Способ получения материала на основе акриловых мономеров для закрепления грунта

Способ получения материала на основе акриловых мономеров для закрепления грунта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АКРИЛОВЫХ МОНОМЕРОВ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА путем гидролиза нитрила акриловой кислоты в серной кислоте при нагревании с получением сульфата акриламида, нейтрализации реакционной смеси известью или мелом, разделения гипсовой суспензии, метилолирования мономера при 50-102 с формальдегидом или пароформом, о тличающийся тем, что, с целью упрощения процесса получения материала с заданным соотношением акрилгилида и метиленбисакриламида, метилолирование проводят перед стадией нейтралнэацйи. ю-§ 2. Способ поп.1,отлича щ и И с я тем, что расход формальдеч т гида или эквивалентного количества пароформа составляет 0,03-0,5 моль на 1 моль сульфата акриламида. IL 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

CN9

РЕСПУБЛИК

П9) (13) ЗСЮ С 07 С 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н kRTOPCNOMV СЕИдатвЪСтвм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЙЙ (21 ) 3406600/23-04 (22) 04.03.82 (46) 15.12.83. Бюл. Р 46 (72) И.Д.Соколов, Р.С .Сафрыгин, В.М.Борейко, В.И.Травкина, Г.В.Грошникова и С.С.Козлов .(71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт галургии ,(53) 547.388.1.07(088.8) (56) 1. Новичкова Л.М. и др. Карбоцепные полимеры. М., "Наука", 1977, с. 123-124.

2. Патент США М 4016086, кл. С 07 С 103/133, опублик. 1977, 3. Патент США В 3887618, кл. С 07 С 103/133, опублик. 1973.

4. Патент CldA М 2475846, кл. 260-561, опублик. 1949 (прототип) (54 ) (57 ) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРНАЛОВ HA ОСНОВЕ АКРИЛОВЫХ МОНОМЕРОВ ДЛЯ

ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА путем гидролиза нитрила акриловой кислоты в серной кислоте при нагревании с получением сульфата акриламида, нейтрализации реакционной смеси известью или мелом, разделения гипсовой суспензии, метилолирования мономера при 50-1020С формальдегидом или пароформом, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения процесса получения материала с заданным соотношением акриламида и метиленбисакриламида, метилолирование проводят перед стадией нейтралиеации.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю- Е

O шийся тем, что расход формальде гида или эквивалентного количества пароформа составляет 0,03-0,5 моль на 1 моль сульфата акриламида.

1060614

Изобретение относится к получению полимерных материалов на основе акриламида и производных N-метилолакриламида с заданным их соотношением и может найти широкое примене. ние в технике для создания водостойких завес и экранов, при проведении тампонажных работ, при формовании торфяных брикетов,,для аппретирования и шлихтования тканей и при закреплении окраски на них и др, 1Î

Известен способ получения таких материалов взаимодействием полиакриламида с формалином при рН 10-11. В качестве целевого продукта получают 10%-ный водный раствор долимера, который может храниться без ухудшенйя свойств в течение всего 1=2 мес Щ.

Получеиие н качестве целевого продукта низкоконцентрированных растворов полимера имеет ряд недостатков:g0 экономически неэффективно хранить и транспортировать 10%-ные водные растворы полимера, особенно в зимнИй период, продукт не стабилен при хранении и теряет свою растворимость, при подаче материала в грунт иэ-за высокой вязкости материала остаются незаполненными микротрещины и водопро явления не ликвидируются.

Известен сПособ получения раство30 ров поли-М-метилолакриламида для использования их в горном деле. По этому способу ведут гидролиэ полиакрилонитрпла концентрированной серной кислотой с последующим метилолирова нием. Полученная смесь беэ выцеления целевого продукта закачивается н грунт Р3 .

Недостатками известного способа являются низкая концентрация целево- 40

ro продукта, его высокая вязкость и загрязнение материала продуктами гидролиза, снижающими адгезионные свойства материала.

