close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15051

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.10.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
D 01F 11/04
C 08J 5/20
(2006.01)
(2006.01)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АМИНОКАРБОКСИЛЬНОГО
ВОЛОКНИСТОГО ИОНИТА
(21) Номер заявки: a 20100260
(22) 2010.02.23
(43) 2010.10.30
(71) Заявители: Государственное научное учреждение "Институт физикоорганической химии Национальной
академии наук Беларуси"; Общество с ограниченной ответственностью "ИМТ" (BY)
(72) Авторы: Солдатов Владимир Сергеевич; Косандрович Евгений Генрихович; Свиридов Игорь Алексеевич;
Коршунова Татьяна Александровна;
Полховский Евгений Михайлович
(BY)
BY 15051 C1 2011.10.30
BY (11) 15051
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатели: Государственное
научное учреждение "Институт физикоорганической химии Национальной академии наук Беларуси"; Общество с
ограниченной ответственностью "ИМТ"
(BY)
(56) BY 12352 C1, 2009.
Волокна с особыми свойствами. - М.:
Химия, 1980. - С. 75-98.
СОЛДАТОВ В.С. и др. Журнал Всесоюзного химического общества
им. Д.И.Менделеева. - 1990. - Т. XXXV. № 1. - С. 101-106.
ГРАЧЕК В.И. и др. Журнал прикладной химии. - 2001. - Т. 74. - Вып. 2. С. 260-264.
RU 2194809 C2, 2002.
SU 1512984 A1, 1989.
SU 726227, 1980.
SU 867092 A1, 1992.
SU 1750275 A1, 1994.
(57)
Способ получения аминокарбоксильного волокнистого ионита путем химической обработки полиакрилонитрильного волокна при повышенной температуре, отличающийся
тем, что обработку осуществляют 0,8-15,0 %-ным водным раствором сульфида натрия,
содержащим 0-25 % алкиленамина, выбранного из группы, включающей этилендиамин,
диэтилентриамин, триэтилентетраамин и полиэтиленполиамин, при температуре 90101 °С в течение 1-7 часов.
Изобретение относится к технологии получения химических волокон с ионообменными свойствами, в частности, на основе полиакрилонитрильных волокон или сополимеров
акрилонитрила, которые могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства для сорбции токсичных газов и аэрозолей кислотной и основной природы из газовоздушных сред, извлечения ионов металлов из водных сред, в качестве основы при
получении импрегнированных материалов.
Известен способ получения ионообменного полиакрилонитрильного волокна [1], состоящий из следующих стадий: 1) обработка ПАН-волокна 10-80 %-ным водным раствором алкиленамина (в частности, полиэтиленполиамином (ПЭПА)) при 75-85 °С в течение
BY 15051 C1 2011.10.30
30-60 минут; 2) обработка 10-30 %-ным раствором диметилолэтиленмочевины (ДМЭМ)
при 75-85 °С в течение 45-60 минут. При этом достигается статическая обменная емкость,
по основным группам равная 5,4 ммоль/г и по кислотным 2,4 ммоль/г. Указанный способ
характеризуется следующими недостатками: 1) двухстадийность синтеза с использованием двух модифицирующих агентов, один из которых (ДМЭМ) является дорогостоящим
сырьем; 2) низкие физико-химические и механические характеристики ионообменного
волокна, не позволяющие получать из него текстильные изделия; 3) механическая деструкция ионообменного волокна при работе в циклах сорбция-регенерация серной кислотой.
Известен способ получения ионообменного волокна на основе полиакрилонитрила [2]
путем обработки его гидразингидратом или сернокислым гидразином и раствором едкого
натра. Затем проводят дополнительную обработку 20-40 % раствором гидразингидрата
при 80-95 °С в течение 10-90 минут. Величины обменной емкости, достигаемые в этом
случае: по кислотным группам - 0,5-2,5 мг·экв/г; по основным группам - 2,8-4,5 мг·экв/г.
Основными недостатками приведенного способа получения ионообменного волокна являются двухстадийность способа получения, применение в качестве модифицирующего
агента гидразингидрата или сернокислого гидразина, которые являются высокотоксичными (относятся к веществам первого класса опасности [3], ПДК гидразингидрата в рабочей
зоне составляет 0,1 мг/м3 [4]), а также высокий расход щелочи.
Известен способ получения волокнистого полиамфолита ВИОН АН-3 [5], состоящий
из двух стадий: сополимер акрилонитрила, метакрилата и итаконовой кислоты гидразидируют раствором гидразингидрата, а затем омыляют раствором гидроксида натрия. Величины обменной емкости, достигаемые в этом случае: по кислотным группам - 0,51,0 мг·экв/г; по основным группам - 1,8-2,5 мг·экв/г. Недостатком указанного способа является сложный технологический процесс с использованием высокотоксичного реагента
(гидразингидрата), а также получение волокнистого ионита с низким содержанием кислотных функциональных групп.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения ионообменного волокна на основе полиакрилонитрила [6]
путем его обработки при повышенной температуре (95 °С) в течение 6-12 часов 540 %-ным водным раствором полиэтиленполиамина в присутствии 0,125-0,50 г·моль карбоната натрия или калия при мольном соотношении ПЭПА и карбоната натрия или калия
от 1:2 до 2:1. Величины обменной емкости, достигаемые в этом случае: по кислотным
группам - 0,2-2,9 мг·экв/г; по основным группам - 0,5-6,1 мг·экв/г. Основными недостатками указанного способа являются длительность процесса синтеза и высокие расходы реагентов для получения высокой обменной емкости.
Задача изобретения - создание более экономичного способа получения ионита на основе полиакрилонитрильного волокна или сополимеров полиакрилонитрила за счет
уменьшения времени синтеза, сокращение расхода щелочных агентов при сохранении высоких значений статической обменной емкости по кислотным и основным группам.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения ионообменного волокна химической обработкой полиакрилонитрильного волокна при повышенной
температуре обработку осуществляют 0,8-15 %-ным водным раствором сульфида натрия,
содержащим 0-25 % алкиленамина, выбранного из группы, включающей этилендиамин,
диэтилентриамин, триэтилентетраамин, полиэтиленполиамин, при 90-101 °С в течение 17 часов.
Выбранные пределы концентрации сульфида натрия обусловлены следующим.
Уменьшение содержания сульфида в реакционной смеси ниже 0,8 % приводит к уменьшению обменной емкости по кислотным функциональным группам и существенному
снижению скорости химической реакции при синтезе. Применение растворов сульфида
натрия выше 15 % неприемлемо, что связано с пределом его растворимости.
2
BY 15051 C1 2011.10.30
Алкиленамины, используемые в предлагаемом способе синтеза: этилендиамин (ЭДА),
диэтилентриамин (ДЭТА), триэтилентетраамин (ТЭТА), полиэтиленполиамин (ПЭПА).
Содержание алкиленамина обусловлено следующим. При отсутствии алкиленамина в реакционной смеси (0 % алкиленамина) можно получить полиамфолиты с преобладанием
кислотных функциональных групп. С увеличением концентрации алкиленамина происходит увеличение обменной емкости по основным функциональным группам, при этом происходят сшивка полимерных цепей и образование пространственной трехмерной
структуры. При повышении концентрации алкиленамина выше 25 % происходит существенное ухудшение механических свойств получаемого ионита, при этом возрастает расход щелочных реагентов.
Рабочий интервал температур обоснован тем, что при температурах ниже 90 °С значительно замедляется скорость химической реакции, поэтому получить ионит с высокими
обменными емкостями по основным и кислотным функциональным группам невозможно.
Верхний предел обусловлен тем, что реакционная смесь кипит при температуре 102 °С,
поэтому нагревание выше этой температуры приводит к выкипанию компонентов реакционной смеси и усилению процессов деструкции ПАН-волокна.
Время обработки не менее 1 часа выбрано исходя из возможности достижения достаточно высокой величины обменной емкости волокна по функциональным группам при
указанных выше параметрах. Увеличение времени обработки более 7 часов нецелесообразно, так как не приводит к увеличению значений статической обменной емкости.
При указанном способе получения ионообменного волокна достигаются следующие
величины статической обменной емкости: по кислотным группам - 0,6-6,9 мг·экв/г; по основным группам - 0,6-4,2 мг·экв/г.
Существенными отличиями заявляемого изобретения являются получение ионообменного волокна с возможностью регулирования количества кислотных и основных
функциональных групп в полимере, а также их соотношения; использование в процессе
получения сульфида натрия, позволяющего интенсифицировать химическую реакцию и
сократить время синтеза; использование низких концентраций амина.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Волокно нитрон в количестве 3 г загружают в реактор на 20 мл и обрабатывают
2,5 %-ным водным раствором сульфида натрия, содержащим 5 % диэтилентриамина
(ДЭТА), при температуре 98 °С в течение 5 часов. После окончания обработки переносят
волокно в емкость и промывают водой. Для подготовки полученного ионообменного волокна к работе его подвергают кондиционированию: попеременной обработке 0,1 М раствором NaOH и 0,1 М раствором HCl с отмывкой водой до нейтральной реакции.
Полученное ионообменное волокно имеет статическую обменную емкость: по основным
группам - 2,3 мг·экв/г; по кислотным группам - 2,4 мг·экв/г. Статическую обменную емкость определяли по методике, описанной в [7].
Пример 2.
Волокно нитрон обрабатывают 1,9 %-ным водным раствором сульфида натрия, содержащим 20 % ДЭТА, при температуре 97 °С в течение 5 часов. Волокно промывают и
кондиционируют. Готовое волокно имеет следующие величины статической обменной
емкости: по кислотным группам - 2,6 мг·экв/г; по основным группам - 3,7 мг·экв/г.
Пример 3.
Волокно нитрон обрабатывают 4,3 %-ным раствором сульфида натрия, содержащим
20 % ДЭТА при 98 °С в течение 5 часов. Волокно промывают и кондиционируют. Получают следующие величины статической обменной емкости: по кислотным группам 3,4 мг·экв/г; по основным группам - 3,7 мг·экв/г.
3
BY 15051 C1 2011.10.30
Примеры 4-34.
Получение ионообменного волокна проводят, как описано в примере 1. Условия синтеза и статическая обменная емкость полученных ионообменных волокон по основным и
кислотным функциональным группам приведены в таблице.
Пример 35.
Полиакрилонитрильное волокно в количестве 11 кг загружают в реактор на 100 л и
обрабатывают 5 %-ным водным раствором сульфида натрия, содержащим 10 % полиэтиленполиамина, при температуре 98 °С в течение 1 часа. Промывают волокно в реакторе
1 н серной кислотой, затем водой до нейтральной реакции среды. Полученное ионообменное волокно имеет статическую обменную емкость, равную: по основным группам 1,7 мг·экв/г; по кислотным группам - 2,4 мг·экв/г.
Примеры 36-37.
Получение ионообменного волокна проводят, как описано в примере 35. Условия синтеза и статическая обменная емкость полученных ионообменных волокон по основным и
кислотным функциональным группам приведены в таблице.
Из приведенных данных видно, что по заявляемому способу могут быть получены волокнистые иониты на основе ПАН-волокна и сополимеров акрилонитрила с высокой анионообменной и катионообменной емкостью, а также сбалансированные полиамфолиты.
