RU2539379C2 - Biodegradable superabsorbent polymer containing tetrazole and cellulose derivatives - Google Patents
Biodegradable superabsorbent polymer containing tetrazole and cellulose derivatives Download PDFInfo
- Publication number
- RU2539379C2 RU2539379C2 RU2013100953/15A RU2013100953A RU2539379C2 RU 2539379 C2 RU2539379 C2 RU 2539379C2 RU 2013100953/15 A RU2013100953/15 A RU 2013100953/15A RU 2013100953 A RU2013100953 A RU 2013100953A RU 2539379 C2 RU2539379 C2 RU 2539379C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cellulose
- chemical formula
- monomer
- biodegradable
- group
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F292/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to inorganic materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
- C08B15/00—Preparation of other cellulose derivatives or modified cellulose, e.g. complexes
- C08B15/10—Crosslinking of cellulose
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F220/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
- C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
- C08F220/10—Esters
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F226/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen
- C08F226/06—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen by a heterocyclic ring containing nitrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F290/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers modified by introduction of aliphatic unsaturated end or side groups
- C08F290/08—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers modified by introduction of aliphatic unsaturated end or side groups on to polymers modified by introduction of unsaturated side groups
- C08F290/10—Polymers provided for in subclass C08B
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L1/00—Compositions of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
- C08L1/08—Cellulose derivatives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
- C08L101/16—Compositions of unspecified macromolecular compounds the macromolecular compounds being biodegradable
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Polymerisation Methods In General (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Graft Or Block Polymers (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
Abstract
Description
Область изобретенияField of Invention
Настоящее изобретение относится к биоразлагаемому абсорбирующему полимеру, полученному из композиции, содержащей азотсодержащее гетероциклическое соединение и мономер, имеющий полимеризуемые акриловые или метакриловые группы, неорганический наполнитель и аллильные производные целлюлозы, и способ получения биоразлагаемого абсорбирующего поперечно-сшитого полимера.The present invention relates to a biodegradable absorbent polymer obtained from a composition containing a nitrogen-containing heterocyclic compound and a monomer having polymerizable acrylic or methacrylic groups, an inorganic filler and allyl derivatives of cellulose, and a method for producing a biodegradable absorbent cross-linked polymer.
Уровень техникиState of the art
Абсорбирующие средства личной гигиены, такие как детские подгузники, прокладки для взрослых, страдающих недержанием мочи или кала, и средства женской гигиены, как правило, содержат абсорбирующий внутренний слой, который включает в себя суперабсорбирующие полимерные частицы, распределенные в пределах волокнистой матрицы. Суперабсорбенты являются набухающими в воде и, как правило, нерастворимые в воде абсорбирующие материалы имеют высокую поглощающую способность для физиологических жидкостей организма.Absorbent personal care products, such as baby diapers, panty liners for adults with urinary or fecal incontinence, and feminine care products typically contain an absorbent core that includes superabsorbent polymer particles dispersed within the fiber matrix. Superabsorbents are water-swellable and, as a rule, water-insoluble absorbent materials have a high absorption capacity for physiological body fluids.
Суперабсорбирующие полимеры (САП) общего назначения в основном получают из акриловой кислоты, которую саму по себе получают из нефтяного масла, невозобновляемого сырья. Полимеры акриловой кислоты и САП, как правило, признаются как бионеразлагаемые.General purpose superabsorbent polymers (SAPs) are mainly derived from acrylic acid, which in itself is derived from petroleum oil, non-renewable raw materials. Acrylic acid and SAP polymers are generally recognized as biodegradable.
Абсорбирующий полимер включает в себя частично нейтрализованные полиакриловые кислоты, гидролизованный крахмал/привитой сополимер акрилонитрила, нейтрализованный крахмал/привитой сополимер акриловой кислоты, нейтрализованный винилацетат/сополимер сложного эфира акриловой кислоты и гидролизованный сополимер акриламида, которые не могут быть биоразлагаемыми.The absorbent polymer includes partially neutralized polyacrylic acids, hydrolyzed starch / grafted acrylonitrile copolymer, neutralized starch / grafted acrylic acid copolymer, neutralized vinyl acetate / acrylic ester ester copolymer, and hydrolyzed biocomparable acrylamide copolymer.
Поскольку в последнее время существует подъем экологических проблем, биоразлагаемый полимер привлекает большое внимание. Примерами биоразлагаемого абсорбирующего полимера являются природный полимер, смесь природного полимера и синтетического полимера, и смесь привитого полимера, природного полимера и синтетического полимера, и исследования при этом ведутся активно.Since there has recently been a rise in environmental issues, a biodegradable polymer has attracted much attention. Examples of a biodegradable absorbent polymer are a natural polymer, a mixture of a natural polymer and a synthetic polymer, and a mixture of a grafted polymer, a natural polymer and a synthetic polymer, and research is ongoing.
Коммерчески успешным биоразлагаемым полимером является натрий карбоксиметилцеллюлоза, полученная путем модифицирования природной целлюлозы. Целлюлоза как исходный материал сама по себе является относительно дешевым материалом, и таким образом полученный полимер имеет ряд преимуществ.A commercially successful biodegradable polymer is sodium carboxymethyl cellulose, obtained by modifying natural cellulose. Cellulose as a starting material in itself is a relatively cheap material, and the polymer thus obtained has several advantages.
