Способ получения водорастворимого полиэлектролита – структурообразователя почв

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Способ получения водорастворимого полиэлектролита структурообразователя почв осуществляется путем радикальной сополимеризации итаконовой кислоты. ИК с амидом акриловой кислоты - акриламидом АА при мольном соотношении 1,06,0-8,0 при исходных значенияреакционной смеси выдерживанием при температуре 45 С в течение 4-х часов с предварительным вытеснением воздуха инертным газом и последующей обработкой продукта сополимеризации 20 водным раствором органических моно-, ди-, три- метил, этил и этаноламинов 23(24)2 или (24)3 до рН 8,0-8,5. Полученный водорастворимый полиэлектролит предлагаемым способом проявляет структурообразующий эффект почти в 10 раз выше,по сравнению ВРПЭ полученный по способу прототипа, и в 3,5-4,5 раз выше, чем широко известного ВРПЭ К-4 и ПАА и может применяться в качестве структурообразователя бесструктурных почв, а также для закрепления грунтов, отвалов и подвижных песков,для предотвращения пылеобразования и подавления пыли.(72) Асанов Аманкайт Асанович Сахы Мсылманбек(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Таразский государственный университет им. М.Х.Дулати Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРАСТВОРИМОГО ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТА СТРУКТУРООБРАЗОВАТЕЛЯ ПОЧВ(57) Изобретение относится к коллоидной химии, а именно к получению биологически совместимого и экологически безопасного водорастворимого полимера(ВРПЭ),содержащего низкомолекулярные, легко усвояемые питательные элементы, положительно влияющие на рост,развитие, урожайность растений, обладающего высоким структурообразующим действием, который может найти применение в сельском хозяйстве в качестве структурообразователя почв.(ВРПЭ),содержащего низкомолекулярные легко усвояемые 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 влагопоглащения, облегчения фильтрационных процессов, обеспечивающих миграцию полезных веществ, стимулирующих рост и развитие растений,а также для закрепления грунтов, отвалов, и подвижных песков, пылеобразования и для пылеподавления с целью устранения отрицательного влияния на окружающую среду. Известен способ получения водорастворимого полиэлектролита (ВРПЭ), 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. А.с. СССР 145597, 1962 г., (Ахмедов К.С.,Зайнутдинов С.А. А.с. СССР 145597, 1962). Недостатком предложенного способа получения водорастворимого полиэлектролитного препарата структурообразователя является ведение процесса гидролиза в присутствии реагентав избытке,который способствует процессу засоления почв,ухудшения их экологического состояния, а также отрицательно влияющие 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 полиэлектролита и соответственно к изменению структурообразующего свойства. Кроме того, процесс получения конечного продукта сложен и длителен, так как для получения конечного продукта сначала полимеризуют акрилонитрил (АН) в течение 3-4 часов, а затем выделяют образовавшийся полиэлектролит ПАН,после чего гидролизуют в специальной установке в течение 2-2,5 часов. Наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению является способ получения водорастворимого полиэлектролита(ВРПЭ) путем сополимеризации итаконовой кислоты(АК) или метакриловыми (МАК) мономерамы Аскаров М.А.,Семенова Л, Бабаджанова Э.Н. //Узб. хим. ж.,1968 1 - С. 38. - прототип, (Аскаров М.А.,Семенова Л, Бабаджанова Э.Н. //Узб. хим. ж.,1968 1 - С. 38). По данному способу,сополимеризация итаконовой кислоты ИК с АК или МАК мономерами осуществляется в запайных ампулах в водном растворе соляной кислоты (НС) в присутствии персульфата калия 228 при температуре 40 С в течение 8 суток. При этом выход продукта не превышает 81,5. К недостаткам этого способа относятся применение соляной кислоты , который приводит в определенной мере к уменьшению выхода продукта, к увеличению продолжительности процесса сополимеризации и усиливает агрессивность реакционной среды, а также невозможность использования продукта сополимеризации без его обязательного выделения из реакционной массы. Поэтому согласно Аскаров М.А., Семенова Л, Бабаджанова Э.Н. //Узб. хим. ж., 1968 1 - С. 38. - прототип, (Аскаров М.А.,Семенова Л, Бабаджанова Э.