Способ получения водорастворимого полиэлектролита – структообразователя почв

(2010.01), 08 20/06 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ может найти применение в сельском хозяйстве в качестве структурообразователя почв. Получение водорастворимого полиэлектролита структурообразователя - ВРПЭ осуществляется путем радикальной сополимеризации винилацетата с акриловой кислотой при их мольном соотношении 1,02,0 - 6,0 в водной среде в присутствии инициатора с продуванием инертного газа,выдерживанием в течение 4-х часов при 50 С с последующей обработкой продукта сополимеризации 20 водным раствором органических аминов моно-, ди-, три-, метил, этил или этаноламина 23, Н(СН 3)2, (3)3,225, (25)3, 224, (24)2 или (24)3 до достижения значения рН 8,0 8,5. Полученный ВРПЭ обладает высоким структурообразующим эффектом, биологической совместимостью, экологической безопасностью и может применяться в качестве структурообразователя с целью повышения плодородия, предотвращения эрозии почвы и пылеподавления.(72) Ахметов Ашимжан Сулейменович Асанов Аманкайт Асанович(73) Республиканское государственное казенное предприятие Таразский государственный Университет им. М.Х. Дулати Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРАСТВОРИМОГО ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТА(57) Изобретение относится к коллоидной химии, а именно, к получению биологически совместимого и экологически безопасного водорастворимого полиэлектролита(ВРПЭ),содержащего низкомолекулярные легко усваиваемые питательные элементы, положительно влияющие на рост,развитие, урожайность растений, обладающего высоким структурообразующим действием, который(ВРГТЭ),содержащего низкомолекулярные легко усваиваемые питательные вещества, положительно влияющие на рост,развитие, урожайность растений, обладающего высоким структурообразующим действием, которое может найти применение в сельском хозяйстве для структурирования почв, для предотвращения водной, ветровой и механической эрозии, для повышения плодородия, влагоудерживания и влагопоглощения, облегчения фильтрационных процессов, обеспечивающих миграцию полезных веществ, стимулирующих рост и развитие растений,а также для закрепления грунтов, отвалов, и подвижных песков,предотвращения пылеобразования и для пылеподавления с целью устранения отрицательного влияния на окружающую среду. Известен способ получения водорастворимого полиэлектролита, рекомендованного в качестве структурообразователя бесструктурных эродированных почв,путем гидролиза полиакрилонитрила (ПАН) в водной среде в присутствии гидроксида натрияпрепарата К-4 - аналог.(Ахмедов К.С., Зайнутдинов С. А.с. 145597, 1962). Недостатком предложенного способа получения водорастворимого полимерного препаратаструктурообразователя является ведение процесса гидролиза в присутствиив избытке, который способствует процессу засоления почв, ухудшает их экологическое состояние, а также отрицательно влияет на рост и развитие растений. Кроме того,наличие в составе ВРПЭ избытка гидроксида натрия способствует продолжению процесса гидролиза, что приводит к частичному изменению состава функциональных групп водорастворимого полимера и соответственно к изменению структурообразующего свойства. Кроме того,процесс получения конечного продукта сложен и длителен, так как для получения конечного продукта сначала полимеризуют акрилонитрил в течение 3-6 часов,а затем выделяют образовавшийся полимер ПАН, после чего гидролизуют в специальной установке в течение 22,5 часов. Наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению является способ получения водорастворимого полимера путем сополимеризации винилацетата (ВА) с акриловой кислотой (АК) с последующим омылением продукта сополимеризации в среде 1,0 нормальных водных растворов гидроксида калия (КОН) .(Махкамов А.К., Зайнутдинов С.