В качестве примеров получения супер-абсорбирующих полимеров с целлюлозой, один метод включает реагирование целлюлозы со сшивающим агентом, имеющим ионную функциональную группу, для получения продукта с высокой биоразлагаемостью, но требует высоких производственных затрат. В другом методе целлюлозу в первую очередь модифицируют, чтобы получить карбоксильную группу с помощью ClCH2COOH или ТЕМПО, а затем модифицированную целлюлозу сшивают с помощью сшивающего агента. Второй способ имеет некоторые проблемы, такие как низкая биоразлагаемость, и включает ограниченный в использовании или запрещенный материал в процессе получения.As examples of the preparation of super absorbent polymers with cellulose, one method involves reacting cellulose with a crosslinking agent having an ionic functional group to produce a product with high biodegradability, but requires high production costs. In another method, cellulose is first modified to obtain a carboxyl group using ClCH 2 COOH or TEMPO, and then the modified cellulose is crosslinked using a crosslinking agent. The second method has some problems, such as low biodegradability, and includes limited use or prohibited material in the manufacturing process.
Общепринятый способ получения биоразлагаемого полимера, используя природный полимер, имеет некоторые промышленные ограничения. То есть, общепринятый биоразлагаемый полимер на основе целлюлозы имеет свойства низкого качества или не является конкурентоспособным на рынке в связи с высокой стоимостью производства, по сравнению с бионеразлагаемым абсорбирующим полимером на основе полиакрилата. Кроме того, прививка полиакрилата на природный полимер имеет ряд недостатков, таких как сложность контроля степени деградации полимера, низкая способность абсорбировать воду, низкие физико-механические свойства, а также сравнительно высокую стоимость добавок.The generally accepted method for producing a biodegradable polymer using a natural polymer has some industrial limitations. That is, the conventional biodegradable cellulose-based polymer has low quality properties or is not competitive on the market due to the high production cost compared to a biodegradable absorbent polyacrylate-based polymer. In addition, grafting polyacrylate onto a natural polymer has several disadvantages, such as the difficulty in controlling the degree of polymer degradation, low ability to absorb water, low physical and mechanical properties, and the relatively high cost of additives.
Таким образом, существует большая потребность в биоразлагаемом абсорбирующем полимере, полученном из природного полимера, который имеет отличную биоразлагаемость и высокую поглощающую способность, но который может быть получен при низких затратах.Thus, there is a great need for a biodegradable absorbent polymer made from a natural polymer that has excellent biodegradability and high absorption capacity, but which can be obtained at low cost.
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Цель изобретенияThe purpose of the invention
Одним из вариантов осуществления настоящего изобретения является создание биоразлагаемого абсорбирующего поперечно-сшитого полимера, полученного из композиции, включающей азотсодержащий гетероциклический мономер и полимеризуемый акриловый или метакриловой мономер, неорганический наполнитель и производное целлюлозы.One embodiment of the present invention is to provide a biodegradable absorbent crosslinked polymer obtained from a composition comprising a nitrogen containing heterocyclic monomer and a polymerizable acrylic or methacrylic monomer, an inorganic filler and a cellulose derivative.
Другим вариантом является создание способа получения биоразлагаемого абсорбирующего поперечно-сшитого полимера с использованием композиции, включающей азотсодержащий гетероциклический мономер и полимеризуемый акриловый или метакриловый мономер, неорганический наполнитель и производные целлюлозы.Another option is to provide a method for producing a biodegradable absorbent cross-linked polymer using a composition comprising a nitrogen-containing heterocyclic monomer and a polymerizable acrylic or methacrylic monomer, inorganic filler and cellulose derivatives.
Подробное описаниеDetailed description
Для решения задачи настоящего изобретения, одним из вариантов настоящего изобретения является создание биоразлагаемого абсорбирующего поперечно-сшитого полимера, полученного из композиции, включающей азотсодержащий гетероциклический мономер, полимеризуемый мономер, имеющий акриловую или метакриловую группу, неорганический наполнитель и производные целлюлозы, и способ получения поперечно-сшитого полимера.To solve the problem of the present invention, one of the options of the present invention is to provide a biodegradable absorbent crosslinked polymer obtained from a composition comprising a nitrogen-containing heterocyclic monomer, a polymerizable monomer having an acrylic or methacrylic group, an inorganic filler and cellulose derivatives, and a method for producing a cross-linked polymer.
Азотсодержащий гетероциклический мономер действует для улучшения водно-абсорбирующей активности поперечно-сшитого полимера и, например, включает в себя соединение тетразола. Предпочтительными примерами мономера тетразола являются соединения, представленные химической формулой 1:The nitrogen-containing heterocyclic monomer acts to improve the water-absorbing activity of the crosslinked polymer and, for example, includes a tetrazole compound. Preferred examples of tetrazole monomer are compounds represented by chemical formula 1:
[Химическая формула 1][Chemical formula 1]
гдеWhere
R1 независимо представляет собой С1-С10 углеводород, имеющий полимеризуемые или поперечно-сшивамые ненасыщенные группы (например, винил или аллил), и R2 представляет собой водород, С1-С6 алкил, C1-C6 алкенил или С1-С6 галогенированную алкильную группу, где галоген представляет собой F, Cl, Br или I.R 1 independently represents a C 1 -C 10 hydrocarbon having polymerizable or crosslinkable unsaturated groups (e.g., vinyl or allyl), and R 2 represents hydrogen, C 1 -C 6 alkyl, C 1 -C 6 alkenyl or C 1 -C 6 halogenated alkyl group, where the halogen is F, Cl, Br or I.
