Способ получения продуктов, которые внутримолекулярно абсорбируют воду

1 Объект изобретения Настоящее изобретение относится к способу получения продуктов, которые характеризуются полимером макропористого строения,которые включают ионоактивные группы, содержащиеся с высокой плотностью, и из которых дериватизируют продукты, которые абсорбируют внутримолекулярно, т.е. внутри своих молекул, большие количества воды, до 300 крат превышающие их массу, и которые в грунте проявляют свои исключительные свойства, повышающие плодородие почвы и покрывающие потребности в потреблении воды, обеспечивая уменьшение количества потребляемой воды до 12 раз. Цель создания изобретения Уменьшение количества потребляемой воды в настоящее время является основной целью глобального значения, поскольку феномен опустынивания, который уже наблюдается в нескольких регионах планеты, является основной первопричиной осознаваемой во всем мире проблемы, связанной с сохранением жизни на планете. Сельскохозяйственное производство,согласующееся с нуждами перенаселенной планеты в том, что касается удовлетворения потребности в пище, хотя у так называемой "зеленой революции" имеется несколько слабых мест, приводит к отрицательному воздействию на природу и к эрозии почвы. Основной задачей в этом направлении является поиск средств,которые покрывали бы потребности в воде таким образом, чтобы содействовать достижению этой цели без отрицательного влияния на природу. В настоящее время эта проблема серьезно обострилась, поскольку водный баланс нарушен, море начинает покрывать большие участки побережий, уменьшая площадь имеющейся в распоряжении плодородной земли и приводя к новому географическому состоянию равновесия между морем и землей. Таким образом, первейшей необходимостью является введение новых принципов использования воды, приводящих к экономии, связанной с потреблением воды человеком, равно как и с ее потреблением для сельскохозяйственных нужд, в соответствии с которыми необходимо внедрять технические решения, которые позволяют добиться максимальной экономии потребления воды. Краткое описание сущности изобретения Согласно изобретению предлагаются продукты, которые покрывают потребность почвы в воде, что позволяет экономить воду на земле, в природе и сельском хозяйстве, вследствие чего изобретение относится к экономии воды в этой области применения. Предлагаемые по изобретению продукты представляют собой стабильные макропористые полимерные продукты, способные абсорбировать внутримолекулярно, т.е. внутри своих молекул, количества воды, которые от примерно 2 100 до 300 крат превышают их массу. В соответствии с изобретением эти продукты получают путем(I) обработки полимера, включающего ароматические группы, в форме 10-30%-ного раствора в хлорированном растворителе (растворителях) сшивающей реакцией с 2,5 дихлорметил-1,4-диметилбензолом с получением нерастворимого макропористого геля;(II) экструдирования и резки нерастворимого макропористого геля с получением отдельных фрагментов макропористого геля размером 3-5 см;(III) реакции этих фрагментов макропористого геля, суспендированных в хлорированном растворителе (растворителях), с сульфирующим и необязательно нитрующим агентами с получением фрагментов высоко анионоактивного геля и(IV) окончательной обработки фрагментов высоко анионоактивного макропористого геля. В качестве полимеров, включающих ароматические группы, могут быть использованы следующие материалы: полистирол, гидрированный бутадиенстирольный каучук(СКС),стиролакрилонитрил и их сополимеры. Сшивку полимера 2,5-дихлорметил-1,4 диметилбензолом в 10-30%-ном растворе в хлорированном растворителе (растворителях) можно проводить при температуре в интервале от комнатной температуры до примерно 50 С необязательно с использованием в качестве катализаторов в каталитически эффективных количествах серной кислоты, SbCl5 и/или TiCl4. По другому варианту сшивку можно также проводить в отсутствии растворителя в расплаве полимера. Получаемые в форме геля макропористые полимеры практически нерастворимы, и по этой причине для введения ионоактивных групп их следует подвергать обработке; эти макропористые полимеры подвергают приемлемому формованию в режущем оборудовании, в которое образовавшийся гель поступает по ряду трубок длиной в один метр и диаметром от двух до четырех сантиметров, где гель