А., Ахмедов К.С. ДАНУзССР, 8, 1972, с.48) Однако известный способ не позволяет получить водорастворимый полимер с высоким выходом и структурообразующим действием. Причиной этого является то, что в процессе сополимеризации не установлено оптимальное соотношение мономеров ВА и АК, так как увеличение количества ВА в 2 реакционной смеси уменьшает выход и ухудшает растворимость,а увеличение АК выше оптимального приводит к повышению электроотрицательности макроиона продукта сополимеризации, вследствие чего ослабевает структурообразующая способность конечного продукта. Кроме того,сополимеризация осуществляется без удаления кислорода из реакционной системы, не определены оптимальное время и температура сополимеризации. Все это в определенной мере отрицательно сказывается на достижении высокого выхода и молекулярной массы продукта сополимеризации. В связи с этим становится невозможным использовать конечный продукт без выделения из реакционной массы. Задачей данного изобретения является упрощение процесса,сокращение времени,установление оптимальных соотношений мономеров, увеличение выхода и молекулярной массы продукта сополимеризации, улучшение его растворимости в воде и структурообразующего действия,а также введение в состав водорастворимого полиэлектролитаструктурообразователя полезных питательных элементов, положительно влияющих на рост,развитие, урожайность растений и сельхозкультур. Поставленная задача решается путем сополимеризации винилацетата (ВА) с акриловой кислотой (АК) при оптимальном мольном соотношении 1,02,0-6,0 в водной среде с удалением кислорода, в присутствии инициатора персульфата калия 228 при температуре 50 С в течение 4-х часов и последующей обработкой продукта сополимеризации 20-ным водным раствором органических аминов моно-, ди-, три-метил, этил или этаноламина 23 (3)2 (3)3 225 (25)2 (25)3 2 С 2 Н 4 ОН(24)2 или (24)3 до рН 8,0-8,5. Отличительная особенность предлагаемого способа заключается в том, что сополимеризацию ведут в водной среде с удалением кислорода при оптимальном соотношении мономерных звеньев ВА и АК 1,02,0-6,0 при температуре 50 С в течение 4-х часов и последующей обработкой продукта сополимеризации 20-ным водным раствором органических аминов метиламин или диметилдамин или триметиламин или этиламин или диэтиламин или триэтиламин или этаноламин или диэтаноламин или триэтаноламин 23(24)3 до достижения значения рН равном 8,0-8,5. Положительное влияние подобных условий заключается в том, что осуществление процесса сополимеризации в водной среде с продуванием азота при оптимальном соотношении мономеров(1,02,0-6,0 моль) улучшает радикалообразующую способность мономеров, позволяет понизить температуру и сократить время процесса сополимеризации, повысить выход и молекулярную массу продукта сополимеризации. Нейтрализация продукта сополимеризации путем добавления солей слабых минеральных кислот приводит не только к 23166 улучшению растворимости, но и к усилению структурообразующего действия за счет регулирования конформационного состояния в связи с переходом макромолекулы от свернутого состояния к более развернутому, которое приводит к увеличению количества активных функциональных групп, расположенных вдоль цепи макромолекулы, способных образовывать связи с поверхностью почвенных частиц, и к увеличению длины макроцепи, что оказывает положительное влияние на мостикообразующий эффект макромолекул между почвенными частицами. Наряду с этим, применение для нейтрализации органических аминов, отличающихся степенью замещения и длиной углеводородных радикалов,улучшает биологическую совместимость и обеспечивает экологическую безопасность, а также повышает плодородие почв и сопротивляемость растений к различным болезням при применении в качестве структурообразователя конечного продукта сополимеризации. Для получения ВРПЭ в реакционную колбу емкостью 750 см помещают необходимое количество ВА и АК, а также воду. Затем вводят персульфат калия 228,перемешивают взбалтыванием до образования гомогенного раствора. Процесс радикальной сополимеризации проводят в инертной среде при температуре 50 С в течение 4-х часов. Полученный продукт сополимеризации обрабатывают,нейтрализуя добавлением 20-ного водного раствора органических аминов метиламин или диметилдамин или триметиламин или этиламин или диэтиламин или триэтиламин или этаноламин или диэтаноламин или триэтаноламин 2 СН 3 Н(СН 3)2 (СН 3)3 225 (25)2 (25)3 224(24)3 до достижения значения рН равном 8,0-8,5. При этом установлено оптимальное мольное соотношение винилацетата (ВА) и акриловой кислоты(АК) 1,02,0-6,0 соответственно. Увеличение в составе реакционной смеси ВА приводит к помутнению раствора за счет ухудшения растворимости. Кроме того, при соотношениях мономеров 2,0-1,01,0 моль выход продукта не превышает 75-85,а состав сополимера,установленный на основании элементного анализа и по кислотному числу, не соответствует исходному составу мономеров, взятого для проведения реакции. А при соотношениях ВААК 1,08,0 и выше, хотя и образуется водорастворимый продукт,но несколько ухудшается структурообразующий эффект продуктов сополимеризации за счет уменьшения относительного количества нейтральных неионизируемых ацетатных групп,которые содержат две оксо-группы, обладающие более высокой способностью образовывать связи с поверхностью почвенной частицы и увеличения электроотрицательности макроиона, затрудняющей образование связи с поверхностью отрицательно заряженной почвенной частицы. Оптимальный выход, полученный предлагаемым способом в процессе сополимеризации ВААК в мольном соотношении 1,02,0-6,0, при температуре 50 С, составляет 99,4-99,8. При этом образуется сополимер с молекулярной массой 2,5-3,5105 единиц, хорошо осаждающийся из водных растворов при добавлении 10-ной НС. Для выделения продукта сополимеризации раствор разбавляют водой до 3,0-4,0 и добавляют НС. Для практических целей осаждение образцов сополимера необязательно. Осажденный и высушенный продукт сополимеризации растворим в слабощелочных водных растворах, нерастворим в кислых водных растворах, а также в спирте,диоксане и др. органических растворителях. Примеры выполнения способа. Пример 1. В реакционную колбу емкостью 750 см 3 помещают 340 мл воды, 22,44 г ВА и 37,56 г АК (соотношение мономеров 1,02,0 моль), затем 0,30 г персульфата калия. Колбу с реакционной смесью продувают азотом, герметизируют и выдерживают в течение 4-х часов при 50 С. Выход продукта сополимеразации составляет 99,4. Полученный образец условно обозначают ВААК-2 Н. Пример 2. В реакционную колбу емкостью 750 см 3 помещают 340 мл воды, 13,8 г ВА и 46,2 г АК(соотношение мономеров 1,04,0 моль), затем 0,30 г персульфата калия. Колбу с реакционной смесью продувают азотом, герметизируют и выдерживают в течение 4-х часов при 50 С. Выход продукта сополимеризации составляет 99,6. Полученный образец условно обозначают ВААК-3 Н. Пример 3. Все как в примерах 1,2 за исключением того, что для сополимеризации берут 9,96 г ВА и 50,04 г АК. При этом соотношение мономеров 1,06,0 моль. Выход продукта сополимеразации 99,8. Полученный образец условно обозначают ВААК-4-Н. Пример 4. Полученные продукты сополимеризации по примерам 1,2,3 ВААК-2-Н,ВААК-3-Н и ВААК-4-Н обрабатывают 20 водным раствором диметиламина (3)2, доводят значение рН до 8,0-8,5. Образовавшиеся продукты условно обозначают -2-(3)2, -3(3)2, -4-(3)2 соответственно. Получение образцов ВРПЭ -2-23-4-(25)2 -4-(25)3 -4224 -4-(24)2 -4(24)3 осуществляется как в примере 4, за исключением того, что для обработки берут 20 ные водные растворы метиламина или диметилдамина или триметиламина или этиламина или диэтиламина или триэтиламина или этаноламина или