Қазақстан республикасы оңтүстік өңірінің эрозияланған топырағының құрылымдық құамының өзгеруіне дифункционалды полиэлектролиттердің (ДПЭ) әсерін зерттеу
МАЗМҰНЫ
Кіріспе.
1. Топырақтың механикалық құрамына сипаттама.
2. Суда еритін полимерлер, соның ішінде полиэлектролиттердің химиялық
қасиеттері және жалпы сипаттамасы.
3. Полиэлектролиттердің құрылымы құрылысы.
4. Полиэлектролиттердің дисперстік жүйелердің тұраұтылығына әсері.
5. Топырақ бөлшектері өлшемдерінің дифункционалды полиэлектролиттердің
құрылымдаушы қабілетіне әсері.
Қортынды.
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі.
Кіріспе.
Соңғы жылдары топырақтың жоғарғы бөлігінің, соның ішінде ауыл
шаруашылығы айналымындағы аумағының қарқынды пайдаланылуы нәтижесінде
әртүрлі механикалық күштер су, жел әсерінде эрозиялану үдерісі күшейіп
отыр. Сондықтан топырақтың эрозиялануы тек өнімділігі төмендеуі салдарынан
экономикалық тиімсіздікті туындатпастан, оның шаң-тозаң түріндегі майда
бөлшектерінің таралуы себепті арэ-, годроэкологиялық ортаның ластануын да
келтіріп шығаруда. Сол себепті топырақтың өнімділігін қайта тіктеу және
қоршаған ортаның экологиялық жағдайына залалды әсерін болдырмау үшін суда
еритін полиэлетролиттердің (СЕПЭ) қатысында құрылымдық құрамын жақсарту
экологиялық, экономикалық тұрғыдан аса маңызды орын алатынын көптеген
дамыған елдердің тағлымдық тәжірибелері көрсетіп келеді.
Жұмыстың мақсаты: Соған байланысты жұмыста Қазақстан республикасы
оңтүстік өңірінің эрозияланған топырағының құрылымдық құамының өзгеруіне
дифункционалды полиэлектролиттердің (ДПЭ) әсерін зерттеу мақсат етіп
қойылды. Бұл түрдегі полиэлектролиттер ретінде полиакриламид (ПАА),
карбоксиметилцеллюлозаның натрилі тұзы (КМЦ-Na) және
карбоксиметилцеллюлозаның натрилі тұзын калимоногидро фосфатпен бейтараптап
алынған (КМЦ-Na+К2НРО4) үлгілері таңалды. Өйткені суда еритін
полиэлетролиттердің топырақтың құрылымдық құрамына әсер ету тиімділігі
қосылған ерітіндінің концентрациясы, рН көрсеткішінен келіп шығатын
полиэлектролит құрамындағы функционал топтардың табиғатына қарап өзгеретін
макромолекуланың конформациялық күйіменмен тығыз байлансыты. Соның үшін
тандалған полиэлектролит үлгілерінің эрозияланған топырақтың құрылымдық
құрамына әсер ету себептерін полиэлектролит макромолекуласының
конформациялық күйімен байланыстылығын көрсету мақсатында ерітіндінің
тұтқырлығын (η), оптикалық тығыздығын (Д), электор өткізгішігін (χ),
құрылымдаушы қабілетін концентрациясы мен рН көрсеткішіне қарап зертелді.
Нәтижелер полиэлектролит ерітінділерінің меншікті тұтқырлығы(ηменш),
электор өткізгіштігі (χ) және оның қатысында түзілген эрозияланған
топырақтың суға төзімді түйіршіктері (СТТ) мөлшері қосылған концентрацияға
пропорционалды өзгеретінін көрсеткенмен, олардың сандық мәндері арасында
біршама айырмашылықтар барлығын айқын байқатады.
1. Топырақтың механикалық құрамына сипаттама.
Өсімдіктердің, жануарлардың (әсіресе микроорганизмдердің), климат
жағдайларының және адамдардың әсерімен өзгерген жер бетінің үстіңгі
борпылдақ қабаты. Топырақ бойында құнарлылық қасиеті, яғни өсімдіктерді
сумен, басқа да қоректік элементтермен қамтамасыз ететін қабілеті болады.
Механикалық құрамы (топырақ түйіршіктерінің мөлшері) бойынша топырақ құмды,
құмдақ сазды және саз топырақ болып бөлінеді. Жасы мен генезисі бойынша —
қыртысты күлгін топырақ, батпақты топырақ, ормандық сұр топырақ, қара
топырақ, қоңыр топырақ, күрең топырақ, тағы басқалар болып бөлінеді.
Топырақтың жер бетінде таралуы зоналық (горизонтальды және вертикальды)
заңдылыққа байланысты. Топырақ — литосфераның жоғарғы әуе қабатымен
байланысатын қабат, бүкіл биосферадағы тіршіліктің тірегі. Топырақ ғасырлар
бойы топырақ түзуші факторлардың үздіксіз әрекетінен пайда болған
табиғаттың ерекше табиғи, әрі тарихи денесі.
Топырақтану ғылымының негізін орыс ғалымы В.В.Докучаев қалады. Оның
Петербургте басылып шыққаң Орыстың қара топырағы (1883 ж.) атты еңбегінде
топырақтың дүрыс анықтамасы, оның қасиеттері туралы ғылыми негізделген
түсініктер берілген. В.В.Докучаев топырақ түзілу процесінің бес факторға
байланысты екенін анықтады. Оларға: бастапқы аналық жыныстар, ауа райы, жер
бедері, уақыт және өсімдіктер мен жануарлар жатады. Кейін ғылыми
зерттеулердің нәтижесіне байланысты бұларға су (топырақ суы, жерасты суы)
және адамның шаруашылық әрекеті қосылды. Топырақ жеке әртүрлі өлшемдегі
қатты бөлшектерден түрады. Қатты бөлшектер сумен және ауамен қоршалған.
Сондықтан топырақты үш фазалы жүйе ретінде қарастырады. Топырақтың жоғарғы
беті борпылдақ. Мүның қүрамында көптеген өлі органикалық заттар бар
(өсімдіктер қалдығы,қарашірік). Бүл қарашірікті аккумулятивті А қабаты.
Тереңірек, өте тығыз иллювиалды өтпелі В қабаты жатыр. Оның астында топырақ
түзуші — С қабаты орналасқан. Барлық топырақтар бір-бірінен осы генетикалық
қабаттарымен ажыратылады. Әр түрлі топырақтың генетикалық қабаттары
қалыңдығымен, түстерімен, қүрылымымен, морфологиялық қасиеттерімен
ерекшеленеді. Топырақтың қалыңдығы санмен көрсетіледі. Мысалы, кейбір
топырақтарда А қабаты небары 0-5 см, ал кейбіреулерінде 0-50 см болады.
Топырақтың типтеріне байланысты А, В, С қабаттары бірнешеге бөлінуі мүмкін.
Топырақ қабаты тереңдеген сайын аэрация нашарлайды. Оттегінің мөлшері
азайып, көмір қышқыл газы мен органикалық заттардын ыдырауы кезінде
бөлінетін басқа да газдардың мөлшері артады. Топырақтың жоғарғы
қабаттарында өсімдікке қажетті фосфор, калий, азот, кальций және басқа
заттар жинақталған. Топырақтың әртүрлі қасиетіне (қышқылдығы, тұздылығы,
ылғалдылығы) байланысты өсімдіктерді көптеген экологиялық топтарға бөлуге
болады. Мысалы, топырақтың қышқылдығына байланысты:
1) рН 6,7-ден төмен қышқыл топырақта өсетін ацидофилді түрлер
(сфагналы батпақ өсімдіктері);
2) рН 6,7-7,0 топырақта өсетін нейтрофилдер (көпшілік мәдени
өсімдіктер);
3) рН 7,0-ден жоғары топырақта өсетін базифилді өсімдіктер(аққурай).
Топырақтың қатты минералдық бөлігі негізінен топырақ түзілу
процестерінде әр түрлі өзгерістерге ұшыраған аналық жыныстардан тұрады.
Аналық жыныстар топырақ түзу процесінде жоғарыда айтқан факторлардың
әсерінен өсімдік тіршілігіне қажетті заттарға байыған, толтырылған ортаға
айналады.
Топырақтың механикалық құрамы деп, оның көлемі жөнінен әр түрлі
түйіршік бөлшектерден тұратынын айтады.
Топырақ түйіршектері неғұрлым ірілеу болса, соғұрлым топырақтар
балшықты-сазды келеді. Ал топырақ түйіршіктері ірілеу болған жағдайда ол
құмды болады. Егер де топырақ құрамында майда түйіршіктер мен ірілеу
түйіршіктер аралас кезедессе, бұл топырақтар құм –балшықты топырақтар болып
саналады. Әдетте, топырақ негізінен майда ұнтақталған түйіршіктерден
тұратын болғандықтан, түйіршік көлемі оның диаметрінің ұзындығымен
өлшенеді. Топырақтану саласындағы ірі ғалым профессор Н.А. Качинскийдің
зерттеуі бойынша топырақ құрамындағы түйіршік өлшемдерінің көлеміне қарай
төмендегідей бөлінеді: Диаметрі 3ммден іріректерітастар, 1мм-ден 3мм-ге
дейін –ірі құм, 0,25 мм-ден 1мм-ге дейін орташа құм, 0,05 мм-ден 0,25 мм-
ден ұсақ құм, 0,01-ден 0,05-ке дейін –ірі шаң, 0,001-ден 0,005-ке дейін
ұсақ шаң, ал даметрі 0,001мм-ден кішілеу –торзаң, 0,0001мм-ден кішілері-
коллоидтар.
Осы ғалымның зерттеуіне сәйкес топырақтар өзінің механикалық құрамына
қарай төмендегі топтарға бөлінеді .
Кесте 1. Топырақтарды механикалық құрамына байланысты топқа бөлу
( Н.А. Качинский,1965)
Түйірі 0,01 мм – ден ұсақ бөлшектер Топырақтың механикалық құрамына
(балшық) пайыз есебімен сәйкес аты
80 – нен көп Ауыр балшық
80 – 60 Орташа және жеңіл балшық
60 - 45 Ауыр саздақ
45 - 30 Орташа саздақ
30 - 20 Жеңіл саздақ
20 - 10 Құмдақ
10 - 5 Байланысты құм
5-тен төмен Борпылдақ құм
Топырақтың механикалық құрамының топырақ түзуде, топырақты ауыл
шаруашылығы және басқа мақсаттарға пайдалануда маңызы зор.
Топырақтың механикалық құрамымен оның кеуектілігі, су сыйымдылығы,
ылғал өткізгіштігі, ылғалды жоғары көтеру қасиеті, қоректі заттарды жинау
мүмкіншілігі, ауа - жылылық режимдері сияқты қасиеттері тығыз байланысты.
Құмды және құмдақ топырақтардың құрылымы нашар келеді әрі әр түрлі
ірірек бөлшектерден тұрады. Ылғалды жақсы өткізеді, қолайлы –ауа жылу
режимдері болады. Мұндай топырақты өңдеу де өте оңайға түседі. Бірақ та
бұл топырақтар қоректік заттарға және қарашірікке кемшіл болады, себебі
олар ылғалмен жуылып – шайылып кетеді де онда өсімдіктер сирек өсіп, жөнді
қалдықтар қалдырмайды. Ал балшықты топырақтар, керісінше, ылғалды аз
өткізеді, су сыйымдылығы мол болады. Ылғал бергіштігі, ауа режимі нашар.
Бұл топырақтарды жырту да оңайға түспейді. Дегенмен бұл топырақтар қоректік
заттарға бай, құнарлы келеді.
Ауыл шаруашылығына пайдалануға ең қолайлы топырақтар – құрамында құмды
түйіршіктер мен балшықты түйіршіктер қабаттасып келетін құм – балшықты
топырақтар.Бұл топырақтарда құмды бөлшектер мен балшықты бөлшектердің
пайдалы қасиеттері үйлесе келіп, топырақтың ылғал – ауа режимдерін жақсы
ұстап, топырақ құнарлылығын арттырады.
Топырақ үгілу нәтижесінен пайда болғаны әр түрлі механикалық
бөлшектерден тұрады. Осы механикалық бөлшектер топырақ түзілу және оның әрі
қарай даму процестерінде топырақ шіріндісі, өсімдік тамырлары, топырақтағы
жәндіктер әрекеттері арқылы бір-бірінен желімденіп, жабысып, әр түрлі
топырақ түйіршіктерін –агрегаттарын құрады, яғни Топырақтың түйіршіктілігі
деп атаймыз. Бұл топырақ құрылымына (структурасына) кіреді. Топырақ
бөлшектерінің құрылымы:
1. Құрылымы жоқ, шаң-тозаңды,борпылдақ.
2. Құрылымы майда түіртпекті, оқ дәрәсіндей, мөлшері 0,5-1 мм.
3. Дәнді түйіртпекті, диаметрі 1-5мм.
4. Жаңғақоты құрылым, 5-10мм.
5. Майда кесекті құрылым, топырақ бөлшектерінің көлемі бірнеше см-ге
жетеді.
Зерттеу топырақтың бетімен домалайтын бөлшектер санының, олардың жер
бетінен ажырауының және ауа ағысуымен көшуінің арасында тікелей байланыс
бар екенін анықтауға мүмкіндік береді; домалау мен түйіршіктілік арасында
кері тәуелділік арасында кері тәуелділік бар. Топырақтың түйіршіктілігі
дегенді осы жерде байқап отырғанымыздай, яғни топырақтың беткі қабатында
орналасқанын және көп табиғат компаненетерінің құбылыстарына түйіршіктің
қандай рөл ойнайтынын байқаймыз. Топырақ беткі қабатының түйіршіктілігі
неғұрлым жоғары болса, бөлшектер оның бетімен соғұрлым аз домалайды, демек,
соғұлым олар жер бетінен аз ажырап, желмен аз ұшады, яғни топырақтың
эрозияланғыштығы төмен болады.