Н. //Узб. хим. ж.,1968 1 С. 38) полученный продукт осаждают и выделяют из реакционной среды использованием дорогостоящих,малодоступных,огнеопасных органических соединении-ацетон и высушивают, а затем вновь растворяют в воде, что приводит не только к увеличению себестоимости и усложнению процесса получения,но и к снижению структурообразующего эффекта конечного продукта. Задачей данного изобретения является упрощение процесса,сокращение времени,установление оптимальных соотношение мономеров, увеличение выхода и регулирование молекулярной массы и конформаций макромолекулы продукта сополимеризации,улучшения его растворимости в воде и структурообразующего действия, а также введение в состав водорастворимого полиэлектролита ВРПЭ структурообразователя полезных питательных элементов, положительно влияющие на рост,развитие, урожайность растений и сельхозкультур. Поставленная задача решается путем сополимеризации итаконовой кислоты (ИК) с амидом акриловой кислоты - акриламидом (АА) при оптимальном мольном соотношении 1,06,0-8,0 в водной среде при исходных значениях , с удалением кислорода, при температуре 45 С, в течений 4-х часов и последующей обработкой продукта сополимеризации 20-ным водным раствором органических аминов моно-, ди-,триметил, этил или этаноламина 23 (3)2(25)3 224 (24)2 или (24)3 до 8,0-8,5. Отличительная особенность предлагаемого способа заключается в том, что сополимеризацию ведут в водной среде при исходных значениях , с удалением кислорода,при оптимальном соотношении мономернов ИК и АА 1,06,0-8,0 при температуре 45 С, в течений 4-х часов и последующей обработкой продукта сополимеризации 20-ным водным раствором органических аминов моно-, ди-, триметил, этил или этаноламина 23 Н(СН 3)2 (3)3 225(25)2 (25)3 224 (2 4)2 или (24)3 до 8,0-8,5. Положительное влияние подобных условий заключается в том, что осуществление процесса сополимеризации в водной среде при исходном значениипродуванием азота при оптимальном соотношений мономеров(1,06,0-8,01 моль) улучшает радикалообразующую способность мономеров, позволяет понизить температуру и сократить время процесса сополимеризации,повысить выход и регулировать молекулярную массу продукта сополимеризации. Нейтрализация продукта сополимеризации путем добавления органических аминов приводит не только к 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 расположенные вдоль цепи,способных образовывать связи с поверхностью почвенных частиц, и к увеличению длины макроцепи, что оказывает положительное влияние на мостикообразующие эффект макромолекул между почвенными частицами. Наряду с этим применение для нейтрализаций 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 применений в качестве структурообразователя конечного продукта сополимеризации. Конкретные примеры осуществления способа Пример 1. В реакционную колбу емкостью 250 см 3 помещают 85 мл воды, 3,51 г ИК и 11,49 г АА(соотношение мономеров 1,06,0 моль), затем 0,06 г персульфата калия. Колбу с реакционной смесью продувают азотом, герметизируют и выдерживают в течении 4-х часов при 45 С. Полученный продукт сополимеризации разбавляют водой, а затем добавляя ацетон или диоксан,осаждают, высушивают продукт до постоянного веса в вакуумном шкафу при 40 С. Определяют выход, содержание азота (,) и кислотное число(КЧ.). На основании содержания азотаи (КЧ.) устанавливают состав продукта сополимеризации. Выход продукта сополимеразации составляет 99,78. Полученный образец условно обозначают ИКАА-4-Н. Пример 2. В реакционную колбу емкостью 250 г/см 3 помещают 85 мл воды, 2,19 г ИК и 12,11 г АА (соотношение мономеров 1,08,0 моль), затем 0,06 г персульфата калия. Колбу с реакционной смесью продувают азотом, герметизируют и выдерживают в течении 4-х часов при 45 С. Выход продукта сополимеризации составляет 99,88. Полученный образец условно обозначают ИКАА-5 Н. Пример 3. Полученные продукты сополимеризации по примерам 1, 2 ИКАА-4-Н,ИКАА-5-Н обрабатывают 20 водным раствором диметиламина (3)2, доводят значениедо 8,0-8,5. Образовавшиеся продукты условно обозначают ИКАА-4-(3)2, ИКАА-5-Н(СН 3)2 соответственно. Получение образцов ВРПЭ ИК-4-23 ИК-4-(3)3 ИКАА-4-225 ИК-4(25)2 ИК-4-(25)3 ИКАА-4224 ИКАА-4-(24)2 ИК-4(24)3 ИК-5-23 ИК-5-(3)3 ИКАА-5- 225 ИК-5-(25)2 ИК-5(25)3 ИК-5-224 ИКАА-5(24)2 ИК-5-(24)3 осуществляется как в примере 3, за исключением того, то для обработки берут 20-ные водные растворы моно-,ди-, три- метил, этил или этаноламинов 23(25)3 224 (24)2 или (24)3 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 соотношением мономерных звеньев и противоионами карбоксидных групп, не требующая выделения из реакционной массы при практическом использовании. При изучении процесса сополимеризации было установлено, что оптимальное соотношение ИК и АА является 1,06,0-8,0 моль. Уменьшение количество АА в составе реакционной смеси приводит к некоторому увеличение времени сополимеризации, а так же снижение выхода. Увеличение А А выше оптимального соотношения так же нежелательно, так как при этом уменьшается количества ионизируемых карбоксидных функциональных групп, которые приводит к ослаблению структурообразующего действие конечного продукта. Если температура реакции сополимеризации ниже 45 С то реакция сополимеризации протекает не до конца, а если выше 50 С,то образуется относительно низкомолекулярный продукт. Известно Ахмедов К.С. и др. Водорастворимые полимеры и их взаимодействие с дисперсными системами. Изд. ФАН УзССР. Ташкент, 1969. С. 24-29. (Ахмедов К.С. и др. Водорастворимые полимеры и их взаимодействие с дисперсными системами. Изд. ФАН УзССР. Ташкент, 1969. С. 24-29.), что структурообразующее действие ВРПЭ оценивают, определяя количество водопрочных агрегатов (ВПА ) в бесструктурной почве. Таблица Изменение количество ВПАв зависимости от концентрации ВРПЭ ВРПЭ, полученный по способу прототипа ВРПЭ, полученный предлагаемым способом 1,06,0 1,08,0 0,0 0,0 ВРПЭ, полученный по способу прототипа ВРПЭ, полученный предлагаемым способом 1,06,0 1,08,0 24,3 25,7 36,3 37,9 52,7 53,4 68,9 70,2 82,2 83,1 94,1 95,0 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 органическими аминами до рН 8,0-8,5(предлагаемый способ). Сравнение струкурообразующего действие образцов ВРПЭ,полученных предлагаемым способом, с известным способом Аскаров М.А.,Семенова Л, Бабаджанова Э.Н. //Узб. хим. ж.,1968 1 - С. 38. прототип показало, что при обработке почвы растворами ВРПЭ, полученными предлагаемым способом, при концентрации 0,050 г/дл образуется около 52,70-53,40 ВПА (таблица). Для образования примерно такого же количества ВПА в бесструктурной почве Жамбылской области в присутствии ВРПЭ, полученного известным способом Аскаров М.А.,Семенова Л,Бабаджанова Э.Н. //Узб. хим. ж., 1968 1 - С. 38. прототип необходимо использовать концентрацию 0,50 г/дл (таблица), что почти в 10 раз больше. Структурообразующее действие образцов ВРПЭ,полученных предлагаемым способом, почти 3,5-4,5 раза выше, чем у К-4 Ахмедов К.С., Зайнутдинов С.А. А.с. СССР 145597, 1962 г. и ПАА Николаев А.Ф., Охрименко Г.И. Водорастворимые полимеры, Л Химия, 1979, С. 64. (Николаев А.Ф.,Охрименко Г.И. Водорастворимые полимеры, Л. Химия, 1979, С. 64), которые рекомендованы в качестве стуктурообразователей почвы. Известные ВРПЭ К-4 и ПАА проявляют не только относительно слабое структурообразующее действие, но наряду с этим они содержат в своем составе ионы , которые оказывают отрицательное влияние на рост, развитие, урожайность растений и сельхозкультур, а также на окружающую среду. Результаты экспериментальных данных,свидетельствуют о том, что наиболее высоким структурообразующим эффектом обладают образцы ИК-4-4(3)2, ИК-5-4(3)2, ИКАА-4(С 2 Н 5 ОН)2, ИК-5-(2 4)2, особенно ИКАА-5-(3)2,ИК-5-(24)2. К преимуществам этих образцов ВРПЭ можно отнести содержание в их составе ионы органических аминов в виде НН(СН 3)2 или (2 4)2, которые в определенной мере усиливают структурообразующее действие,оказывают положительное влияние на плодородие почвы, рост урожайности и развитие растений, а также приводят к повышению сопротивляемости растений к различным болезням. Таким образом выявлено, что структурообразующий эффект образцов ВРПЭ полученных путем радикальной сополимеризации ИК и АА, зависит в основном от способа получения,от условий проведения реакции сополимеризаций,соотношения мономеров и значенияконечного продукта сополимеризации, а также почти не зависят от вида нейтрализующего реагента. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения водорастворимого полиэлектролита - структурообразователя почв,включающий сополимеризацию итаконовой кислоты с акриловыми и метакриловыми мономерами в среде растворителя в присутствии персульфата калия 228, отличающийся тем, что сополимеризацию итаконовой кислоты ИК с амидом акриловой кислоты - АА осуществляют при мольным соотношении мономеров 1,06,0, 1,08,0,при исходном значенияреакционной смеси выдерживанием при температуре 45 С в течение 4-х часов, с предварительным вытеснением воздуха инертным газом и последующей обработкой продукта сополимеризации 20-ным водным раствором органических аминов моно-, ди-, триметил, этил или этаноламинов 23 (3)2