1, *Перистый В.А., 2Чуев В.П., 2Бузов А.А., 1Перистая Л.Ф.1Белгородский государственный национальный исследовательский университетРоссия, 308015, Белгород, ул. Победы, д. 85Акционерное общество «Опытно-экспериментальный завод ВладМиВа» ( АО «ОЭЗ «ВладМиВа»)Россия, 308023, Белгород, ул. Студенческая, д. 52*E-mail: peristy@bsu.edu.ruРАЗРАБОТКА ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОЧИСТОЙ ГЕЛЕОБРАЗНОЙ ВОДНОЙ ПОЛИАКРИЛОВОЙ КИСЛОТЫ (ПАК)Аннотация. Руководствуясь теоретическими представлениями о закономерностях радикальных цепных полимеризационных процессов, были проведены работы по изучению влияния параметров и условий водной полимеризации акриловой кислоты на пригодность для терапевтической стоматологии ее полимера. Данные исследования послужили основой при разработке и патентовании отечественной технологии производства ~ 40%-ного водного гелеобразного раствора ПАК, широко применяемого как в России, так и за рубежом при изготовлении пломбировочных стоматологических композитов, и таким образом успешно решить вопрос импортозамещения и избежать различных манипуляционных санкций.Ключевые слова: полиакриловая кислота, инициаторы полимеризации, регуляторы полимеризации, параметры (условия) полимеризации, поликарбоксилатные и пломбировочные цементы, терапевтическая стоматология.Введение. Из многих наиболее распространенных высокомолекулярных соединений (ВМС) [1-4], широко применяемым в качестве пломбировочного связующего биосовместимого ВМС (цемента) в терапевтической стоматологии является биосовместимый и биоразлагаемый полимер полиакриловая кислота (ПАК) [5], линейные полимерные цепи которой, при смешении с оксидами поливалентных металлов в течение манипуляционного времени tm  «сшиваются» в сетчатую структуру, в результате чего возрастает механическая прочность и водорастворимая ПАК цементируется в высокопрочную и абсолютно нерастворимую пломбу – искусственный камень – цемент, обладающий высокой адгезионной прочностью при контакте с тканями человека и животных [6]. Сообщается также о способности ПАК повышать эффективность лекарственных систем [7].Исторически полиакриловая кислота (ПАК), в зависимости от её молекулярной массы, находила применение в качестве секвестрантов (небольшая молекулярная масса), в красках (средне-низкая молекулярная масса), текстильной и бумажной промышленностях (средне-высокая молекулярная масса), как флокулянт и абсорбент (высокая молекулярная масса) [8]. Но начиная с 80-ых годов применение ПАК все шире начало внедряться в терапевтическую стоматологию [9,10].Однако, как в России, так и за рубежом, выпускаемая ПАК не в полной степени удовлетворяет требованиям, предъявляемым к ней врачами - стоматологами (манипуляционное время tm ,стабильность при хранении, примеси, прочность, затемненная белизна и др.). Поэтому в начале 2000-х годов на Белгородском Опытно-экспериментальном заводе (ОЭЗ) «ВладМиВа» и кафедре общей химии Белгородского государственного национального исследовательского университета (НИУ «БелГУ») была разработана и запатентована отечественная технология производства товарной высокочистой, стабильной при хранении, обладающей оптимальным tm , высокопрочной и белой ПАК [11]. Однако, данная запатентованная технология заключалась в проведении процесса производства ПАК в растворителе – толуоле, т.е. с применением пожароопасного растворителя, отгонка которого, на завершающей стадии производства, была сопряжена с технологическими трудностями (4-х стадийный процесс глубоковакуумной отгонки с последующей десорбцией остаточных следов толуола) [11].Постановка задачи. Поэтому дальнейшее усовершенствование отечественной технологии заключалось в разработке способа получения ПАК в виде её ~ 40%-ного водного гелеобразного препарата, т.