Способ получения порошкообразного гидролизованного полиакрилонитрила

 

Изобретение относится к способу получения порошкообразного гидролизованного полиакрилонитрила, используемого в качестве гидрофобизатора, стабилизатора, флокулянта, деэмульгатора, загустителя различных коллоидных дисперсий. Способ включает приготовление раствора при следующем соотношении компонентов, вес.ч.: 70-100 акрилонитрила, 750-900 дистиллированной воды, 0,5-1,5 азобис-изомасляной кислоты в качестве инициатора. Раствор нагревают до температуры полимеризации и выдерживают при этой температуре. После полимеризации полиакрилонитрил смешивают с алифатическим спиртом и гидролизующим агентом - смесью гидроксида натрия и углекислого натрия при следующем соотношении компонентов, вес.ч.: 400-600 полиакрилонитрила, 300-400 алифатического спирта, 400-650 смеси гидроксида натрия и углекислого натрия. Нагревают смесь до температуры гидролиза и выдерживают при данной температуре до образования порошкообразного полиакрилонитрила. Изобретение позволяет осуществить производство продукта в промышленных объемах, сократить длительность получения целевого продукта и снизить энергозатраты.

Изобретение относится к получению в порошкообразном виде водорастворимого гидролизованного полиакрилонитрила, используемого в качестве гидрофобизатора, стабилизатора, флокулянта, деэмульгатора, загустителя различных коллоидных дисперсий.

Известен снособ получения гидролизованного полиакрилонитрила, согласно которому исходную смесь, состоящую из полиакрилонитрила, едкого натра, абсолютированного изопропилового спирта и дистиллированной воды, нагревают при постоянном перемешивании до температуры 95°С и при данной температуре ведут процесс в течение четырех часов. По окончании процесса полученную смесь переносят на воронку Бюхнера и фильтруют под вакуумом. Полученный в виде порошка полимер высушивают в течение трех часов при температуре 95-100°С и остаточном давлении 36 мм рт.ст. (см. а.с. СССР №476287, кл. C 08 F 8/12, 1975 г.).

В результате анализа известного способа необходимо отметить, что он характеризуется значительным количеством операций, довольно длителен по времени и энергоемок.

Известен способ получения гидролизованного полиакрилонитрила, включающий приготовление раствора из акрилонитрила и инициатора - азобис-изомасляной кислоты, нагрев раствора до температуры полимеризации и выдержку при этой температуре, смешивание полученной в результате полимеризации массы с гидроизолирующим агентом - гидроксидом натрия, нагрев раствора до температуры гидролиза и выдерживание при данной температуре до образования порошкообразного полиакрилонитрила (см. а.с. СССР №724523, 30.03.1980) - наиболее близкий аналог.

В результате анализа известного способа необходимо отметить, что он характеризуется более высокой по сравнению с указанным аналогом производительностью, позволяет получать целевой продукт в виде порошка, причем полученный продукт обладает высокой солестойкостью.

Однако вместе с тем, необходимо отметить, что данный способ все таки довольно длителен при реализации и характеризуется высокими энергозатратами, что не позволяет организовать при его использовании промышленное производство продукта.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения порошкообразного гидролизованного полиакрилонитрила, позволяющего осуществлять производство продукта в промышленных объемах и в то же время сократить длительность получения целевого продукта, а также снизить энергозатраты при его получении.

Поставленная задача обеспечивается тем, что в способе получения порошкообразного гидролизованного полиакрилонитрила, включающем приготовление раствора из акрилонитрила, дистиллированной воды и инициатора, нагрев раствора до температуры полимеризации и выдержку при этой температуре, новым является то, что компоненты раствора берут в следующем соотношении их весовых частей:

Акрилонитрил 70-100

Дистиллированная вода 750-900

Инициатор 0,5-1,5

причем полученную в результате полимеризации массу смешивают с одним из группы алифатических спиртов и гидролизующим агентом в следующем соотношении их весовых частей:

Полиакрилонитрил 400-600

Ингредиент из группы алифатических спиртов 300-500

Гидролизующий агент 400-650

нагревают раствор до температуры гидролиза и выдерживают при данной температуре до образования порошкообразного полиакрилонитрила, причем в качестве инициатора может быть использована динитрил азобис-изомасляная кислота, а в качестве гидролизующего агента - смесь гидроксида натрия и углекислого натрия.

Соотношение ингредиентов растворов определено по результатам опытной отработки технологического процесса. Опытные данные подтверждают, что поставленная задача решается только при нахождении ингредиентов в указанных пределах.

Способ может быть осуществлен на стандартном оборудовании. Дополнительного обучения персонала не требуется. Технологические режимы, не указанные в описании, являются известными для специалистов и не составляют предмета патентной охраны.

При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному, а следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию “новизна”.

Считаю, что сущность изобретения не следует явным образом из известных решений, а следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию “изобретательский уровень”.

Сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.

Способ получения порошкообразного гидролизованного полиакрилонитрила осуществляют следующим образом.

В емкость (колбу) помещают расчетное количество акрилонитрила и дистиллированную воду. Доводят раствор до рН 3,0-3,5 и добавляют в раствор инициатор реакции полимеризации. В качестве инициатора может быть использован динитрил азобис-изомасляной кислоты, необходимый для полимеризации акрилонитрила. Соотношение весовых частей ингредиентов (компонентов) раствора должно находиться в следующих пределах: акрилонитрил 50-100; дистиллированная вода 750-900; инициатор 0,5-1,5.

Нагревают раствор до температуры полимеризации акрилонитрила и выдерживают раствор при данной температуре заданное время, постоянно его перемешивая.

После завершения процесса полимеризации (определяется по остатку акрилонитрила), полученный негидролизованный полиакрилонитрил выделяют из раствора, например, вакуумпрессованием.

Полученный в результате суспензионной полимеризации полиакрилонитрил представляет собой творожистую массу белого цвета.

Далее осуществляют гидролиз полученного полиакрилонитрила. Для этого полученную массу (всю, или часть ее) помещают в реакционный сосуд, добавляют один из группы алифатических спиртов, например, этанол и постепенно нагревают раствор, постоянно его перемешивая. По мере нагревания раствора в него добавляют гидролизующий агент, например, смесь гидроксида натрия и углекислого натрия. Соотношение весовых частей ингредиентов (компонентов) должно находиться в следующих пределах: полиакрилонитрил 400-600; один из группы алифатических спиртов 300-500; гидролизующий агент 400-650. Гидролиз осуществляют при температуре 100-150°С в течение 120 мин до появления порошкообразного концентрата, который удаляют из реакционного сосуда. Процесс закончен.

Способ получения порошкообразного гидролизованного полиакрилонитрила поясняется примером.

В колбу с мешалкой заливают 50 г акрилонитрила и 450 г дистиллированной воды, доводят раствор до рН 3,0-3,5, затем постепенно в раствор добавляют 0,5 г динитрил азобис-изомасляной кислоты, выбранной в качестве инициатора. Нагревают раствор до температуры 60°С (температура полимеризации) и выдерживают при данной температуре в течение 2 ч при постоянном перемешивании раствора.

После окончания реакции полимеризации полученный полиакрилонитрил выделяют из раствора.

Далее осуществляют гидролиз полученного полиакрилонитрила. Для этого 500 г полученной массы помещают в реакционный сосуд с мешалкой. В сосуд добавляют 500 г этанола, нагревают раствор до температуры 120°С, постоянно его перемешивая, и постепенно добавляют 600 г сухой смеси гидроксида натрия и углекислого натрия (гидролизующий агент). Реакцию ведут при температуре 120°С и постоянном перемешивании раствора. Как показали проведенные работы, наиболее целесообразно отношение в сухой смеси гидроксида натрия и углекислого натрия принимать от 3:1 до 3:2 соответственно.

По мере протекания реакции гидролиза, масса меняет цвет от белого до оранжевого, затем до желто-розового. Порошкообразование (определяется визуально) означает окончание реакции получения порошкообразного концентрата полиакрилонитрила.

Как показала опытная проверка, полученный порошок полностью растворяется в воде, что свидетельствует о полном омылени полимерных звеньев. Анализ ИК спектров поглощения образцов показал наличие первичных и вторичных амидов (1642 и 1380 см), а также карбоксилатных групп (1700 и 1622 см).

Результаты испытаний полученного продукта показали, что он эффективно снижает водоотдачу глинистых растворов. Глинистый раствор стабилизируется при 0,5% реагента и его суточный отстой составляет в среднем 4-5%, что указывает на сильный стабилизирующий эффект.

Условная вязкость и статическое напряжение сдвига незначительно возрастают, что свидетельствует об образовании тиксотропной коагуляционной структуры для получения агрегативно-устойчивых систем. После обработки рабочих растворов полимером в присутствии хлористых солей сильных электролитов коагуляторов при нагревании до 200°С, технологические характеристики изменяются незначительно.

Таким образом, полученный данным способом полиакрилонитрил может быть рекомендован для стабилизации глинистых растворов при высоких температурах и минерализации. Реализация способа позволяет осуществлять производство порошкообразного акрилонитрила в промышленных объемах.

Формула изобретения

Способ получения порошкообразного гидролизованного полиакрилонитрила, включающий приготовление раствора из акрилонитрила и инициатора азобис-изомасляной кислоты, нагрев раствора до температуры полимеризации и выдержку при этой температуре, смешение полученного в результате полимеризации полиакрилонитрила с гидролизующим агентом, нагревание до температуры гидролиза и выдерживание при данной температуре до образования порошкообразного полиакрилонитрила, отличающийся тем, что перед полимеризацией в раствор дополнительно вводят дистиллированную воду при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:

Акрилонитрил 70-100

Дистиллированная вода 750-900

Азобис-изомасляная кислота 0,5-1,5

и полученный в результате полимеризации полиакрилонитрил смешивают с алифатическим спиртом и гидролизующим агентом - смесью гидроксида натрия и углекислого натрия при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:

Полиакрилонитрил 400-600

Алифатический спирт 300-400

Смесь гидроксида натрия и углекислого натрия 400-650