Зерттеу нәтижесінде топырақтың эрозияланғыштығын сипаттайтын үш
градияциясы белгіленеді. Эрозияланғыштық 5 минутта 50 грамға жеткенде жол
берілетін шек туады, бұл 0-5 см қабаттағы түйіршіктілік шамамен 60 процент
болғанға тең. Бұл эрозияланғыштығы 5 минутта 50 грамм және одан төмен,
немесе түйіршіктілігі 60 процент және одан жоғары топырақ төзімділігі
жоғары күйде болады.
Топырақтың құнарына әсер ететін қасиеттерін төменгі топтарға ажыратуға
болады:
1. Топырақтардың физикалық касиеттеріне оның суға төзгіш құрылымы, ауа
өткізгіш кеуектілігі, ылғалды жақсы сіңіріп, оныұстап тұру, оңай өңдеуге
болатын жақсы физикалық -механикалық касиеттері жатады.
2. Топырақтардың химиялық және физика – химиялық касиеттеріне: топырақта
қара шіріндінің молдығы, өсімдіктерге сіңімді азот, фосфор, калий және
микроэлементтердің неғұрлым жеткілікті болуы, топырақ ортасы реакциясының
ыңғайлылығы,топырақ сіңіру кешенінің кальций катионына канық
болуы,топырақтың ауамен қамтамасыз етіліп, оның тотығу- тотықсыздану
мүмкіндігінің мол болуы, зиянды суға еритін тұздардың неғұрлым аз болуы
немесе болмауы жатады.
3. Топырақтың биологиялық касиеттеріне: микробиологиялық белсенділіктің
жоғарылығы негізінен бактериялардын басым, сонымен қатар ауадан азот
жинаушы микроорганизмдердің, биологиялық белсенді ферменттерді шығаратын
микроорганизмдердің, топырақ құрылымына және оны қопсытуға әсер ететін
төменгі сатылы жәндіктердің болуы.
4. Бүкіл өсімдіктердің өсіп-өнуі мезгілінде гидротермикалық режимнін болуы,
яғни өсімдіктерді кажетті ылғал мен жылумен қамтамасыз ету.
Топырақ құнарына олардың химиялық құрамы да көп әсер етеді. Мәселен,
құрғақ, шөлді аудандар топырағында мөлшерден артық суда еритін тұздар
қосындысы жиі кездеседі. Оларды сумен шайып, артық тұздарды бұл
топырақтардан кетірмейінше, ол жерлерден жақсы өнім алынбайды. Сонымен
қатар кейбір топырақтардың сіңіру комплекстері натрий катионына қаныққан,
(сортаң) топырақ ортасының реакциясы сілтілі, олардың физикалық қасиеттері
өте нашар, ылғалы жоқ кезде қатып, ал ылғал болғанда батпаққа айналып
құнарсыз болады. Керісінше, кейбір топырақтардың сініру комплексі,
сіңірілген сутегі, біршама алюминий катионына қаныққан (орманды зонаның
күлгін топырақтары), олардың топырақ ортасының реакциясы қышқыл болып
көптеген мәдени өсімдіктер үшін құнарсыз болады. Міне осы жағдайларды
қолдан жақсартпайынша, бұл топырақтардан жақсы өнімдер алу мүмкін
емес. Сондықтан осындай топырақтар кездесетін аймақтарда, олардың тұзын
шайып немесе топырақ орталарының реакцияларын химиялық мелиорациялау
(гипстеу, әктендіру) арқылы жақсарту шаралары әлемде көптен жүргізілуде.
Топырақтанудың бұл саласын топырақты мелиорациялау деп, онымен шұғылданатын
ғылыммелиоративтік топырақтану деп аталады.
Топырақ құнарлылығына әсер ететін жағдайдың бірі оның эрозияға
ұшырауы. Бұл ғасырлар бойы түзіліп, жиналған топырақтың құнарлы беткі
қабатының қатты соққан жел-дауылдың әсерлерінен немесе қатты нөсерлетіп
жауған жаңбырдан тез еріген қардан, кей жағдайларда суармалы
егістік жерлерді суару кезінде суды мөлшерден артық жіберудің нәтижелерінде
жуылып-шайылуынан болады. Әлемде топырақтың жел эрозиясына да, су
эрозиясына да ұшыраған алқаптар аз емес. Сондықтан да табиғаттын бұл
апатымен күресу жолдары топырақтанудың бір саласы.
Әлемдегі ғылыми-техникалық прогрестің нәтижесінде, әсіресе өндірістің
карышты дамуынан табиғатқа, оның ішінде топырақ құнарына зиянды әсері де
толып жатыр. Соның ішіндегі ең негізгілері жер қойнауының әр түрлі
тереңдігінде жатқан қазба байлықтарды барлап, казып алу жәпе оларды байыту
кезінде құнарлы топырақ кабаттары бұзылып, жер бетіне жер астындағы
құнарсыз тау жыныстары шығып көптеген жерлер құнарсызданады. Оған қоса
көптеген зауыт - фабрикалар мен жылу электростанциялардан шығатын күл-
қоқыстармен ластанып, құнарларынан айырылатын жерлер баршылық. Осындай
жерлеріміздін құнарын қайта қалпына келтіруді қайта культивация- деп
атайды. Мұндайжағдайларда, шын мәнінде, топырақтар адам қолынан жасалған
антропогенді топырақтар түзіледі. Топырақтанудың бұл саласы әлемде соңғы
жылдары қолға алына бастады.
Сонымен топырақ құнарын тиімді пайдалану, оны арттыру жолдары жалпы
ауылшаруашылық ғылымдар жетістіктеріне агрономия, агрохимия сонымен қатар
топырақтану ғылымының салаларына (топырақ мелиорациясы, топырақ эрозиясы
және одан қорғау, топырақты қайта құнарландыру) тиесілі. Бұл мәселелердің
қоғамның дамуымен маңызы арта түспек. Табиғат қорларының барлық салаларын,
оның ішінде жер қорларын сақтау оны тиімді пайдалану сияқты мәселелер
көптеген елдердің ата заңдары мен табиғатты және оның барлық салаларын
қорғау туралы арнайы заңдарында қарастырылған. Республикамыздың табиғатын
қорғап, оның экологиялық жағдайларын жақсарту, жер корларын сақтап тиімді
пайдалану туралы арнайы заңдар кабылданған. Мәселе - осы заңдарды
бұлжытпай орындауда.
2. Суда еритін полимерлер, соның ішінде дифункционалды полиэлектролиттердің
химиялық қасиеттері және жалпы сипаттамасы.
Соңғы жылдары топырақтың жоғарғы бөлігінің, соның ішінде ауыл
шаруашылығы айналымындағы аумағының қарқынды пайдаланылуы нәтижесінде
әртүрлі механикалық күштер су, жел әсерінде эрозиялану үдерісі күшейіп
отыр. Сондықтан топырақтың эрозиялануы тек өнімділігі төмендеуі салдарынан
экономикалық тиімсіздікті туындатпастан, оның шаң-тозаң түріндегі майда
бөлшектерінің таралуы себепті арэ-, годроэкологиялық ортаның ластануын да
келтіріп шығаруда. Сол себепті эрозияланған топырақтың құрылымдануы
қосылған полиэлектролит ерітінділерінің концентрациясы, рН көрсеткіші және
функционал топтарының бір немесе әраттастығына қарап өзгеретін
макромолекуласының конформациялық күйімен байланысты болатындығы
анықталды.
Мұндай түйінді мәселелерді шешудің жолдарының бірі ретінде жоғары
молекулалы қосылыстарды соның ішінде суда еритін полиэлектролиттерді
өндіріске, шаруашылыққа енгізу екендігін дамыған елдердің тәжірибелері
көрсетіп келеді. Мысалы, сирек бағалы металдарды ажыратып алу яғни өндіру
негізінен гидрометаллургия тәсілімен жүзеге асырылады. Мұның басты
технологиялық принсипі бағалы металдары бар руданы қышқыл ерітіндісімен
өңдеу арқылы сұйық фазаға өткізіліп оны қатты қалдық фазадан бөліп алу
болып табылады, бірақ бұл технологияда сұйық және қатты фазаның ажырау
үдерісі өте ұзақ уақытты талап етумен бірге көпшілік жағдайда қатты
қалдықтың ажырап шығуы толық болмайды. Сондықтан байыту үдерісі көп
территорияны, уақытты талап етумен бірге өндірістің шайынды қалдық сулар
мен бірге сирек бағалы металдардың шығып кетуіне де себепші. Соның
салдарынан мұндай өнеркәсіптің қалдық ағын сулары ашық су көздерінің,
топырақтың, тіпті жер асты суларының ластануына алып келеді.
Осындай залалды әсерлердің қоршаған ортаға көрсететін зиянын
болдырмау, гидрометаллургиялық әдістің тиімділігін жақсарту мақсатында
сұйық және қатты фазаның бір-бірінен бөліну үдерісін жеделдетумен бірге
сапасын жақсарту үшін әртүрлі тездеткіштер-коагулянттар әсіресе
флокулянттар қазіргі уақытта кеңінен пайдаланылады.
Сондықтан қазіргі уақытта суда еритін полимерлердің (СЕП)
солардың ішінде полиэлектролиттік (ПЭ) қасиеті бар болған түрлерінің
өндірісінің, шаруашылықтың, медицинаның түрлі салаларында қолданылуы артып
баруына байланысты, олардың арнайы қасиеттке ие болған түрлерін алу,
қасиеттерін зерттеу бағытындағы ғылыми- тәжірибелік жұмыстар жүргізу
уақытының маңызды мәселелеріне айналып отыр. Өйткені әр салаға қолданылатын
полиэлектролиттерге қойылатын талаптарда әр алуан болып келеді.
Көптеген табиғи және полимерлік заттардың ішінен тек санаулысы
ғана ерігіштік қабілетке ие. Әдетте суда еритін полимерлердің (СЕП)
құрамында гидроксидтік, карбоксидтік, амидтік, аминдік және басқа да
гидроксид топтар болады3. Макромолекуланың функционал топтарының химиялық
табиғатына байланысты ерітіндіде полииондар-поликатиондар, полианиондар
түзіп, иондану немесе ионданбауы мүмкін 3. Тізбегі бойынша ионданушы
топтары орналасқан полимерлер бір мезгілде электролиттердің де
полимерлердің де қасиетін көрсетеді. Иондық диссоцияция тізбектің
зарядталған топтары арасында едәуір тербеліс күшінің пайда болуына алып
келеді. Нәтижесінде күшті таралған конфигурация пайда болады.
Ерітіндіде ионданатын функционалдық топтары бар полимер-
полиэлектролиттер деп аталады. Ерітіндіде полиэлектролит макромолекуласы
қарама-қарсы зарядталған иондардың эквиваленті санымен қоршалған полианион
түрінде болады. Қарама – қарсы зарядталған иондар жүйені электронейтрал4.
Суда еритін полимерлердің құрамындағы функционал топтарына қарай отырып
оларды төмендегідей етіп жіктейді:
1. Ионданатын полимерлер, мысалы: крахмал, поливинилспирті,
поливиниопиридин, метилцеллюлоза.
2. Анионды полиэлектролиттер, мысалы: полиакрил қышқылы (ПАҚ),
полиметилқышқылы (ПМАҚ) және оның тұздары.
3. Катионды полиэлектролиттер, мысалы: полиакриламид (ПАА),
полиметакриламид (ПМАА), полиаминоалкилметакрилат (ПААМА),
полиэтиленимин (ПАИ), поливинилпиридин (П-4-ВП)және оның
төртіншілік тұздары.
4. Полиамфолиттер, оң және теріс зарядталған
полимерлер,мысалы: винилпиридин мен метакрил қышқылының
сополимерлері ДМАЭМА, акрил қышқылы -4-винилпиридин.
Құрамында қышқылдық және негіздік топтары болатын амфотерлік
сипаттағы полиэлектролиттер ортаның рН көрсеткішінің мәніне,
макромолекулалар конформациясына және табиғи, жасандыдисперс жүйелермен
әрекет ету тәуелділігін қамтамасыз ететіндіктен ең үлкен эффективтілікке
ие. Полимердің тізбектелген молекуласы – макромолекула деп аталады.
Тізбектегі заряд тығыздығына байланысты полиэлектролиттерді күшті
және әлсіз деп бөлінеді. Әлсіз полимерлі қышқылдар мен негіздерге
полиакрилқышқылы, полиметакрил қышқылы, поли-4-винилпиридин және т.б. мысал
бола алады. Әлсіз қышқылдар мен полинегіздердің зарядты функционалды
топтардың иондану тұрақтысы мен анықталып, ерітіндінің рН- на тәуелді
бола алады. Ал, күшті полиэлектролиттер сулы ерітінділерде ортаның рН- на
тәуелсіз толық иондалған.
Полиэлектролиттер суда ионизацияланатын молекулалар группасына жататын
полимерлер болып саналады. Инонгендік группаларына байланысты күшті және
әлсіз қышқылдар және негіздер полимер болып бөлінеді. [-(Р=О)-(ОН)2;
-SO3H; -СООН; - ОН фенолды] немесе құрамы [-NH2; -NHR; -NR3 (OH)] және
тұздар мен амфотерлі полиэлектролиттер, олардың тізбесінде қышқыл және
негізгі группалар алмасады.
Суда еритін полиэлектролиттер класында акрилді полимер маңызды орын
алады. Олардың ішінде суда еритін гомополимерлер және сополимерлер, акрил
қышқылдар мен полиамфолиттер, жасанды топырақ структурасын құраушылар,
грунттар балшық суспензияларын және жуғыш композияларының теңестіргіштері,
эмульсия және т.б. компонеттер құрамы, металдарды тесуге пайдаланылатын
суды каналды тазалағанда араластыратын пептизаторлар тағы сол сияқты, суда
ерімейтін торланған акрил қышқылдарынның полиэлектролиттері ион
ауыстырғыштар ретінде белгілі.