Предпочтительное количество мономера тетразола может быть в диапазоне от 4 до 16 масс.% полимеризуемой композиции, в качестве твердого содержимого. Снижение количества мономера тетразола приводит к снижению скорости биологического разложения и скорости абсорбции поперечно-сшитого полимера в физиологической жидкости. Если количество мономера тетразола превышает 20%, то это снижает скорость полимеризации, степень конверсии мономеров в полимеры и выход продукта.A preferred amount of tetrazole monomer may be in the range of 4 to 16% by weight of the polymerizable composition, as a solid content. A decrease in the amount of tetrazole monomer leads to a decrease in the rate of biological decomposition and the rate of absorption of the crosslinked polymer in physiological fluid. If the amount of tetrazole monomer exceeds 20%, this reduces the polymerization rate, the degree of conversion of monomers to polymers and the yield of the product.
Мономером, имеющим полимеризуемые акриловую группу или метакриловую группу, может быть любой имеющий ненасыщенную двойную углеродную связь, которая способна полимеризоваться за счет радикальной полимеризации. Предпочтительно, полимеризуемым мономером может быть любой мономер, который может полимеризоваться за счет свободно-радикальной полимеризации.The monomer having a polymerizable acrylic group or methacrylic group may be any having an unsaturated carbon double bond that is capable of polymerizing due to radical polymerization. Preferably, the polymerizable monomer may be any monomer that can polymerize by free radical polymerization.
Примеры мономера включают в себя полимеризуемые (мет)акриловые группы, такие как акрилат и его производные, метакрилат и его производные, акриловую кислоту и ее производные, и метакриловую кислоту и ее производные.Examples of the monomer include polymerizable (meth) acrylic groups such as acrylate and its derivatives, methacrylate and its derivatives, acrylic acid and its derivatives, and methacrylic acid and its derivatives.
Количество полимеризуемого мономера может быть от 30 до 50% масс. в полимеризуемой композиции, в качестве твердого содержимого.The amount of polymerizable monomer can be from 30 to 50% of the mass. in the polymerizable composition, as a solid content.
Производные целлюлозы могут быть получены путем проведения ацетилирования или этерификации по гидроксильной группе повторяющегося звена целлюлозы, и нитрата целлюлозы (НЦ), ацетата целлюлозы (АЦ), метилцеллюлозы (МЦ), диметилцеллюлозы, триацетилцеллюлозы, этилцеллюлозы (ЭЦ) и тому подобное. Далее, полученные производные целлюлозы могут быть в дальнейшем модифицированы аллильным соединением. Предпочтительные примеры производных целлюлозы представлены химической формулой 2.Cellulose derivatives can be obtained by acetylation or etherification on the hydroxyl group of a repeating unit of cellulose, and cellulose nitrate (SC), cellulose acetate (AC), methyl cellulose (MC), dimethyl cellulose, triacetyl cellulose, ethyl cellulose (EC) and the like. Further, the resulting cellulose derivatives can be further modified with an allyl compound. Preferred examples of cellulose derivatives are represented by
[Химическая формула 2][Chemical formula 2]
где R3 независимо представляет собой водород, С1-С6 алкил, C1-С6-алкенил, C2-С6 алкилкарбоксильную группу, такую как карбоксиметильная группа, С2-С6 алканоил, такой как ацетил, или C1-C6 галогенированную алкильную группу, где галоген представляет собой F, Cl, Br или I, n является целым числом от 5 до 100.where R 3 independently represents hydrogen, C 1 -C 6 alkyl, C 1 -C 6 alkenyl, C 2 -C 6 alkyl carboxyl group such as carboxymethyl group, C 2 -C 6 alkanoyl such as acetyl, or C 1 -C 6 halogenated alkyl group, where the halogen is F, Cl, Br or I, n is an integer from 5 to 100.
Количество производных целлюлозы может быть от 2 до 10,0% масс. в полимеризуемой композиции в качестве твердого содержимого, поскольку более высокое содержание аллильного соединения производных целлюлозы в композиции приводит к неконтролируемой скорости разложения.The number of derivatives of cellulose can be from 2 to 10.0% of the mass. in the polymerizable composition as solid content, since a higher content of the allyl compound of cellulose derivatives in the composition leads to an uncontrolled decomposition rate.
Неорганическим наполнителем может быть глинистый минерал, такой как бентонит, монтмориллонит, цеолит, каолин или тому подобное. Глинистый минерал имеет слоистую структуру и отличные водно-абсорбирующие свойства, и, следовательно, может быть использован в настоящем изобретении для того, чтобы формованное изделие поперечно-сшитого полимера легко распадалось. В частности, глинистым минералом предпочтительно является бентонит.The inorganic filler may be a clay mineral such as bentonite, montmorillonite, zeolite, kaolin or the like. The clay mineral has a layered structure and excellent water-absorbing properties, and, therefore, can be used in the present invention so that the cross-linked polymer molded product easily disintegrates. In particular, the clay mineral is preferably bentonite.