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Условия получения и характеристика полученных волокнистых ионитов
Статическая обменная
Условия получения ионообменного волокна
емкость ионита
По основ- По кислотНазвание и конКонцентрация
Температура, ным групным групцентрация алки- Время, ч
Na2S, %
°С
пам,
пам,
ленамина, %
мг·экв/г
мг·экв/г
2,5
ДЭТА: 5,0
5,0
98
2,3
2,4
1,9
ДЭТА: 20,0
5,0
97
3,7
2,6
4,3
ДЭТА: 20,0
5,0
98
3,7
3,4
8,5
ДЭТА: 12,5
3,0
95
2,0
2,3
15,0
ДЭТА: 7,0
3,0
95
1,8
3,4
9,3
ДЭТА: 6,0
3,0
90
2,1
2,7
10,0
ТЭТА: 5,0
1,5
100
1,4
6,5
10,0
ТЭТА: 5,0
3,0
100
1,9
6,9
5,0
ТЭТА: 7,8
1,5
100
2,0
4,0
5,0
ТЭТА: 3,3
1,5
100
1,4
4,1
3,0
ТЭТА: 10,0
1,5
101
1,9
2,7
3,0
ТЭТА: 3,3
1,5
100
1,1
2,6
1,0
ТЭТА: 10,0
3,0
100
0,6
0,6
3,0
ТЭТА: 3,3
3,0
100
1,3
3,1
10,0
ТЭТА: 10,0
1,5
100
1,9
6,4
0,8
0
5,0
95
0,8
1,0
4,3
0
5,0
98
0,9
2,4
8,5
0
5,0
98
1,0
2,9
12,8
0
5,0
101
1,3
3,0
2,5
ДЭТА: 5
5,0
91
1,8
1,0
8,5
ДЭТА: 5
5,0
98
1,9
4,1
0,8
ДЭТА: 10
5,0
98
1,5
0,9
6,0
ДЭТА: 10
5,0
98
2,4
3,1
8,5
ДЭТА: 10
5,0
93
3,1
4,1
4
BY 15051 C1 2011.10.30
№
п/п
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
Продолжение таблицы
Статическая обменная
Условия получения ионообменного волокна
емкость ионита
По основ- По кислотНазвание и конКонцентрация
Температура, ным групным групцентрация алки- Время, ч
Na2S, %
°С
пам,
пам,
ленамина, %
мг·экв/г
мг·экв/г
4,3
ДЭТА: 10
1,0
98
1,1
1,2
4,3
ДЭТА: 10
3,0
98
2,2
1,9
4,3
ДЭТА: 10
5,0
98
2,3
2,6
4,3
ДЭТА: 10
7,0
98
2,9
3,2
2,6
ДЭТА: 20
5,0
98
3,6
3,3
8,5
ДЭТА: 20
5,0
98
3,4
4,4
4,3
ДЭТА: 25
5,0
98
4,2
2,9
5,0
ЭДА: 3
5,0
98
0,9
1,9
10,0
ЭДА: 3
5,0
98
1,1
2,7
7,0
ЭДА: 10
5,0
90
1,9
2,3
5,0
ПЭПА: 10
1
98
1,7
2,4
5,0
ПЭПА: 10
3
98
2,5
3,0
5,0
ПЭПА: 10
3
90
0,9
1,7
Источники информации:
1. RU 2101306, МПК6 C 08J 5/20, 1998.
2. RU 1051989, МПК6 D 01F 11/04, 1995.
3. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. Т. 3. Неорганические и элементоорганические соединения / Под ред. Н.В.Лазарева,
И.Д.Гадаскиной. - Л.: Химия, 1977.
4. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических
веществ в окружающей среде. - Л.: Химия, 1985.
5. Хоботова Э.Б., Зареченский В.М. Гальванотехника и обработка поверхности. - Т. 5. 1997. - № 3. - С. 43-49.
6. BY 12352, МПК8 D 01F 11/00, C 08J 5/20, 2009.
7. Полянский Н.Г., Горбунов Г.В., Полянская Н.Я. Методы исследования ионитов. М.: Химия, 1976.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
109 Кб
Теги
by15051, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа