N-винилкапролактам негізіндегі (СО)полимерлердің физика-химиялық және термосезімтал қасиеттері
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1 ӘДЕБИ ШОЛУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.1 N.винилкапролактам негізіндегі термосезімтал полимерлер ... ... ... ...
1.2Сополимерлердің поликарбонқышқылдарымен интерполимерлі комплексі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.3 N.винилкапролактам негізіндегі сополимерлердің қолданылу аймағы...
2 ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.1 Бастапқы заттардың сипаттамалары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.2 Сополимер синтезі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.3 Физика.химиялық зерттеу әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3 НӘТИЖЕЛЕРДІ ӨҢДЕУ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛДАУ ... ... ... ... ... ... ... .
3.1 N.винилкапролактам мен 2.гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимер синтезі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3.2 N.винилкапролактам мен 2.гидроксиэтилакрилат сополимерінің физика.химиялық қасиеттерін зерттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3.3 N.винилкапролактам мен 2.гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимердің беттік белсенді заттармен әрекеттесуін зерттеу ... ... ... ... ...
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1 ӘДЕБИ ШОЛУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.1 N.винилкапролактам негізіндегі термосезімтал полимерлер ... ... ... ...
1.2Сополимерлердің поликарбонқышқылдарымен интерполимерлі комплексі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.3 N.винилкапролактам негізіндегі сополимерлердің қолданылу аймағы...
2 ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.1 Бастапқы заттардың сипаттамалары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.2 Сополимер синтезі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.3 Физика.химиялық зерттеу әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3 НӘТИЖЕЛЕРДІ ӨҢДЕУ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛДАУ ... ... ... ... ... ... ... .
3.1 N.винилкапролактам мен 2.гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимер синтезі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3.2 N.винилкапролактам мен 2.гидроксиэтилакрилат сополимерінің физика.химиялық қасиеттерін зерттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3.3 N.винилкапролактам мен 2.гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимердің беттік белсенді заттармен әрекеттесуін зерттеу ... ... ... ... ...
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Жұмыстың өзектілігі: Соңғы жылдары сыртқы параметрлердің (қоршаған ортаның температурасы, рН-ы, жарық сәулесінің интенсивтілігі және т.б.) аздаған өзгеруінен өзінің физикалық күйін өзгертетін полимерлерге деген қызығушылық артуда. Ондай полимерлерді «стимул-сезімтал» деп атайды. Стимул - сезімтал полимерлер шумақ-глобулаға ауысуын зерттеудегі ыңғайлы модельді нысан болып табылады және хроматография, жасушаға дәрілік заттарды тасымалдау, мембрана жасау технологиясы, сондай-ақ иммобильденген катализаторлар дайындау саласында кеңінен қолданыс тапқан.
Бірақ, қазіргі таңда дифильді суда еритін, құрамында бір уақытта гидрофильді топтар және гидрофобты фрагменттері бар мономерлерді гомо- және сополимерлеумен алатын термосезімтал полимерлер аясы шектеулі. Осыған сәйкес өндірісте қол жетімді мономерлер негізінде жаңа термосезімтал полимерлер алу ғылыми, сондай-ақ практикалық жақтан маңызды мәселе болып келеді.
Сондай полимерлердің бірі – поливинилкапролактам. Бұл полимердің маңызды ерекшелігі – физиологиялық температурада тұнбаға түсу қабілеті. N-винилкапролактам негізіндегі сополимерлердің комплекстүзу қасиеті мен термосезімталдылығын макромолекуланың гидрофильді-гидрофобты балансын өзгерту арқылы түрлендіруге болатыны белгілі. Сонымен бірге маңызды қасиеттерінің бірі – сулы ерітіндіде әр түрлі органикалық және бейорганикалық төмен молекулалық компоненттермен комплекстүзуі.
Құрамында оңай ыдырайтын альдегидтік топтың болуынан биоыдырайтын қасиет көрсетеді. Осы қасиетіне байланысты капролактам негізіндегі биоыдырайтын қораптар алуда қолданылады. Сонымен бірге термосезімталдық қасиетті құрамындағы гидрофобты топ көрсетеді. Сол қасиетіне байланысты биомедицинада жасанды мүшелер мен терілер жасауда, дәрілік затты бақылап шығару жүйелерінде де кең қолданылады. Яғни, N-винилкапролактам негізіндегі сополимерлердің қасиеттерін зерттеу өзекті болып келеді.
Жұмыстың мақсаты: N-винилкапролактам негізіндегі (со)полимерлердің физика-химиялық және термосезімтал қасиеттерін зерттеу.
Міндеттері:
• N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимерлерді алу және олардың термосезімталдық қасиетін зерттеу;
• N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимердің поликарбон қышқылымен комплекс түзу үрдісін зерттеу;
• N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат және поливинил спирті негізінде жалғанған сополимерлер және олардың негізінде үлдірлер алу.
Практикалық маңыздылығы: N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі жаңа сополимерлер термосезімтал қасиеттерінің болуына байланысты медицинада дәрілік заттарды полимерлік тасымалдағыш ретінде, тазалау технологиясында ауыр металдар сорбенттері ретінде, мембрана және биотехнологияда заттарды бөлу үшін қолдануда тиімді болып келеді.
Басылымдар: зерттеу жұмысының нәтижелері бойынша «Ғылым әлемі» атты студенттер мен жас ғылымдардың Халықаралық ғылыми конференциясында баяндама жасалып, I дәрежелі дипломмен марапатталған және “ Әуезов оқулары -12: “ Ғылым, білім және мәдениеттің инновациялық бағыттарын дамытудағы аймақтық университеттің рөлі”” атты Халықаралық ғылыми тәжірибелік конференциясында баяндама жасалды және 1 баяндама тезисі, 1 мақала жарық көрген:
Бірақ, қазіргі таңда дифильді суда еритін, құрамында бір уақытта гидрофильді топтар және гидрофобты фрагменттері бар мономерлерді гомо- және сополимерлеумен алатын термосезімтал полимерлер аясы шектеулі. Осыған сәйкес өндірісте қол жетімді мономерлер негізінде жаңа термосезімтал полимерлер алу ғылыми, сондай-ақ практикалық жақтан маңызды мәселе болып келеді.
Сондай полимерлердің бірі – поливинилкапролактам. Бұл полимердің маңызды ерекшелігі – физиологиялық температурада тұнбаға түсу қабілеті. N-винилкапролактам негізіндегі сополимерлердің комплекстүзу қасиеті мен термосезімталдылығын макромолекуланың гидрофильді-гидрофобты балансын өзгерту арқылы түрлендіруге болатыны белгілі. Сонымен бірге маңызды қасиеттерінің бірі – сулы ерітіндіде әр түрлі органикалық және бейорганикалық төмен молекулалық компоненттермен комплекстүзуі.
Құрамында оңай ыдырайтын альдегидтік топтың болуынан биоыдырайтын қасиет көрсетеді. Осы қасиетіне байланысты капролактам негізіндегі биоыдырайтын қораптар алуда қолданылады. Сонымен бірге термосезімталдық қасиетті құрамындағы гидрофобты топ көрсетеді. Сол қасиетіне байланысты биомедицинада жасанды мүшелер мен терілер жасауда, дәрілік затты бақылап шығару жүйелерінде де кең қолданылады. Яғни, N-винилкапролактам негізіндегі сополимерлердің қасиеттерін зерттеу өзекті болып келеді.
Жұмыстың мақсаты: N-винилкапролактам негізіндегі (со)полимерлердің физика-химиялық және термосезімтал қасиеттерін зерттеу.
Міндеттері:
• N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимерлерді алу және олардың термосезімталдық қасиетін зерттеу;
• N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимердің поликарбон қышқылымен комплекс түзу үрдісін зерттеу;
• N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат және поливинил спирті негізінде жалғанған сополимерлер және олардың негізінде үлдірлер алу.
Практикалық маңыздылығы: N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі жаңа сополимерлер термосезімтал қасиеттерінің болуына байланысты медицинада дәрілік заттарды полимерлік тасымалдағыш ретінде, тазалау технологиясында ауыр металдар сорбенттері ретінде, мембрана және биотехнологияда заттарды бөлу үшін қолдануда тиімді болып келеді.
Басылымдар: зерттеу жұмысының нәтижелері бойынша «Ғылым әлемі» атты студенттер мен жас ғылымдардың Халықаралық ғылыми конференциясында баяндама жасалып, I дәрежелі дипломмен марапатталған және “ Әуезов оқулары -12: “ Ғылым, білім және мәдениеттің инновациялық бағыттарын дамытудағы аймақтық университеттің рөлі”” атты Халықаралық ғылыми тәжірибелік конференциясында баяндама жасалды және 1 баяндама тезисі, 1 мақала жарық көрген:
1. Шайхутдинов Е.М., Мун Г.А. «Новые термо-чувствительные сополимеры: макромолекулярный дизайн, характеристика, комплексообразование» // Материалы межд.конф. «Современные проблемы образования и науки в области химии и химической инженирии». – 2013. – C. 19-21.
2. Kirsh, Y.E.,Vorobiev, A.V., Yanul N.a., Fedotov Y.A., Timashev S.R.Sep.purif.. Technol.2001,22-23,559.
3. Yamato M., Utsumi M., Kushida A., Konno C., Kikuchi A., Okano T. Thermo-responsive culture dishes allow the intact harvest of multilayered keratinocyte sheets without dispase by reducing temperature// Tissue Eng. – 2001. – V.7. – P.473-480.
4. Ф.П. Сидельская. Химия N- винилпирролидона и его полимеров№ Наука, Москва1970
5. O.Fo Solomon, H.Corcievei, C. Boghina. J. Appl.Polym.Sci., 12,1843(1968)
6. A.A. Тагер, А.П. Сафронов, И.Ю.Галаев. Высокомол.соед,32 А,529(1990)
7. I.Yu. Galaev., B. Mattiason. Enzyme Microbiol. Technol., 15, 354 (1993)
8. Kirsh Y.E., Yanul N.A., Kalninsh Ê.K. Structural Transformation and Water Associate Interactions in Poly-N-vinylcaprolactam-Water System // European Polymer Journal. – 1999. – V. 35. – P. 305.
9. Kirsh Y.E., Yanul N.A., Kalninsh,Ê.K. Water Soluble Poly-N-Vinylamides // International Symposium: "New Approaches in Polymer Synthesis and Macromolecular Formation"., St. Petersburg, Russia. – 1997. – V. 23. - P 1961-1978.
10.Galaev I.Y., Mattiasson B., Smart polymers and what could they do in Biotechnology and Medicine TNerds in Biotechnology,17,335,1999
11. Kabanov V.I.,Radiation chemistry of smart polymers a revient, high Energy Chemistry,34,203-211, 2000
12 .Galaev I.Y., Mattiasson B., Smart polymers and what could they do in Biotechnology and Medicine TNerds in Biotechnology,17,335,1999
13.. Taylor,L.D. Ceranowski, J.Polym.Sci,Polym.Chem.Ed.,13,2551 (1975)
14.Shostakovski M.F., Sydelrovskaya F.P., Vesnik Acad. Nauk. SSSk,7,127,1957
15. Makhaeva E.E., Thanh L.Ò. M., Starodoubtsev S.G., Khoklov A.R., Thermo shrinking Behavior of Poly(vinylcaprolactam) Gels in Aqueous Solution // Makromolecular Chemistry and Physics. – 1996. – V.197. – P. 1973-1982.
16. . Lau A.C., Wu W.C., Thermally Sensitive and Biocompatible Poly(N- vinylcaprolactam): Synthesis and Characterization of High Molar Mass Linear Chains // Macromolecules. – 1999. – V. 32. P. 581-584.
17. Tager A.A., Safronov A.P., Berezyuk E.A., Galaev I. Yu. Lower Critical Solution Temperature and Hydrophobic Hydration in Aqueous Polymer Solutions // Colloid and Polymer Science. – 1994. – V. 272. P. 1234.
18. Makhaeva E.E., Tenhu H. and Khokhlov A.R, Behavior of Poly (N- vinylcaprolactam-co-methacrylic acid) Macromolecules in Aqueous Solution: Interplay Between Columbic and Hydrophobic Interaction// Macromolecules. – 2002. – V. 35. – P.1870-1876.
2. Kirsh, Y.E.,Vorobiev, A.V., Yanul N.a., Fedotov Y.A., Timashev S.R.Sep.purif.. Technol.2001,22-23,559.
3. Yamato M., Utsumi M., Kushida A., Konno C., Kikuchi A., Okano T. Thermo-responsive culture dishes allow the intact harvest of multilayered keratinocyte sheets without dispase by reducing temperature// Tissue Eng. – 2001. – V.7. – P.473-480.