Неорганический наполнитель может быть использован в виде сухого порошка или суспензии. Например, суспензия бентонита может быть приготовлена путем добавления бентонита к воде и перемешивания.The inorganic filler may be used in the form of a dry powder or suspension. For example, a suspension of bentonite can be prepared by adding bentonite to water and mixing.
Неорганический наполнитель может содержаться в количестве от 0,01-10% масс. от композиции. Небольшое количество неорганического наполнителя приводит к применимости теории малых добавок (нано-системы). Увеличение в части неорганического наполнителя приводит к снижению поглощающей способности полимеров.Inorganic filler may be contained in an amount of from 0.01-10% of the mass. from the composition. A small amount of inorganic filler leads to the applicability of the theory of small additives (nano-systems). The increase in part of the inorganic filler leads to a decrease in the absorption capacity of polymers.
Предпочтительно, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, полимеризация может быть выполнена путем радикальной или тепловой полимеризации с использованием инициирующей системы (например, окислительно-восстановительной инициирующей системы).Preferably, in one embodiment of the present invention, the polymerization can be carried out by radical or thermal polymerization using an initiating system (for example, a redox initiating system).
В процессе полимеризации по настоящему изобретению, аминосодержащее соединение выступает в роли восстановителя окислительно-восстановительной пары инициирующей системы, а окислительные агенты могут быть использованы вместе с аминосодержащим соединением с образованием инициирующей системы.In the polymerization process of the present invention, the amine-containing compound acts as a reducing agent of the redox pair of the initiating system, and the oxidizing agents can be used together with the amine-containing compound to form the initiating system.
Предпочтительные окислительные агенты включают персульфат калия, персульфат аммония, персульфат натрия и персульфат щелочного металла.Preferred oxidizing agents include potassium persulfate, ammonium persulfate, sodium persulfate and alkali metal persulfate.
Примеры аминосодержащих соединений, используемых в настоящем изобретении, как правило, включают аллиламины, ди- и триамины, алкоксиамины и аммониевые и иминиевые соли. Конкретные примеры включают в себя диаллиламин, и 2-(диметиламино)этилметакрилат; этилендиамины, такие как тетраэтилендиамин, тетраметилендиамин; пропилендиамин, такой как N,N,N',N'-(3-пентаметилен)диамин; триамины и тетраамины, такие как N,N,N',N',N"-пентаметил-диэтилендиамин и гексаметилентетрамин; а также аммониевые и иминиевые соли, такие как тетрабутиламмония хлорид и диметилметиленаммония хлорид.Examples of amino-containing compounds used in the present invention typically include allylamines, di- and triamines, alkoxyamines, and ammonium and iminium salts. Specific examples include diallylamine, and 2- (dimethylamino) ethyl methacrylate; ethylene diamines such as tetraethylenediamine, tetramethylenediamine; propylene diamine, such as N, N, N ', N' - (3-pentamethylene) diamine; triamines and tetraamines, such as N, N, N ', N', N "-pentamethyl-diethylenediamine and hexamethylenetetramine; as well as ammonium and iminium salts, such as tetrabutylammonium chloride and dimethylmethyleneammonium chloride.
Предпочтительными примерами инициирующей системы могут быть соединение персульфата и соединение амина, а более предпочтительно, смеси персульфата аммония и тетраметилендиамина (ТМДА). Соединение персульфата и соединение амина в инициирующей системе могут быть смешаны в массовом соотношении 1:2 или 1:1 соединения персульфата к соединению амина.Preferred examples of the initiating system can be a persulfate compound and an amine compound, and more preferably a mixture of ammonium persulfate and tetramethylenediamine (TMDA). The persulfate compound and the amine compound in the initiating system can be mixed in a weight ratio of 1: 2 or 1: 1 of the persulfate compound to the amine compound.
Количество каждого компонента в инициирующей системе составляет от 0,5 до 5% масс., или, предпочтительно, 1-2% масс., по отношению к общему количеству твердого содержимого полимеризуемой композиции. Например, инициирующей системой может быть смешанный раствор персульфата аммония и тетраметилендиамина, смешанных в массовом соотношении 1:2 или 1:1.The amount of each component in the initiating system is from 0.5 to 5% by weight, or preferably 1-2% by weight, with respect to the total amount of solid content of the polymerizable composition. For example, the initiating system may be a mixed solution of ammonium persulfate and tetramethylenediamine, mixed in a mass ratio of 1: 2 or 1: 1.
Использование инициирующей системы позволяет снижать температуру полимеризации, и, следовательно, выбор инициирующей системы имеет большое практическое значение. Когда количество ТМДА находится за пределами диапазона, полученный продукт будет иметь пониженную прочность, такую как твердость, жесткость в набухшем состоянии.The use of the initiating system allows to lower the polymerization temperature, and, therefore, the choice of the initiating system is of great practical importance. When the amount of TMDA is out of range, the resulting product will have reduced strength, such as hardness, stiffness in a swollen state.
