kaolinit - poliakryloamid.

P r z y k ł a d III

W naczyniu polietylenowym przezroczystym dla światła widzialnego umieszcza się 2 gramy zawiesiny interkalowanego akryloamidem kaolinitu i 50% roztworu akryloamidu w rozpuszczalniku, stanowiącym mieszaninę alkoholu metylowego i wody w stosunku 3:1, zakwaszonych do pH<3 i w proporcji: 1 gram roztworu i 1 gram interkalatu. Naczynie zamyka się szczelnie i umieszcza w świetle słonecznym. Utrzymuje się stałą możliwie niską temperaturę naświetlanej próbki. Po 4 godzinach naświetlania otrzymuje się trzy łatwe do rozdzielenia fazy: alkohol z resztkami niespolimeryzowanego monomeru, pośrednią warstwę białego osadu poliakryloamidu i na dole naczynia warstwę nanokompozytu kaolinit -poliakryloamid.

P r z y k ł a d IV

W naczyniu polipropylenowym przezroczystym dla światła widzialnego umieszcza się 2 gramy zawiesiny interkalowanego akryloamidem kaolinitu i 30% roztwór akryloamidu w rozpuszczalniku, stanowiącym mieszaninę alkoholu izopropylowego i wody w stosunku 3,3:1 zakwaszonych do pH<3 i w proporcji: 1 gram roztworu i 1 gram interkalatu. Naczynie zamyka się szczelnie i umieszcza w świetle lampy rtęciowej. Po 6 godzinach naświetlania otrzymuje się trzy łatwe do rozdzielenia fazy: alkohol z resztkami niespolimeryzowanego monomeru, pośrednią warstwę białego osadu poliakryloamidu i na dole naczynia warstwę nanokompozytu kaolinit - poliakryloamid.

PL 197 217 B1

P r z y k ł a d V

W naczyniu polietylenowym przezroczystym dla światła widzialnego umieszcza się 2 gramy zawiesiny 45% roztworu akryloamidu w alkoholu metylowym zakwaszonej do pH<3 i interkalowanego akryloamidem kaolinitu w proporcji: 1 gram roztworu i 1 gram interkalatu. Naczynie zamyka się szczelnie i umieszcza w świetle słonecznym. Utrzymuje się stałą możliwie niską temperaturę naświetlanej próbki. Po 6 godzinach naświetlania otrzymuje się trzy łatwe do rozdzielenia fazy: alkohol z resztkami niespolimeryzowanego monomeru, pośrednią warstwę białego osadu poliakryloamidu i na dole naczynia warstwę nanokompozytu kaolinit - poliakryloamid.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób fotopollmeryzacji akryloamidu polegający na naświetlaniu monomeru w obecności kaolinitu interkalowanego akryloamidem, znamienny tym, że naświetla się światłem słonecznym lub źródłem światła sztucznego emitującego fotony o energii wyższej od 2,5eV, roztwór akryloamidu w niższym alkoholu alifatycznym, o długości łańcucha węglowego od C1 do C3 z ewentualnym dodatkiem wody do 40% wagowych.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, tym, że zawartość akryloamidu w roztworze alkoholowym wynosi od 30 do 45% wagowych.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym. że zawartość akryloamidu w r<^^z^\^or^^ wodno-alkoholowym wynosi od 30 do 50% wagowych.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces fotopolimeryzacji rozpoczyna się w temperaturach od 0°C do 25°C.