разрезают в продольном направлении, а на его конце - в поперечном направлении с получением кусочков с размерами от трех до четырех сантиметров, в результате чего получают отдельные фрагменты с размерами три на четыре сантиметра. В этом виде подготовленный материал, суспендированный в растворителе, в дальнейшем подвергают сульфированию для введения с высокой плотностью сульфоновых групп. Для введения сульфоновых групп в суспендированный полимер используют сильные сульфирующие агенты, такие как хлорсульфоновая кислота, триоксид серы и серная кислота с олеумом, каждый из которых используют при молярном соотношении, эквивалентном 1,5-2,2 3 моля триоксида серы на моль ароматических колец, содержащихся во фрагментах нерастворимого макропористого геля. Когда присутствует нитрующий агент, например азотная кислота,также быстро и эффективно, как и сульфирование, происходит введение нитрогрупп. В случае,когда полимер включает стирол-акрилонитрильный сополимер (сополимеры), в результате гидролиза цианогрупп в условиях реакции сульфирования как дополнительные анионоактивные группы образуются карбоксильные группы. В результате реакции с сульфирующим агентом (агентами) благодаря образованию сульфоновых мостиков происходит дополнительное сшивание частиц макропористого геля. Это дополнительное сшивание можно регулировать добавлением в раствор уксусной кислоты как ингибитора образования поперечных сшивок в количестве 10-15%. Процесс окончательной обработки включает удаление продукта, декантацию растворителя и промывку этанолом или пропанолом; нейтрализацию продукта в примерно 30%-ном водном гидроксиде натрия или калия, в результате чего он адсорбирует воду в количестве,которое в 30-50 раз превышает его массу; усадку/дегидратацию продукта в 15-25%-ном водном хлориде натрия до содержания воды примерно 10% и его нагревание под вакуумом до температуры примерно 160 С. По другому варианту усадку/дегидратацию можно также проводить воздействием на продукт электрического поля 20 В. Полученный таким образом продукт полностью обезвожен и свободен от растворителя,благодаря чему он становится товарным продуктом, способным абсорбировать воду в количестве, которое до 150-300 раз превышает его массу. В зависимости от процесса резки продукта в экструдере он находится в форме небольших сферических частиц или пластинок. При осуществлении способа по изобретению получают материалы, которые внутримолекулярно абсорбируют воду и повышают плодородие почвы. Эти продукты исследовали на предмет активности и получили следующие результаты: а) при добавлении этих продуктов в почву возможен рост деревьев и лесов с полным выживанием растений и ускорением роста, поскольку достигается примерно 12-кратная экономия воды, достаточная для биологической активности в течение 120 дней; б) оказывается содействие росту плодоносящих деревьев, рост которых ускоряется примерно на 30-40%, продуктивность по биомассе возрастает на 30-50%, а продуктивность по плодам удваивается; в) повышается плодородие почвы в проблематичных, бесплодных и гористых регионах,поскольку применение этих материалов в земле позволяет экономить воду, активизирует рост 4 растительности и содействует развитию биологической активности почвы. Эти материалы, которые внутримолекулярно содержат воду, которая не испаряется и не впитывается в землю, а содержится как в резервуаре, покрывая потребность растений, в частности деревьев, в воде, на 72-75% состоят из неорганического материала, а из полимера состоит только оболочка, на долю которой приходится всего 25-28 мас.%. Таким образом, эти материалы обладают максимальной стабильностью в почве, в которой они биологически не разлагаются и не изменяются по составу. Следовательно, продукты по изобретению способны сохранять свои функции абсорбции/отдачи воды в почву в течение неопределенно длительного периода времени. Следовательно, продукты по изобретению,анализ и описание которых представлены выше,составляют средство наивысшей ценности и полезности для поддержания в течение длительных периодов времени природной функции,содействия естественному росту и продуктивности по пищевой продукции, поскольку они повышают плодородие почвы независимо от качества почвы и в любой почве в любых условиях. Пример 1. а. Получение сшивающего агента. Смесь реагентов для получения 2,5 дихлорметил-1,4-диметилбензола как