Жатканбаев Е.Т., Бишимбаев В.К., Джакипбекова Н.О., Сатаев К.И.

ЮКГУ им. М.Ауезова г. Шымкент

Разработка способа получения и исследования ВРПЭ

на основе сополимеров акрилонитрила с гуминовой кислотой.

Расширение областей применения водорастворимых синтетических полиэлектролитов способствует разработке доступных и перспективных путей получения.

Сополимеры акрилонитрила нашли широкое применение в различных областях промышленности и сельского хозяйства развитых стран, однако, потенциальные возможности этих высокомолекулярных соединений раскрыты и проанализированы далеко не в полной мере [1].

Несмотря на достигнутые за последние годы успехи в области синтеза водорастворимых полимеров из них не удовлетворяют потребностей различных отраслей по доступности, эффективности и селективности действия. Данное обстоятельство вызывает необходимость исследований по разработке способа и технологии получения новых водорастворимых полиэлектритов с учетом влияния их состава на конформационные характеристики, ответственных за структурообразующее, агрегирующее, стабилизирующее действие на различные дисперсные системы.

В зонах пониженной влажности, к которым относятся южные области Республики Казахстан, актуальной является проблема повышения благоудержания и благопоглащения почвогрунтов, улучшения антиэрозийных характеристик почв, понижение засоленности почвогрунтов. В связи с этим синтез и исследование новых высокоэффективных и экономически выгодных ВРПЭ на основе доступного сырья гуматов из бурого угля Ленгерского месторождения и полиэлектрита К-4 и их применение в качестве структурообразователей почв является важным и актуальным.

Цель настоящей работы состоит в разработке способов и технологии получения и исследования высокомолекулярных модифицированных структурообразователей, их применения для регулирования агрофизических свойств почвогрунтов.

Среди акриловых мономеров доступным и широко применяемым является акрилонитрил, служащий основным сырьем для получения синтетических волокон. Использование более доступных и дешевых отходов производство нитрилакриловой кислоты позволяет снизить себестоимость продукции угольной промышленности. Акрилонитрил, привитый к различным природным полимерам существенно изменяет их свойства.

Например, способствует повышению термосолеустойчивости, что наблюдается при сополимеризации ГуПЭР с полиэтиленом и гуминовым кислотами.

По этому основной для получения водорастворимого полиэлектролита служили производные гуминовых кислот, выделенные из бурого угля Ленгерского месторождения. В качестве второго компонента применяли отходы нитроакриловой кислоты [2].

В целях повышения эффективного действия гуматов нами предлагается их модифицирование путем изменения состава гуматных реагентов и введением новых функциональных групп.

Способ получения гуматполимерного реагента заключается в следующем: в круглодонную трехгорлую колбу, снабженную обратным холодильником, термометрам, мешалкой и капельной воронкой помещает отходы нитрилакриловой кислоты, добавляют катализатор персульфат калия и для поддержки рН среды добавляют серной кислоты в пределах 1-2. Процесс полимеризации протекает при работающей мешалке рН=1-2. Температуру реакционной среды поднимают до 75-80^°С и выдерживают в течении 1,5 часа. Происходит суспензионная полимеризация ГуПЭР с образованием полиакрилонитрила.

После роцесса полимеризации в реакционную массу, насыпают порошки угля и гуматы , (NH₄)₂SO₄ и добавляют гидроксид натрия, затем температуру постепенно доводят до 95-98^°С и проводят процесс омыление 2,0 часа. В результате реакции образуют темные однородные гелеобразные продукты, хорошо растворимые в воде. Для подбора оптимальных условий получения гуматполимерных реагентов изучено влияние температуры и времени полимеризации и омыления, количества отходов кубовые остатки нитрилакриловой кислоты инициатора омыляющих агентов (NаOH и (NH₄)₂SO₄) и гумата натрия.

Оптимальным условием получении модифицированного гуматно-полимерного реагента, установленными на основании серии опытов являются: соотношения КОНАК:Гумат:К₂S₂O₃:(NH₄)₂SO₄ NаOH = 1,0:0,5:0,02:0,2:0,5, время проведения реакции 3,5 часов.

Исследование физико-химических свойств отдиализированных образцов проводили в водной среде. Каждый полимер приготовили в следующих концентрациях: 0,01; 0,025; 0,05; 0,1; 0,25;0,5; 1,0%. В зависимости от концентрации определены: а) вязкость (в Оствальдском вискозиметре, скорость истечения воды при 25^°С 5 мл за 172 сек); б) электропроводность; в) рН среды (на рН ЛП-58 со стеклянным электродом), изучением электропроводности, вязкости и рН растворов гуминовых реагентов параллельно выявлено, как отразится удаление низкомолекулярных веществ на физико-химические и структурирующие свойства полученных продуктов.