диэтаноламина или триэтаноламина 23 (3)2 (3)3 3(24)2 (24)3 до достижения значения рН равном 8,0-8,5, соответственно. Во всех случаях при обработке продукта сополимеризации до рН 8,0-8,5 с добавлением органических аминов образуется гомогенная высоковязкая, быстрорастворимая в воде масса,отличающаяся составом сопутствующих ионов органических аминов, не требующая выделения из реакционной массы при практическом использовании. Известно что структурообразующее действие ВРПЭ оценивают,определяя количество водопрочных агрегатов (ВПА ) в бесструктурной почве. Структурообразующее действие образцов ВРПЭ,определенное известным методом, показывает, что количество ВПА изменяется в зависимости от концентрации и условий получения ВРПЭ. Как свидетельствуют экспериментальные данные, наиболее высокое структурообразующее действие проявляют образцы ВРПЭ, полученные путем обработки продукта сополимеризации ВА и АК в мольном соотношении 1,02,0-6,0 органическими аминами до рН 8,0-8,5. Сравнение струкурообразующего действия образцов ВРПЭ,полученных предлагаемым способом по примеру 4, с известным способом 2 прототип показало, что при обработке почвы растворами ВРПЭ, полученными предлагаемым способом, при концентрации 0,050 г/дл образуется около 52,20-53,50 ВПА (таблица). Таблица ВРПЭ,полученный по способу прототипа 0,0 10,2 17,3 26,4 35,4 43,4 52,4 Для образования примерно такого же количества к повышению сопротивляемости растений к ВПА в бесструктурной почве Жамбылской области различным болезням. Таким образом выявлено,что в присутствии ВРПЭ, полученного известным способом прототип необходимо использовать структурообразующий эффект образцов ВРПЭ концентрацию 0,50 г/дл (таблица), что примерно в полученных путем радикальной сополимеризации ВА и АК, зависит в основном от способа получения,10 раз больше. Структурообразующее действие образцов ВРПЭ, от условий проведения реакции сополимеризации,полученных предлагаемым способом, почти 3,5-4,5 соотношения мономеров и значения рН конечного раза выше, чем у К-4 и ПАА (Николаев А.Ф., продукта сополимеризации, а также от вида Охрименко Г.И.) которые рекомендованы в качестве нейтрализующего реагента. стуктурообразователей почвы. Известные ВРПЭ К-4 и ПАА проявляют не только относительно слабое ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ структурообразующее действие, но наряду с этим они содержат в своем составе ионы , которые Способ получения водорастворимого оказывают отрицательное влияние на рост, полиэлектролита-структурообразователя почв путем развитие, урожайность растений и сельхозкультур, а радикальной сополимеризации винилацетата и также на окружающую среду. акриловой кислоты в водной среде, отличающийся Результаты экспериментальных данных тем, что процесс сополимеризации осуществляется в свидетельствуют о том, что наиболее высоким присутствии инициатора персульфата калия 22 О 8 структурообразующим эффектом обладают образцы при мольном соотношении мономеров 1,02,0-6,0 в ВААК-2-Н(СН 3)2, -3-(3)2, -4- водной среде с продуванием азота при температуре(3)2,-2-(25)2,ВААК-3- 50 С, в течение 4-х часов, с последующей об(24)2, -4-(24)2 особенно работкой продукта сополимеризации 20-ным-3-(3)2,-3-(24)2. К водным аминов раствором органических преимуществам этих образцов ВРПЭ можно отнести метиламин или диметиламин или триметиламин или содержание в их составе ионов органических этиламин или диэтиламин или три-этиламин или аминов в виде Н(СН 3)2 или (24)2, этаноламин или диэтаноламин или триэтаноламин которые в определенной мере усиливают 23 Н(3)2 (3)3 Н 2 С 2 Н 5 Н (С 2 Н 5)2 структурообразующее действие,оказывают Н(2 Н 2)3 224 ОН (24)2 (24)3 положительное влияние на плодородие почвы, рост до достижения значенияравном 8,0-8,5. урожайности и развитие растений, а также приводят Верстка Косалиева Б.А. Корректор Мадеева П.А. 4