В качестве твердого содержимого, количество полимеризуемого мономера в полимеризуемой композиции может быть от 30 до 50% масс. от общей массы полимеризуемой композиции, что связано с высокой степенью конверсии мономеров в реакции.As a solid content, the amount of polymerizable monomer in the polymerizable composition may be from 30 to 50% of the mass. from the total mass of the polymerizable composition, which is associated with a high degree of conversion of monomers in the reaction.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения, способ получения биоразлагаемого абсорбирующего поперечно-сшитого полимера включает этап радикальной полимеризации в водной среде при температуре 20-70°С в течение 2-4 часов в условиях окислительно-восстановительного системы персульфата аммония-тетраметилендиамина, включающей молярное соотношении смеси от 1:0,5 до 1:2.In another embodiment of the present invention, a method for producing a biodegradable absorbent crosslinked polymer includes the step of radical polymerization in an aqueous medium at a temperature of 20-70 ° C for 2-4 hours under the conditions of a redox system of ammonium tetramethylenediamine persulfate, including a molar mixture ratio from 1: 0.5 to 1: 2.
Технический эффектTechnical effect
Поперечно-сшитый полимер по настоящему изобретению имеет физико-химические свойства, соразмерные или выше, чем свойства известного суперабсорбирующего полимера на основе полиакрилата, и приобретает биоразлагаемость за счет использования аллил-КМЦ и сомономера тетразола. Поперечно-сшитый полимер и способ его приготовления не вызывают трудностей в сохранении хороших физико-химических свойств и проблем конкурентоспособности, благодаря высокой производственной стоимости. Кроме того, знание определенного опыта и технологий, накопленных в производственной области относительно суперабсорбирующего полимера на основе полиакрилата, можно легко применить в настоящем изобретении.The cross-linked polymer of the present invention has physicochemical properties proportional to or higher than the properties of the known superabsorbent polymer based on polyacrylate, and acquires biodegradability through the use of allyl-CMC and tetrazole comonomer. The cross-linked polymer and the method of its preparation do not cause difficulties in maintaining good physical and chemical properties and competitiveness due to the high production cost. In addition, the knowledge of certain experience and technologies accumulated in the production field regarding a superabsorbent polymer based on polyacrylate can be easily applied in the present invention.
Далее настоящее изобретение более подробно описано в примерах. Тем не менее следующие примеры предназначены только для понимания настоящего изобретения, и настоящее изобретение не ограничивается следующими примерами.Further, the present invention is described in more detail in the examples. However, the following examples are only for understanding the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
Краткое описание фигурBrief Description of the Figures
Фиг.1 показывает зависимость гелеобразования в синтезе биоразлагаемой композиции в зависимости от концентрации 2-метил-5-винилтетразола.Figure 1 shows the dependence of gelation in the synthesis of a biodegradable composition depending on the concentration of 2-methyl-5-vinyltetrazole.
Фиг.2 показывает результаты исследования испытания биоразлагаемости в сравнительном примере 2.Figure 2 shows the results of a study of biodegradability tests in comparative example 2.
Пример 1Example 1
На первом этапе был синтезирован аллил-КМЦ поперечно-сшивающий агент, используемый в качестве поперечно-сшивающего агента. Взвешенную карбоксиметилцеллюлозу помещали в колбу с обратным холодильником, мешалкой и капельной воронкой. Изопропиловый спирт (M=1:30) добавляли в колбу и затем нагревали до 50°C. Через 1 час 1 моль NaOH добавляли в колбу и перемешивали при 50°C в течение одного часа. После этого в колбу добавляли аллилбромид и нагревали при 50°С в течение 1 часа. Реакционная смесь, включающая аллилкарбоксиметилцеллюлозу (АКМЦ), перегоняли для удаления изопропилового спирта, и полученный продукт высушивали в течение дня при 40°C для получения 10 г порошка АКМЦ.In the first step, an allyl-CMC was synthesized as a cross-linking agent used as a cross-linking agent. Weighted carboxymethyl cellulose was placed in a flask with a reflux condenser, stirrer and dropping funnel. Isopropyl alcohol (M = 1: 30) was added to the flask and then heated to 50 ° C. After 1 hour, 1 mol of NaOH was added to the flask and stirred at 50 ° C for one hour. After that, allyl bromide was added to the flask and heated at 50 ° C for 1 hour. The reaction mixture, including allyl carboxymethyl cellulose (AKMC), was distilled to remove isopropyl alcohol, and the resulting product was dried during the day at 40 ° C to obtain 10 g of AKMC powder.
На втором этапе для частичной нейтрализации акриловой кислоты, 2,1 г акриловой кислоты (0,029 моль) добавляли к 0,8 г (0,005 моль) 14н NaOH. В результате получали 1,25 г частично нейтрализованной акриловой кислоты (α=0,8).In a second step, to partially neutralize acrylic acid, 2.1 g of acrylic acid (0.029 mol) was added to 0.8 g (0.005 mol) of 14 N NaOH. The result was 1.25 g of partially neutralized acrylic acid (α = 0.8).
Частично нейтрализованную акриловую кислоту (α=0,8), бентонит (4% масс.) в виде сухого порошка и АКМЦ добавляли в колбу. Затем в колбу добавляли 0,02 г ТМДА и 2-метил-5-винил-тетразол и тщательно перемешивали при помощи ультразвуковой мешалки в течение 10-15 минут. Твердое содержимое и массовый процент частично нейтрализованной акриловой кислоты, бентонита, АКМЦ и 2-метил-5-винил-тетразола (МВТ) в реакционной смеси для радикальной полимеризации были обобщены в таблице 1.Partially neutralized acrylic acid (α = 0.8), bentonite (4% wt.) In the form of a dry powder and AKMC were added to the flask. Then, 0.02 g of TMDA and 2-methyl-5-vinyl-tetrazole were added to the flask and thoroughly mixed with an ultrasonic stirrer for 10-15 minutes. The solid content and mass percent of partially neutralized acrylic acid, bentonite, AKMC and 2-methyl-5-vinyl-tetrazole (MBT) in the reaction mixture for radical polymerization were summarized in table 1.