Суда еритін акрил қышқылдарының полиэлектролиттерін және олардың
өнімдерін екі топқа бөлуге болады.
1. Тордағы ирек системалары: онда сызықты полиэлектролит
механикалық және химиялық жолдармен басқа полиэлектролит торына
түседі. Оларды суда ерімейтін полимер-тасығышты өндіру арқылы
полиэтилен, пропилен, венилді эфир, алкилакрилаттар,
алкилметакрилаттар, целлюлоза, құрамында фтор бар сополимерлер, тор
құрамында поливинил, стирол сополимерлері дивинилбензолмен, құрамында амино
группалардың жөне 4-тік аммония орнына жүретін, перманганті қағаз,
акрил қышқылымен полимер мономер енуді қамтамасыз еткен
жағдайда еркін радикалдық ортада төзетін мономерді полимерге
ендіру және ион алмастырғыш топтың сополимерін алу үшін
жүргізіледі.
2. Сополимерлер: метакрилды қышқыл-метилметакрилат, акрилды
қышқыл-этиленсульфо-қышқылының натриды тұзы, метакрил қышқылы-
диизоционат (дивинил бензол), акрил (метакрил) қышқылының
акрилонитрил дивинилбензол, метакрил қышқылының аллил-амин-эпоксидионды
смола, метакрил қышқылының-итаконды қышқыл дивинил-бензол, акрилды
(метакрилды) қышқыл акрил- (метакрил) амид тұжырымдайтын
агент акрилды-ангидрид, диаллилмалеат, дивинилбензол акрил
қышқылы-винилпиридин, метакрил қышқылы-стирол диендер, акрилды
(метакрилды) қышқыл-этиленгликолдың диметилакрилды эфирлері (ди,↔ три-
), акрилды (метакрилды) қышқылы-стирол (винилтолуол)-
біріктіретін (ди- тривинилбензол) (сульфирленгеннен кейін) т.б.
Қазіргі уақытта суда еритін полоимрлердің синтездеу әдістемесінің
жалпы принциптері жасалмаған. Тек радикалды суда еритін
полимерге қатысты -ОН,-ОМе (К+, Na+, Li+, NH+4) -NH2-NHR
мұндағы R-алкил, 1-4C атомдарынан немесе морфолин қалдығы. Бұл мәселе
шет елдерде жақсы дамыған. Бос полиқышқыл ерігішті
молекуларының массасында және соңғы топ түрлеріне байланысты.Молекуланың
масса температуралық рекциясын анықтайды, иницатор мен
реттегіштің санымен, алдын-ала тізбекті үзіп, полимердің
молекулалық массасын азайтады.
Полимер бөлшектерінің шамасын реттеуге болады,
полимерлі молекуланың массасынның төмендеуі қосылған реттегіш санымен
пропроционал. Егер реттегіш саны төмен болса, онда ерітінді жоғары
тұтқырлықпен анықталады.
Реттегіштердің және инициаторлардың кұрам
бөліктері полимеризаттың соңғы тобы болып шығады және ерігіштігіне әсер
етеді. Суда еритін иницаторлар полимеризациялануын, суда еритін өнім алуға,
ал суда ерімейтін мысалы бензойл асқын тотығы суда ерімейтін, сілтілі
ортада, еритін өнім алу үшін жүргізіледі. Сусыз еріткіштерден полиакрил
және метакрил қышқылын алу барысында мысалы көмірсутектерді, суда ерімейтін
төменгі молекуланың өнімі алынып, еріткіштің құрам бөліктері полимеризаттың
соңғы өнімі болып шығады. Инициатор ретінде қышқыл мономерлеріннің
салмағына байланысты 0,1-2,0% суда еритін сутек асқын тотығы қолданылады.
Тотығу тотықсыздану жүйесін қолдану барысында мысалы калий персульфаты,
натрий бисульфит реакция температурасын 313 К дейін төмендетуге болады.
Бисульфиттің саны артуымен соңғы өнімнің молекулалық массасы
төмендейді. Сулы ортада акрил қышқылының полимерленуі суда еритін
иницаторлардың: сутегі асқын тотығы, персульфаттар, сутек асқын тотығы,
күкірт қышқылы қатысуымен жүзеге асады.
Реттегіш реакцияның жылдамдығына әсер етпейді. Бос радикал
полимеризат тізбегінің соңына тұзбен қапталады, осыған байланысты
полимеризаттың молекулалық массасы төмендейді.
Суда еритін акрил қышқылының сулы ерітіндісін алу үшін реттегіш
ретінде мыс тұздары пайдаланылады: Ацетат, лактат, формиат, хлорид,
сульфат, нитрад, селенад, акрил қышқылының этиламин тұзы қолданады.
Мыс тұзы реттегіш сияқты едәуір активті, бірақ мыс тұзы пайдаланылатын
болса реакцияның баяулығы байқалады. Бұл сілтілі металдардың гипофосфитін
немесе олардың тұздарын қолдану барысынан гөрі, мыс тұзын қолдану барысында
реакцияға түспеген мономерлердің қалдығы реакция соңында көп қалатындығы
дәлелденген. Орта молекулалық массасы реакцияға қатысқан тұздардың
мөлшеріне байланысты анықыталады. Суда еритін полиакрил алу үшін
акрил қышқылының салмағына мыс моногидратына 0,05% қосса
жеткілікті, ал егер гипофосфитті қоспа болса оған 0,001% жеткілікті.
Бұл сол полимерлерді полиакрилинтрил және полиакриламид синтетикалық
полимерлерді гидролиздеу не акрил (метакрил) қышқылы және амидтерінің
мономерлерін синтездеп алуға болады, М.Н. Савицкой және Имото т.б.
еңбектерінде. Температура 320-343 кезінде аммоний және натрий, калий
персульфаттарының қатысында, сулы ерітіндіде акрил (метакрил) амидімен
акрил (метакрил) қышқылының сополимерлері алынған.
АКШ патенттерінде температура 323 К кезінде катализатор ретінде тотығу-
тотықсыздану жүйесі (тотықгырғыш аммоний немесе персульфат калий т.б.
Тотықсыздырғыш-калий немесе гидросульфит натрий, бисульфит, сульфит т.б)
қатысында сулы ерітіндіде акрил (метакрил) амиді, акрил (метакрил)
қышқылының сополимерлерінің, суда еритін полимерлерін алу әдістері
жазылған. Х.У. Усманов және т.б. еңбектерінде ультра дыбыспен әсер ету
арқылы метакрил амид, акрил қышқылының сополимерлер әдістері келтірілген.
Сондай-ақ метакриламид пен метакрил қышқылының сополимерлеріннің
сілтілік агенттер гидролизімен, концентірлі күкірт қышқылымен әсер етіп
алуға да болады.
КН SO4 - К2 S2O8 тотығу-тотықсыздану жүйесінің қатысында
температура - 383 К кезінде сулы ерітіндіде акрил қышқылы мен N-
нитрилметакриламид және температурасы - 348 К кезінде динитрил изомай
қышқылының инициаторымен диоксанда акрил қышқылы мен N, N-диметакриламид
сополимерлеуі зерттелген.
Полиакриламид гидролизі бойынша көптеген еңбектер жазылған М.Н.
Савицкий, X. Фридламдер, А. Шилмира, Фун-Син-То және т.б. еңбектері
жарияланған.
Полиакрилнитрилді қышқылды және сілтілі гидролизді карбоксил
және амидті топтар пайда болу үшін де жүргізеді.
K.C. Ахметов және К.В. Погорельскийдің еңбектері: құрғақ аммиак
және акрил қышқылы негізінде алынған полиакриламид (ПАА-1), құрамында
амидті және карбоксилді топтары анықталған.
Совет және шетел әдебиеттерінде акрил (метакрил) қышқылы
және аминоқосылыстар негізінде алынған суда
еритін полиэлектролиттердің нәтижелері туралы көп жазылған.
1. Конденсациялық смола бір немесе бірнеше амино
қосылыстарын қыздыру кезінде пайда болады, жалпы формуласы
R1R2 N-(C=X)-NH2 мұндағы Х-аминотоп немесе күкірт, оттек R1 және R2- бір
немесе бірнеше α,β -қанықпаған қышқылымен, арил немесе аралкил,
алкенил, алкил, сутек. Жалпы формуласы CR1 R2=CR3 СООН, мұндағы R1
R2 R3 —температура- 373-403 К кезінде инертті еріткіштер қатысынсыз
немесе қатысында арил немесе аралкил, алкенил, алкил, сутек. Олар
сызықты акрилоконденсантты көрсетеді, мочевинаға айналған өнімдердің
құрам бөлігі: биурет, циан қышқылы, карбомат аммонии, аммонии
тұзына канықпаған қышқылы.
Мұнда амино тобымен, карбон тобының конденсациясы және
қанықпаған қышқылдардың ашылу есебінен бір мезетте
мүмкіндігінше полимеризациялау орын алады. Алынған
конденсациялық смола пластмасса дайындау кезінде және
формацевтикада, өнеркәсіптің әртүрлі саласында және лак, қағаз,
текстиль фабрикасында қосымша заттар дайындау кезінде аралық өнім алу
үшін кеңінен қолданылады.
Акрил (метакрил)-орынбасу қышқылы мочевинамен 483-493 К- дейін
қыздыру барысында қиын еритін дигидрораузилдер, жеңіл кристалдар
пайда болуымен цикілдік конденсация жүреді.
Аминоқосылыс ретінде гуанидироданит, N-финил мочевина N, N-
финилэтилмочевина, тимочевина және мочевина қоспасы, қанықпаған қышқыл
ретінде — кротон, акрил, метакрил қышқылы немесе олардың қоспасы
пайдаланылған. α,β -қанықпаған монокарбон қышқылымен Т373-473 К кезінде,
сондай-ақ (тиомачевина) мочевина мен меламин қоспасы, меламиннің бос амин
тобы олардың алкенил мен меламин қоспасы, меламиннің бос амин тобы олардың
алкенил — арил алкил, аминотриазиндері, теразин реакцияға түсе алады.
Реакция 6-моль бос сутекті амин атомдарына 5-тен 12 мольге дейін қышқыл
қолдану барысында, еріткіштің қатынасынсыз немесе қатысында жүруі мүмкін,
едәуір үлесі амморфты өнімге айналып, смола тәрізді конденсат алынады.
Конденсацияның өнімі пластмасса дайындау кезінде шикізат ретінде
қолданылады.
Мочевина және акролейн негізінде алынған конденсациялық смола
текстиль өнеркәсібінде қосымша заттар, пластмасса, лак, басқа смолаға қоспа
ретінде қолданылады.
2. Полимерзациялық смола әртүрлі қанықпаған мономерлермен CH2=C(R1)-
C(O)-NH-A-C (OH)-NHR гомополимерлуге икемді, акрил және меткарилді
өндірілген мочевинадан алады. Мұндағы: R-азот атомымен байланысқан,
үшіншілік көміртегі атомы, 4-тен 24-ке дейін көміртек атом саны үшіншілік
алкил тобы артады. R1 -Н немесе - СН3
A-2-4 көміртек атомымен алкил тобы. Еңбекте акрил қышқылы
мен мочевинадан полимеризациялық смола алудың 3 сатылы процесі
жазылған.
а) 373-403 К кезінде мочевина мен акрил қышқылының
конденсациялық өнімдерін алу.
б) 373-413 К кезінде бензол асқын тотығы
иницаторының қатынасында, алынған смоланы қатты, балқымайтын, суда нашар
еритін полимеризациялық өнімге айналдыру.
в) алынған өнімді суда еритін аммонии тұзына ауыстыру.
Аталған өнімдер қатты ұнтақгарды түйіршіктеу үшін және жасанды топырақ
түзгіш ретінде қолданылады. Метакрил қышқылымен алиламинді
сополимеризациялау барысында құрамында амин және иондалған карбоксил тобы
бар полиаммфолиттер алынады.
Француз патентінде жоғары температурада, (этилендиамин)
алкилендиаминдер және α,β -қанықпаған қышқыл негізінде полиаминдерді алу
жазылған.
С.М.Киров атындағы Қазан химия-технологиялық институтында радикалды
полимеризациялау 413-443 К кезінде N-алкилакрил (метакрил) амидімен акрил
қышқылы алынған сополимерлері полимерде ұсталынған біріншілік және
екіншілік амин топтарынның қатысында жүргізді.
3. Шетел патентттерінде полиакрил және полиметакрил қышкылдарын
полимер қышқылымен акрил сериясының эфирін 513-673 К-де R (NH)x (R-сутегі
немесе көмірсутегі радикал) типті аминоқосылыстарымен немесе тиісті
ерітінді қатысында немесе онсыз аминқосылыстарын біле алмайтын заттармен
қыздыру арқылы дайындау жазылған.
Сонымен, акрил қышқылының мочевинамен реакцияның жүру жағдайына
байланысты әртүрлі өнім береді (конденсациялық, полимерлік, полимерлер
сияқты айналым өнімдері). Бұл акрил қышқылы мен мочевинаның
табиғаты әр түрлі екендігімен түсіндіріледі: Осы заттар құрылысы химиялық
қасиеттерімен қалай байланысты екенін көрейік.
Акрил қышқылы молекуласында
СН2=СН - С = О
I
он
Оттегімен карбонилді қос байланысына гидроксил тобындағы оттегі және
этиленді қос байланыс әсерінен карбоксил тобындағы карбонилдің реакцияға
түскіштігі карбонил қосылыстарынан кем.
Акрил қышқылы орын басу реакциясына бейім (карбоксил тобының тез түзу,
галогенгидридтер және жай эфирлер түзу реакциясы), полярлы (радикалды
механизммен оңай полимерленеді және қос байлыныс бар мономерлермен
сополимерлеуге қатысады)
Акрил қышқылының гомополимерленуі жылудың (термиялық полимеризация),
жарық сәулелерінің (фото полимеризация), α β γ- сәуле, рентгендік сәуле,
жылдам электрондар (радиациялық полимеризация), озон, оттегінің және
бөлінетін заттар-озондар және сутек асқын тотығы: натрийдің асқын тотығы
және басқа (иницирленген полимерлену) әсерімен жүреді. Асқын тотықгары жоқ
акрил қышқылы азот атмосферасында тіпті 553 К де, және акрил қышқылында
темір, хром, қорғасын, сынап тұздарынның қатысында да полимерленбейді. Sn
Cl4 типті қышқыл катализаторлары акрил қышқылының диссоцияланбаған
молекулалары қатысады. РН=6 сулы ерітіндіде палимерлену жүрмейді.
Полиакрил қышқылы химиялық қасиеттері бойынша диссоциялану
дәрежесі төмен көп негізді органикалық қышқылға жатқызуға болады. Полиакрил
қышқылы калий марганец қышқылы және концентрлі азот қышқылымен
реакцияласпайды. Судағы ерітіндісі рентген сәулесі әсерінен
структураланады. Қышқыл және сілті ерітінділерінде темір және оның
тұздары, сол сияқты ауыр металл тұздары қатысында полиакрил қышқылы
структурланбайды.
Полиакрил қышқылына сапалық реакция фенилелитпен әрекеттесуі тән.
Пайда болған поливинилдифенилкарбинол концентрлі күкірт қышқылы
ерітіндісінде дегидраттанады, ерітінді күлгін түске енеді.
Метакрил қышқылы катализатор қатысында тіпті
бөлме температурасында полоимерленеді. Полиметакрил қышқылына тұз, күкірт
және хром қышқылдары, ерітілген калий әсер етпейді. Рентген сәулелерімен
әсер еткенде полиакрил қышқылының бөлінумен қатар торлы молекулалар
түзіледі, ал полиметакрил қышқылында тек қана бөліну жіреді. Полиакрил
қышқылының сілтілік ерітіндісі оттегіне сезімтал, ал полиметакрил
қышқылы РН-тың барлық мәндеріне тұрақты, Молекулалық
массасы бірдей полиметакрил қышқылына қарағанда, полиакрил
қышқылының натрий тұздарынан судағы ерітіндісінде тұтқырлығы
жоғары. Полиакрил және палиметакрил қышқылдарының айырмашылығы бұл
полимерлердің құрлысындағы айырмашылықтармен, яғни СН3-тің
карбоксил тобындағы көміртегіндегі сутегі атомының орын
басуымен түсіндіріледі. Жұмыста полиакрил және полиметакрил
қышқылдарынның айырмашылығы полиметакрил қышқылының метил
тобындағы гидрофобты байланысына қатысты болу керек делінген.
Бірақ амин тобы болғанда гидрофобты әсер байқалмайды.
3. Дифункционалды полиэлектролиттердің құрылымы құрылысы.
Полимер – бұл аты айтып тұрғандай молекулалары (поли – көп,
мера – бөлік), құрылысы жағынан бірдей немесе әртүрлі қайталанып
келіп отыратын көптеген атом топшаларынан тұратын, өзара химиялық немесе
координациялық байланыстармен сызықты немесе тармақталған тізбектерге
біріккен табиғи және синтетикалық қосылыстар.
Полимер құрылысын суреттеуге болатын атомдар тобы құрамдық
буын деп аталады. Көп рет қайталанып келіп отыратын құрамдық
буын – қайталанатын буын, тізбек соңында кездесетін топтар –
аяқтаушы топтар деп аталады. Қайталанып келіп отыратын құрамдық буындар
мен аяқтаушы топтардан тұратын полимер молекуласы макромолекула
деп аталады. Полимер түзетін заттар мономер деп аталады. Бір
мономерден алынатын полимерлер гомополимерлер, ал екі немесе одан да көп
мономерлерден алынатындар сополимерлер деп аталады.
Полимер құрылымы деп, оны құрайтын барлық элементтерінің кеңістікте
өзара тұрақты орналасуын, олардың ішкі құрылысын және өзара
әрекеттесу сипатын атайды. Газдарда құрылымдық бірлік – атомдар, төмен
молекулалы сұйық және қатты денелерде – молекулалар, ал полимерлік
денелерде – макромолекула болып табылады. Макромолекулалар барынша
энергетикалық тиімді, бір – біріне қарағанда тепе – тең, молекуладан үлкен
құрылым деп аталатын күйді түзеді.
Макромолекуланың химиялық құрылысының сипаттамасы оның қайталанатын
құрамды буындарының химиялық құрылысы болып табылады.
Қайталанатын буындардың химиялық құрылысына байланысты полимерді былай
бөлуге болады: органикалық, бейорганикалық және элементорганикалық.
Органикалық полимерлердің басты тізбегінің құрамында көміртек
сондай-ақ оттегі, азот және күкірт атомдары болады. Бүйірлік
топтарға тікелей көміртегімен байланысқан сутегі, галогендер немесе
негізгі тізбектің көміртегімен тікелей байланыспаған басқа
элементтердің атомдары енуі мүмкін. Органикалық қосылыстарды: гомотізбекті
және гетеротізбекті деп бөлуге болады. Органикалық гомотізбекті
полимерлер – бұл кәдімгі негізгі тізбектері көміртегі атомдарынан
тұратын карботізбекті қосылыстар. Олар алифатты (қаныққан және
қанықпаған) және ароматты көмірсутектерге, галогентуындыларына, спирттерге,
қышқылдарға, эфирлерге және т. б. бөлінеді.
Полиуретан гетеротізбекті болып табылатын, соның ішінде негізгі
тізбегі азоттан тұратын полимер, қаныққан
... C – NH – [CH2]X – NH – C – O – [CH2]Y – O – ...
║ ║
O O
Байланыстың полюстілігіне байланысты полюсті жен полюссіз
полимерлерге бөлінеді. Полюссіз полимерлерге, мысалы, органикалық карбо-
тізбекті алифатты полимерлер: полиэтилен, полипропилен және т.б. жатады.
Төмен молекулалы заттар үшін молекулалық масса М осы қосылысты
сипаттайтын константа болып табылады. Полимерлер үшін Мп
қайталанатын құрамдық буынның молекулалық массасының Мб осындай буындар
санына көбейтіндісін білдіреді: Мп = Мб*n. Макромолекулалардың құрамы мен
құрылысы тек мономер молекуласының химиялық құрамы мен
құрылысына ғана емес, сонымен бірге кіші молекулалардың үлкенге бірігуі
жүзеге асырылатын тәсілге де байланысты. Сонымен қатар, полимерді синтездің
тізбекті және сатылы процестерінде түзілетін макромолекулалардың
полимерлену дәрежесі, яғни молекулалық массасы бірдей болады. Полимердің
кез келген үлгісінде әртүрлі өлшемді макромолекулалар бірге болады, яғни
кез - келген полимер молекулалық массасы жағынан біртекті емес. Сол себепті
полимердің полидисперстілігі туралы айтуға болады.
Полидисперстілік полимер түзілу реакциясының кездейсоқ сипаттағы
салдары, ал кейбір жағдайда макромолекуланың бұзылу немесе қосылу салдары
болып табылады.
Жалпы алғанда барлық химиялық заттар үшін конфигурация
ұғымы – жылулық қозғалыс кезінде өзгермейтін және молекуланы
құрайтын атомдардың белгілі бір кеңістікте орналасуы. Бір конфигурациядан
екіншісіне химиялық байланыстарды үзбей өту мүмкін емес. Қайталанатын
буындардан тұратын полимер үшін бірнеше конфигурациялық деңгейді (топшаны)
бөліп көрсетеді: буын конфигурациясы, буындардың қосылу конфигурациясы
(жақын конфигурациялық тәртіп), үлкен блоктардың қосылу конфигурациясы
(алыс конфигурациялық тәртіп), тізбек конфигурациясы. Жақын тәртіп – тек
көршілес элементтерге (буындарға) тиісті тәртіп, алыс – элемент өлшемінен
анағұрлым үлкен қашықтықта сақталатын тәртіп.
Конфигурациялық изомерияның тағы да кең тараған бір түрі l, d –
изомерия болып табылады:
А
R – C* – R´
В
Мұндағы: R, R´ - көміртек атомының С* асимметриялығын тудыратын құрылысы
әртүлі орынбасарлар.
Полиуретан полиамидтермен ұқсас. Біреуін ғана қарастырайық, 4,6 –
полиуретанды.
Конфигурациясы – бір звено:
O
H O
║
│ ║
– C – N – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – N – C –
│
H
Буындардың қосылу конфигурациясы (жақын тәртіп). Жақын
конфигурациялық тәртіпті екі түрлі көз қараста қарастыруға болады:
біріншіден, буындардың полимер тізбегін бойлай қосылутұрғысынан (құрылымдық
изомерия), екіншіден, қайталанатын құрамдық буынның кеңістікте орналасуы
тұрғысынан (кеңістіктік изомерия). Тізбектік құрылым түзгенде буындар бір –
біріне бірнеше тәсілмен жалғаса алады: бір буынның соңына (құйрығына)
екінші буынның басы (басы) – бастың құйрыққа жалғануы, біріншісінің соңы
екіншісінің соңына - құйрықтың құйрыққа, бір буынның басы екіншісінің
басына – басы басқа жалғануы. Егер буындар тек бастың құйрыққа типімен
жалғанатын болса, онда полимер құрылымдық ретті деп саналады. Бастың басқа
немесе құйрықтың құйрыққа жалғануы тізбектің ретсіз бөліктері болып
саналады.
Егер СН2 = CH – CH3 типті мономерде СН2 тобын құйрық (қ) деп, ал
СНСН3 басы (б) деп есептесек, онда полимерде жоғарыда аталған құрылымның үш
түрі де кездеседі:
Егер келесі буыны алдынғысына сол изомерлік формада жалғанатын
болса, онда полимерді кеңістіктік реттелген (стереоретті) деп санауға
болады. Құрамында асимметриялық көміртек атомы бар винилды полимерлерге оң
(оңға айналатын) немесе сол (солға айналатын) стереоизомер түрінде буындар
тән. Бір типті стереоизомерлер (l немесе d) жалғанғанда жақын тәртіпті
изотактикалық, ал олар кезектесіп тізбектей жалғанса синдиотактикалық, егер
ешбір ретсіз тізбектей жалғанса онда атактикалық деп аталады.
H ... ... ... ... .R H ... ... ... ... .R
H ... ... ... ... .R
H ... ... ... ... .H H ... ... ... ... .H
H ... ... ... ... H
H ... ... ... ... .R R ... ... ... ... .H
R ... ... ... ... H
H ... ... ... ... .H H ... ... ... ... .H
H ... ... ... ... H
H ... ... ... ... .R H ... ... ... ... ..R
H ... ... ... ... .H
H ... ... ... ... .H R ... ... ... ... ..H
H ... ... ... ... .R
H ... ... ... ... .R H ... ... ... ... ..H
R ... ... ... ... H
а) б)
в)
а) изотактикалық; б) синдиотактикалық; в) атактикалық
[3]
Бұған нақты мысалдар келтірейік. Полипропилен үшін жоғарыда аталған
әртүрлі кеңістіктік изомерлерді былайша жазуға болады:
Изотактикалық
Синдиотактикалық
Атактикалық
Макромолекула конформациясы – бұл, сыртқы күштермен жылулық
қозғалыстың қосынды әсерлерінің нәтижесінде макромолекула ие болатын
өлшемдер мен нақты формалар.
Макромолекулалардың конформациясы:
а – статистикалық мумақ; б – спираль; в – глобула; г – ішек;
д – қатпарлы; е – иінді білік.
[5]
Макромолекуланың өлшемдері оның ұзындығы l және диаметрімен d
анықталады. Полиуретанның конформациясы – жазық зигзаг. Дегенмен
макромолекуланы жазық зигзаг формасындағы керілген тізбек түрінде
қарастыруға болмайды, себебі ол кезде атормдары мен оның топтары, соның
ішінде бүйірлік топшаларының әрекеттесу рөлі (тартылу және тебілу) және
жылулық қозғалыстың әсері ескерілмейді. Осы факторларды ескере отырып әрбір
белгілі уақыт ішінде макромолекулалар белгілі бір конформацияларға ие
болады. әрбір конформация өзіне қатысты атомдары мен топтарының кеңістікте
белгілі бір орналасумен сипатталады. Конформацияның бір түрінен екіншісіне
өту сыртқы күштердің немесе жылулық қозғалыс әсерінен жай байланыстардың
төңірегінде айналу, бұрылу немесе тербелу есебінен және валентті химиялық
байланыстарды үзбей жүреді. Энергия минимумына сәйкес келетін
конформациялар тұрақты болып табылады, оларды конформерлер немесе
конформациялық изомерлер деп атайды.
Молекулалық массаға сипаттама берер болсақ. Әлдеқайда жоғары
қосылыстар гликоли мен диизоционаттардың эквомолекулалық қатынастарынан
алады, кез-келген шығын болған жағдайда полиуретанның молекулалық салмағы
кемиді. Сондай-ақ молекулалық салмағының кемуі шыққан заттарға
монуфактуралық қосылыстар – спирт пен аминдерді қосқанда пайда болады.
Осының негізінде осындай қосылыстар мен шыққан компоненттердің шығымына
байланысты полиуретандардың молекулалық салмағын анықтау мүмкін болды:
3400
М = ---------- + м
g
мұндағы g-қосылыс мөлшері, мол.%; м-қосылған заттың молекулалық массасы.
Диизоционат пен ерітінделерін қосқан кезде реакция бөлме
температурасында тіптен жүрмегенмен тең болады. Тек нақты температурада
жылытсақ қана шапшаң әрекет жүреді. Реакцияның бастапқы температурасы
диизоционаттар мен гликолидің табиғатына баланысты.
