Способ получения соли полиакриловой кислоты

 

Описывается способ получения соли полиакриловой кислоты, включающий полимеризацию акриловой кислоты в присутствии окислительно-восстановительной системы соль Мора / персульфат калия, очистку соли полиакриловой кислоты, согласно которому для очистки соли полиакриловой кислоты применяют анионообменную высокоосновную смолу в количестве 20-25% к объему раствора соли полиакриловой кислоты. Изобретение позволяет сократить продолжительность осуществления способа и снизить расход реагентов. 1 з.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к органической химии (синтез биологически активных препаратов) и может быть использовано в производстве изделия медицинского назначения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому решению является способ получения полиакриловой кислоты, предусматривающий полимеризацию акриловой кислоты в присутствии окислительно-восстановительной системы соль Мора/персульфат калия, переосаждение полученного полимера насыщенным раствором хлорида натрия, очистку полимера от хлорида натрия диализом, сушку очищенного полимера (авт. св. СССР 554677. М. Г. Воронков, А. Т. Платонова, В.З.Анненкова, Г.М.Конончук. Способ получения соли полиакриловой кислоты. Заявл. 17.07.75. Опубл. 15.12.79 БИ 46).

Недостатком прототипа является невысокая производительность и большой расход реагентов.

Задачей изобретения является сокращение продолжительности осуществления способа, снижение расхода реагентов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения соли полиакриловой кислоты, включающем полимеризацию акриловой кислоты в присутствии окислительно-восстановительной системы соль Мора FeSО₄(NH₄)SО₄6H₂О/персульфат калия K₂S₂O₈, очистку соли полиакриловой кислоты, новым является то, что для очистки соли полиакриловой кислоты применяют анионообменную высокоосновную смолу в количестве 20-25% к объему водного раствора соли полиакриловой кислоты. Для этих целей применима, например, анионообменная высокоосновная смола на стиролдивинилбензольной полимерной основе с четвертичными аммониевыми группами - анионит высокоосновный АВ-17 (ГОСТ 10896-64. Иониты). Допускается использование любого среднесшитого (4-8% дивинилбензола) высокоосновного анионита на стиролдивинилбензольной полимерной основе типа I с активными группами -N⁺(CH₃)₃ или типа II с активными группами -N⁺(CH₃)₂, C₂H₄OH, аналогичного по свойствам аниониту АВ-17: анионит АВ-17-8 чС, анионит АВ-17-6, Dowex 1-X4, Dowex 1-X8, Dowex 2-X4, Dowex 2-X8, Bio-Rad AG 1-X4, Bio-Rad AG 1-X8, Duolite A101D, Zerolit DA FF-IP (Лурье А.А. Хроматографические материалы (справочник). М.: Химия. 1978).

Положительный эффект в способе по п. 1 достигается за счет того, что вместо двух последовательных стадий очистки применяют одну стадию. Водный раствор соли полиакриловой кислоты в виде неполной железной соли пропускают через слой анионита в колонке. Свободная акриловая кислота (мономер) и не прореагировавшие анионы (сульфаты) поглощаются анионитом в ОН-форме, что позволяет очистить соль полиакриловой кислоты от мономера и сульфатов. В способе по п. 2 поддерживают количество соли полиакриловой кислоты в водном растворе на входе в колонку 40-50 г/л. При уменьшении количества соли менее 40 г/л увеличивается объем раствора для очистки и, следовательно, возрастает продолжительность способа. При увеличении количества соли в водном растворе на входе в колонку более 50 г/л возрастает вязкость раствора и вследствие этого уменьшается скорость протекания раствора через колонку с анионитом, при этом продолжительность способа также возрастает.

Способ получения соли полиакриловой кислоты включает в себя 2 этапа: 1) проведение полимеризации акриловой кислоты в присутствии окислительно-восстановительной системы соль Мора FeSО₄(NH₄)SО₄6H₂О/персульфат калия K₂S₂O₈; 2) очистку соли полиакриловой кислоты путем пропускания через колонку, заполненную анионообменной высокоосновной смолой.

Способ выполняют по следующей методике. 300 мл коммерческой акриловой кислоты и 15 г гидрохинона помещают в прибор для вакуумной перегонки, состоящий из стеклянной химической посуды с нормальными шлифами: колбы круглодонной на 500 мл, насадки Кляйзена, капилляра, ртутного термометра, прямого холодильника Либиха, алонжа, приемника на 500 мл, а также ртутного манометра и вакуумного насоса. Перегонку проводят при температуре 60-70^oС при остаточном давлении 40-50 мм рт. ст. Отбирают фракцию акриловой кислоты в пределах температур кипения 63-65^oС. В стеклянный стакан вместимостью 2 л помещают 700 мл дистиллированной воды, 122 мл свежеперегнанной под вакуумом акриловой кислоты, 7,66 г персульфата калия К₂S₂O₈ и 1,48 г соли Мора FeSО₄(NH₄)SО₄6H₂О. Перемешивают содержимое стакана в течение 30 мин при температуре 50^oС, получают соль полиакриловой кислоты в виде геля, доводят добавлением дистиллированной воды объем раствора до 2000 мл, перемешивая до полного растворения геля. Получают концентрацию образующегося полимера 40-50 г/л. Полученный раствор полимера помещают в склянку с нижним тубусом емкостью 1000 мл и пропускают через стеклянную колонку диаметром 30 мм и длиной 700 мм, заполненную 450 мл набухшей в воде анионообменной высокоосновной смолой на стиролдивинилбензольной полимерной основе АВ-17 в ОН-форме. Анионит регенерируют, последовательно промывая колонку водой, раствором соляной кислоты НС1, раствором гидроксида натрия NaOH, водой по ГОСТ 10896-64. Раствор полимера наливают в чашки Петри слоем высотой 10-15 мм, помещают в сушильный шкаф и высушивают при температуре 50-60^oС до влажности меньше 5%. Время сушки не менее 24 ч. Анализ полученного препарата на подлинность и качество проводят по ФС 42-2742-90.

Примеры осуществления способа по п.1.

Пример 1 В стеклянный стакан вместимостью 2 л помещают 700 мл дистиллированной воды, 122 мл свежеперегнанной под вакуумом акриловой кислоты, 7,66 г персульфата калия К₂S₂O₈ и 1,48 г соли Мора FeSО₄(NH₄)SО₄6H₂О. Перемешивают содержимое стакана в течение 30 мин при температуре 50^oС, получают соль полиакриловой кислоты в виде геля, доводят объем раствора до 2000 мл дистиллированной воды и перемешивают до полного растворения геля. В стеклянную колонку загружают 380 мл набухшую в воде анионообменную высокоосновную смолу на стиролдивинилбензольной полимерной основе с четвертичными аммониевыми группами (анионит АВ-17) в ОН-форме. Количество анионита составляет 19% к объему водного раствора соли полиакриловой кислоты. Полученный раствор полимера помещают в склянку с нижним тубусом емкостью 1000 мл и пропускают через стеклянную колонку, заполненную анионитом АВ-17 в ОН-форме. Раствор полимера, пропущенный через анионит, наливают в чашки Петри слоем высотой 10-15 мм, помещают в сушильный шкаф и высушивают при температуре 50-60^oС до влажности меньше 5%. Время сушки 24 ч. Способ неосуществим, так как происходит неполная очистка соли полиакриловой кислоты, а дополнительная очистка понижает производительность и увеличивает расход реагентов.

Пример 2 Способ осуществляется аналогично примеру 1. Количество аниoнита составляет 400 мл, что соответствует 20% к объему водного раствора соли полиакриловой кислоты. Способ осуществим.

Пример 3 Способ осуществляется аналогично примеру 1. Количество анионита составляет 420 мл, что соответствует 21% к объему водного раствора соли полиакриловой кислоты. Способ осуществим.

Пример 4 Способ осуществляется аналогично примеру 1. Количество анионита составляет 440 мл, что соответствует 22% к объему водного раствора соли полиакриловой кислоты. Способ осуществим.

Пример 5 Способ осуществляется аналогично примеру 1. Количество анионита составляет 460 мл, что соответствует 23% к объему водного раствора соли полиакриловой кислоты. Способ осуществим.

Пример 6 Способ осуществляется аналогично примеру 1. Количество анионита составляет 480 мл, что соответствует 24% к объему водного раствора соли полиакриловой кислоты. Способ осуществим.

Пример 7 Способ осуществляется аналогично примеру 1. Количество анионита составляет 500 мл, что соответствует 25% к объему водного раствора соли полиакриловой кислоты. Способ осуществим.

Пример 8
Способ осуществляется аналогично примеру 1. Количество анионита составляет 520 мл, что соответствует 26% к объему водного раствора соли полиакриловой кислоты. Способ неосуществим.

Результаты получения соли полиакриловой кислоты предлагаемым способом по п. 1 приведены в табл. 1. Из примеров 1-8 табл. 1 следует, что предлагаемый способ получения соли полиакриловой кислоты осуществим в диапазоне количества анионита 20-25% по отношению к объему раствора соли полиакриловой кислоты. Дальнейшее увеличение количества анионита нецелесообразно, поскольку не оказывает существенного влияния на производительность способа получения соли полиакриловой кислоты, при этом увеличивается расход реагентов. При количестве анионита менее 20% происходит неполная очистка водного раствора соли полиакриловой кислоты. Дополнительная очистка увеличивает продолжительность способа и понижает его производительность. Из примера 8 видно, что при количестве анионита более 25% увеличивается продолжительность стадии очистки водного раствора соли полиакриловой кислоты и уменьшается производительность способа.

Примеры осуществления способа по п.2
Пример 9
В стеклянный стакан вместимостью 2,5 л помещают 700 мл дистиллированной воды, 122 мл свежеперегнанной под вакуумом акриловой кислоты, 7,66 г персульфата калия K₂S₂O₈ и 1,48 г соли Мора FeSО₄(NH₄)SО₄6H₂О. Перемешивают содержимое стакана в течение 30 мин при температуре 50^oС, получают соль полиакриловой кислоты в виде геля, доводят объем раствора до 1700 мл дистиллированной воды и перемешивают до полного растворения геля. Концентрация образовавшегося полимера составляет 57 г/л. Полученный раствор полимера помещают в склянку с нижним тубусом емкостью 1000 мл и пропускают через стеклянную колонку, заполненную 450 мл анионита АВ-17 в ОН-форме. Раствор полимера, пропущенный через анионит, наливают в чашки Петри слоем высотой 10-15 мм, помещают в сушильный шкаф и высушивают при температуре 50-60^oС до влажности меньше 5%. Время сушки 24 ч. Способ неосуществим, так как возрастает вязкость раствора в вследствие этого уменьшается скорость протекания раствора через колонку с анионитом, продолжительность способа возрастает.

Пример 10
Способ осуществляется аналогично примеру 9. Объем водного раствора соли полиакриловой кислоты доводят до 1900 мл. Концентрация образовавшегося полимера составляет 50 г/л. Способ осуществим.

Пример 11
Способ осуществляется аналогично примеру 9. Объем водного раствора соли полиакриловой кислоты доводят до 2000 мл. Концентрация образовавшегося полимера составляет 49 г/л. Способ осуществим.

Пример 12
Способ осуществляется аналогично примеру 9. Объем водного раствора соли полиакриловой кислоты доводят до 2400 мл. Концентрация образовавшегося полимера составляет 40 г/л. Способ осуществим.

Пример 13
Способ осуществляется аналогично примеру 9. Объем водного раствора соли полиакриловой кислоты доводят до 2500 мл. Концентрация образовавшегося полимера составляет 39 г/л. Способ неосуществим, так как увеличивается объем раствора, пропускаемого через колонку, и возрастает продолжительность способа.

Результаты получения соли полиакриловой кислоты предлагаемым способом по п. 2 приведены в табл. 2. Из примеров 9-13 таблицы следует, что предлагаемый способ получения соли полиакриловой кислоты осуществим в диапазоне концентраций соли полиакриловой кислоты в водном растворе на входе в колонку 40-50 г/л. При уменьшении количества соли менее 40 г/л увеличивается объем раствора для очистки и, следовательно, возрастает продолжительность способа. При увеличении количества соли в водном растворе на входе в колонку более 50 г/л возрастает вязкость раствора и вследствие этого уменьшается скорость протекания раствора через колонку с анионитом, при этом продолжительность способа также возрастает.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение имеет следующие преимущества:
- более высокую производительность, так как за сутки получают две партии полимера вместо одной;
- более низкий расход реагентов: так как одну загрузку колонки можно использовать для очистки от примесей нескольких партий соли полиакриловой кислоты;
- стадия очистки по предлагаемому способу более технологична, так как осуществляется в полуавтоматическом режиме. Подача раствора через колонку осуществляется с помощью насоса перистальтического действия и не требует присутствия оператора.

Формула изобретения

1. Способ получения соли полиакриловой кислоты, включающий полимеризацию акриловой кислоты в присутствии окислительно-восстановительной системы соль Мора/персульфат калия, очистку соли полиакриловой кислоты, отличающийся тем, что для очистки соли полиакриловой кислоты применяют анионообменную высокоосновную смолу в количестве 20-25% к объему раствора соли полиакриловой кислоты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество соли полиакриловой кислоты в водном растворе составляет 40-50 г/л.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2