сшивающего агента представляет собой 246,2 мл оксилола и 2370 мл 37%-ного раствора формальдегида в 5 л 35%-ной соляной кислоты (молярное соотношение: 1/6/12). Эту смесь загружают в 10-литровый стеклянный реактор, нагревают до 95 С и перемешивают в течение 5 ч. Далее ее выдерживают при комнатной температуре в течение 12 ч, получая кристаллы сшивающего агента, который собирают фильтрованием (205 г). В этот раствор добавляют дополнительно 400 мл соляной кислоты. После выдержки при повышенной температуре с перемешиванием в течение 5 ч и последующего охлаждения в осадок выпадает дополнительное количество сшивающего агента (152 г) с общим 91%-ным выходом продукта. Затем продукт перекристаллизовывают из спирта и получают чистый продукт с температурой плавления 125 С. б. Приготовление макропористого геля. В пилотной установке, включающей 200 литровый сосуд для растворения, реактор для сульфирования емкостью 2 м 3 и другие элементы, которые описаны в дальнейшем, готовят раствор 30 кг полистирола в 100 л хлорированного растворителя, в этот раствор в условиях перемешивания добавляют 300 г сшивающего агента. После введения концентрированной серной кислоты как катализатора до образования массы мелких твердых частиц (5 см 3 катализатора при продолжительности пребывания 20 5 мин) полученный макропористый гель выделяют и разрезают на 4-5-сантиметровые куски. Пример 2. В пилотной установке примера 1 в 100 л растворителя готовят раствор 20 кг полистирола. В него добавляют 200 г сшивающего агента и затем серной кислоты как катализатора до образования массы мелких твердых частиц (6 мл, 24 мин). Перед образованием геля смесь переносят в экструдер, причем этот экструдер определяют как систему 3-сантиметровых трубок 1-метровой длины, характеризующуюся наличием пространства для дренирования смеси. Раствор превращают в макропористый материал, а затем в этой трубчатой системе продавливают в направлении выходного отверстия, где работает режущая система, с получением 3-5 сантиметровых фрагментов. Эти небольшие фрагменты и растворитель вносят в реактор для сульфирования, в который добавляют серной кислоты с 65%-ным олеумом в виде 30%-ного раствора в хлорированном растворителе в таком количестве, чтобы содержание триоксида серы составляло 2,2 моля/моль бензольных колец. Перемешивание длится в течение 2 ч, после чего сульфирование завершают и в дальнейшем продукт выделяют и переносят в перфорированный контейнер для сцеживания растворителя. Далее с помощью перфорированного контейнера его подают на обработку промывкой пропанолом для экстракции непрореагировавшей хлорсульфоновой кислоты, а затем переносят в нейтрализационную емкость с 30%-ным гидроксидом калия, после чего погружают в 20%-ный хлорид натрия для усадки и при 12%ном содержании воды направляют в контейнер для нагрева до 160 С с перемешиванием и под вакуумом. После этого в форме неодинаковых мелких сферических частиц получают 80 кг продукта. С технической точки зрения он представляет собой легкий продукт со степенью наполнения водой примерно 225, состоящий на 75% из неорганического и на 25% из органического материалов, выход которого практически равен 100%. Пример 3. 20 кг стирол-акрилонитрильного сополимера (50/50%) растворяют в реакторе для растворов в 100 л чистого 1,2-дихлорэтана. В этот раствор добавляют 100 г сшивающего агента и затем также серной кислоты добавляют до образования массы мелких твердых частиц. Смесь переносят в экструдер, в котором образуется гель, и с помощью давления содействуют его продвижению в трубки, благодаря чему в итоге материал разрезают на 4-5-сантиметровые куски. Эти куски и растворитель переносят в реактор для сульфирования, в котором находится серная кислота с 65%-ным олеумом в виде 25%ного раствора и в количестве 2 молей/моль бен 002495 6 зольных колец. После завершения реакции и перемешивания в течение 5ч продукт удаляют,отфильтровывают, нейтрализуют, пропускают через электрическое поле 20 В и, наконец, при 5%-ном содержании воды его выдерживают с перемешиванием при 160 С и с применением вакуума и превращают в высоко специфический продукт со степенью наполнения водой 185. В результате гидролиза акрилонитрила этот продукт содержит две ионоактивные группы, а именно: сульфоновую и карбоксильную. Пример 4. 20 кг полностью гидрогенизованного СКС(40% стирольных звеньев) загружают в реактор в 100 л 1,2-дихлорэтана. После растворения добавляют 80 г сшивающего агента совместно с добавлением серной кислоты в качестве катализатора и смесь направляют в экструдер, в котором ее превращают в макропористый материал. Полученные в итоге 4-5-сантиметровые куски и растворитель загружают в реактор для сульфирования, в который в виде 25%-ного раствора добавляют серной кислоты с 65%-ным олеумом в количестве 2 моля SО 3/моль бензольных колец. После завершения реакции и перемешивания в течение четырех часов продукт удаляют,отфильтровывают, нейтрализуют и подвергают усадке в электрическом поле 20 В, а после выдержки при 160 С с перемешиванием и под вакуумом получают высоко специфический продукт, коэффициент наполняемости которого составляет 120. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ приготовления стабильного макропористого полимерного продукта, способного внутримолекулярно абсорбировать воду в количестве, которое примерно в 100-3000 раз превышает его массу, включающий следующие стадии:(I) обработку полимера, включающего ароматические группы, в форме 10-30%-ного раствора в хлорированном растворителе или растворителях сшивающей реакцией с 2,5 дихлорметил-1,4-диметилбензолом с получением нерастворимого макропористого геля;(II) экструзию и резку нерастворимого макропористого геля с получением отдельных фрагментов макропористого геля размером 3-5 см;(III) осуществление реакции этих фрагментов макропористого геля, суспендированных в хлорированном растворителе или растворителях, с сульфирующим и необязательно нитрующим агентами с получением фрагментов высоко анионоактивного геля. 2. Способ по п.1, в котором проводят дополнительную обработку фрагментов высоко анионоактивного макропористого геля путем удаления продукта, декантации растворителя и промывки продукта этанолом или пропанолом, 7 нейтрализации в примерно 30%-ном водном гидроксиде натрия или калия, его усадки/дегидратации в 15-25%-ном водном хлориде натрия до содержания воды примерно 10% и его нагревания под вакуумом до температуры примерно 160 С. 3. Способ по п.2, в котором усадку/дегидратацию проводят воздействием на фрагменты высоко анионоактивного макропористого геля электрическим полем 20 В. 4. Способ по п.1, в котором полимер, содержащий ароматические группы, выбирают из ряда, включающего полистирол, гидрогенизованный бутадиенстирольный каучук (СКС),стирол-акрилонитрильные сополимеры и их сополимеры. 5. Способ по п.1, в котором реакцию с образованием поперечных связей на стадии (I) проводят в расплаве полимера. 6. Способ по п.1, в котором реакцию на стадии (I) проводят в температурном интервале от комнатной температуры до примерно 50 С и с необязательным использованием в качестве дополнительных катализаторов 1-5% серной кислоты, SbCl5 и/или TiCl4 в каталитически эффективных количествах. 7. Способ по п.1, в котором сульфирующий агент или агенты выбирают из хлорсульфоновой кислоты, триоксида серы и серной кислоты с олеумом и каждый из них используют при молярном соотношении, эквивалентном 1,52,2 моля триоксида серы на моль ароматических 8 групп, содержащихся во фрагментах нерастворимого макропористого геля, а любой нитрующий агент представляет собой азотную кислоту. 8. Способ по п.7, в котором в результате взаимодействия с сульфирующим агентом или агентами достигается дополнительная сшивка фрагментов макропористого геля посредством образования сульфоновых мостиков, причем эту дополнительную сшивку регулируют добавлением в раствор уксусной кислоты в качестве ингибитора образования поперечных связей в количестве 10-15%. 9. Способ по пп.4 и 7, в котором в случае,когда полимер, содержащий ароматические группы,представляет собой стиролакрилонитрильный сополимер или сополимеры,карбоксильные группы получают в качестве дополнительных анионоактивных групп путем гидролиза цианогрупп в условиях реакции сульфирования. 10. Способ по п.1, в котором экструзию проводят продавливанием макропористого геля через экструдер, включающий ряд параллельных трубок длиной примерно 1 м и диаметром от примерно 2 до 4 см, и режущую систему на одном конце трубок, в результате чего получают фрагменты. 11. Стабильный продукт, приготовленный по любому из предыдущих пунктов, который предназначен для смешивания с почвой для постоянного действия в качестве регулятора влажности и средства повышения ее плодородия.