Бірінші этапта тізбектің өсу реакциясы шыққан заттардың бір-бірімен
немесе полиуретанның өспелі молекулаларына негізделген. Шыққан заттардың
шығындарынан соң реакция тоқатамайды, ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе.
1. Топырақтың механикалық құрамына сипаттама.
2. Суда еритін полимерлер, соның ішінде полиэлектролиттердің химиялық
қасиеттері және жалпы сипаттамасы.
3. Полиэлектролиттердің құрылымы құрылысы.
4. Полиэлектролиттердің дисперстік жүйелердің тұраұтылығына әсері.
5. Топырақ бөлшектері өлшемдерінің дифункционалды полиэлектролиттердің
құрылымдаушы қабілетіне әсері.
Қортынды.
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі.
Кіріспе.
Соңғы жылдары топырақтың жоғарғы бөлігінің, соның ішінде ауыл
шаруашылығы айналымындағы аумағының қарқынды пайдаланылуы нәтижесінде
әртүрлі механикалық күштер су, жел әсерінде эрозиялану үдерісі күшейіп
отыр. Сондықтан топырақтың эрозиялануы тек өнімділігі төмендеуі салдарынан
экономикалық тиімсіздікті туындатпастан, оның шаң-тозаң түріндегі майда
бөлшектерінің таралуы себепті арэ-, годроэкологиялық ортаның ластануын да
келтіріп шығаруда. Сол себепті топырақтың өнімділігін қайта тіктеу және
қоршаған ортаның экологиялық жағдайына залалды әсерін болдырмау үшін суда
еритін полиэлетролиттердің (СЕПЭ) қатысында құрылымдық құрамын жақсарту
экологиялық, экономикалық тұрғыдан аса маңызды орын алатынын көптеген
дамыған елдердің тағлымдық тәжірибелері көрсетіп келеді.
Жұмыстың мақсаты: Соған байланысты жұмыста Қазақстан республикасы
оңтүстік өңірінің эрозияланған топырағының құрылымдық құамының өзгеруіне
дифункционалды полиэлектролиттердің (ДПЭ) әсерін зерттеу мақсат етіп
қойылды. Бұл түрдегі полиэлектролиттер ретінде полиакриламид (ПАА),
карбоксиметилцеллюлозаның натрилі тұзы (КМЦ-Na) және
карбоксиметилцеллюлозаның натрилі тұзын калимоногидро фосфатпен бейтараптап
алынған (КМЦ-Na+К2НРО4) үлгілері таңалды. Өйткені суда еритін
полиэлетролиттердің топырақтың құрылымдық құрамына әсер ету тиімділігі
қосылған ерітіндінің концентрациясы, рН көрсеткішінен келіп шығатын
полиэлектролит құрамындағы функционал топтардың табиғатына қарап өзгеретін
макромолекуланың конформациялық күйіменмен тығыз байлансыты. Соның үшін
тандалған полиэлектролит үлгілерінің эрозияланған топырақтың құрылымдық
құрамына әсер ету себептерін полиэлектролит макромолекуласының
конформациялық күйімен байланыстылығын көрсету мақсатында ерітіндінің
тұтқырлығын (η), оптикалық тығыздығын (Д), электор өткізгішігін (χ),
құрылымдаушы қабілетін концентрациясы мен рН көрсеткішіне қарап зертелді.
Нәтижелер полиэлектролит ерітінділерінің меншікті тұтқырлығы(ηменш),
электор өткізгіштігі (χ) және оның қатысында түзілген эрозияланған
топырақтың суға төзімді түйіршіктері (СТТ) мөлшері қосылған концентрацияға
пропорционалды өзгеретінін көрсеткенмен, олардың сандық мәндері арасында
біршама айырмашылықтар барлығын айқын байқатады.
1. Топырақтың механикалық құрамына сипаттама.
Өсімдіктердің, жануарлардың (әсіресе микроорганизмдердің), климат
жағдайларының және адамдардың әсерімен өзгерген жер бетінің үстіңгі
борпылдақ қабаты. Топырақ бойында құнарлылық қасиеті, яғни өсімдіктерді
сумен, басқа да қоректік элементтермен қамтамасыз ететін қабілеті болады.
Механикалық құрамы (топырақ түйіршіктерінің мөлшері) бойынша топырақ құмды,
құмдақ сазды және саз топырақ болып бөлінеді. Жасы мен генезисі бойынша —
қыртысты күлгін топырақ, батпақты топырақ, ормандық сұр топырақ, қара
топырақ, қоңыр топырақ, күрең топырақ, тағы басқалар болып бөлінеді.
Топырақтың жер бетінде таралуы зоналық (горизонтальды және вертикальды)
заңдылыққа байланысты. Топырақ — литосфераның жоғарғы әуе қабатымен
байланысатын қабат, бүкіл биосферадағы тіршіліктің тірегі. Топырақ ғасырлар
бойы топырақ түзуші факторлардың үздіксіз әрекетінен пайда болған
табиғаттың ерекше табиғи, әрі тарихи денесі.
Топырақтану ғылымының негізін орыс ғалымы В.В.Докучаев қалады. Оның
Петербургте басылып шыққаң Орыстың қара топырағы (1883 ж.) атты еңбегінде
топырақтың дүрыс анықтамасы, оның қасиеттері туралы ғылыми негізделген
түсініктер берілген. В.В.Докучаев топырақ түзілу процесінің бес факторға
байланысты екенін анықтады. Оларға: бастапқы аналық жыныстар, ауа райы, жер
бедері, уақыт және өсімдіктер мен жануарлар жатады. Кейін ғылыми
зерттеулердің нәтижесіне байланысты бұларға су (топырақ суы, жерасты суы)
және адамның шаруашылық әрекеті қосылды. Топырақ жеке әртүрлі өлшемдегі
қатты бөлшектерден түрады. Қатты бөлшектер сумен және ауамен қоршалған.
Сондықтан топырақты үш фазалы жүйе ретінде қарастырады. Топырақтың жоғарғы
беті борпылдақ. Мүның қүрамында көптеген өлі органикалық заттар бар
(өсімдіктер қалдығы,қарашірік). Бүл қарашірікті аккумулятивті А қабаты.
Тереңірек, өте тығыз иллювиалды өтпелі В қабаты жатыр. Оның астында топырақ
түзуші — С қабаты орналасқан. Барлық топырақтар бір-бірінен осы генетикалық
қабаттарымен ажыратылады. Әр түрлі топырақтың генетикалық қабаттары
қалыңдығымен, түстерімен, қүрылымымен, морфологиялық қасиеттерімен
ерекшеленеді. Топырақтың қалыңдығы санмен көрсетіледі. Мысалы, кейбір
топырақтарда А қабаты небары 0-5 см, ал кейбіреулерінде 0-50 см болады.
Топырақтың типтеріне байланысты А, В, С қабаттары бірнешеге бөлінуі мүмкін.
Топырақ қабаты тереңдеген сайын аэрация нашарлайды. Оттегінің мөлшері
азайып, көмір қышқыл газы мен органикалық заттардын ыдырауы кезінде
бөлінетін басқа да газдардың мөлшері артады. Топырақтың жоғарғы
қабаттарында өсімдікке қажетті фосфор, калий, азот, кальций және басқа
заттар жинақталған. Топырақтың әртүрлі қасиетіне (қышқылдығы, тұздылығы,
ылғалдылығы) байланысты өсімдіктерді көптеген экологиялық топтарға бөлуге
болады. Мысалы, топырақтың қышқылдығына байланысты:
1) рН 6,7-ден төмен қышқыл топырақта өсетін ацидофилді түрлер
(сфагналы батпақ өсімдіктері);
2) рН 6,7-7,0 топырақта өсетін нейтрофилдер (көпшілік мәдени
өсімдіктер);
3) рН 7,0-ден жоғары топырақта өсетін базифилді өсімдіктер(аққурай).
Топырақтың қатты минералдық бөлігі негізінен топырақ түзілу
процестерінде әр түрлі өзгерістерге ұшыраған аналық жыныстардан тұрады.
Аналық жыныстар топырақ түзу процесінде жоғарыда айтқан факторлардың
әсерінен өсімдік тіршілігіне қажетті заттарға байыған, толтырылған ортаға
айналады.
Топырақтың механикалық құрамы деп, оның көлемі жөнінен әр түрлі
түйіршік бөлшектерден тұратынын айтады.
Топырақ түйіршектері неғұрлым ірілеу болса, соғұрлым топырақтар
балшықты-сазды келеді. Ал топырақ түйіршіктері ірілеу болған жағдайда ол
құмды болады. Егер де топырақ құрамында майда түйіршіктер мен ірілеу
түйіршіктер аралас кезедессе, бұл топырақтар құм –балшықты топырақтар болып
саналады. Әдетте, топырақ негізінен майда ұнтақталған түйіршіктерден
тұратын болғандықтан, түйіршік көлемі оның диаметрінің ұзындығымен
өлшенеді. Топырақтану саласындағы ірі ғалым профессор Н.А. Качинскийдің
зерттеуі бойынша топырақ құрамындағы түйіршік өлшемдерінің көлеміне қарай
төмендегідей бөлінеді: Диаметрі 3ммден іріректерітастар, 1мм-ден 3мм-ге
дейін –ірі құм, 0,25 мм-ден 1мм-ге дейін орташа құм, 0,05 мм-ден 0,25 мм-
ден ұсақ құм, 0,01-ден 0,05-ке дейін –ірі шаң, 0,001-ден 0,005-ке дейін
ұсақ шаң, ал даметрі 0,001мм-ден кішілеу –торзаң, 0,0001мм-ден кішілері-
коллоидтар.
Осы ғалымның зерттеуіне сәйкес топырақтар өзінің механикалық құрамына
қарай төмендегі топтарға бөлінеді .
Кесте 1. Топырақтарды механикалық құрамына байланысты топқа бөлу
( Н.А. Качинский,1965)
Түйірі 0,01 мм – ден ұсақ бөлшектер Топырақтың механикалық құрамына
(балшық) пайыз есебімен сәйкес аты
80 – нен көп Ауыр балшық
80 – 60 Орташа және жеңіл балшық
60 - 45 Ауыр саздақ
45 - 30 Орташа саздақ
30 - 20 Жеңіл саздақ
20 - 10 Құмдақ
10 - 5 Байланысты құм
5-тен төмен Борпылдақ құм
Топырақтың механикалық құрамының топырақ түзуде, топырақты ауыл
шаруашылығы және басқа мақсаттарға пайдалануда маңызы зор.
Топырақтың механикалық құрамымен оның кеуектілігі, су сыйымдылығы,
ылғал өткізгіштігі, ылғалды жоғары көтеру қасиеті, қоректі заттарды жинау
мүмкіншілігі, ауа - жылылық режимдері сияқты қасиеттері тығыз байланысты.
Құмды және құмдақ топырақтардың құрылымы нашар келеді әрі әр түрлі
ірірек бөлшектерден тұрады. Ылғалды жақсы өткізеді, қолайлы –ауа жылу
режимдері болады. Мұндай топырақты өңдеу де өте оңайға түседі. Бірақ та
бұл топырақтар қоректік заттарға және қарашірікке кемшіл болады, себебі
олар ылғалмен жуылып – шайылып кетеді де онда өсімдіктер сирек өсіп, жөнді
қалдықтар қалдырмайды. Ал балшықты топырақтар, керісінше, ылғалды аз
өткізеді, су сыйымдылығы мол болады. Ылғал бергіштігі, ауа режимі нашар.
Бұл топырақтарды жырту да оңайға түспейді. Дегенмен бұл топырақтар қоректік
заттарға бай, құнарлы келеді.
Ауыл шаруашылығына пайдалануға ең қолайлы топырақтар – құрамында құмды
түйіршіктер мен балшықты түйіршіктер қабаттасып келетін құм – балшықты
топырақтар.Бұл топырақтарда құмды бөлшектер мен балшықты бөлшектердің
пайдалы қасиеттері үйлесе келіп, топырақтың ылғал – ауа режимдерін жақсы
ұстап, топырақ құнарлылығын арттырады.
Топырақ үгілу нәтижесінен пайда болғаны әр түрлі механикалық
бөлшектерден тұрады. Осы механикалық бөлшектер топырақ түзілу және оның әрі
қарай даму процестерінде топырақ шіріндісі, өсімдік тамырлары, топырақтағы
жәндіктер әрекеттері арқылы бір-бірінен желімденіп, жабысып, әр түрлі
топырақ түйіршіктерін –агрегаттарын құрады, яғни Топырақтың түйіршіктілігі
деп атаймыз. Бұл топырақ құрылымына (структурасына) кіреді. Топырақ
бөлшектерінің құрылымы:
1. Құрылымы жоқ, шаң-тозаңды,борпылдақ.
2. Құрылымы майда түіртпекті, оқ дәрәсіндей, мөлшері 0,5-1 мм.
3. Дәнді түйіртпекті, диаметрі 1-5мм.
4. Жаңғақоты құрылым, 5-10мм.
5. Майда кесекті құрылым, топырақ бөлшектерінің көлемі бірнеше см-ге
жетеді.
Зерттеу топырақтың бетімен домалайтын бөлшектер санының, олардың жер
бетінен ажырауының және ауа ағысуымен көшуінің арасында тікелей байланыс
бар екенін анықтауға мүмкіндік береді; домалау мен түйіршіктілік арасында
кері тәуелділік арасында кері тәуелділік бар. Топырақтың түйіршіктілігі
дегенді осы жерде байқап отырғанымыздай, яғни топырақтың беткі қабатында
орналасқанын және көп табиғат компаненетерінің құбылыстарына түйіршіктің
қандай рөл ойнайтынын байқаймыз. Топырақ беткі қабатының түйіршіктілігі
неғұрлым жоғары болса, бөлшектер оның бетімен соғұрлым аз домалайды, демек,
соғұлым олар жер бетінен аз ажырап, желмен аз ұшады, яғни топырақтың
эрозияланғыштығы төмен болады.
Зерттеу нәтижесінде топырақтың эрозияланғыштығын сипаттайтын үш
градияциясы белгіленеді. Эрозияланғыштық 5 минутта 50 грамға жеткенде жол
берілетін шек туады, бұл 0-5 см қабаттағы түйіршіктілік шамамен 60 процент
болғанға тең. Бұл эрозияланғыштығы 5 минутта 50 грамм және одан төмен,
немесе түйіршіктілігі 60 процент және одан жоғары топырақ төзімділігі
жоғары күйде болады.
Топырақтың құнарына әсер ететін қасиеттерін төменгі топтарға ажыратуға
болады:
1. Топырақтардың физикалық касиеттеріне оның суға төзгіш құрылымы, ауа
өткізгіш кеуектілігі, ылғалды жақсы сіңіріп, оныұстап тұру, оңай өңдеуге
болатын жақсы физикалық -механикалық касиеттері жатады.
2. Топырақтардың химиялық және физика – химиялық касиеттеріне: топырақта
қара шіріндінің молдығы, өсімдіктерге сіңімді азот, фосфор, калий және
микроэлементтердің неғұрлым жеткілікті болуы, топырақ ортасы реакциясының
ыңғайлылығы,топырақ сіңіру кешенінің кальций катионына канық
болуы,топырақтың ауамен қамтамасыз етіліп, оның тотығу- тотықсыздану
мүмкіндігінің мол болуы, зиянды суға еритін тұздардың неғұрлым аз болуы
немесе болмауы жатады.
3. Топырақтың биологиялық касиеттеріне: микробиологиялық белсенділіктің
жоғарылығы негізінен бактериялардын басым, сонымен қатар ауадан азот
жинаушы микроорганизмдердің, биологиялық белсенді ферменттерді шығаратын
микроорганизмдердің, топырақ құрылымына және оны қопсытуға әсер ететін
төменгі сатылы жәндіктердің болуы.
4. Бүкіл өсімдіктердің өсіп-өнуі мезгілінде гидротермикалық режимнін болуы,
яғни өсімдіктерді кажетті ылғал мен жылумен қамтамасыз ету.
Топырақ құнарына олардың химиялық құрамы да көп әсер етеді. Мәселен,
құрғақ, шөлді аудандар топырағында мөлшерден артық суда еритін тұздар
қосындысы жиі кездеседі. Оларды сумен шайып, артық тұздарды бұл
топырақтардан кетірмейінше, ол жерлерден жақсы өнім алынбайды. Сонымен
қатар кейбір топырақтардың сіңіру комплекстері натрий катионына қаныққан,
(сортаң) топырақ ортасының реакциясы сілтілі, олардың физикалық қасиеттері
өте нашар, ылғалы жоқ кезде қатып, ал ылғал болғанда батпаққа айналып
құнарсыз болады. Керісінше, кейбір топырақтардың сініру комплексі,
сіңірілген сутегі, біршама алюминий катионына қаныққан (орманды зонаның
күлгін топырақтары), олардың топырақ ортасының реакциясы қышқыл болып
көптеген мәдени өсімдіктер үшін құнарсыз болады. Міне осы жағдайларды
қолдан жақсартпайынша, бұл топырақтардан жақсы өнімдер алу мүмкін
емес. Сондықтан осындай топырақтар кездесетін аймақтарда, олардың тұзын
шайып немесе топырақ орталарының реакцияларын химиялық мелиорациялау
(гипстеу, әктендіру) арқылы жақсарту шаралары әлемде көптен жүргізілуде.
Топырақтанудың бұл саласын топырақты мелиорациялау деп, онымен шұғылданатын
ғылыммелиоративтік топырақтану деп аталады.
Топырақ құнарлылығына әсер ететін жағдайдың бірі оның эрозияға
ұшырауы. Бұл ғасырлар бойы түзіліп, жиналған топырақтың құнарлы беткі
қабатының қатты соққан жел-дауылдың әсерлерінен немесе қатты нөсерлетіп
жауған жаңбырдан тез еріген қардан, кей жағдайларда суармалы
егістік жерлерді суару кезінде суды мөлшерден артық жіберудің нәтижелерінде
жуылып-шайылуынан болады. Әлемде топырақтың жел эрозиясына да, су
эрозиясына да ұшыраған алқаптар аз емес. Сондықтан да табиғаттын бұл
апатымен күресу жолдары топырақтанудың бір саласы.
Әлемдегі ғылыми-техникалық прогрестің нәтижесінде, әсіресе өндірістің
карышты дамуынан табиғатқа, оның ішінде топырақ құнарына зиянды әсері де
толып жатыр. Соның ішіндегі ең негізгілері жер қойнауының әр түрлі
тереңдігінде жатқан қазба байлықтарды барлап, казып алу жәпе оларды байыту
кезінде құнарлы топырақ кабаттары бұзылып, жер бетіне жер астындағы
құнарсыз тау жыныстары шығып көптеген жерлер құнарсызданады. Оған қоса
көптеген зауыт - фабрикалар мен жылу электростанциялардан шығатын күл-
қоқыстармен ластанып, құнарларынан айырылатын жерлер баршылық. Осындай
жерлеріміздін құнарын қайта қалпына келтіруді қайта культивация- деп
атайды. Мұндайжағдайларда, шын мәнінде, топырақтар адам қолынан жасалған
антропогенді топырақтар түзіледі. Топырақтанудың бұл саласы әлемде соңғы
жылдары қолға алына бастады.
Сонымен топырақ құнарын тиімді пайдалану, оны арттыру жолдары жалпы
ауылшаруашылық ғылымдар жетістіктеріне агрономия, агрохимия сонымен қатар
топырақтану ғылымының салаларына (топырақ мелиорациясы, топырақ эрозиясы
және одан қорғау, топырақты қайта құнарландыру) тиесілі. Бұл мәселелердің
қоғамның дамуымен маңызы арта түспек. Табиғат қорларының барлық салаларын,
оның ішінде жер қорларын сақтау оны тиімді пайдалану сияқты мәселелер
көптеген елдердің ата заңдары мен табиғатты және оның барлық салаларын
қорғау туралы арнайы заңдарында қарастырылған. Республикамыздың табиғатын
қорғап, оның экологиялық жағдайларын жақсарту, жер корларын сақтап тиімді
пайдалану туралы арнайы заңдар кабылданған. Мәселе - осы заңдарды
бұлжытпай орындауда.
2. Суда еритін полимерлер, соның ішінде дифункционалды полиэлектролиттердің
химиялық қасиеттері және жалпы сипаттамасы.
Соңғы жылдары топырақтың жоғарғы бөлігінің, соның ішінде ауыл
шаруашылығы айналымындағы аумағының қарқынды пайдаланылуы нәтижесінде
әртүрлі механикалық күштер су, жел әсерінде эрозиялану үдерісі күшейіп
отыр. Сондықтан топырақтың эрозиялануы тек өнімділігі төмендеуі салдарынан
экономикалық тиімсіздікті туындатпастан, оның шаң-тозаң түріндегі майда
бөлшектерінің таралуы себепті арэ-, годроэкологиялық ортаның ластануын да
келтіріп шығаруда. Сол себепті эрозияланған топырақтың құрылымдануы
қосылған полиэлектролит ерітінділерінің концентрациясы, рН көрсеткіші және
функционал топтарының бір немесе әраттастығына қарап өзгеретін
макромолекуласының конформациялық күйімен байланысты болатындығы
анықталды.
Мұндай түйінді мәселелерді шешудің жолдарының бірі ретінде жоғары
молекулалы қосылыстарды соның ішінде суда еритін полиэлектролиттерді
өндіріске, шаруашылыққа енгізу екендігін дамыған елдердің тәжірибелері
көрсетіп келеді. Мысалы, сирек бағалы металдарды ажыратып алу яғни өндіру
негізінен гидрометаллургия тәсілімен жүзеге асырылады. Мұның басты
технологиялық принсипі бағалы металдары бар руданы қышқыл ерітіндісімен
өңдеу арқылы сұйық фазаға өткізіліп оны қатты қалдық фазадан бөліп алу
болып табылады, бірақ бұл технологияда сұйық және қатты фазаның ажырау
үдерісі өте ұзақ уақытты талап етумен бірге көпшілік жағдайда қатты
қалдықтың ажырап шығуы толық болмайды. Сондықтан байыту үдерісі көп
территорияны, уақытты талап етумен бірге өндірістің шайынды қалдық сулар
мен бірге сирек бағалы металдардың шығып кетуіне де себепші. Соның
салдарынан мұндай өнеркәсіптің қалдық ағын сулары ашық су көздерінің,
топырақтың, тіпті жер асты суларының ластануына алып келеді.
Осындай залалды әсерлердің қоршаған ортаға көрсететін зиянын
болдырмау, гидрометаллургиялық әдістің тиімділігін жақсарту мақсатында
сұйық және қатты фазаның бір-бірінен бөліну үдерісін жеделдетумен бірге
сапасын жақсарту үшін әртүрлі тездеткіштер-коагулянттар әсіресе
флокулянттар қазіргі уақытта кеңінен пайдаланылады.
Сондықтан қазіргі уақытта суда еритін полимерлердің (СЕП)
солардың ішінде полиэлектролиттік (ПЭ) қасиеті бар болған түрлерінің
өндірісінің, шаруашылықтың, медицинаның түрлі салаларында қолданылуы артып
баруына байланысты, олардың арнайы қасиеттке ие болған түрлерін алу,
қасиеттерін зерттеу бағытындағы ғылыми- тәжірибелік жұмыстар жүргізу
уақытының маңызды мәселелеріне айналып отыр. Өйткені әр салаға қолданылатын
полиэлектролиттерге қойылатын талаптарда әр алуан болып келеді.
Көптеген табиғи және полимерлік заттардың ішінен тек санаулысы
ғана ерігіштік қабілетке ие. Әдетте суда еритін полимерлердің (СЕП)
құрамында гидроксидтік, карбоксидтік, амидтік, аминдік және басқа да
гидроксид топтар болады3. Макромолекуланың функционал топтарының химиялық
табиғатына байланысты ерітіндіде полииондар-поликатиондар, полианиондар
түзіп, иондану немесе ионданбауы мүмкін 3. Тізбегі бойынша ионданушы
топтары орналасқан полимерлер бір мезгілде электролиттердің де
полимерлердің де қасиетін көрсетеді. Иондық диссоцияция тізбектің
зарядталған топтары арасында едәуір тербеліс күшінің пайда болуына алып
келеді. Нәтижесінде күшті таралған конфигурация пайда болады.
Ерітіндіде ионданатын функционалдық топтары бар полимер-
полиэлектролиттер деп аталады. Ерітіндіде полиэлектролит макромолекуласы
қарама-қарсы зарядталған иондардың эквиваленті санымен қоршалған полианион
түрінде болады. Қарама – қарсы зарядталған иондар жүйені электронейтрал4.
Суда еритін полимерлердің құрамындағы функционал топтарына қарай отырып
оларды төмендегідей етіп жіктейді:
1. Ионданатын полимерлер, мысалы: крахмал, поливинилспирті,
поливиниопиридин, метилцеллюлоза.
2. Анионды полиэлектролиттер, мысалы: полиакрил қышқылы (ПАҚ),
полиметилқышқылы (ПМАҚ) және оның тұздары.
3. Катионды полиэлектролиттер, мысалы: полиакриламид (ПАА),
полиметакриламид (ПМАА), полиаминоалкилметакрилат (ПААМА),
полиэтиленимин (ПАИ), поливинилпиридин (П-4-ВП)және оның
төртіншілік тұздары.
4. Полиамфолиттер, оң және теріс зарядталған
полимерлер,мысалы: винилпиридин мен метакрил қышқылының
сополимерлері ДМАЭМА, акрил қышқылы -4-винилпиридин.
Құрамында қышқылдық және негіздік топтары болатын амфотерлік
сипаттағы полиэлектролиттер ортаның рН көрсеткішінің мәніне,
макромолекулалар конформациясына және табиғи, жасандыдисперс жүйелермен
әрекет ету тәуелділігін қамтамасыз ететіндіктен ең үлкен эффективтілікке
ие. Полимердің тізбектелген молекуласы – макромолекула деп аталады.
Тізбектегі заряд тығыздығына байланысты полиэлектролиттерді күшті
және әлсіз деп бөлінеді. Әлсіз полимерлі қышқылдар мен негіздерге
полиакрилқышқылы, полиметакрил қышқылы, поли-4-винилпиридин және т.б. мысал
бола алады. Әлсіз қышқылдар мен полинегіздердің зарядты функционалды
топтардың иондану тұрақтысы мен анықталып, ерітіндінің рН- на тәуелді
бола алады. Ал, күшті полиэлектролиттер сулы ерітінділерде ортаның рН- на
тәуелсіз толық иондалған.
Полиэлектролиттер суда ионизацияланатын молекулалар группасына жататын
полимерлер болып саналады. Инонгендік группаларына байланысты күшті және
әлсіз қышқылдар және негіздер полимер болып бөлінеді. [-(Р=О)-(ОН)2;
-SO3H; -СООН; - ОН фенолды] немесе құрамы [-NH2; -NHR; -NR3 (OH)] және
тұздар мен амфотерлі полиэлектролиттер, олардың тізбесінде қышқыл және
негізгі группалар алмасады.
Суда еритін полиэлектролиттер класында акрилді полимер маңызды орын
алады. Олардың ішінде суда еритін гомополимерлер және сополимерлер, акрил
қышқылдар мен полиамфолиттер, жасанды топырақ структурасын құраушылар,
грунттар балшық суспензияларын және жуғыш композияларының теңестіргіштері,
эмульсия және т.б. компонеттер құрамы, металдарды тесуге пайдаланылатын
суды каналды тазалағанда араластыратын пептизаторлар тағы сол сияқты, суда
ерімейтін торланған акрил қышқылдарынның полиэлектролиттері ион
ауыстырғыштар ретінде белгілі.
