Способ получения геля

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Старков Виктор Семенович Говако Евгений Михайлович(72) Авторы Старков Виктор Семенович Говако Евгений Михайлович(73) Патентообладатель Старков Виктор Семенович Говако Евгений Михайлович(57) Способ получения геля путем нагревания смеси водных растворов поливинилового спирта и полиакриловой кислоты в присутствии минеральной кислоты, отличающийся тем, что в исходную смесь дополнительно вводят глицерин, при этом поливиниловый спирт, полиакриловую кислоту и глицерин берут в массовом соотношении 1,0(1,04,5)(0,05-1,0), а из продукта реакции удаляют минеральную кислоту с доведением рН среды до 5,0-11,0. Изобретение относится к области получения гидрогелей и может быть использовано в различных областях производство косметических и медицинских препаратов, товаров бытовой химии, различных паст и составов технического назначения и т.д. Известен способ получения продуктов взаимодействия поликарбоновых кислот с поливиниловым спиртом в кислой среде. Получаемые продукты представляют собой интерполимерные комплексы, неспособные набухать в воде 1. Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения геля на основе смеси поливинилового спирта и полиакриловой кислоты путем нагревания смеси их водных растворов в присутствии соляной кислоты. Температура процесса 120 С получаемые продукты способны поглощать воду и являются гидрогелями - прототип 2. 5598 1 Недостатки указанного способа заключаются в низком водопоглощении получаемого геля и плохой совместимости с гидрофобными материалами, что ограничивает его применение в составе композиций различного назначения. Задачей данного изобретения является повышение водопоглощения получаемого геля на основе смеси поливинилового спирта и полиакриловой кислоты путем нагревания их водных растворов в присутствии минеральной кислоты, в исходную смесь дополнительно вводят глицерин, при этом поливиниловый спирт, полиакриловую кислоту и глицерин берут в массовом соотношении 1,0(1,0-4,5)(0,05-1,0), а из продукта реакции удаляют минеральную кислоту с доведением рН среды до 5,0-11,0. Существенным отличием заявленного способа получения геля на основе смеси поливинилового спирта и полиакриловой кислоты по сравнению с прототипом является то, что в исходную смесь дополнительно вводят глицерин, при этом поливиниловый спирт, полиакриловую кислоту и глицерин берут в массовом соотношении 1,0(1,0-4,5)(0,05-1,0), а из продукта реакции удаляют минеральную кислоту с доведением рН среды до 5,0-11,0. Это позволяет повысить водопоглощение получаемого геля, а также его совместимость с гидрофобными материалами. Такие свойства объясняются тем, что при взаимодействии поливинилового спирта и полиакриловой кислоты в присутствии глицерина при нагревании в кислой среде за счет гидроксильных групп глицерина происходит образование дополнительных сшивок между макромолекулами исходных полимеров, а также тем, что в получаемом продукте значительно повышается возможность межмолекулярных взаимодействий в системах гель-вода и гель-гидрофобный материал за счет дополнительных гидроксильных групп глицерина. Кроме того, удаление минеральной кислоты из продукта реакции позволяет снизить интенсивность внутримолекулярного взаимодействия в полученном продукте реакции между поливиниловым спиртом, полиакриловой кислотой и глицерином, что подтверждается ИК-спектрами. За счет этого появляется возможность более интенсивного межмолекулярного взаимодействия продукта реакции с водой и гидрофобным материалом, что увеличивает водопоглощение геля и его совместимость с гидрофобными компонентами. В заявляемом способе по сравнению с прототипом водопоглощение геля возрастает в 3-8 раз, гель приобретает свойство совмещаться с гидрофобными материалами - силиконовым маслом, растительными и минеральными маслами, жирами, что дает возможность получать устойчивые эмульсии геля с этими материалами. Приведенные существенные отличия в совокупности с известными, по сравнению с прототипом, характеризуют изобретение, как обладающее новизной и изобретательским уровнем. Примеры по прототипу. а). Готовят 1 л смеси 10 -го раствора поливинилового спирта и 30 -го водного раствора полиакриловой кислоты с молекулярной массой 108000 в соотношении 1,01,0 мас.ч. по сухому веществу. Добавляют соляную кислоту до рН смеси 1,0 и на воздушной бане при температуре бани 1205 С нагревают смесь в течение 6 ч. Водопоглощение полученного продукта составляет 8 г воды/1 г сухого геля при рН 3,2. Приготовленная на основе геля эмульсия с 10 полиметилсилоксановой жидкости (силиконовое масло) и 0,5 эмульгатора (лаурилсульфат натрия) расслаивается в условиях определения термической стабильности эмульсии 3. б). Готовят 1 л смеси 10 водного раствора поливинилового спирта и 30 -го водного раствора полиакриловой кислоты с молекулярной массой 250000 в соотношении 1,01,0 мас.ч. по сухому веществу. Добавляют соляную кислоту до рН смеси 1,2 и нагревают на воздушной бане при температуре бани 1705 С в течение 4 ч. Полученный гель нейтрализуют водным раствором бикарбоната натрия до рН 7,0. Водопоглощение геля 50 г воды/1 г сухого геля, эмульсия с силиконовым маслом, приготовленная и испытанная на термостабильность аналогично описанию в опыте а), расслаивается. 2 5598 1 Пример 1 (по заявленному способу). Готовят 1 л смеси 10 -го водного раствора поливинилового спирта и 30 -го водного раствора полиакриловой кислоты с молекулярной массой 250000 и глицерина в соотношении поливиниловый спиртполиакриловая кислотаглицерин 1,01,00,05 мас.ч. по сухому веществу. Добавляют соляную кислоту до рН смеси 1,2 и нагревают на воздушной бане при температуре бани 1705 С в течение 4 ч. Часть продукта реакции нейтрализуют водным раствором бикарбоната натрия до рН 7,0, из другой части производят удаление минеральной кислоты путем промывки геля водой до достижения рН 5-5,5, после чего промытый гель обрабатывают водным раствором бикарбоната натрия до рН 7,0. Водопоглощение полученного геля до удаления минеральной кислоты 115 г воды/1 г сухого геля, после удаления минеральной кислоты 156 г воды/1 г сухого геля. Эмульсия геля с силиконовым маслом, приготовленная и испытанная на термостабильность аналогично описанию в примере а), по прототипу, имеет частичное расслоение (отстой масла в виде отдельных капель) до удаления минеральной кислоты полностью стабильна и ее расслоения не наблюдается. Пример 2 (по заявленному способу). Синтез геля проводят аналогично примеру 1, соотношение компонентов поливиниловой спиртполиакриловая кислотаглицерин 1,04,51,0 мас.ч. Отличие от проведения опыта 1 заключается в условиях удаления минеральной кислоты. Полученный в результате синтеза гель вместо промывки водой частично нейтрализуют водным раствором бикарбоната натрия до рН 5-5,5, после чего избыток жидкости удаляют и гель вторично нейтрализуют до рН 7,0. Водопоглощение части геля без удаления минеральной кислоты при рН 7,0 составляет 362 г воды/1 г сухого геля, водопоглощение части геля, из которой минеральная кислота удалена, составляет 433 г воды/1 г сухого геля. Эмульсия геля с силиконовым маслом при испытаниях в условиях определения термической стабильности не расслаивается. Примеры 3-9. Условия проведения испытаний указаны в таблице, последовательность приготовления исходной смеси аналогична примеру 1. В качестве минеральной кислоты в примере 3 используют серную кислоту, в примере 5 - азотную кислоту, в остальных примерах соляную кислоту. Получаемый гель представляет собой бесцветную прозрачную студенистую массу без запаха. При 3-х кратном разбавлении водой условная вязкость геля при 205 С по вискозиметру В 3-4 для 100 мл геля составляет 20-50 с. Водопоглощение геля определяют после его высушивания при 1055 С до постоянной массы. Исходная смесь реагентов во всех примерах имеет рН 1-1,2. Удаление минеральной кислоты из геля проводят аналогично примеру 1. В качестве нейтрализующего агента в примере 3 используют водный раствор гидроокиси натрия, в примере 5 - водный раствор гидроокиси аммония, в остальных примерах - раствор бикарбоната натрия. Нейтрализацию геля проводят на бане с температурой теплоносителя 1305 С в течение 6 ч. В остальных примерах нагрев производят на воздушной бане в течение 4 ч, температура бани указана в табл. 1. В качестве гидрофобных материалов в примере 3 используют растительное масло, в примере 4 - вазелиновое масло, в примере 5 - норковый жир, в остальных примерах силиконовое масло. 4. Совмещаемость с гидрофобными материалами а) до удаления минеральной кислоты б) после удаления минеральной кислоты 1. Соотношение исходных реагентов ПВСПАКглицерин 2. Температура процесса 3. Водопоглощение геля,г воды/1 г геля а) до удаления минеральной кислоты б) после удаления минеральной кислоты 5598 1 Зависимость водопоглощения геля от величины рН приведено в табл. 2. Заявляемый способ получения геля на основе смеси поливинилового спирта и полиакриловой кислоты в 3-8 раз превышает водопоглощение геля и создает возможность совмещения геля с гидрофобными материалами с образованием устойчивых эмульсий, что позволит использовать такой продукт в рецептурах кремов, паст и др. составов различного назначения. Таблица 2 рН водопоглощение геля, г воды/г геля 3,2 4,5 5,0 6,0 7,0 10,0 11,0 11,5 Источники информации 1. Бектуров А.Е. Интерполимерные комплексы. - Алма-Ата, 1997. - С. 204. 2.,,, Свойства гидрогелевых мембран из смеси поливинилового спирта и полиакриловой кислоты в условиях градиента давления //. . . . - 1995. - 68,3. - С. 810-815 (прототип). 3. Изделия косметические, Методы определения стабильности эмульсии. Определение термостабильности. ГОСТ 29188.3-91. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.