Способ получения интерполимерных мембран

(51) 08 5/22 (2006.01) 01 67/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ общем растворителе полимерного связующего поливинилхлорида и диглицидилового эфира резорцина или диглицидилового эфира диоксидифенилпропана с виниловым эфиром моноэтаноламина и аллилбромидом в присутствии различных полиаминов полиэтиленимина,полиэтиленполиамина и гексаметиленполиамина содержащих функциональные группы различной основности, отлива реакционной массы на гладкую поверхность для формования полимерной пленки и удаления растворителя. Совокупность свойств полученных интерполимерных мембран предполагает их использование в электродиализном опреснении минерализованных вод, что может улучшить обеспечение питьевой водой засушливых районов Казахстана.(72) Ергожин Едил Ергожаевич Чалов Тулеген Каменович Ковригина Татьяна Васильевна Хакимболатова Камила Хакимболатовна(73) Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт химических наук им. А.Б. Бектурова республиканского государственного предприятия на праве хозяйственного ведения Центр наук о земле,металлургии и обогащения Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИНТЕРПОЛИМЕРНЫХ МЕМБРАН(57) Изобретение относится к области синтеза интерполимерных мембран путем совмещения в 21336 Изобретение относится к области получения интерполимерных мембран для процессов электродиализа с повышенной селективностью и обладающих низким электросопротивлением и высокой обменной емкостью. Известен способ получения интерполимерных мембран на основе сополимера тетрафторэтилена и фторсодержащего винилового эфира, а также аминосодержащего полимера с обменной емкостью 1,5 мг-экв/г. Мембраны получают обработкой аминами в растворе диметилформамида (ДМФА) 8 ч при 60 С и восстановлением образовавшегося амида 4 с добавлением 3. Затем охлаждают льдом и выдерживают 24 ч при 100 С. Полученные аминогруппы в полимере алкилируют в течение 30 ч и обрабатывают различными способами. Синтезированные мембраны имеют поверхностное электросопротивление в 0,5 нпри частоте тока 1 кГц 1,5 Омсм 2 (заявка Японии 62-45628, кл. С 08 5/22,1987). Недостатком данных способов являются сложность и много стадийность получения мембран,их низкая обменная емкость и недостаточная селективность, труднодоступность исходных соединений. Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является способ получения интерполимерных мембран пропиткой не (тканого) материала из поливинилхлорида (ПВХ) или поливинилиденхлорида смесью винильного мономера, содержащего аминогруппу, рассчитанного количества сшивающего агента и радикального инициатора с последующей полимеризацией при 90 С. Синтезированная таким образом мембрана обладает поверхностным электросопротивлением 1,1 Омсм 2 в 0,5 н , прочность на разрыв в набухшем состоянии 4,3 кГ/см 2, относительное удлинение при разрыве 20 (заявка Японии 6241234, кл. 08 5/22, 1987). Недостатками данного способа являются низкая механическая прочность, неудовлетворительные электрохимические свойства мембран и высокая водопроницаемость,значительно снижающая селективность. Задачей изобретения является разработка нового способа получения интерполимерных мембран из поливинилхлорида, эпоксидных и аллильных соединений и некоторых ди- и полиаминов, являющихся носителями различных функциональных групп. Техническим результатом является упрощение процесса, повышение статической обменной емкости (СОЕ), механической прочности и улучшение физико-химических и электрохимических свойств мембран. Технический результат достигается описываемым способом путем совмещения ПВХ с диглицидиловым эфиром резорцина (ДГЭР) или диглицидиловым эфиром диоксидифенилпропана(ВЭМЭА), аллилбромидом (АБ) и различными ди-и полиаминами (полиэтиленимин (ПЭИ), полиэтиленполиамин (ПЭПА), гексаметилендиамин (ГМДА. Сущность изобретения заключается в следующем в реактор помещают ПВХ, ДГЭР или ЭД-20, ВЭМЭА, АБ и ПЭИ или ПЭПА, или ГМДА,растворяют в диметилформамиде (ДМФА) при 70 С и перемешивают в течение 3 ч. Затем реакционную массу отливают на гладкую поверхность, сушат под УФ-светом. Существенным отличием предлагаемого способа является использование ДГЭР или ЭД-20, ВЭМЭА,АБ и ПЭИ или ПЭПА, или ГМДА в определенном соотношении, которые выполняют функцию исходных соединений, образующих при реакции поликонденсации трехмерную полимерную структуру, содержащую в своем составе различные функциональные группы (первичные и вторичные аминогруппы, а также третичный и четвертичный азот). Линейная молекула ПВХ, проникая в полимерную сетку полиэлектролита, образует структуру типа змея в клетке Реакция поликонденсации осуществляется при низкой температуре (70 С) и продолжительности в течение 3 ч. Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. В трехгорлый реактор, снабженный механической мешалкой, обратным холодильником и термометром, загружают 0,93 г (мас. ч.) ПВХ растворенный в 20 мл ДМФА, 1 г ДГЭР, 1 г ВЭМЭА, 1 г АБ и 0,1 г ПЭИ растворенный в 3-5 мл ДМФА. Температура реакции составляет 70 С,продолжительность - 3 ч. Затем полученную реакционную массу отливают на гладкую стеклянную поверхность, сушат под УФ-светом в течение суток. Гибкая эластичная пленка имеет прочность на разрыв 67 кГ/см 2, относительное удлинение 4, статическая обменная емкость (СОЕ) равна 4,7 мг-экв/г, удельное электросопротивление 58 Омсм, поверхностное - 3,2 Омсм 2, удельная водопроницаемость 0,610-14 м 3 с/г. Пример 2. В трехгорлый реактор, снабженный механической мешалкой, обратным холодильником и термометром, загружают 1,26 г (мас.ч.) ПВХ растворенный в 20 мл ДМФА, 2 г ДГЭР, 1 г ВЭМЭА, 1 г АБ и 0,2 г ПЭИ растворенный в 3-5 мл ДМФА. Условия реакции и дальнейшая обработка по примеру 1. Полученные интерполимерные мембраны имеют прочность на разрыв 62 кГ/см ,относительное удлинение 5,2, СОЕ равна 3,7 мгэкв/г, удельное электросопротивление 60 Омсм,поверхностное - 2,3 Омсм 2, удельная водопроницаемость 1,710-14 см 3 с/г. Пример 3. В трехгорлый реактор, снабженный механической мешалкой, обратным холодильником и термометром, загружают 0,93 г (мас. ч.) ПВХ растворенный в 20 мл ДМФА, 1 г ДГЭР, 1 г ВЭМЭА, 1 г АБ и 0,1 г ПЭПА растворенный в 3-5 мл ДМФА. Условия реакции и дальнейшая обработка по примеру 1. Полученные интерполимерные мембраны имеют прочность на разрыв 55 кГ/см 2,относительное удлинение 3,7, СОЕ равна 4,0 мгэкв/г, удельное электросопротивление 55 Омсм,поверхностное - 2,8 Омсм 2, удельная водопроницаемость 0,810-14 см 3 с/г. Пример 4. В трехгорлый реактор, снабженный механической мешалкой, обратным холодильником и термометром, загружают 1,26 г (мас. ч.) ПВХ растворенный в 20 мл ДМФА, 2 г ДГЭР, 1 г ВЭМЭА, 1 г АБ и 0,2 г ПЭПА растворенный в 3-5 мл ДМФА. Условия реакции и дальнейшая обработка по примеру 1. Полученные интерполимерные мембраны имеют прочность на разрыв 55 кГ/см 2, относительное удлинение 3,8, СОЕ равна 3,8 мг-экв/г, удельное электросопротивление 60 Омсм, поверхностное - 2,1 Омсм 2, удельная водопроницаемость 0,810-14 см 3 с/г. Пример 5. В трехгорлый реактор, снабженный механической мешалкой, обратным холодильником и термометром, загружают 0,93 г (мас. ч.) ПВХ растворенный в 20 мл ДМФА, 1 г ДГЭР, 1 г ВЭМЭА, 1 г АБ и 0,1 г ГМДА растворенный в 3-5 мл ДМФА. Условия реакции и дальнейшая обработка по примеру 1. Полученные интерполимерные мембраны имеют прочность на разрыв 45 кГ/см 2, относительное удлинение 4,0, СОЕ равна 4,9 мг-экв/г, удельное электросопротивление 40 Омсм, поверхностное - 2,2 Омсм 2, удельная водопроницаемость 0,910-14 см 3 с/г. Пример 6. В трехгорлый реактор, снабженный механической мешалкой, обратным холодильником и термометром, загружают 1,26 г (мас. ч.) ПВХ растворенный в 20 мл ДМФА, 2 г ДГЭР, 1 г ВЭМЭА, 1 г АБ и 0,2 г ГМДА растворенный в 3-5 мл ДМФА. Условия реакции и дальнейшая обработка по примеру 1. Полученные интерполимерные мембраны имеют прочность на разрыв 55 кГ/см 2,относительное удлинение 4,0, СОЕ равна 4,5 мгэкв/г, удельное электросопротивление 55 Омсм,поверхностное - 1,9 Омсм 2, удельная водопроницаемость 1,010-14 см 3 с/г. Пример 7. В трехгорлый реактор, снабженный механической мешалкой, обратным холодильником и термометром, загружают 1,2 г (мас. ч.) ПВХ растворенный в 20 мл ДМФА, 2 г ЭД-20, 1 г ВЭМЭА и 1 г АБ. Условия реакции и дальнейшая обработка по примеру 1. Полученные интерполимерные мембраны имеют прочность на разрыв 70 кГ/см 2, относительное удлинение 2,2,СОЕ равна 3,2 мг-экв/г,удельное электросопротивление 75 Омсм, поверхностное 2,8 Омсм 2, удельная водопроницаемость 1,310-14 м 3 с/г. Пример 8. В трехгорлый реактор, снабженный механической мешалкой, обратным холодильником и термометром, загружают 1,5 г (мас. ч.) ПВХ растворенный в 20 мл ДМФА, 2 г ЭД-20, 1 г ВЭМЭА и 2 г АБ. Условия реакции и дальнейшая обработка по примеру 1. Полученные интерполимерные мембраны имеют прочность на разрыв 75 кГ/см 2 относительное удлинение 4,2 СОЕ равна 3,0 мг-экв/г, удельное электросопротивление 69 Омсм, поверхностное - 2,2 Омсм 2, удельная водопроницаемость 0,810-14 см 3 с/г. Таблица. Некоторые свойства интерполимерных мембран по прототипу и предлагаемому способу Как видно из полученных данных, синтезированные интерполимерные мембраны обладают высокими физико-механическими и электрохимическими свойствами, а также повышенной обменной емкостью. Способ прост в осуществлении, не требует дефицитных и токсичных реагентов. Отличительными особенностями способа являются, во-первых, использование местного дешевого сырья (таких как ВЭМЭА, ЭД-20), вовторых, проведение реакции в мягких условиях. Повышение температуры более 70 С нецелесообразно, поскольку она не влияет на скорость проведения процесса и не приводит к улучшению свойств мембран. Таким образом, синтезированы интерполимерные мембраны путем отлива реакционной массы,содержащей различные функциональные группы, на гладкую поверхность для формирования полимерной пленки и удаления растворителя. Образование полимерной структуры типа змея в клетке происходит под воздействием УФизлучения. Полученные интерполимерные мембраны обладают повышенной обменной емкостью(3,0-4,9 мг-экв/г), низким удельным электросопротивлением (40-75 Омсм) и достаточной механической прочностью (45-70 кГ/см 2). Совокупность свойств полученных интерполимерных мембран дает возможность их 3 21336 использования в процессах электродиализа, что способствует внедрению сорбционных и мембранных технологий, основанных на отечественных ионообменных материалах. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения интерполимерных мембран путем совмещения поливинилхлорида (П) с соединениями, содержащими аминогруппы, при нагревании, отличающийся тем, что в качестве(ПЭПА) и гексаметилендиамин (ГМДА), а совмещение проводят при 70 С в растворителе, в который дополнительно вводят диглицидиловый эфир диоксидифенилпропана (ЭД-20), вениловый эфир моноэтаноламина (ВЭМЭА) и алилбробид(АБ) при соотношении (мас.ч.) П амин (ПЭИ,ПЭПА, ГМДА)ДГЭРВЭМЭААБ, равном 0,931,260,1-0,21-211 или ПВХЭД-20 ВЭМЭААБ при соотношении равном 1,2-1,5211 -2.