Суда еритін акрил қышқылдарының полиэлектролиттерін және олардың
өнімдерін екі топқа бөлуге болады.
1. Тордағы ирек системалары: онда сызықты полиэлектролит
механикалық және химиялық жолдармен басқа полиэлектролит торына
түседі. Оларды суда ерімейтін полимер-тасығышты өндіру арқылы
полиэтилен, пропилен, венилді эфир, алкилакрилаттар,
алкилметакрилаттар, целлюлоза, құрамында фтор бар сополимерлер, тор
құрамында поливинил, стирол сополимерлері дивинилбензолмен, құрамында амино
группалардың жөне 4-тік аммония орнына жүретін, перманганті қағаз,
акрил қышқылымен полимер мономер енуді қамтамасыз еткен
жағдайда еркін радикалдық ортада төзетін мономерді полимерге
ендіру және ион алмастырғыш топтың сополимерін алу үшін
жүргізіледі.
2. Сополимерлер: метакрилды қышқыл-метилметакрилат, акрилды
қышқыл-этиленсульфо-қышқылының натриды тұзы, метакрил қышқылы-
диизоционат (дивинил бензол), акрил (метакрил) қышқылының
акрилонитрил дивинилбензол, метакрил қышқылының аллил-амин-эпоксидионды
смола, метакрил қышқылының-итаконды қышқыл дивинил-бензол, акрилды
(метакрилды) қышқыл акрил- (метакрил) амид тұжырымдайтын
агент акрилды-ангидрид, диаллилмалеат, дивинилбензол акрил
қышқылы-винилпиридин, метакрил қышқылы-стирол диендер, акрилды
(метакрилды) қышқыл-этиленгликолдың диметилакрилды эфирлері (ди,↔ три-
), акрилды (метакрилды) қышқылы-стирол (винилтолуол)-
біріктіретін (ди- тривинилбензол) (сульфирленгеннен кейін) т.б.
Қазіргі уақытта суда еритін полоимрлердің синтездеу әдістемесінің
жалпы принциптері жасалмаған. Тек радикалды суда еритін
полимерге қатысты -ОН,-ОМе (К+, Na+, Li+, NH+4) -NH2-NHR
мұндағы R-алкил, 1-4C атомдарынан немесе морфолин қалдығы. Бұл мәселе
шет елдерде жақсы дамыған. Бос полиқышқыл ерігішті
молекуларының массасында және соңғы топ түрлеріне байланысты.Молекуланың
масса температуралық рекциясын анықтайды, иницатор мен
реттегіштің санымен, алдын-ала тізбекті үзіп, полимердің
молекулалық массасын азайтады.
Полимер бөлшектерінің шамасын реттеуге болады,
полимерлі молекуланың массасынның төмендеуі қосылған реттегіш санымен
пропроционал. Егер реттегіш саны төмен болса, онда ерітінді жоғары
тұтқырлықпен анықталады.
Реттегіштердің және инициаторлардың кұрам
бөліктері полимеризаттың соңғы тобы болып шығады және ерігіштігіне әсер
етеді. Суда еритін иницаторлар полимеризациялануын, суда еритін өнім алуға,
ал суда ерімейтін мысалы бензойл асқын тотығы суда ерімейтін, сілтілі
ортада, еритін өнім алу үшін жүргізіледі. Сусыз еріткіштерден полиакрил
және метакрил қышқылын алу барысында мысалы көмірсутектерді, суда ерімейтін
төменгі молекуланың өнімі алынып, еріткіштің құрам бөліктері полимеризаттың
соңғы өнімі болып шығады. Инициатор ретінде қышқыл мономерлеріннің
салмағына байланысты 0,1-2,0% суда еритін сутек асқын тотығы қолданылады.
Тотығу тотықсыздану жүйесін қолдану барысында мысалы калий персульфаты,
натрий бисульфит реакция температурасын 313 К дейін төмендетуге болады.
Бисульфиттің саны артуымен соңғы өнімнің молекулалық массасы
төмендейді. Сулы ортада акрил қышқылының полимерленуі суда еритін
иницаторлардың: сутегі асқын тотығы, персульфаттар, сутек асқын тотығы,
күкірт қышқылы қатысуымен жүзеге асады.
Реттегіш реакцияның жылдамдығына әсер етпейді. Бос радикал
полимеризат тізбегінің соңына тұзбен қапталады, осыған байланысты
полимеризаттың молекулалық массасы төмендейді.
Суда еритін акрил қышқылының сулы ерітіндісін алу үшін реттегіш
ретінде мыс тұздары пайдаланылады: Ацетат, лактат, формиат, хлорид,
сульфат, нитрад, селенад, акрил қышқылының этиламин тұзы қолданады.
Мыс тұзы реттегіш сияқты едәуір активті, бірақ мыс тұзы пайдаланылатын
болса реакцияның баяулығы байқалады. Бұл сілтілі металдардың гипофосфитін
немесе олардың тұздарын қолдану барысынан гөрі, мыс тұзын қолдану барысында
реакцияға түспеген мономерлердің қалдығы реакция соңында көп қалатындығы
дәлелденген. Орта молекулалық массасы реакцияға қатысқан тұздардың
мөлшеріне байланысты анықыталады. Суда еритін полиакрил алу үшін
акрил қышқылының салмағына мыс моногидратына 0,05% қосса
жеткілікті, ал егер гипофосфитті қоспа болса оған 0,001% жеткілікті.
Бұл сол полимерлерді полиакрилинтрил және полиакриламид синтетикалық
полимерлерді гидролиздеу не акрил (метакрил) қышқылы және амидтерінің
мономерлерін синтездеп алуға болады, М.Н. Савицкой және Имото т.б.
еңбектерінде. Температура 320-343 кезінде аммоний және натрий, калий
персульфаттарының қатысында, сулы ерітіндіде акрил (метакрил) амидімен
акрил (метакрил) қышқылының сополимерлері алынған.
АКШ патенттерінде температура 323 К кезінде катализатор ретінде тотығу-
тотықсыздану жүйесі (тотықгырғыш аммоний немесе персульфат калий т.б.
Тотықсыздырғыш-калий немесе гидросульфит натрий, бисульфит, сульфит т.б)
қатысында сулы ерітіндіде акрил (метакрил) амиді, акрил (метакрил)
қышқылының сополимерлерінің, суда еритін полимерлерін алу әдістері
жазылған. Х.У. Усманов және т.б. еңбектерінде ультра дыбыспен әсер ету
арқылы метакрил амид, акрил қышқылының сополимерлер әдістері келтірілген.
Сондай-ақ метакриламид пен метакрил қышқылының сополимерлеріннің
сілтілік агенттер гидролизімен, концентірлі күкірт қышқылымен әсер етіп
алуға да болады.
КН SO4 - К2 S2O8 тотығу-тотықсыздану жүйесінің қатысында
температура - 383 К кезінде сулы ерітіндіде акрил қышқылы мен N-
нитрилметакриламид және температурасы - 348 К кезінде динитрил изомай
қышқылының инициаторымен диоксанда акрил қышқылы мен N, N-диметакриламид
сополимерлеуі зерттелген.
Полиакриламид гидролизі бойынша көптеген еңбектер жазылған М.Н.
Савицкий, X. Фридламдер, А. Шилмира, Фун-Син-То және т.б. еңбектері
жарияланған.
Полиакрилнитрилді қышқылды және сілтілі гидролизді карбоксил
және амидті топтар пайда болу үшін де жүргізеді.
K.C. Ахметов және К.В. Погорельскийдің еңбектері: құрғақ аммиак
және акрил қышқылы негізінде алынған полиакриламид (ПАА-1), құрамында
амидті және карбоксилді топтары анықталған.
Совет және шетел әдебиеттерінде акрил (метакрил) қышқылы
және аминоқосылыстар негізінде алынған суда
еритін полиэлектролиттердің нәтижелері туралы көп жазылған.
1. Конденсациялық смола бір немесе бірнеше амино
қосылыстарын қыздыру кезінде пайда болады, жалпы формуласы
R1R2 N-(C=X)-NH2 мұндағы Х-аминотоп немесе күкірт, оттек R1 және R2- бір
немесе бірнеше α,β -қанықпаған қышқылымен, арил немесе аралкил,
алкенил, алкил, сутек. Жалпы формуласы CR1 R2=CR3 СООН, мұндағы R1
R2 R3 —температура- 373-403 К кезінде инертті еріткіштер қатысынсыз
немесе қатысында арил немесе аралкил, алкенил, алкил, сутек. Олар
сызықты акрилоконденсантты көрсетеді, мочевинаға айналған өнімдердің
құрам бөлігі: биурет, циан қышқылы, карбомат аммонии, аммонии
тұзына канықпаған қышқылы.
Мұнда амино тобымен, карбон тобының конденсациясы және
қанықпаған қышқылдардың ашылу есебінен бір мезетте
мүмкіндігінше полимеризациялау орын алады. Алынған
конденсациялық смола пластмасса дайындау кезінде және
формацевтикада, өнеркәсіптің әртүрлі саласында және лак, қағаз,
текстиль фабрикасында қосымша заттар дайындау кезінде аралық өнім алу
үшін кеңінен қолданылады.
Акрил (метакрил)-орынбасу қышқылы мочевинамен 483-493 К- дейін
қыздыру барысында қиын еритін дигидрораузилдер, жеңіл кристалдар
пайда болуымен цикілдік конденсация жүреді.
Аминоқосылыс ретінде гуанидироданит, N-финил мочевина N, N-
финилэтилмочевина, тимочевина және мочевина қоспасы, қанықпаған қышқыл
ретінде — кротон, акрил, метакрил қышқылы немесе олардың қоспасы
пайдаланылған. α,β -қанықпаған монокарбон қышқылымен Т373-473 К кезінде,
сондай-ақ (тиомачевина) мочевина мен меламин қоспасы, меламиннің бос амин
тобы олардың алкенил мен меламин қоспасы, меламиннің бос амин тобы олардың
алкенил — арил алкил, аминотриазиндері, теразин реакцияға түсе алады.
Реакция 6-моль бос сутекті амин атомдарына 5-тен 12 мольге дейін қышқыл
қолдану барысында, еріткіштің қатынасынсыз немесе қатысында жүруі мүмкін,
едәуір үлесі амморфты өнімге айналып, смола тәрізді конденсат алынады.
Конденсацияның өнімі пластмасса дайындау кезінде шикізат ретінде
қолданылады.
Мочевина және акролейн негізінде алынған конденсациялық смола
текстиль өнеркәсібінде қосымша заттар, пластмасса, лак, басқа смолаға қоспа
ретінде қолданылады.
2. Полимерзациялық смола әртүрлі қанықпаған мономерлермен CH2=C(R1)-
C(O)-NH-A-C (OH)-NHR гомополимерлуге икемді, акрил және меткарилді
өндірілген мочевинадан алады. Мұндағы: R-азот атомымен байланысқан,
үшіншілік көміртегі атомы, 4-тен 24-ке дейін көміртек атом саны үшіншілік
алкил тобы артады. R1 -Н немесе - СН3
A-2-4 көміртек атомымен алкил тобы. Еңбекте акрил қышқылы
мен мочевинадан полимеризациялық смола алудың 3 сатылы процесі
жазылған.
а) 373-403 К кезінде мочевина мен акрил қышқылының
конденсациялық өнімдерін алу.
б) 373-413 К кезінде бензол асқын тотығы
иницаторының қатынасында, алынған смоланы қатты, балқымайтын, суда нашар
еритін полимеризациялық өнімге айналдыру.
в) алынған өнімді суда еритін аммонии тұзына ауыстыру.
Аталған өнімдер қатты ұнтақгарды түйіршіктеу үшін және жасанды топырақ
түзгіш ретінде қолданылады. Метакрил қышқылымен алиламинді
сополимеризациялау барысында құрамында амин және иондалған карбоксил тобы
бар полиаммфолиттер алынады.
Француз патентінде жоғары температурада, (этилендиамин)
алкилендиаминдер және α,β -қанықпаған қышқыл негізінде полиаминдерді алу
жазылған.
С.М.Киров атындағы Қазан химия-технологиялық институтында радикалды
полимеризациялау 413-443 К кезінде N-алкилакрил (метакрил) амидімен акрил
қышқылы алынған сополимерлері полимерде ұсталынған біріншілік және
екіншілік амин топтарынның қатысында жүргізді.
3. Шетел патентттерінде полиакрил және полиметакрил қышкылдарын
полимер қышқылымен акрил сериясының эфирін 513-673 К-де R (NH)x (R-сутегі
немесе көмірсутегі радикал) типті аминоқосылыстарымен немесе тиісті
ерітінді қатысында немесе онсыз аминқосылыстарын біле алмайтын заттармен
қыздыру арқылы дайындау жазылған.
Сонымен, акрил қышқылының мочевинамен реакцияның жүру жағдайына
байланысты әртүрлі өнім береді (конденсациялық, полимерлік, полимерлер
сияқты айналым өнімдері). Бұл акрил қышқылы мен мочевинаның
табиғаты әр түрлі екендігімен түсіндіріледі: Осы заттар құрылысы химиялық
қасиеттерімен қалай байланысты екенін көрейік.
Акрил қышқылы молекуласында
СН2=СН - С = О
I
он
Оттегімен карбонилді қос байланысына гидроксил тобындағы оттегі және
этиленді қос байланыс әсерінен карбоксил тобындағы карбонилдің реакцияға
түскіштігі карбонил қосылыстарынан кем.