Полученный реагент ГуПЭР был, подвергнут элементному термическому анализу. ИК - спектроскопическому изучению, определена вязкость и удельная электропроводность диализованных водных растворов.

ИК – спектры поглощения образцов полимера ГуПЭР содержат полосы (рис.1), характеризующие количество ароматических ядер, полосы поглощения в интервале 16,25-16,3^.10^-2 м^-1 могут быть отнесена к валентным колебаниям –С=С- связей, слабые пики при частотах 73,0-78,0^.10^-2 м^-1 являются характеристическими для СН - групп, и коротковолновой части спектра 29,45^.10^-2 м^-1 наблюдается полоса валентных колебаний –СН₂-групп.

Исследуемые полимеры содержат гидроксильные группы спиртового и фенольного характера, как свободные, так и связанные водородной связью, о чем свидетельствует широкая полоса поглощения в интервале 32,0-34,0^.10^-2 м^-1. полосы с частотами 13,25 и 13,5^.10^-2 м^-1 могут быть отнесены к и СООН группам соответственно.

Присутствие мостичного кислорода 11,1-11,2^.10^-2 м^-1 говорит о существовании простых эфирных связей типа . Отчетливо выражены полосы поглощения –СН₂-СО-связей 14,05^.10^-2 м^-1. Полосы поглощения при частотах 15,95 и 16,^7.10-2 ^м-1 могут быть идентифицированы как циклические группы (СО)₂NH и амид –СОNН₂.

Высокомолекулярные электролиты имеют свойства обычных электролитов, поэтому вязкость системы должна подчиняться уравнению Эйнштейна. Но из рисунка видно, что с повышением концентрации удельная вязкость раствора полученных образцов возрастает по кривой, обращенной выпуклостью возникновением кажущегося увеличения объемной доли дисперсной фазы, а также в результате образования структур в системе. При построении кривых вязкости образцов реагентов в зависимости от ихи концентрации, также наблюдается вогнутая кривая, характерная для полиэлектролитов.

В таких случаях характеристическую вязкость определяют графическим построением от С^1/2.

Из рисунка 2 и 3 видно =, что точка найденная по вышеописанной зависимости, ложится на кривую линию. Можно полагать, что в условиях таких измерений гуминовые реагенты, ионизированы больше, чем ГуПЭР для которого, наблюдается прямолинейная зависимость [3], так как натриевые или другие соли гуминовых реагентов хорошо диссоцируют, отщепляя катионы, что в свою очередь создает вдоль цепи молекул большое количество отрицательных зарядов.

Между этими зарядами возникает электростатическое отталкивание, что влечет за собой увеличение линейных размеров макромолекул.

На рисунке 4 и 5 представлены кривые, отражающие зависимость рН среды и электропроводности гуминовых реагентов от их концентрации. По изменению хода кривых видна общая тенденция уменьшения рН среды и увеличения электропроводности реагентов с разбавлением. Но эти тенденции для гуминовых реагентов из угля в зависимости от условий получения различны.

Получение гранул из мелких коллоидно-химических фракций гуматов натрия с целью вовлечения их в технологический цикл производства ПГР, имеет очень важное значение с точки зрения рационального использования природных ресурсов.

Значительные преимущества способа гранулирования обусловлено более высокими прочностными свойствами гранул и их сохранностью, а также возможностью складирования и транспортирования гранул.

На основе современных положений физико-химической механики дисперсных структур дана оценка возможности применения водорастворимых полиэлектролитов для регулирования структурообразования исследуемых дисперсных систем.

Литература

1. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химий. М. «Химия». 1964. с. 468-478.

2. Мырзабаева Х.С, Сатаев И.К. Модификация гуминовых кислот из ленгерского бурого угля гидроксидами щелочных металлов. – Наука и образование Южного Казахстана. 1996, №3, с.96-98.

3. Сатаев И.К., Ахмедов К.С. Модифицированный полиакрилони-трильный реагент для глинистых растворов. – Ташкент, 1974. – 7с. Рукопись предст. Институтом химии АН УзССР, Деп. В ВИНИТИ 24 мая 1974, №625-74. «Узб.хим. журн.», 1974. с.90.