Известен способ эакачивания н грунт материалов на основе смеси акриламида с его метилольными производными $3) .

Однако этот процесс отличается сложностью, так как предполагает раз-50 дельное получение акриламида и его метилольных проиэнодных с последующим получением смесей и их закачку в грунт сокместно с окислительно-восстанонительными катализаторами, под воздействием которых в грунте йроисходит образование полимерных структур.

Наиболее близким к изобретению является способ получения материала на осноне акриловых мономеров для закрепления грунтов путем гидролиза 60 нитрила акриловой кислоты в серной кислоте при нагревании с получением сульфата акриламида, нейтрализации реакционной массы известью или мелом, разделения гипсовой суспенэии,метило- 65 лирования мономера формальдегидом или парафором.

В соответствии с этим способом метиленбисакриламид получают по реакции конденсации акриламида формальдегидом при 50-100 С и мольном соотнбшении акриламид к формальдегиду

2:1 в присутствин ингибиторов полимеризации, например ацетата меди, и сильной минеральной кислоты, например соляной кислоты. Продукт выкристаллизовывается из водного раствора при охлаждении и отфильтровывается. При дальнейшем использовании в качестве полимерного связующего для закрепления грунтов продукт требует перекристаллизации из этанола, причем выход его не превышает 67% от теоретического. Полимеризация метиленбисакриламида производится в присутствии органических перекисей, таких, например, как перекись бензоила (4) .

Основными недостатками известного способа являются раздельное получение акриламида и метиленбисакриламида и необходимость перекристаллизации продукта, Кроме того, технология получения метиленбисакриламида сложна и неэкономична, так как требуется дополнительно использование органического растворителя, выход продукта невелик.

В связи с использованием органического растворителя и взрывоопасной перекиси бензоила (для полимеризации) возрастают требования техники безопасности.

Целью изобретения является упрощение процесса получения материала для закрепления грунтов с заданным соотношением аКриламида и метиленбисакриламида.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения материалов на основе акриловых мономеров для закрепления грунта путем гидролиза нитрила акриловой кислоты в серной кислоте при нагревании с получением сульфата акриламида, нейтралиэации реакционной смеси известью или мелом, разделения гипсовой суспенэии, метилолирования мономера при

50-102ОC формальдегидом или пароформом, метилолиронание проводят перед стадией нейтрализации.

Расход формальдегида или эквивалентного количества пароформа состанляет 0,03-0,5 моль на 1 моль сульфата. акриламида. упрощение процесса достигается тем, что метилолированию поднергают сульфат акриламида непЬсредственно в реакционной массе после его получения, причем добавлением заданного количестве пароформа или формальдегида определяется соотношение мономеров — акриламид и метиленбисакрила1060614 мид в готовом продукте. При этом устраняется стадия выделения метиленбисакриламида.

Для пол чения оптимального соотношения, например, при закреплении соляных и горных пород и создания в них водопрочных экранов расход формальдегида или эквивалентного количества параформа составляет 0,030,5 моль на 1 моль сульфата акриламида. 10

Сущность способа состоит в следующем.

Нитрил. акриловой кислоты омыляют в моногидрате серной кислоты при

80-102ОС, после чего в полученный 15 сульфат акриламида подают формальдегид из расчета получения заданного соотношения акриламида и бисакриламида.

Реакционную массу вымешивают от

30 мин до 4 ч при 50-102 С, Обычно расход формальдегида в пересчете на 100%-ный продукт составляет 0,03-0,5 моль на 1 моль сульфата акриламида. При снижении Расхо- 25 да формальдегида полимер набухает в. воде, становится водопроницаемым.

При увеличенйи расхода формальдегида в мономере продукт становится хрупким, дает усадку (снижаются прочностные характеристики полимера), при закреплении грунта в процессе полимеризации мономеров возможно выделение формальдегида.