На стадии полимеризации 0,02 г персульфата аммония (1% масс.) добавляли в колбу, и помещали в термостат при 40±2°C для полной полимеризации. Полученный продукт высушивали при 40°C в печи.At the polymerization stage, 0.02 g of ammonium persulfate (1% wt.) Was added to the flask and placed in a thermostat at 40 ± 2 ° C for complete polymerization. The resulting product was dried at 40 ° C in an oven.
Примеры 2-4Examples 2-4
В соответствии главным образом со способом примера 1, была выполнена реакция получения поперечно-сшитого полимера, за исключением того, что добавляемые количества 2-метил-5-винил-тетразола в реакционной смеси были изменены, как показано в таблице 1.In accordance mainly with the method of Example 1, a crosslinked polymer was produced, except that the added amounts of 2-methyl-5-vinyl-tetrazole in the reaction mixture were changed as shown in Table 1.
Использование количеств компонентов в полимеризуемой композицииTable 1
The use of quantities of components in the polymerizable composition
Сравнительный пример 1: Тест на время гелеобразования и активности абсорбцииComparative Example 1: Test for gelation time and absorption activity
Время гелеобразованияGel time
В зависимости от концентрации МВТ, изучали время начала гелеобразования до получения полимера и результат был показан на фиг.1.Depending on the concentration of MW, the time of the onset of gelation to obtain the polymer was studied and the result was shown in Fig. 1.
Одной из основных характеристик формирования полимерной сетки является время начала гелеобразования (время гелеобразования), которое не понимается, как время начала полимеризации. Тем не менее гелеобразование практически во всех случаях начинается немедленно после введения инициатора. Вязкость реакционной смеси увеличивается, в то время как происходит полимеризация. С увеличением концентрации мономера МВТ время гелеобразования уменьшается. Таким образом, существует необходимость исследования влияния конкретных параметров на время гелеобразования, а также основных параметров, таких как концентрация поперечно-сшивающего агента, инициатора и неорганического наполнителя, и температура реакции. Гелеобразование в синтезе биоразлагаемого полимера показано в зависимости от концентрации 2-метил-5-винилтетразола на фиг.1.One of the main characteristics of the formation of the polymer network is the start time of gelation (gelation time), which is not understood as the start time of polymerization. Nevertheless, gelation in almost all cases begins immediately after the introduction of the initiator. The viscosity of the reaction mixture increases while polymerization occurs. With an increase in the concentration of the MVT monomer, the gelation time decreases. Thus, there is a need to study the effect of specific parameters on the gelation time, as well as the main parameters, such as the concentration of the cross-linking agent, initiator and inorganic filler, and the reaction temperature. Gelation in the synthesis of a biodegradable polymer is shown as a function of the concentration of 2-methyl-5-vinyltetrazole in FIG. 1.
По мере увеличения концентрации 2-метил-5-винилтетразола в полимеризуемой композиции, время гелеобразования снижается, как показано на фиг.1. Это кажется возможным, что мономеры МВТ способны ускорить полимеризацию, если количество МВТ в смеси возрастает.As the concentration of 2-methyl-5-vinyltetrazole in the polymerizable composition increases, the gelation time decreases, as shown in FIG. It seems possible that the MBT monomers are able to accelerate the polymerization if the amount of MBT in the mixture increases.
(2) Абсорбирующие свойства(2) Absorbent properties
Абсорбирующие свойства поперечно-сшитого полимера, содержащего 2-метил-5-винилтетразол сомономера и неорганического наполнителя, были исследованы в дистиллированной воде и физиологическом растворе. Результаты испытания абсорбирующих свойств (степени набухания) для воды и физиологического раствора приведены в таблице 2.The absorbent properties of the crosslinked polymer containing 2-methyl-5-vinyltetrazole comonomer and inorganic filler were investigated in distilled water and physiological saline. The test results of the absorbent properties (degree of swelling) for water and saline are shown in table 2.
Абсорбционные свойства (степень набухания)table 2
Absorption properties (degree of swelling)
Метод исследования на абсорбционные свойства был описан подробно.The research method for absorption properties has been described in detail.
1 г образца помещали в стеклянный сосуд, содержащий 250 мл дистиллированной воды или физиологического раствора, и оставляли набухать в течение 1-3 дней в физиологическом растворе и 2 дней в дистиллированной воде. Температура испытания составляла 18°С. Равновесную степень набухания (Q) рассчитывали по следующей формуле:1 g of the sample was placed in a glass vessel containing 250 ml of distilled water or saline, and left to swell for 1-3 days in saline and 2 days in distilled water. The test temperature was 18 ° C. The equilibrium degree of swelling (Q) was calculated by the following formula:
Q=(MSP/MDP)Q = (MSP / MDP)
где Q представляет собой равновесную степень набухания (г/г), MSP представляет собой вес набухшего полимера (г), и MDP представляет собой вес сухого полимера (г).where Q is the equilibrium degree of swelling (g / g), MSP is the weight of the swollen polymer (g), and MDP is the weight of the dry polymer (g).