е. при проведении процесса полимеризации акриловой кислоты (АК) не в растворителе - толуоле, а в воде. Кроме того, импортные поставки водной гелеобразной ПАК (например, немецкого "Соколана") не всегда удовлетворяли требованиям наших врачей-стоматологов: tm, чистота, содержание основного вещества и др. А главное в последнее время импортные поставки осуществлялись с перебоями при санкционном манипулировании. Поэтому, с учетом складывающейся коньюнктуры, разработка отечественной технологии производства высококачественной гелеобразной водной ПАК явилась насущной задачей.Более конкретно разрабатываемая отечественная технология должна обеспечить получение такой товарной ПАК, которая удовлетворяла бы следующим стоматологическим требованиям:- светлый гелеобразный препарат;-отсутствие посторонних запахов и примесей;-соответствие прочностным показателям, согласно международному стандарту ИСО №4104;-манипуляционное время при пломбировании и затвердевании – 6-8 минут.Основная часть. Известен способ полимеризации акриловой кислоты [12] в  присутствии инициатора трис-ацетил и бис-(ацетилацетоната) карбоксилата Мn(III) с получением ПАК, применяемой в текстильной и бумажной промышленности, а также в качестве коагулянта сточных вод. Однако, загрязнённость  следами инициатора и большая молекулярная масса (следовательно малое tm) не позволяют такую ПАК успешно применять в стоматологии. Согласно другому источнику [13], полимеризация в присутствии окислительно-восстановительной системы Co3+ - глицин также приводит к получению ПАК с большой молекулярной массой.Получение ПАК в виде 36,8%-ного геля может быть осуществлено при полимеризации акриловой кислоты в присутствии инициатора пероксида водорода и регуляторов степени полимеризации гидрохинона и тиогликолевокислого натрия [14]. Несмотря на то, что такая ПАК всё же может быть пригодна как пломбировочный материал, однако, её загрязнение гидрохиноном и тиогликолевокислым натрием, не говоря об отсутствии приемлемой белой цветности, (гидрохинон окисляется в хиноидные структуры и вызывает потемнение препарата) не позволяют данный метод считать перспективным. Поэтому при планировании и разработке отечественной технологии прежде всего руководствовались теорией ВМС, а также учитывались как вышеприведенные стоматологические требования к качеству ПАК, так и литературные сведения по вопросам  ПАК. Исходя из этого, в качестве инициатора полимеризации был выбран  α,α’-азобисизобутиронитрил (α,α’-аз.), который не содержал в своей структуре нежелательных бензольных колец, по сравнению с такими инициаторами как гидроперекись изопропилбензола или перекись бензоила и др. А с другой стороны, при практическом опробывании применения многих регуляторов степени полимеризации, была показана либо их неэффективность (меркаптаны, персульфат калия и др.), либо они привносили затемненность препарата (резорцин, гидрохинон), либо вызывали появление нежелательных запахов (фурфурол и др.). Учитывая это и во избежание внесения нежелательных и посторонних реагентов в состав стоматологической ПАК, при разработке отечественной технологии никакие регуляторы не применялись вовсе, а их функции осуществлялись путем варьирования технологическими приёмами и научно обоснованными параметрами процесса получения стоматологической ПАК. Поэтому, с целью уяснения влияния параметров процесса на качество ПАК, были проведены предварительные опыты, результаты которых приведены ниже в таблице 1.Таблица 1Влияние параметров процесса полимеризации АК на показатели качества ПАК №n/nПараметры процесса полимеризации АКПоказатели качества ПАКПримечаниеОбъем. соотн. вода:АКСодерж. α,α’-аз. по отнош. к АК, %Темп.полимериз., ℃ Продолжит.полимериз.,часВнешний вид и цветСодерж. осн.в-ва, %Динам. вязкость, (µ), 20% р-ра ПАК, ссm12:11,896-985,05легкая опалесценция32,546,8Затрудн. перемеш. при полимеризации 23:11,897-984,95-24,341,2-34:11,897-995,10светлый19,330,1Подвижная масса при полимеризации45:11,896-974,90светлый15,227,3-56:11,897-985,00светлый14,123,1-64:11,096-994,85светлый19,740,2-74:11,396-995,20светлый19,837,0-84:11,896-994,90светлый20,129,6-94:12,296-995,30светлый18,927,1-104:12,996-995,10светлый20,524,2-114:11,860,625,20---Полимер. не протекает124:11,875-804,90легкая опалесценция19,861,2Затрудн. перемеш. при полимеризации134:11,889-905,25светлый20,342,3Подвижная масса при полимеризации144:11,892-934,95светлый21,533,1-154:11,897-985,00светлый19,430,1-164:11,897-990,5светлый17,842,1-174:11,897-991,0светлый19,337,2-184:11,897-992,0светлый18,733,4-194:11,897-995,0светлый20,629,2-204:11,897-997,1светлый19,826,1- В таблице 1 величина молекулярной массы ПАК инерпретирована через вязкость её 20%-ного водного раствора, т.к. практически предварительно было установлено, что при µ=28-32 ccm. наблюдается соответствие оптимальному манипуляционному времени затвердевания пломбы – 6-8 минут, т.е. данная вязкость соответствует оптимальной молекулярной массе ПАК. (Ведь широко принято по вязкости определять молекулярную массу полимеров [1,2])Как указывалось выше в литературных источниках [12,13], водная полимеризация АК приводит к получению полимера ПАК с высокой молекулярной массой. Однако анализируя данные таблицы 1, можно наметить пути, обеспечивающие получение ПАК с более низкой и приемлемой для стоматологов молекулярной массой. Так из данных таблицы 1 следует, что при повышении объемного соотношения вода: АК и при повышении содержания инициатора α,α’-аз., а также при повышении температуры и продолжительности процесса полимеризации, образуется полимер с более низкой молекулярной массой. Учитывая эти экспериментальные данные, можно предположить, что возможно одностадийное получение гелеобразной ПАК 40% ной концентрации (с приемлемой молекулярной массой) при проведении полимеризации при повышении содержания α,α’-аз. и увеличении продолжительности процесса. Причём, эти два параметра можно снизить, компенсировав повышение молекулярной массы при их снижении, путем повышения температуры полимеризации выше 100 ℃ , т.е. проводить процесс при повышенном давлении (автоклавирование). Однако, автоклавирование сопряжено со значительным техническим усложнением (котлонадзорность, трудности равномерного дозирования АК при проведении приливного способа полимеризации).Поэтому практически остановились на реализации более технологичного двухстадийного  процесса, путём приливной полимеризации при атмосферном давлении и температуре 94-98 ℃  при равномерной подаче в течение 4,5-5,0 часов полимеризационной смеси (АК, в которой растворено 1,5-2,1% α, α’-аз.) в воду - растворитель (4-х кратный объем воды по отношению к полимерсмеси). По окончанию подачи и  получасовой выдержки, полученный 19-21%-ный раствор ПАК концентрируется до 39-41%-ного содержания путем упаривания под вакуумом. Хотя упаривание и привносит  дополнительную вторую стадию в данную технологию, но с другой стороны, при упаривании увлекаются  парами воды  следы остаточного мономера, что повышает качество кондиционной ПАК.   Выводы. 1. Поликарбоксилатные пломбировочные цементы, приготовленные на основе ПАК, синтезируемой согласно разработанной технологии, были одобрены клиницистами при практическом применении данных цементов.2. При этом показатели данных цементов удовлетворяли требованиям международного стандарта ИСО №4104 и составляли:-прочность на растяжение – 62 мН/м2 ;-прочность на сжатие – 61 мН/м2 ;-адгезионная прочность – 8 мН/м2 ;-время затвердевания tm - 7 минут;-водопоглощение  - 0,07 мас%.3. Разработанная отечественная технология производства светлой, при отсутствии запахов, ~ 40%-ной водной гелеобразной полиакриловой кислоты запатентована в РФ [15], внедрена на Опытно-экспериментальном заводе (ОЭЗ) «ВладМиВа» (г. Белгород) и  данный стоматологический фармацевтический препарат широко применяется как в нашей стране, так и за рубежом.БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК1. Коршак В.В. Химия высокомолекулярных соединений. М.: Изд. АН СССР, 1950. 596 с.2. Стрепихеев А.А., Деревицкая В.А. Основы химии высокомолекулярных соединений. Изд. 3-е. М.: Химия, 1976. 440 с.3. Encyclopedia of polymer science and technology. V.1-16. N.Y., 1964. P. 72.4. Шур А.М. Высокомолекулярные соединения. Изд. 3-е. М.: Высш. шк., 1981. 656 с.     5. Changer.M., Koul.V., Krishna B.,  Diuda.A.K., Choudhary.V. // Biomaterials. 2004. Vol.25 (I). Рp.139-146.6. Khanlari S., Dube M.A. // Macromolecular Reaction Engineering. 2013. Vol.7 (11). Pp. 573-587.7. Dai.Y., Zhang.C.,  Cheng.Z., Ma. P., Li. C., Kang X., Yang. D., Lin. J. // Biomaterials. 2012. Vol.33 (8). P.2583-2592.8. Herth.G., Schornick. G., Buchholz. E.L. // Polyacrylamides and Poly (Acrylic Acids). In Ullmann,s Encyclopedia of Indus-trail Chemistry, American Cancez Soci-ety:Atlanta, GA, USA. 2015. Pp.1-169. Гернер М.М., Аронов Е.А., Рофе А.Э. Материаловедение по стоматологии. М.: Медгиз, 1962. 256 с.10. Лукьяненко В.И., Макаров К.А., Шнейгард М.З., Алексеева А.С. Композиционные пломбировочные материалы. Л: Медицина, 1988. 157 с.11. Способ получения полиакриловой кислоты: пат. РФ №2266918 (13) С1, (51); заявл. 2004.06.30; опубл. 2005.12.27, Бюл.№ 3612. Способ получения высокомолекулярной полиакриловой кислоты: авт.свид. СССР №833.991 СО8F120/06; заявл. 1979.07.20; опубл. 1981.05.30, Бюл.№20.13. Полиакриловая кислота в качестве высокомолекулярного полимерного флокулянта: пат. РФ №2.024.550 СО8F 120/06; заявл. 1991.01.22; опубл. 1994.12.15.14. Способ получения водных растворов полиакриловой кислоты: пат. РФ №1.557.982 (13)А1 СО8F 120/06; заявл. 1987.12.11; опубл. 1995.07.25. 15. Способ получения 40%-ного водного раствора полиакриловой кислоты для стоматологии: пат. РФ №2.751.515 МПК СО8F-120106 (2006.01); заявл. 2020.11.25; опубл. 2021.07.14, Бюл.№20.Информация об авторах:Перистый Владимир Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры общей химии. Е-mail: peristy@bsu.edu.ru, Белгородский государственный национальный исследовательский  университет.  Россия, 308015, г. Белгород, ул. Победы, д. 85Чуев Владимир Петрович, доктор технических наук, генеральный директор. Е-mail: chuev@vladmiva.ru. Акционерное общество «Опытно-экспериментальный завод «ВладМиВа». Россия, 308023, г. Белгород, ул. Студенческая, д.52Бузов Андрей Анатольевич, технический директор, кандидат технических наук. Е-mail: buzov@vladmiva.ru. Акционерное общество «Опытно-экспериментальный завод «ВладМиВа». Россия, 308023, г. Белгород, ул. Студенческая, д.52Перистая Лидия Федотовна, доцент кафедры общей химии.Е-mail:Peristaya@bsu.edu.ru. Белгородский государственный национальный исследовательский  университет.  Россия, 308015, г. Белгород, ул. Победы, д. 85 1, *Peristy V.А., 2Chuev V.P., 2Buzov А.А., 1Peristaya L.F.1Belgorod State National Research UniversityRussia, 308015, Belgorod, Pobeda st., 85«VladMiVa Experimental Plant» JSCRussia, 308023, Belgorod, Studencheskaja st., 52*E-mail: peristy@bsu.edu.ruDEVELOPMENT OF THE RUSSIAN PRODUCTION TECHNOLOGY OF HIGH CLEARANCE GEL-LIKE AQUATIC POLYACRYLIC ACID (PAA) Abstract: Guided by theoretical ideas about the laws of radical chain polymerization processes, work was carried out to study the influence of the parameters and conditions of aquatic polymerization of acrylic acid on the suitability of its polymer for therapeutic dentistry. These studies served as the basis for the development and patenting of the domestic technology for the production of a ~ 40% aquatic gel-like solution of PAA, which is widely used both in Russia and abroad for the production of dental filling composites, and thus successfully solved the issue of import substitution and avoided various manipulation sanctions.Key words: polyacrylic acid, polymerization initiation, polymerization regulator, polymerization condition, polycarboxylate and filling cements, therapeutic dentistry.REFERENCE LIST1. Korshak V.V. Chemistry of macromolecular compounds. М.: Edit. SA USSR, 1950. 596 pg.2. Strepiheev А.А., Derevitskaya V.А. The basics of chemistry of macromolecular compound. Edit. 3rd. М.: Chemistry, 1976. 440 pg.3. Encyclopedia of polymer science and technology. V.1-16. N.Y., 1964. P. 72.4. Shur А.М. Macromolecular compounds. Edit. 3rd. М.: Grad. school., 1981. 656 pg.     5. Changer.M., Koul.V., Krishna B.,  Diuda.A.K., Choudhary.V. // Biomaterials. 2004. Vol.25 (I). Рp.139-146.6. Khanlari S., Dube M.A. // Macromolecular Reaction Engineering. 2013. Vol.7 (11). Pp. 573-587.7. Dai.Y., Zhang.C.,  Cheng.Z., Ma. P., Li. C., Kang X., Yang. D., Lin. J. // Biomaterials. 2012. Vol.33 (8). P.2583-2592.8. Herth.G., Schornick. G., Buchholz. E.L. // Polyacrylamides and Poly (Acrylic Acids). In Ullmann,s Encyclopedia of Indus-trail Chemistry, American Cancez Soci-ety:Atlanta, GA, USA. 2015. Pp.1-169. Gerner М.М., Aronov Е.А., Rofe А.E. Materials science in dentistry. М.: Medgiz, 1962. 256 pg.10. Lukyanenko V.I., Makarov K.А., Shneygard M.Z., Alekseeva А.S. Composite filling materials. L: Medicine, 1988. 157 pg.11. Method of production of polyacrylic acid: pat. RF №2266918 (13) С1, (51); statement. 2004.06.30; publication. 2005.12.27, Billet. № 3612. Method of production of macromolecular polyacrylic acid: USSR №833.991 СО8F120/06; statement. 1979.07.20; publication. 1981.05.30, Billet. №20.13. Polyacrylic acid as macromolecular polymer flocculant: pat. RF №2.024.550 СО8F 120/06; statement. 1991.01.22; publication. 1994.12.15.14. Method of production of aquatic solutions of polyacrylic: pat. RF №1.557.982 (13)А1 СО8F 120/06; statement. 1987.12.11; publication. 1995.07.25. 15. Method of production of 40% aquatic solution of polyacrylic acid for dentistry: pat. RF №2.751.515 МПК СО8F-120106 (2006.01); statement. 2020.11.25; publication. 2021.07.14, Billet. №20.About authors:Peristy Vladimir, candidate of technical science,　docent of general chemistry faculty. Е-mail: peristy@bsu.edu.ru, Belgorod State National Research University.  85 Pobeda str. 308015, Belgorod, Russia.Chuev Vladimir,　doctor of technical science, CEO. Е-mail: chuev@vladmiva.ru.  JSC «Experimental factory «VladMiVa». 52 Studencheskaya str., 308023, Belgorod, Russia.Buzov Andrey, technical director, cabdidate of technical science. Е-mail: buzov@vladmiva.ru. JSC «Experimental factory «VladMiVa». 52 Studencheskaya str., 308023, Belgorod, Russia.Peristaya Lidiya, docent of general chemistry faculty. Е-mail:Peristaya@bsu.edu.ru. Belgorod State National Research University.  85 Pobeda str. 308015, Belgorod, Russia. Обязательная форма для заполненияТип статьиНаучная Отрасль науки, к которой относится статья*Технические науки Группа специальностей, к которой относится статья*05.17.00 Химическая технологияСпециальность, к которой относится статья* 05.17.06 Технология и переработка полимеров и композитов