Акрил қышқылы орын басу реакциясына бейім (карбоксил тобының тез түзу,
галогенгидридтер және жай эфирлер түзу реакциясы), полярлы (радикалды
механизммен оңай полимерленеді және қос байлыныс бар мономерлермен
сополимерлеуге қатысады)
Акрил қышқылының гомополимерленуі жылудың (термиялық полимеризация),
жарық сәулелерінің (фото полимеризация), α β γ- сәуле, рентгендік сәуле,
жылдам электрондар (радиациялық полимеризация), озон, оттегінің және
бөлінетін заттар-озондар және сутек асқын тотығы: натрийдің асқын тотығы
және басқа (иницирленген полимерлену) әсерімен жүреді. Асқын тотықгары жоқ
акрил қышқылы азот атмосферасында тіпті 553 К де, және акрил қышқылында
темір, хром, қорғасын, сынап тұздарынның қатысында да полимерленбейді. Sn
Cl4 типті қышқыл катализаторлары акрил қышқылының диссоцияланбаған
молекулалары қатысады. РН=6 сулы ерітіндіде палимерлену жүрмейді.
Полиакрил қышқылы химиялық қасиеттері бойынша диссоциялану
дәрежесі төмен көп негізді органикалық қышқылға жатқызуға болады. Полиакрил
қышқылы калий марганец қышқылы және концентрлі азот қышқылымен
реакцияласпайды. Судағы ерітіндісі рентген сәулесі әсерінен
структураланады. Қышқыл және сілті ерітінділерінде темір және оның
тұздары, сол сияқты ауыр металл тұздары қатысында полиакрил қышқылы
структурланбайды.
Полиакрил қышқылына сапалық реакция фенилелитпен әрекеттесуі тән.
Пайда болған поливинилдифенилкарбинол концентрлі күкірт қышқылы
ерітіндісінде дегидраттанады, ерітінді күлгін түске енеді.
Метакрил қышқылы катализатор қатысында тіпті
бөлме температурасында полоимерленеді. Полиметакрил қышқылына тұз, күкірт
және хром қышқылдары, ерітілген калий әсер етпейді. Рентген сәулелерімен
әсер еткенде полиакрил қышқылының бөлінумен қатар торлы молекулалар
түзіледі, ал полиметакрил қышқылында тек қана бөліну жіреді. Полиакрил
қышқылының сілтілік ерітіндісі оттегіне сезімтал, ал полиметакрил
қышқылы РН-тың барлық мәндеріне тұрақты, Молекулалық
массасы бірдей полиметакрил қышқылына қарағанда, полиакрил
қышқылының натрий тұздарынан судағы ерітіндісінде тұтқырлығы
жоғары. Полиакрил және палиметакрил қышқылдарының айырмашылығы бұл
полимерлердің құрлысындағы айырмашылықтармен, яғни СН3-тің
карбоксил тобындағы көміртегіндегі сутегі атомының орын
басуымен түсіндіріледі. Жұмыста полиакрил және полиметакрил
қышқылдарынның айырмашылығы полиметакрил қышқылының метил
тобындағы гидрофобты байланысына қатысты болу керек делінген.
Бірақ амин тобы болғанда гидрофобты әсер байқалмайды.
3. Дифункционалды полиэлектролиттердің құрылымы құрылысы.
Полимер – бұл аты айтып тұрғандай молекулалары (поли – көп,
мера – бөлік), құрылысы жағынан бірдей немесе әртүрлі қайталанып
келіп отыратын көптеген атом топшаларынан тұратын, өзара химиялық немесе
координациялық байланыстармен сызықты немесе тармақталған тізбектерге
біріккен табиғи және синтетикалық қосылыстар.
Полимер құрылысын суреттеуге болатын атомдар тобы құрамдық
буын деп аталады. Көп рет қайталанып келіп отыратын құрамдық
буын – қайталанатын буын, тізбек соңында кездесетін топтар –
аяқтаушы топтар деп аталады. Қайталанып келіп отыратын құрамдық буындар
мен аяқтаушы топтардан тұратын полимер молекуласы макромолекула
деп аталады. Полимер түзетін заттар мономер деп аталады. Бір
мономерден алынатын полимерлер гомополимерлер, ал екі немесе одан да көп
мономерлерден алынатындар сополимерлер деп аталады.
Полимер құрылымы деп, оны құрайтын барлық элементтерінің кеңістікте
өзара тұрақты орналасуын, олардың ішкі құрылысын және өзара
әрекеттесу сипатын атайды. Газдарда құрылымдық бірлік – атомдар, төмен
молекулалы сұйық және қатты денелерде – молекулалар, ал полимерлік
денелерде – макромолекула болып табылады. Макромолекулалар барынша
энергетикалық тиімді, бір – біріне қарағанда тепе – тең, молекуладан үлкен
құрылым деп аталатын күйді түзеді.
Макромолекуланың химиялық құрылысының сипаттамасы оның қайталанатын
құрамды буындарының химиялық құрылысы болып табылады.
Қайталанатын буындардың химиялық құрылысына байланысты полимерді былай
бөлуге болады: органикалық, бейорганикалық және элементорганикалық.
Органикалық полимерлердің басты тізбегінің құрамында көміртек
сондай-ақ оттегі, азот және күкірт атомдары болады. Бүйірлік
топтарға тікелей көміртегімен байланысқан сутегі, галогендер немесе
негізгі тізбектің көміртегімен тікелей байланыспаған басқа
элементтердің атомдары енуі мүмкін. Органикалық қосылыстарды: гомотізбекті
және гетеротізбекті деп бөлуге болады. Органикалық гомотізбекті
полимерлер – бұл кәдімгі негізгі тізбектері көміртегі атомдарынан
тұратын карботізбекті қосылыстар. Олар алифатты (қаныққан және
қанықпаған) және ароматты көмірсутектерге, галогентуындыларына, спирттерге,
қышқылдарға, эфирлерге және т. б. бөлінеді.
Полиуретан гетеротізбекті болып табылатын, соның ішінде негізгі
тізбегі азоттан тұратын полимер, қаныққан
... C – NH – [CH2]X – NH – C – O – [CH2]Y – O – ...
║ ║
O O
Байланыстың полюстілігіне байланысты полюсті жен полюссіз
полимерлерге бөлінеді. Полюссіз полимерлерге, мысалы, органикалық карбо-
тізбекті алифатты полимерлер: полиэтилен, полипропилен және т.б. жатады.
Төмен молекулалы заттар үшін молекулалық масса М осы қосылысты
сипаттайтын константа болып табылады. Полимерлер үшін Мп
қайталанатын құрамдық буынның молекулалық массасының Мб осындай буындар
санына көбейтіндісін білдіреді: Мп = Мб*n. Макромолекулалардың құрамы мен
құрылысы тек мономер молекуласының химиялық құрамы мен
құрылысына ғана емес, сонымен бірге кіші молекулалардың үлкенге бірігуі
жүзеге асырылатын тәсілге де байланысты. Сонымен қатар, полимерді синтездің
тізбекті және сатылы процестерінде түзілетін макромолекулалардың
полимерлену дәрежесі, яғни молекулалық массасы бірдей болады. Полимердің
кез келген үлгісінде әртүрлі өлшемді макромолекулалар бірге болады, яғни
кез - келген полимер молекулалық массасы жағынан біртекті емес. Сол себепті
полимердің полидисперстілігі туралы айтуға болады.
Полидисперстілік полимер түзілу реакциясының кездейсоқ сипаттағы
салдары, ал кейбір жағдайда макромолекуланың бұзылу немесе қосылу салдары
болып табылады.
Жалпы алғанда барлық химиялық заттар үшін конфигурация
ұғымы – жылулық қозғалыс кезінде өзгермейтін және молекуланы
құрайтын атомдардың белгілі бір кеңістікте орналасуы. Бір конфигурациядан
екіншісіне химиялық байланыстарды үзбей өту мүмкін емес. Қайталанатын
буындардан тұратын полимер үшін бірнеше конфигурациялық деңгейді (топшаны)
бөліп көрсетеді: буын конфигурациясы, буындардың қосылу конфигурациясы
(жақын конфигурациялық тәртіп), үлкен блоктардың қосылу конфигурациясы
(алыс конфигурациялық тәртіп), тізбек конфигурациясы. Жақын тәртіп – тек
көршілес элементтерге (буындарға) тиісті тәртіп, алыс – элемент өлшемінен
анағұрлым үлкен қашықтықта сақталатын тәртіп.
Конфигурациялық изомерияның тағы да кең тараған бір түрі l, d –
изомерия болып табылады:
А
R – C* – R´
В
Мұндағы: R, R´ - көміртек атомының С* асимметриялығын тудыратын құрылысы
әртүлі орынбасарлар.
Полиуретан полиамидтермен ұқсас. Біреуін ғана қарастырайық, 4,6 –
полиуретанды.
Конфигурациясы – бір звено:
O
H O
║
│ ║
– C – N – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – N – C –
│
H
Буындардың қосылу конфигурациясы (жақын тәртіп). Жақын
конфигурациялық тәртіпті екі түрлі көз қараста қарастыруға болады:
біріншіден, буындардың полимер тізбегін бойлай қосылутұрғысынан (құрылымдық
изомерия), екіншіден, қайталанатын құрамдық буынның кеңістікте орналасуы
тұрғысынан (кеңістіктік изомерия). Тізбектік құрылым түзгенде буындар бір –
біріне бірнеше тәсілмен жалғаса алады: бір буынның соңына (құйрығына)
екінші буынның басы (басы) – бастың құйрыққа жалғануы, біріншісінің соңы
екіншісінің соңына - құйрықтың құйрыққа, бір буынның басы екіншісінің
басына – басы басқа жалғануы. Егер буындар тек бастың құйрыққа типімен
жалғанатын болса, онда полимер құрылымдық ретті деп саналады. Бастың басқа
немесе құйрықтың құйрыққа жалғануы тізбектің ретсіз бөліктері болып
саналады.
Егер СН2 = CH – CH3 типті мономерде СН2 тобын құйрық (қ) деп, ал
СНСН3 басы (б) деп есептесек, онда полимерде жоғарыда аталған құрылымның үш
түрі де кездеседі:
Егер келесі буыны алдынғысына сол изомерлік формада жалғанатын
болса, онда полимерді кеңістіктік реттелген (стереоретті) деп санауға
болады. Құрамында асимметриялық көміртек атомы бар винилды полимерлерге оң
(оңға айналатын) немесе сол (солға айналатын) стереоизомер түрінде буындар
тән. Бір типті стереоизомерлер (l немесе d) жалғанғанда жақын тәртіпті
изотактикалық, ал олар кезектесіп тізбектей жалғанса синдиотактикалық, егер
ешбір ретсіз тізбектей жалғанса онда атактикалық деп аталады.
H ... ... ... ... .R H ... ... ... ... .R
H ... ... ... ... .R
H ... ... ... ... .H H ... ... ... ... .H
H ... ... ... ... H
H ... ... ... ... .R R ... ... ... ... .H
R ... ... ... ... H
H ... ... ... ... .H H ... ... ... ... .H
H ... ... ... ... H
H ... ... ... ... .R H ... ... ... ... ..R
H ... ... ... ... .H
H ... ... ... ... .H R ... ... ... ... ..H
H ... ... ... ... .R
H ... ... ... ... .R H ... ... ... ... ..H
R ... ... ... ... H
а) б)
в)
а) изотактикалық; б) синдиотактикалық; в) атактикалық
[3]
Бұған нақты мысалдар келтірейік. Полипропилен үшін жоғарыда аталған
әртүрлі кеңістіктік изомерлерді былайша жазуға болады:
Изотактикалық
Синдиотактикалық
Атактикалық
Макромолекула конформациясы – бұл, сыртқы күштермен жылулық
қозғалыстың қосынды әсерлерінің нәтижесінде макромолекула ие болатын
өлшемдер мен нақты формалар.
Макромолекулалардың конформациясы:
а – статистикалық мумақ; б – спираль; в – глобула; г – ішек;
д – қатпарлы; е – иінді білік.
[5]
Макромолекуланың өлшемдері оның ұзындығы l және диаметрімен d
анықталады. Полиуретанның конформациясы – жазық зигзаг. Дегенмен
макромолекуланы жазық зигзаг формасындағы керілген тізбек түрінде
қарастыруға болмайды, себебі ол кезде атормдары мен оның топтары, соның
ішінде бүйірлік топшаларының әрекеттесу рөлі (тартылу және тебілу) және
жылулық қозғалыстың әсері ескерілмейді. Осы факторларды ескере отырып әрбір
белгілі уақыт ішінде макромолекулалар белгілі бір конформацияларға ие
болады. әрбір конформация өзіне қатысты атомдары мен топтарының кеңістікте
белгілі бір орналасумен сипатталады. Конформацияның бір түрінен екіншісіне
өту сыртқы күштердің немесе жылулық қозғалыс әсерінен жай байланыстардың
төңірегінде айналу, бұрылу немесе тербелу есебінен және валентті химиялық
байланыстарды үзбей жүреді. Энергия минимумына сәйкес келетін
конформациялар тұрақты болып табылады, оларды конформерлер немесе
конформациялық изомерлер деп атайды.
Молекулалық массаға сипаттама берер болсақ. Әлдеқайда жоғары
қосылыстар гликоли мен диизоционаттардың эквомолекулалық қатынастарынан
алады, кез-келген шығын болған жағдайда полиуретанның молекулалық салмағы
кемиді. Сондай-ақ молекулалық салмағының кемуі шыққан заттарға
монуфактуралық қосылыстар – спирт пен аминдерді қосқанда пайда болады.
Осының негізінде осындай қосылыстар мен шыққан компоненттердің шығымына
байланысты полиуретандардың молекулалық салмағын анықтау мүмкін болды:
3400
М = ---------- + м
g
мұндағы g-қосылыс мөлшері, мол.%; м-қосылған заттың молекулалық массасы.
Диизоционат пен ерітінделерін қосқан кезде реакция бөлме
температурасында тіптен жүрмегенмен тең болады. Тек нақты температурада
жылытсақ қана шапшаң әрекет жүреді. Реакцияның бастапқы температурасы
диизоционаттар мен гликолидің табиғатына баланысты.
Бірінші этапта тізбектің өсу реакциясы шыққан заттардың бір-бірімен
немесе полиуретанның өспелі молекулаларына негізделген. Шыққан заттардың
шығындарынан соң реакция тоқатамайды, ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz