1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28570
(51) C08F 2/00 (2006.01)
C08F 2/54 (2006.01)
C08F 20/06 (2006.01)
C08F 220/18 (2006.01)
C08F 251/02 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/1276.1
(22) 30.09.2013
(45) 16.06.2014, бюл. №6
(72) Тулеушев Адил Жианшахович; Котов Сергей
Владимирович; Кривцов Павел Юрьевич; Туякбаев
Канат Саматович; Ершин Зейнолла Райханович;
Касымжанов Мурат Тулеужанович
(73) Акционерное общество "Парк ядерных
технологий"
(56) RU 2467017 C1, кл. C08F 2/00, 20.11.2012
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ
ВОДОПОГЛОЩАЮЩЕГО ПОЛИМЕРА
(57) Способ получения водопоглощающего
полимера заключается в радикальной
полимеризации сополимера на основе акриловой
кислоты и карбоксиметилцеллюлозы в водной
среде, где для полимеризации используют смесь
карбоксиметилцеллюлозы с акриловой кислотой в
весовых соотношениях от 1/15 до 1/7,
полимеризацию ведут пучком высокоэнергетичных
электронов с энергией от 1,5 до 5МэВ., при этом
полимеризацию ведут в технологических сосудах из
материала обладающего высокой поглотительной
способностью пучка высокоэнергетичных
электронов, а толщину полимеризуемого слоя
выбирают, исходя из условия однородности
поглощенной дозы от первичного электронного
пучка и пучка вторичных гамма квантов,
возникающих при торможении первичного
электронного пучка в дне технологического сосуда.
Технический результат изобретения заключается
в повышении эффективности поглощения воды в
получаемом полимере.
(19)KZ(13)A4(11)28570

2. 28570
2
Изобретение относится к способам получения
сшитых гидрофильных полимеров, способных
поглощать большие объемы воды.
Известен способ получения полимера на основе
соединений акриловой кислоты с использованием
облучения рентгеновскими лучами. (А.с. СССР
№116349, Кл. 39с. 25/03 В.В. Коршак, С.Р. Рафиков,
В.А. Сергеев и Б.Л. Цетлин).
Недостатком известного способа является
отсутствие гидрофильности при полимеризации, что
не обеспечивает максимальной эффективности
водопоглощения полимерной массой.
Известен способ получения сшитого
водопоглощающего полимера предусматривающий
синтез сополимера акриламида акриловой кислоты
сшиваемого 0,005-0,13 мольн.% N,N'-метилен-бис-
акриламида при радикальной сополимеризации
указанных акриловых и диакрилового сомономеров
в 10%-ном водном растворе при 45°С с
последующей промывкой продукта и его сушкой
[S.A. Dubrovskii, M.V. Afans'eva, M.A. Lagutina,
K.S. Kazanskii. "Comprehensive characterization of
superabsorbent polymer hydrogels" // Polymer Bulletin,
1990, V.24, р.107-113].
Недостатком известного способа является
отсутствие полной полимеризации, проявляющейся
в необходимости проведения операции промывки
полученного продукта, в результате чего часть
первичного мономера не приобретает свойств
водонабухающего полимера и не обеспечивает
максимальной эффективности водопоглощения
полимерной массой.
Известен способ получения сшитого
водопоглощающего полимера, включающий
радикальную полимеризацию акрилового мономера
в водной среде в присутствии окислительно-
восстановительной инициирующей системы, где в
качестве акрилового мономера используют
N,N-диметилакриламид или его смесь с
гидрофильным незаряженным и/или ионогенным
акриловым мономером, полимеризацию проводят в
замороженной водной среде, для чего исходный
раствор реагентов замораживают и выдерживают
при -5-40°С в течении 4-24 ч, а затем оттаивают
замороженную систему, выделяют и сушат целевой
продукт известными приемами. (http://ru-
patent.info/24/67/2467017.html)
Недостатком известного способа является
отсутствие полной полимеризации, проявляющейся
в необходимости проведения операции выделения
полученного продукта, в результате чего часть
первичного мономера не приобретает свойств
водонабухающего полимера и не обеспечивает
максимальной эффективности водопоглощения
полимерной массой.
Технический результат изобретения заключается
в повышении эффективности поглощения воды в
получаемом полимере. Указанный результат
достигается в способе получения
водопоглощающего полимера, включающий
радикальную полимеризацию сополимера на основе
акриловой кислоты и карбоксиметилцеллюлозы в
водной среде, где для полимеризации используют
смесь карбоксиметилцеллюлозоы с акриловой
кислотой в весовых соотношениях от 1/15 до 1/7,
полимеризацию ведут пучком высокоэнергетичных
электронов с энергией не менее 1,5 МэВ., при этом
полимеризацию ведут в технологических сосудах из
материала обладающего высокой поглотительной
способностью пучка высокоэнергетичных
электронов, а толщину полимеризуемого слоя
выбирают, исходя из условия однородности
поглощенной дозы от первичного электронного
пучка и пучка вторичных гамма квантов,
возникающих при торможении первичного
электронного пучка в дне технологического сосуда.
Способ реализуется следующим образом.
На первом этапе производят подготовку
исходных компонентов, которая сводится к
формированию однородного водного раствора
карбоксиметилцеллюлозы и водного раствора
едкого натрия/калия.
На втором этапе осуществляют смешивание
водного раствора карбоксиметилцеллюлозы и
акриловой кислоты в пропорциях от 1/15 до 1/7, с
последующим повышением рН раствора введением
необходимых количеств раствора едкого
натрия/калия.
На третьем этапе полученный состав подвергают
воздействию потока высокоэнергетичных
электронов с энергией не менее 1,5 МэВ.
В результате радикальной полимеризации
сополимера карбоксиметилцеллюлозы с акриловой
кислотой под действием потока электронов,
формируют сшитый гидрофильный полимер
способный поглощать большие объемы воды. При
этом для достижения технического результата
состоящего в повышении эффективности
поглощения воды, полимеризацию ведут в
технологических сосудах из материала
обладающего высокой поглотительной
способностью пучка высокоэнергетичных
электронов, а толщину полимеризуемого слоя
выбирают, исходя из условия однородности
поглощенной дозы от первичного электронного
пучка и пучка вторичных гамма квантов,
возникающих при торможении первичного
электронного пучка в дне технологического сосуда.
Водопоглощающие полимеры - это материалы,
состоящие из гидрофильной полимерной сетки с
длинными межузловыми цепями и водной
компоненты, количество которой может изменяться
в широких пределах. Полимерная сетка в них может
быть как электронейтральной, так и
полиэлектролитной - несущей ионогенные группы,
способные диссоциировать в водной среде с
образованием заряженного полимера (макроиона) и
низкомолекулярных противоионов. Водная
компонента таких материалов может быть как
чистой водой, так и водным раствором, содержащим
противоионы сетки и другие малые ионы и
молекулы. Наличие сетчатой структуры, с одной
стороны, и большая длина межузловых цепей, с
другой стороны, являются причинами того, что
водопоглощающие полимеры обладают
уникальными свойствами, одним из которых

3. 28570
3
является их способность к сильному набуханию в
воде и водных растворах.
Дня получения полимера с высокой
эффективностью поглощения воды, необходимо
обеспечить радикальную полимеризацию
сополимера на основе акриловой кислоты и
карбоксиметилцеллюлозы в водной среде пучком
высокоэнергетичных электронов. Выбор границ
концентрации компонентов обусловлен тем, что
механическая прочность гидрофильной полимерной
сетки и поглощающие свойства полимера напрямую
зависят от состава сополимера подвергаемого
воздействию потока высокоэнергетичных
электронов.
Выбор нижней границы энергии пучка
электронов обусловлен тем, что проникающая
способность пучка электронов и величина пробега
электронов в веществе, напрямую зависят от их
энергии, при этом минимальная энергия пучка
должна обеспечивать однородность полимеризации
во всем объеме сополимера. [Г.Ф. Друкарев
«Столкновения электронов с атомами и
молекулами» // М.: Наука, 1978, с.256]
В связи с тем, что энергия связи ядер 3
Не
(Гелий-3) составляет 7,7 МэВ, который входит в
состав воздуха, использование электронного пучка с
энергией выше 7,7 МэВ может привести к делению
ядер 3
Не, т.е. к ядерной реакции, что не
гарантирует радиационную безопасность
(http://www.trinitas.ru/rus/doc/0231/008а/02310058.htm).
Пример 1. Для подтверждения обоснованности
выбора нижнего порога интервала пропорций
смешивания водного раствора
карбоксиметилцеллюлозы и акриловой кислоты,
проводят смешивание вышеуказанных компонентов
в соотношении 1/15 с последующим повышением
рН раствора введением необходимых количеств
раствора едкого натрия/калия, проводят облучение
полученной смеси потоком высокоэнергетичных
электронов с энергией не менее 1,5 МэВ.
Полученный в результате готовый продукт
характеризуется низкой механической прочностью
при хороших поглощающих свойствах.
Пример 2. Проводят смешивание водного
раствора карбоксиметилцеллюлозы и акриловой
кислоты в соотношении 1/10 с последующим
повышением рН раствора введением необходимых
количеств раствора едкого натрия/калия, проводят
облучение полученной смеси потоком
высокоэнергетичных электронов с энергией не
менее 1,5 МэВ. Полученный в результате готовый
продукт характеризуется высокой механической
прочностью и хорошими поглощающими
свойствами.
Пример 3. Проводят смешивание водного
раствора карбоксиметилцеллюлозы и акриловой
кислоты в соотношении 1/7 с последующим
повышением рН раствора введением необходимых
количеств раствора едкого натрия/калия, проводят
облучение полученной смеси потоком
высокоэнергетичных электронов с энергией не
менее 1,5 МэВ. Полученный в результате готовый
продукт характеризуется высокой механической
прочностью. Отмечается снижение поглощающих
свойств материала.
Пример 4. Проводят смешивание водного
раствора карбоксиметилцеллюлозы и акриловой
кислоты в соотношении 1/5 с последующим
повышением рН раствора введением необходимых
количеств раствора едкого натрия/калия, проводят
облучение полученной смеси потоком
высокоэнергетичных электронов с энергией не
менее 1,5 МэВ. Полученный в результате готовый
продукт характеризуется высокой механической
прочностью. Отмечается значительное снижение
поглощающих свойств материала, в связи с чем, в
качестве верхнего порога интервала пропорций
смешивания выбрано значение 1/7.
Пример 5. Для подтверждения обоснованности
выбора нижнего порога интервала энергий, после
подготовки исходных компонентов и смешивания
водного раствора карбоксиметилцеллюлозы и
акриловой кислоты в пропорциях от 1/15 до 1/7, с
последующим повышением рН раствора введением
необходимых количеств раствора едкого
натрия/калия, провели облучение полученной смеси
потоком высокоэнергетичных электронов с
энергией 1,4 МэВ. Полученный в результате
облучения готовый продукт характеризуется
высокой неоднородностью физических свойств в
верхних и нижних слоях полученного материала.
Верхний слой характеризуется повышенной
степенью полимеризации и нагрева, при этом
нижний слой остался не полимеризованым, что
указывает на нижнее пороговое значение энергии
потока электронов.
Пример 6. Проводят смешивание водного
раствора карбоксиметилцеллюлозы и акриловой
кислоты в соотношении от 1/15 до 1/7 с
последующим повышением рН раствора введением
необходимых количеств раствора едкого
натрия/калия, проводят облучение полученной
смеси потоком высокоэнергетичных электронов с
энергией 4 МэВ. Полученный в результате готовый
продукт характеризуется высокой механической
прочностью и хорошими поглощающими
свойствами. Наблюдается наилучшая равномерность
механических свойств материала по толщине.
Пример 7. Проводят смешивание водного
раствора карбоксиметилцеллюлозы и акриловой
кислоты в соотношении от 1/15 до 1/7 с
последующим повышением рН раствора введением
необходимых количеств раствора едкого
натрия/калия, проводят облучение полученной
смеси потоком высокоэнергетичных электронов с
энергией 5 МэВ. Полученный в результате готовый
продукт характеризуется относительно невысокой
механической прочностью при хороших
поглощающих свойствах, что указывает на верхнее
пороговое значение энергии потока электронов
5 МэВ.
Кроме того, энергия связи ядер 3
Не (Гелий-3)
составляет 7,7 МэВ, который входит в состав
воздуха. Поэтому использование электронного
пучка с энергией выше 7,7 МэВ может привести к
делению ядер 3
Не, т.е. к ядерной реакции, что не

4. 28570
4
гарантирует радиационную безопасность, что также
указывает на обоснованность верхней границы
значения энергии потока электронов 5 МэВ
(http://www.trinitas.ru/rus/doc/0231/008а/02310058.htm)
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ получения водопоглощающего
полимера, включающий радикальную
полимеризацию сополимера на основе акриловой
кислоты и карбоксиметилцеллюлозы в водной
среде, отличающийся тем, что для полимеризации
используют смесь карбоксиметилцеллюлозы с
акриловой кислотой в весовых соотношениях от
1/15 до 1/7, полимеризацию ведут пучком
высокоэнергетичных электронов с энергией от 1,5
до 5МэВ.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что
полимеризацию ведут в технологических сосудах из
материала обладающего высокой поглотительной
способностью пучка высокоэнергетичных
электронов, а толщину полимеризуемого слоя
выбирают, исходя из условия однородности
поглощенной дозы от первичного электронного
пучка и пучка вторичных гамма квантов,
возникающих при торможении первичного
электронного пучка в дне технологического сосуда.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор Е. Барч