Метилолнрование сульфата акриламида при температуре выше 102 С прйво- 35 дит к термической полимеризации мономера и ухудшению качества продукта ,а ведение процесса при температуре ниже 50 С не обеспечивает требуемой степени метилолирования. 40

Полученную реакционную смесь нейтрализуют известью (мелом), сульфат кальция отделяют от раствора и водный раствор смеси мономеров непосредственно используют для закачки 45 в грунт с целью создания водостойких экранов или для закрепления материалов.,либо обезвоживают с получением сухого продукта с последующим его растворением s воде или в рассоле на местах потребления., 50

Для закрепления грунта или других материалов приготавливают водный или соленый раствор смеси мономеров и в него добавляют окислительно-восста- новительные инициаторы полимеризации,55

В качестве инициаторов используют, например, персульфаты Калия и аммония (в количестве 0,1-2,0% от массы мономеров), а в качестве ускорителей, например, гидросульфит и тиосульфат натрия (в количестве 0,01-0,5% от массы мономеров). (приготовленную смесь эакачивают в грунт, из которого предварительно 65 сжатым азотом (воздухом) вытеснеы грунтовые воды. После полимеризации мономера в грунте образуется водостойкая система грунт-полимер, не пропускающая грунтовые воды.

Пример 1. 53 г (1 моль) нитрила акриловой кислоты (HAK) в течение 1 ч подают в реактор, охлаждаемый водой, о предварительно залитыми в него 116 г. 84 5%-ной серной кислоты (1 моль H

Водный раствор мономеров с РН раствора 8,5 обеэвоживают с получением

73 r продукта (92% мономеров, 3% и Са$04, Са(ОН)д и 5% Н О), в котором содержится 18% метилольных производных акриламида (бисакриламида) и

74% акриламида. Полученную смесь мономеров растворяют в воде до содержания мономера 25%, доводят РН раствора до 5,5 соляной кислотой, добавляют 0,335 r персульфата аммония и

0,07 г тиосульфата натрия, после чего приготовленную реакционную смесь эакачивают в грунт, из которого предварительно сжатым воздухом вытесняют грунтовую воду.

После полимеризации мономеров получают водостойкую систему, не пропускающую грунтовые воды.

Пример 2. 53 r (1 моль) HAK омывают 116 в.ч. моногидрата серной кислоты при 85-95 С. После подачи ,всего HAK в реактор добавляют 9 r параформа (0,3 моль С Hg0) и полученную массу вымешивают 45 мин при

100-102ОC. Полученную реакционную массу охлаждают до 50 С нейтрализуют

) известковым молоком, гипсовун. суспензию разделяют и:осадок промывают.

Раствор упаривают под вакуумом и получают 247 r 30%-ного по мономерам раствора, в том числе 17% метилольных производных акриламида или, в пересчете на 100%-ный продукт, 57%. В.про-. дукт дают 0,335 г персульфата калия и 0,1 r гидросульфита натрия и эакачивают в грунт. После полимеризации мономеров получают водостойкую структуру полимер-грунт.

Пример 3. Отличается от примера 2 тем, что вымешивание реакционной смеси после подачи параформа ведут в течение 4 ч при 50 С а расход параформа составляет 15 r (0,5 моль С Н20).

1060614

Составитель В. Сапунов

Редактор,А. Гулько Техред T.Èàòî÷ à Корректор Г, Решетник

Заказ 9960/25

Подписное

Тираж 418

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений, и открытий

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная, 4

Пример 4. Отличается от примера 1 тем, что сульФат акриламида обрабатывают 3 г 30%-ного водного раствора формальдегида (0,03 моль) и вымешлвание реакционной смеси после подачи формальдегида ведут в течениа

30 мин при 50 С.

Предложенный способ получения материала на основе акриламида для вакреплення грунтов по сравнению с известным позволяет упростить процесс эа счет устранения стадии выделения мономеров, получить материал с заданным соотношением акриламида и бисакриламида и широко его использовать для закрепления грунтов, в том числе соляных пород в калийной промышленности. Кроме того, способ позволяет получить материал, который можно хранить длительное время в зимних условиях и транспортировать иа

10 большие расстояния.