Как показано в таблице 2, максимальная абсорбционная способность гидрогеля составляла 270 г/г в примере 3 испытания в дистиллированной воде и 70 г/г в примере 2 испытания в физиологическом растворе.As shown in table 2, the maximum absorption capacity of the hydrogel was 270 g / g in example 3 tests in distilled water and 70 g / g in example 2 tests in physiological saline.
Пример 5Example 5
Измерение биоразлагаемостиBiodegradability measurement
В соответствии главным образом со способом примера 1, биоразлагаемый поперечно-сшитый полимер был получен в виде образцов 1-4, за исключением того, что количество твердого содержимого и процентное содержание частично нейтрализованной акриловой кислоты (АК), бентонита, АКМЦ и 2-метил-5-винил-тетразола (МВТ) в реакционной смеси были использованы в количестве, указанном в таблице 3.In accordance mainly with the method of example 1, a biodegradable crosslinked polymer was obtained as samples 1-4, except that the amount of solid content and the percentage of partially neutralized acrylic acid (AK), bentonite, AKMC and 2-methyl- 5-vinyl-tetrazole (MBT) in the reaction mixture was used in the amount shown in table 3.
Использованные количества компонентов в полимеризуемой композицииTable 3
Used amounts of components in the polymerizable composition
Сравнительный пример 2: Тест на биоразлагаемостьComparative Example 2: Biodegradability Test
Биоразлагаемость синтетических полимеров исследовали в соответствии с методом, описанным в статье Hao Feng, Jian Li and Lijuan Wang. Preparation of biodegradable flax shive cellulose-based superabsorbent polymer under microwave irradiation. Bioresources 5 (3), рр.1484-1495). Тест на биоразлагаемость образцов полимера, полученного в примере 5, проводили при 40°С в течение 2 недель, и сравнивали с ватой в качестве контрольного образца.The biodegradability of synthetic polymers was investigated in accordance with the method described in the article by Hao Feng, Jian Li and Lijuan Wang. Preparation of biodegradable flax shive cellulose-based superabsorbent polymer under microwave irradiation. Bioresources 5 (3), pp. 1484-1495). The biodegradability test of the polymer samples obtained in Example 5 was carried out at 40 ° C. for 2 weeks, and compared with cotton as a control.
Образцы полимера помещали в нейлоновый контейнер и вносили в коробку с почвой на глубину 10 см. Коробку помещали в термостат с температурой 40°C и с поддержанием влажности. Контроль веса проб проводился каждые 2 дня. Проверку массы образцов останавливали, когда полимер сливался с контейнером. Образцы не могли быть отделены от контейнера, в который они были помещены для проведения экспериментов по биоразложению в почве.Samples of the polymer were placed in a nylon container and placed in a box with soil to a depth of 10 cm. The box was placed in a thermostat with a temperature of 40 ° C and maintaining humidity. Sample weight control was carried out every 2 days. The mass check of the samples was stopped when the polymer was merged with the container. Samples could not be separated from the container in which they were placed for biodegradation experiments in the soil.
Результат теста был показан на фиг.2, где снижение веса образца полимера было указано в зависимости от времени испытания. В первый день теста биоразлагаемости, причиной повышения начальной массы образца является поглощение влаги из воздуха.The test result was shown in FIG. 2, where the weight reduction of the polymer sample was indicated as a function of the time of the test. On the first day of the biodegradability test, the reason for the increase in the initial mass of the sample is the absorption of moisture from the air.
Claims (11)
[Химическая формула 1]
где R1 представляет собой винил,
R2 представляет собой водород, C1-C6 алкил, C1-C6 алкенил или C1-C6 галогенированную алкильную группу, где галоген представляет собой F, Cl, Br или I,
[Химическая формула 2]
где R3 независимо представляет собой водород, C1-C6 алкил, C1-C6-алкенил, С2-С6 алкилкарбоксильную группу, C2-C6 алканоил, или C1-С6 галогенированную алкильную группу, где галоген представляет собой F, Cl, Br или I, n является целым числом от 5 до 100.1. Biodegradable absorbent cross-linked polymer obtained from a composition comprising a polymerizable monomer having an acrylic or methacrylic group, a tetrazole monomer represented by chemical formula 1, an inorganic filler and an allyl compound of a cellulose derivative represented by chemical formula 2:
[Chemical formula 1]
where R 1 represents vinyl,
R 2 represents hydrogen, C 1 -C 6 alkyl, C 1 -C 6 alkenyl or a C 1 -C 6 halogenated alkyl group, where the halogen is F, Cl, Br or I,
[Chemical formula 2]
where R 3 independently represents hydrogen, C 1 -C 6 alkyl, C 1 -C 6 alkenyl, C 2 -C 6 alkylcarboxyl group, C 2 -C 6 alkanoyl, or C 1 -C 6 halogenated alkyl group, where halogen represents F, Cl, Br or I, n is an integer from 5 to 100.
[Химическая формула 1]
где R1 независимо представляет собой винил,
R2 представляет собой водород, C1-C6 алкил, C1-C6 алкенил или C1-C6 галогенированную алкильную группу, где галоген представляет собой F, Cl, Br или I,
[Химическая формула 2]
где R3 независимо представляет собой водород, C1-C6 алкил, C1-C6-алкенил, C2-C6 алкилкарбоксильную группу, С2-С6 алканоил, или C1-С6 галогенированную алкильную группу, где галоген представляет собой F, Cl, Br или I, n является целым числом от 5 до 100.9. A method for producing a biodegradable cross-linked polymer, comprising the step of polymerizing a composition comprising a polymerizable monomer having an acrylic or methacrylic group, a tetrazole monomer represented by chemical formula 1, an inorganic filler and an allyl compound of a cellulose derivative represented by chemical formula 2:
[Chemical formula 1]
where R 1 independently represents vinyl,
R 2 represents hydrogen, C 1 -C 6 alkyl, C 1 -C 6 alkenyl or a C 1 -C 6 halogenated alkyl group, where the halogen is F, Cl, Br or I,
[Chemical formula 2]
where R 3 independently represents hydrogen, C 1 -C 6 alkyl, C 1 -C 6 alkenyl, C 2 -C 6 alkylcarboxyl group, C 2 -C 6 alkanoyl, or C 1 -C 6 halogenated alkyl group, where halogen represents F, Cl, Br or I, n is an integer from 5 to 100.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013100953/15A RU2539379C2 (en) | 2013-01-10 | 2013-01-10 | Biodegradable superabsorbent polymer containing tetrazole and cellulose derivatives |
KR1020140003326A KR101546532B1 (en) | 2013-01-10 | 2014-01-10 | Biodegradable superabsorbent polymer containing tetrazole and cellulose derivatives |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013100953/15A RU2539379C2 (en) | 2013-01-10 | 2013-01-10 | Biodegradable superabsorbent polymer containing tetrazole and cellulose derivatives |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013100953A RU2013100953A (en) | 2014-07-20 |
RU2539379C2 true RU2539379C2 (en) | 2015-01-20 |
Family
ID=51215129
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013100953/15A RU2539379C2 (en) | 2013-01-10 | 2013-01-10 | Biodegradable superabsorbent polymer containing tetrazole and cellulose derivatives |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101546532B1 (en) |
RU (1) | RU2539379C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2622430C1 (en) * | 2016-01-27 | 2017-06-15 | Майя Валерьевна УСПЕНСКАЯ | Method of obtaining nanocompositic sorbent for drying soils |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070005130A1 (en) * | 2005-06-29 | 2007-01-04 | Thierry Glauser | Biodegradable polymer for coating |
-
2013
- 2013-01-10 RU RU2013100953/15A patent/RU2539379C2/en active
-
2014
- 2014-01-10 KR KR1020140003326A patent/KR101546532B1/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070005130A1 (en) * | 2005-06-29 | 2007-01-04 | Thierry Glauser | Biodegradable polymer for coating |
WO2007005253A1 (en) * | 2005-06-29 | 2007-01-11 | Advanced Cardiovascular Systems, Inc. | Biodegradable polymer for coating |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2622430C1 (en) * | 2016-01-27 | 2017-06-15 | Майя Валерьевна УСПЕНСКАЯ | Method of obtaining nanocompositic sorbent for drying soils |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101546532B1 (en) | 2015-08-21 |
RU2013100953A (en) | 2014-07-20 |
KR20140090959A (en) | 2014-07-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101681700B1 (en) | Water-absorbing resin and water-absorbing product | |
JP5383048B2 (en) | Hydrolytically stable post-crosslinked superabsorbent | |
JP2019535848A (en) | Absorbent polymer and method for producing the same and use thereof | |
CN107254013B (en) | Method for producing water-absorbent resin | |
US10029234B2 (en) | Compounded surface treated carboxyalkylated starch polycrylate composites | |
CN110446726A (en) | Water-absorbent besin particles | |
KR101564526B1 (en) | Water-absorbing resin and preparing method thereof | |
JPH09502221A (en) | Aqueous liquid-absorbent powdery polymer, its production method and use as absorbent material | |
PT873187E (en) | POLYMERS RETICULATED WITH AMINOATED ALCOOES INSATURATED WITH CAPACITY TO INCREASE VOLUME WITH WATER ITS PREPARATION AND UTILIZATION | |
JP2000026510A (en) | Production of resin and water-absorbing resin | |
KR20180022883A (en) | Particulate absorbent | |
SG193939A1 (en) | Method for producing water-absorbing resin | |
JP2024063043A (en) | Superabsorbent polymers and methods of making and using same - Patents.com | |
KR102322774B1 (en) | Biodegradable and superabsorbent polymer based on polyitaconic acid and method for preparing the same | |
JPWO2016021519A1 (en) | Water absorbent resin composition | |
RU2539379C2 (en) | Biodegradable superabsorbent polymer containing tetrazole and cellulose derivatives | |
JP2018111806A (en) | Method for producing water-absorbable resin particle | |
JP4815710B2 (en) | Water-absorbing material and blood-absorbing article using the same | |
JPH03195705A (en) | Production of highly water absorbing resin | |
TW201900702A (en) | Water absorbent resin and method of producing the same | |
CN101781383A (en) | Manufacturing method of superabsorbent resin | |
TWI736927B (en) | Superabsorbent polymer composition, superabsorbent polymer and method for producing the same | |
CN110358117B (en) | Water-absorbent resin composition, water-absorbent resin and method for producing the same | |
JP7606858B2 (en) | Water-absorbent resin composition and method for producing same | |
JP2001200006A (en) | Preparation method of water absorbing resin |