4. Ф.П. Сидельская. Химия N- винилпирролидона и его полимеров№ Наука, Москва1970
5. O.Fo Solomon, H.Corcievei, C. Boghina. J. Appl.Polym.Sci., 12,1843(1968)
6. A.A. Тагер, А.П. Сафронов, И.Ю.Галаев. Высокомол.соед,32 А,529(1990)
7. I.Yu. Galaev., B. Mattiason. Enzyme Microbiol. Technol., 15, 354 (1993)
8. Kirsh Y.E., Yanul N.A., Kalninsh Ê.K. Structural Transformation and Water Associate Interactions in Poly-N-vinylcaprolactam-Water System // European Polymer Journal. – 1999. – V. 35. – P. 305.
9. Kirsh Y.E., Yanul N.A., Kalninsh,Ê.K. Water Soluble Poly-N-Vinylamides // International Symposium: "New Approaches in Polymer Synthesis and Macromolecular Formation"., St. Petersburg, Russia. – 1997. – V. 23. - P 1961-1978.
10.Galaev I.Y., Mattiasson B., Smart polymers and what could they do in Biotechnology and Medicine TNerds in Biotechnology,17,335,1999
11. Kabanov V.I.,Radiation chemistry of smart polymers a revient, high Energy Chemistry,34,203-211, 2000
12 .Galaev I.Y., Mattiasson B., Smart polymers and what could they do in Biotechnology and Medicine TNerds in Biotechnology,17,335,1999
13.. Taylor,L.D. Ceranowski, J.Polym.Sci,Polym.Chem.Ed.,13,2551 (1975)
14.Shostakovski M.F., Sydelrovskaya F.P., Vesnik Acad. Nauk. SSSk,7,127,1957
15. Makhaeva E.E., Thanh L.Ò. M., Starodoubtsev S.G., Khoklov A.R., Thermo shrinking Behavior of Poly(vinylcaprolactam) Gels in Aqueous Solution // Makromolecular Chemistry and Physics. – 1996. – V.197. – P. 1973-1982.
16. . Lau A.C., Wu W.C., Thermally Sensitive and Biocompatible Poly(N- vinylcaprolactam): Synthesis and Characterization of High Molar Mass Linear Chains // Macromolecules. – 1999. – V. 32. P. 581-584.
17. Tager A.A., Safronov A.P., Berezyuk E.A., Galaev I. Yu. Lower Critical Solution Temperature and Hydrophobic Hydration in Aqueous Polymer Solutions // Colloid and Polymer Science. – 1994. – V. 272. P. 1234.
18. Makhaeva E.E., Tenhu H. and Khokhlov A.R, Behavior of Poly (N- vinylcaprolactam-co-methacrylic acid) Macromolecules in Aqueous Solution: Interplay Between Columbic and Hydrophobic Interaction// Macromolecules. – 2002. – V. 35. – P.1870-1876.
Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі
Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті
Нұрбабаева Ж.Н.
N-винилкапролактам негізіндегі (со)полимерлердің физика-химиялық және термосезімтал қасиеттері
5B072100 - "Органикалық заттардың химиялық технологиясы" мамандығы
Алматы 2014
Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі
Әл - Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті
Химия және химиялық технология факультеті
Органикалық заттар, табиғи қосылыстар мен полимерлер химиясы және технологиясы кафедрасы
" Қорғауға жіберілді"
кафедра меңгерушісі
__________________
х.ғ.д., профессор Ж.А. Әбілов
Дипломдық жұмыс
Тақырыбы: "N-винилкапролактам негізіндегі (со)полимерлердің физика-химиялық және термосезімтал қасиеттері"
5B072100 - "Органикалық заттардың химиялық технологиясы" мамандығы бойынша
Орындаған
4 курс студенті: Ж.Н. Нұрбабаева
Ғылыми жетекшісі
х.ғ.к., доцент: П.И. Үркімбаева
Норма бақылаушы: Н.Б. Сарова
х.ғ.к., аға оқытушы
Алматы 2014
Реферат
Дипломдық жұмыс 52 беттен, 13 суреттен, 5 кестеден және 52 әдебиет көзінен тұрады.
Түйінді сөздер: N-винилкапролактам (ВК), 2-гидроксиэтилакрилат (ГЭА), поливинил спирті (ПВС), сополимер (СПЛ), интерполимерлі комплекс (ИПК).
Жұмыстың мақсаты: жаңа термосезімтал сызықты, жалғанған құрылымды N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат және поливинил спирті негізіндегі сополимерлерді алу және олардың қасиеттерін зерттеу.
Міндеттері:
* N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимерлерді алу және олардың термосезімталдық қасиетін зерттеу;
* N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимердің поликарбон қышқылымен комплекс түзу үрдісін зерттеу;
* N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат және поливинил спирті негізінде жалғанған сополимерлер және олардың негізінде үлдірлер алу.
Зерттеу әдістері: радикалдық және жалғанған сополимерлену, УК-спектрофотометрия, термогравиметрия, ИК- және 1H ЯМР спектроскопия, микровискозиметр.
Алынған нәтижелер және олардың жаңалығы . N-винилкапрлактам , поливинил спирті және 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимерлер радикалдық және жалғанған сополимерлеу әдісі арқылы алынды.N-винилкапрлактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимердің әртүрлі қатынастағы сулы ерітінділері дайындалып, олардың термосезімталдық қасиеті турбидиметрия және вискозиметрия әдістері арқылы зерттеледі. : N-винилкапролактам негізіндегі сополимерлердің суда ерігіштік, биоүйлесімділік, улы емес, сулы ерітіндіде термосезімтал және комплекстүзу қабілеті сияқты қасиеттердің болуы, оның практикалық қолданысының келешегін айқындатады. N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі жаңа сополимерлер термосезімтал және биоыдырайтын қасиеттерінің болуына байланысты медицинада дәрілік заттарды полимерлік тасымалдағыш ретінде, сондай-ақ өндірісте биоыдырайтын қораптар алуда маңызды қосылыс болып табылады.
РЕФЕРАТ
Дипломная работа состоит из 52 страниц, 13 рисунков, 5 таблиц и 52 использованных литератур.
Основные слова: N-винилкапролактам (ВК), 2-гидроксиэтилакрилат (ГЭА), поливиниловый спирт (ПВС), сополимер (СПЛ), интерполимерный комплекс (ИПК).
Цель работы: методами радикальной и привитой сополимеризации получить новые термочувствительные сополимеры на основе N-виникапролактама, 2-гидроксиэтилакрилата и поливинилового спирта и изучить их свойства.
Задачи работы:
* Получить и изучить термочувствительные свойства сополимеров на основе N-винилкапролактам и 2-гидроксиэтилакрилата;
* Изучить комплексобразование сополимеров на основе N-винилкапролактам и 2-гидроксиэтилакрилата с поликарбоновой кислотой;
* Привитые сополимеры на основе N-винилкапролактама , 2-гидроксиэтилакрилата и поливинилового спирта и получить пленки на их основе.
Методы исследования: радикальная и привитая сополимеризация, УФ-спектрофотометрия, термогравиметрия, ИК- и 1H ЯМР спектроскопия, микровискозиметрия.
Полученные результаты и их новизна: методами радикальной и привитой сополимеризации были получены новые термочувствительные сополимеры на основе N-виникапролактама, 2-гидроксиэтилакрилата и поливинилового спирта. М.етодам ИК-спектроскопии определены составы и методами турбидиметрии и вискозиметрии изучены термочувствительные свойства. Так как сополимеры на основе N-виникапролактама не токсичны, водорастворимы, биоразлагаемые и биосовместимые они имеют очень важное практическое применение в медицине и в производстве биоразлагаемых коробок.
ABSTRACT
Structure and volume of diploma work. Thesis consists of 52 pages and includes introduction, 3 sections, conclusions, appendixes, 5 tables, 13 figures, 52 used literature sources.
Keywords: N-vinylcaprolactam (NVCL), 2-Hydroxyethyl acrylate (HEA), poly(vinyl alcohol) (PVA), copolymer, interpolymer complex (IPC).
The objective of study: Synthesis of new thermo-sensitive copolymers based on N-vinylcaprolactam, 2-hydroxyethyl acrylate and poly(vinyl alcohol) by free radical and grafting copolymerization and study their properties.
Tasks of work:
* Synthesis and study of thermo-sensitive properties of copolymers based on N-vinylcaprolactam and 2-hydroxyethyl acrylate;
* Study of complexation of copolymers based on N-vinylcaprolactam and 2-hydroxyethyl acrylate with poly(carboxylic acid);
* Preparation of polymeric film based on N-vinylcaprolactam, 2-hydroxyethyl acrylate and poly(vinyl alcohol) grafted copolymers.
Methods of investigation: free radical and grafting copolymerization, UVVis-spectrophotometry, thermogravimetry, FTIR- and 1H-NMR spectrophotometries, microviscometry.
Results of study and their novelty: new thermo-sensitive copolymers based on N-vinylcaprolactam, 2-hydroxyethyl acrylate and poly(vinyl alcohol) have been synthesized by free radical and grafting copolymerization and studied their properties. The copolymer composition of obtained polymers were determined by FTIR and 1H-NMR spectra as well as their thermo-sensitive properties were studied by turbidimetry and viscometry methods.
The practical significance: Since the copolymers based on N-vinylcaprolactam are non-toxic, water-soluble, biocompatible and biodegradable, they have very important practical application in medicine and in the manufacture of biodegradable materials.
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1 ӘДЕБИ ШОЛУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
1.1 N-винилкапролактам негізіндегі термосезімтал полимерлер ... ... ... ...
1.2Сополимерлердің поликарбонқышқылдарымен интерполимерлі комплексі ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.3 N-винилкапролактам негізіндегі сополимерлердің қолданылу аймағы...
2 ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
2.1 Бастапқы заттардың сипаттамалары ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .
2.2 Сополимер синтезі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.3 Физика-химиялық зерттеу әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
3 НӘТИЖЕЛЕРДІ ӨҢДЕУ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛДАУ ... ... ... ... ... ... ... .
3.1 N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимер синтезі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
3.2 N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат сополимерінің физика-химиялық қасиеттерін зерттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3.3 N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимердің беттік белсенді заттармен әрекеттесуін зерттеу ... ... ... ... ...
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ...
Қысқартылған сөздер
БМҚ - бастапқы мономерлік қоспа
ВК - винилкапролактам
ГЭА - 2-гидроксиэтилакрилат
ПВС - поливинилспирті
ДАҚ - динитрил азо-бисизомай қышқылы
ПАҚ - полиакрил қышқылы
НИПААМ - N-изопропилакриламид
ПВК - поливинилкапролактам
ПВС- поливинилспирті
ПНИПААМ - поли-N-изопропилакриламид
СПЛ - сополимер
ИПК- интерполимерлі комплекс
ТКЕТ - төменгікритикалық еру температурасы
кіріспе
Жұмыстың өзектілігі: Соңғы жылдары сыртқы параметрлердің (қоршаған ортаның температурасы, рН-ы, жарық сәулесінің интенсивтілігі және т.б.) аздаған өзгеруінен өзінің физикалық күйін өзгертетін полимерлерге деген қызығушылық артуда. Ондай полимерлерді стимул-сезімтал деп атайды. Стимул - сезімтал полимерлер шумақ-глобулаға ауысуын зерттеудегі ыңғайлы модельді нысан болып табылады және хроматография, жасушаға дәрілік заттарды тасымалдау, мембрана жасау технологиясы, сондай-ақ иммобильденген катализаторлар дайындау саласында кеңінен қолданыс тапқан.
Бірақ, қазіргі таңда дифильді суда еритін, құрамында бір уақытта гидрофильді топтар және гидрофобты фрагменттері бар мономерлерді гомо- және сополимерлеумен алатын термосезімтал полимерлер аясы шектеулі. Осыған сәйкес өндірісте қол жетімді мономерлер негізінде жаңа термосезімтал полимерлер алу ғылыми, сондай-ақ практикалық жақтан маңызды мәселе болып келеді.
Сондай полимерлердің бірі - поливинилкапролактам. Бұл полимердің маңызды ерекшелігі - физиологиялық температурада тұнбаға түсу қабілеті. N-винилкапролактам негізіндегі сополимерлердің комплекстүзу қасиеті мен термосезімталдылығын макромолекуланың гидрофильді-гидрофобты балансын өзгерту арқылы түрлендіруге болатыны белгілі. Сонымен бірге маңызды қасиеттерінің бірі - сулы ерітіндіде әр түрлі органикалық және бейорганикалық төмен молекулалық компоненттермен комплекстүзуі.
Құрамында оңай ыдырайтын альдегидтік топтың болуынан биоыдырайтын қасиет көрсетеді. Осы қасиетіне байланысты капролактам негізіндегі биоыдырайтын қораптар алуда қолданылады. Сонымен бірге термосезімталдық қасиетті құрамындағы гидрофобты топ көрсетеді. Сол қасиетіне байланысты биомедицинада жасанды мүшелер мен терілер жасауда, дәрілік затты бақылап шығару жүйелерінде де кең қолданылады. Яғни, N-винилкапролактам негізіндегі сополимерлердің қасиеттерін зерттеу өзекті болып келеді.
Жұмыстың мақсаты: N-винилкапролактам негізіндегі (со)полимерлердің физика-химиялық және термосезімтал қасиеттерін зерттеу.
Міндеттері:
* N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимерлерді алу және олардың термосезімталдық қасиетін зерттеу;
* N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимердің поликарбон қышқылымен комплекс түзу үрдісін зерттеу;
* N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат және поливинил спирті негізінде жалғанған сополимерлер және олардың негізінде үлдірлер алу.
Практикалық маңыздылығы: N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі жаңа сополимерлер термосезімтал қасиеттерінің болуына байланысты медицинада дәрілік заттарды полимерлік тасымалдағыш ретінде, тазалау технологиясында ауыр металдар сорбенттері ретінде, мембрана және биотехнологияда заттарды бөлу үшін қолдануда тиімді болып келеді.
Басылымдар: зерттеу жұмысының нәтижелері бойынша Ғылым әлемі атты студенттер мен жас ғылымдардың Халықаралық ғылыми конференциясында баяндама жасалып, I дәрежелі дипломмен марапатталған және " Әуезов оқулары -12: " Ғылым, білім және мәдениеттің инновациялық бағыттарын дамытудағы аймақтық университеттің рөлі"" атты Халықаралық ғылыми тәжірибелік конференциясында баяндама жасалды және 1 баяндама тезисі, 1 мақала жарық көрген:
1 ӘДЕБИ ШОЛУ
1.1 N-винилкапролактам негізіндегі термосезімтал полимерлер
Соңғы жылдары сыртқы параметрлердің (температура, рН орта, жарық сәулесінің интенсивтілігі) аздаған өзгеруінен өзінің физикалық күйін өзгертетін полимерлерге деген қызығушылық артуда. Ондай полимерлерді "сезімтал" деп атайды [1]. Бұндай жүйелер биотехнологи мен медицинада үлкен қызығушылыққа ие болатыны анық. Сонымен бірге, бұл жүйелере биологиялық активті заттарды бөлу және тазалауда, биокатализаторларды иммобилдеуде практикалық қолданыс тапқан. Олар дәрілік заттың бақыланып шығарылуында, биосенсорларды алуда қолданылуы мүмкін.
Полимерлі жүйе "ақылды " болуы үшін, онда бірінші ретті фазалық ауысу жүруі, сондай - ақ, макромолекуланың меншікті көлемінің лезде кішіреуімен жүруі керек. Бұндай үрдістердің теориялық негіздерін Флори қалаған. Сызықты немесе ісінген полимерлі торларда критикалық көріністердің болуының негізі "нашар" еріткіштің әсерінен. Бұл еріткіште полимерлі тізбектердің сегменттері арасында тартылу күштері тебілу күштерін жеңе алу мүмкін.
Термосезімтал полимерлерді зерттеу аймағындағы болашағы бар бағыттардың бірі - конформациялық айналуды өзгерту мен бір жүйеде әр түрлі сыртқы параметрлерге жауап беруін біріктіруге мүмкіндік беретін қосымша топтарды енгізу арқылы олардың қасиеттерін түрлендіру. Функционалды топтарды сополимерлеу және полимераналогты түрлендіру арқылы енгізеді. Функционалды топтарды термосезімтал полимерлерге енгізу сезімтал полимерлердің қасиеттер спектрін кеңейтуде, түбегейлі жаңа қасиеттерге ие жүйелер ойлап табуда перспективті болып келеді [2].
Синтетикалық полимерлер арасында көп зерттелгені термосезімтал қасиетке ие НИПААМ болып табылады. Ол суда 32 оС температурада шумақталған глобула күйіне өтеді.
1.1.1-сурет . Температураға жауап беретін ақылды полимерлер схемасы
Қазіргі таңда бірқатар ғалымдардың қызығушылығын термосезімтал полимер - поливинилкапролактам тартуда. Поливинилкапролактамның мономері N-винилкапролактам - гидрофильді карбоксил және амид топтары бар және амид тобы гидрофобты винил тобымен байланысқан амфифильді мономер. ВК-ды полимерлеу винил тобын тізбекті полимерлеу арқылы жүзеге асады, сондықтан полимердің негізі - винил типті полимер болады [3]. ПВК- ды винилкапролактамды органикалық еріткіштерде [4] немесе блокта [5]радикалды полимеризация арқылы алады. ПВК ерітінділерінің фазалық ауысуының термодинамикасын Тагер және басқалары [6] зерттеген. ПВК ерітінділерінің ТКЕТ- сы молекулалық массасына байланысты молекулалық массасына байланысты 31 оС (1250000) пен 40 оС (15500) арасында болады[7]. Температура жоғарылағанда ығысудың экзотермиялылығы төмендейді. ПВК сулы ерітінділерінде полимердің гидрофобты - гидрофильді гидратациясы жүреді деген болжам бар. Бинодальға жақын температура мен құрамда гидрофобты гидратация басым болады, салдарынан полимермен судың араласуы төмендеп, фазалық бөліну жүреді[6].
ВК құрамында алты көміртек атомы бар сақинадан тұрады, сондықтан ол жазық конформациялы болмайды. Жеті мүшелі ВК сақинасының қос байланыспен байланысқан қозғалмайтын амид тобынан құралуы, оған кресло конформациясын ыңғайлы етеді. Кирш және басқалары ВК құрылысын кванттық химия әдісімен анықтағанын мәлімдеген болатын. 3-сурет ВК-ның кванттық химия әдісімен анықталған құрылысын көрсетеді [8,9].
1.1.2-сурет . N-винилкапролактамның кванттық химия әдісімен анықталған құрылысы
Поли N - винилкапролактам ионогенді емес,улылығы жоқ, суда еритін, жылуға сезімтал, биологиялық үйлесімді полимер. Ол карбоксилді және амидті топтардан тұрады. Поли N - винилкапролактам температураның физиологиялық диапазонында төмен критикалық еру температурасын көрсетеді. Осы қасиеттеріне байланысты биотехнологияда, оның ішінде жасанды мүшелер мен терілер алуда, ферменттерді тазалауда, сондай - ақ дәрілік заттарды шығару жүйесінде қолданылады. Медицинада , биотехнологияда , экологияда және фармакологияда [10] кең қолданылуына байланысты суда еритін, термосезімтал полимерлер интенсивті түрде зерттелуде. Ондай полимерлер РН факторға, температураға, ионды күшке және электрлік өріске стимул - сезімтал [11,12]. Термосезімтал амфифильді суда еритін полимерлер қыздырғанда өздігінен бейімделеді. Поли N - винилкапролактамда көптеген қызықтыратын қасиеттері бар, соған байланысты биотехнология мен биомедицинада кең қолданылады.
Тэйлор мен Церановский өздерінің жұмыстарында ереже ашқан, ол ереже бойынша полимерлі ерітінділерде ТКЕТ көрсететін аймақ бар[13].Шостаковский соавторлармен бірге ПВК-ның термосезімталдылығын 1957 жылы анықтап, ТКЕТ мәні 32 оС шамасында екенін көрсеткен [14]. ПВК негізіндегі гельдер 1996 жылы алғаш синтезделген болатын [15]. ПВК-ның фазалық бөліну температурасы полимердің молекулалық массасына тәуелді екені [16] жұмыста айтылады. Тагер және басқалары ПВК Мw=5·105гмоль болғанда фазалық бөліну температурасы полимердің ерітіндідегі концентрациясына байланысты 32 оС және 34 оС аралығында болатыны дәлелденген [17]. Махаев әріптестерімен ВК және метакриал қышқылы (МАҚ) негізіндегі сызықты сополимердің рН және ББЗ концентрациясына байланысты ісінуін динамикалық жарықшашырату әдісімен зерттеген [18]
Галаев пен Маттиасонның шолуында [7]ТКЕТ бар көптеген полимерлердің тізімі көрсетілген. Әр түрлі ТКЕТ бар полимерлі жүйелер синтезделген [19]. Қазіргі кезде солардың көбісінің биотехнологияда қолданылу мүмкіндіктері қарастырылуда. Олардың ішінде поли - N - изопропилакриламид (поли-НИППА), поли - N - алкмлакриламидтер және басқада полимвинилметилді эфирлер (ПВМЭ). Соңғы кездері зерттеушілердің назарына ПВК, этилен және пропилен оксидтерінің сополимерлері түсуде.
Көптеген зерттеушілер поли N - винилкапролактам негізіндегі жүйелерді зерттеген. Солардың ішінде Соломон және басқалары поли N - винилкапролактамды әр түрлі инициаторлар қатысында азот және ауа атмосферасында [20] полимерленуді жүргізген. Ең эффективті инициатор AIBN екені анықталған. Яғни, AIBN- ның аз концентрациясының өзінде 60-80 ºC температура диапазонында полимердің үлкен өзгерістері болған.
[21] Жұмыста құрамында әртүрлі функционалды топтары бар термосезімтал полимерлердің судағы ерітінділерінің конформациялық және химиялық қасиеттері зерттеледі. Мысалы, N-винилкапролактам мен метакрил қышқылының сополимері температураны және РН-ты өзгерткенде оның конформациялық өзгеруіне құрамының әсерін келтіруге болады.
N-винилкапролактам мен әртүрлі құрамды метакрил қышқылының сополимерлері алынып,сулы ерітінділерінде РН және термосезімтал қасиеттері зерттелді: ерімейтін макромлолекулярлы комплекстер әлсіз қышқылдық ортада түзілгенде РН-сезімтал қасиет көрсетеді; бейтарап ортада сополимерлер термосезімтал қасиет көрсетеді,яғни,ерітіндінің температурасын арттырғанда кооперативті фазалық ауысуға ұшырайды.
Додецилсульфат натрийді сополимерге қосқанда,фазалық ауысу температурасы жоғарылайды және әлсіз қышқылдық ортада полимерБАЗ жүйесі пайда болуы салдарынан ерімейтін макромолекулярлы комплекстердің тұнуына кедергі жасалады.
ПВК-МАК сополимерін 2-аминоэтансульфон қышқылымен түрлендіру әдісі жасалған,бұл кезде түрленген полимер термосезімтал қасиетін сақтап,бірақ РН-сезімтал қасиет көрсетпейтіні анықталған.
[22] жұмыста N-винилкапролактам негізіндегі сополимерлердің сериясы синтезделген. Сополимер құрамындағы функционалды топтарға байланысты шумақ-глобулаға фазалық ауысуы зерттелген. Cинтезделген термосезімтал сополимерлермен мақта матасы түрлендірілген. Термосезімтал түрленген матаны зерттегенде мынандай нәтижелер көрсеткен,бетке тігілген маталар термосезімталдық қасиетті сақтайды.сондай-ақ,сополимердің конформациялық ауысуы тек суда ғана емес,сондай-ақ ауада да жүзеге асады және де бу өткізуі 30%-ға жақсарғаны анықталған.
Алғаш ВК мен хитозанның жалғанған радикалды сополимерлеуі [23] инициатор - калий персульфаты және динитрил азо-изомай қышқылының (ДАҚ) қатысында су-сірке қышқылы-изопропанол еріткішінде алынған. Зерттеу нәтижелері көрсеткендей калий персульфаты қатысында хитозан тізбегінің деструкциясы байқалып, ДАҚ қатысында хитозан тізбегі сақталған. Синтезделген сополимерлер өндірістік глицеринді темір иондары, ақуыздар және акролеин қоспаларынан тазартуда жақсы сорбенттер ретінде, сондай-ақ жұмсақ контактты линзаларды сақтауда және тазартуда қолданылатын ерітінділердің полимерлі компоненті ретінде қолданыла алатындығы анықталған.
[24] жұмыста ПВК және оның сополимерлерінің, поли-N,N-диметиламиноэтилметакрилат тың сулы ерітіндісін қыздырғанда фазалық бөліну температурасына және дисперсияның жарық шашырату интенсивтілігіне ортаның қышқылдығының әсері зерттелген. ВК буындарымен байытылған ПВК және оның сополимерлерінің фазалық бөліну температурасы мен лайлануы рН-қа тәуелді емес екені көрсетілген. Полимердің рН- және термосезімтал қасиеттеріне ББЗ-ның әсер ету түрі ББЗ-мен байланысу механизмімен анықталған. Гидрофобты әрекеттесу нәтижесінен пайда болатын бейтарап макромолекула мен ББЗ иондарының адсорбциясы және полимер тізбегінде электрлік зарядталған полярлы топтар ерітіндінің термотұрақтылығын жоғарылатқан. ББЗ иондарының өзінің ионогенді топтарымен қарама-қарсы зарядталған полимермен электростатикалық әрекеттесуі ерітіндінің термотұрақтылығын төмендеткен. Осындайда ПВК-ның мысалында көрсетілгендей ББЗ қатысынсыз рН-қа сезімтал емес полимердің рН- және термосезімтал қасиеттерін пайда болу мүмкіндігі туады.
Охапкин И.М. және әріптестері [25] N-винилкапролактам мен метакрил қышқылының сополимерін N-этил-N'-(3-диметиламинопропил) карбомидінің қатысында 2-аминоэтансульфон қышқылын егу жолымен түрлендіруді жүзеге асырған болатын. ВК мен МАҚ-тың әр түрлі қатынастағы сополимерлері алынып, сулы ерітінділерінің рН- және термосезімтал қасиеттері зерттелген. 2-аминоэтансульфон қышқылымен түрлендіру, сондай-ақ ВК мен МАҚ сополимеріне анионды ББЗ қосу гидрофобты комплекс түзуге кедергі келтірген. Сополимердің рН-сезімтал қасиеттері ВК мен МАҚ буындарының амид және карбоксил топтары арасындағы сутектік байланыспен тұрақтанған ерімейтін макромолекулалы комплекстің әлсіз қышқылды ортада байқалатыны, ал термосезімтал қасиеттері рН-тың әлсіз қышқылды тар интервалында, ерімейтін комплекс түзу рН-нан 0,2 бірлікке жоғарыда әлсірейтіні дәлелденген. ВК-МАҚ сополимерін 2-аминоэтансулфон қышқылымен (таурин) түрлендіру барысында термосезімтал қасиеттері сақталып, рН-сезімталдылығы байқалмайтындығы анықталған.
[26] жұмыста N-винилкапролактам-винилацетат (ВК-ВА), N-винилкапролактам-винил спирті (ВК-ВС) және N-винилкапролактам-винилметилацетам идтің (ВК-ВМА) сополимерленуі зерттеліп, сополимерлеу константасы анықталған. ВК негізіндегі сополимерлердің сулы ерітіндісінің фенолды қосылыстармен, бояғыштармен, стероидтермен комплекстүзуі зерттеліп, комплекстүзу барысында макромолекуланың конформациялық өзгеруі байқалған. Температураның жоғарылауы комплекстүзуді күшейтетінін көрсетеді. ВК негізіндегі сополимердің фазалық бөліну температурасын сополимердегі буындар қатынасын және сомономердің табиғатын өзгерту арқылы; бинарлы еріткіштің құрамын және табиғатын өзгерту арқылы реттеуге болатыны анықталған. Сополимерге лактам буынымен байланысатын полярсыз гидрофобты фрагменттерді (ВА буындарын) енгізгенде, барлық макромолекуланы еріген күйде ұстауға су молекуласы жетпейді. Осыған байланысты сополимерлердің ТКЕТ мәні төмендейді. Лактам буындарымен байланысқа түспейтін гидрофильді фрагменттерді қосу ВК буындарын сиретіп, олардың арасындағы гидрофобты әрекеттесуді бәсеңдетіп, ТКЕТ мәнінің жоғарылауына алып келетіні туралы айтылады.
N-винилкапролактам мен полиэтиленгликольдің (ПЭГ) жалғанған блок-сополимері ТКЕТ төмен температурада мицеллярлы типті құрылыс түзетін, оның ішінде мицелла ядросын ПВК тізбектері, ал шетін ПЭГ жіптері құрайтын қабілеттілігі анықталынған [27]. Осы сополимерлердің: ПВК, ПНИПААМ, сондай-ақ ПЭГ жасушаға уыттылығы зерттелген. Жасушаның ПВК және ПВК-ПЭГ-ке толеранттылығы әлдеқайда жоғары болып, жасушалық белсенділікті басатын белгілер ерітіндіде жасушаның инкубациясы кезінде 3 сағат аралығында байқалмағаны айтылады. ПНИПААМ және ПЭГ үшін, керісінше жасушалық белсенділікті жоятын эффект тән болған.
5 - винилтетразол мен N - виникапролактамды сополимер радикалдық сополимерлеу арқылы алынған. 5- винилтетразол мен N- винилкапролактам сополимерінің сулы ерітінділері фазалық диаграммада төмен критикалық еру температурасымен сипатталады, және де олар рН және термосезімтал болып келеді. N- винилкапрлактам негізіндегі полимерлер суда ерігіштік, биоүйлесімділік, термосезімталдық және комплекстүзуші қасиеттері болғандықтан, үнемі көптеген зерттеушіліредің назарын аудартуда [28]. Винилкапролактамның әр түрлі табиғаттағы мономерлермен полимерленудің жаңа өнімдері алынған, қасиеттерінің диапазоны кеңеюде. Винилкапролактам сополимерінің ішінде РН- термосезімтал полимерлері бар, олардың сулы ерітінділерінің фазалық бөліну Тф.б. температуралары ортаның РН- на байланысты. Бұл қасиетті винилкапролактамның ионогенді емес сомономерлері көрсетеді. Олар негізгі (N,N- диметиламиноэтилметакрилат [29] ) және қышқылды табиғатты ( акрил немесе метакрил [30] қышқылдары болады ). Көрсетілген сополимерлердің термосезімталдығы гидрофильді - гидрофобты баланспен, және де ионогенді сополимерлердің буындарының иондалуынан (яғни, ортаның РН-на ) анықталады.
Чи Ву әріптестерімен [31] ВК мен АҚ микрогельдерінің Са2+-пен комплекстүзуін зерттеген. Кальций иондары жоқ кезде микрогельдің көлемі кішірейіп, коллапс байқалған. Кальций иондары тек коллапстан жоғары температурада агрегацияға иницирлейді. Оны Са2+ иондары гельдің СОО- топтары арасында көпірілік байланыс түзіп, 30 оС -тан төмен температурада және осы температура аймағында ПВК үшін су жақсы еріткіш болып табылатын, ПВК тізбектерінің өзара тебісуінен көпірлік байланыс түзілмейді деп түсіндірген.
[32] жұмыста ПВК макромолекуласының температураға тәуелді фазалық ауысулары алифаттық және ароматтық спирттер қатысында сулы ерітіндіде, сондай-ақ суда еритін органикалық қосылыстарда зерттелген. Көміртек атомдарының саны n1 болатын аздаған спирт мөлшерін қосу (10%-ға дейін) полимердің тұну температурасын төмендететіні анықталған. Ерітіндіде екі есе төмен концентрациясында фенолдар алифаттық спирттерге қарағанда термотұндыруды тудырады.
Радикалды сополимерлеумен алынған N-винилкапролактам мен N-винилпирролидонның сополимерінің сулы ерітінділері [33] жұмыста жақсы зерттелген. Поли- N-винилкапролактаммен ерітіндісімен салыстырғанда бұл сополимерлердің сулы ерітіндісінің фазалық бөліну температурасы әлдеқайда жоғары екені айтылады. ПВП мен ПВК-ның маңызды қасиеттерінің бірі әр түрлі құрылысты молекулалармен, соның ішінде фенолдармен комплекстүзу қабілеті. Фенолды қосылыстар табиғат пен сарқынды су көздерін ластаушылар болып табылады. Осылайша, аталған жұмыста ВК мен ВП радикалды сополимерлеу фенолды қосылыстардан сулы орталарды тазалауда қолданылатын, суда еритін, термотұндыратын полимерлер алуға мүмкіндік беретіні айтылады.
Ануфриева Е.В. және т.б. [34] әр түрлі құрылысты термосезімтал полимерлердің сулы ерітіндідегі молекулаларының наносекундты динамикасы зерттелген. Жұмыста ПВК және ол негізіндегі сополимерлердің ерітіндідегі аз мөлшерінің өзінде (0,01%) 60 ºС-та молекулаүсті құрылысқа ие болатынын көрсетеді.
[35] жұмыста термосезімтал полимерлердің ББЗ-мен комплекстүзуімен олардың қасиеттерін түрлендіруге алғаш қол жеткізген болатын. ББЗ-мен комплекстүзу процесінде гидрофобты әсерлесу есебінен ионсыз полимерлер полиэлектролиттерге тән қасиеттерге ие болатыны көрсетілген. Соның ішінде сызықты сополимерлердің сулы ерітінділері үшін тұтқырлықтың жоғарылауы байқалады, ал торлы аналогтары қосымша ісінуге ұшырайды. Комплекстүзудің тиімділігі сополимер құрамындағы гидрофобты буындардың, сондай-ақ ерітіндідегі ББЗ концентрациясының артуымен жоғарылайтыны, сәйкесінше термоиндуцирленген коллапс амплитудасы артатыны анықталған.
[36] жұмыста ВК мен МАҚ сополимерін 2-аминоэтансульфон қышқылымен алғаш түрлендіру жүргізілгені туралы айтылған. 2-аминоэтансульфон қышқылымен түрлендіру, сондай-ақ анионды ББЗ қосу ВК мен МАҚ сополимерінде гидрофобты комплекс түзуге кедергі келтіреді. ВК мен МАҚ-тың әр түрлі қатынастағы сополимерлері алынып, сулы ерітінділерінің рН- және термосезімтал қасиеттері зерттелген. Анионды ДДС қосу ВК-МАҚ сополимерінің фазалық ауысу температурасын жоғарлатып, аралас полимерББЗ мицелла түзу есебінен әлсіз қышқылды ортада ерімейтін макромолекулалы комплекстің тұнуына кедергі жасайтыны көрсетілген.
Поливинил спирті - жан жақты, әмбебап полимер, үлкен өндірістік масштабтағы қолданысқа ие. Сонымен бірге, ПВС-тің негізгі тізбегінде C-C байланыс тез ыдырауға мүмкіндік туғызады. Осы қасиетін пайдалана отырып, ПВС- ты әр түрлі қосылыстармен түрлендіріп оның ауыл шаруашылығында қолданыс аумағының жаңа жақтарын ашуға мүмкіндік бар. Негізінен, ПВС - жасанды, суда еритін, ермоиілгіш полимер. Поливинил спирті эмульгирлеуші, адгезиялық және жабын түзгіш қасиеттерге ие. Ол үзілуге берік, иілгіштігі жоғары полимер.
ПВС негізіндегі жалғанған сополимерлеу арқылы алынған қосылыстар кеңінен зерттеліп, шаруашылықтың әр түрлі салаларында қолданыс тапқан. [37] жұмыс барысында Румыния ғалымдары Р. Липса мен оның әріптестері жүргізген зерттеу нәтижесінде ПВС пен акриламид негізінде жағанған сополимер алған. Жалғанаған сополимерлеу қоспадағы компоненттердің бірігу қасиетін арттырады. ПBC жалғанаған сополимерлеуге оңай түседі, оның басты себебі , құрамында - ОН функционалдық тобы сутектік байланысқа тез түскіш. Синтездеп алынған сополимердің суды сіңіргіш қасеті жоғары болған. Қолдану аясы дәріні бақылап шығару мақсатында да дамыған.
[38] жұмыста әр түрлі гидрофильді полимерлер поливинилпирролидон, поливинилкаппролактам, поливинил спирті және бейорганикалық мономер тетраметоксисилан негізіндегі органа - бейорган икалық жүйенің құрылым түзу заңдылықтары, өзара әрекеттесу термодинамикасы, құрылысы зертелген. Тетраметоксисилан ерітіндісінің және аталған ПВП, ПВК, ПВС полимерлерінің ерітінділерінің өзара ерітінді - золь - гель - ксерогель айналуға өту кезіндегі құрылым түзу кинетикасы өарастырылған.
1.2 Сополимерлердің поликарбонқышқылдарымен интерполимерлі комплексі
Интерполимерлі комплекс - полимелі композициялық материалдардың жаңа класы, олар бастапқы полимерлерден ғылыми және проатикалық жағынан аса құнды қасиеттерге ие. Қазіргі кезде өндірістік процестерде, медицинада жаңа дәрі - дәрмектер асауда сонымен қатар күрделі биохимиялық процестерді модельдеуде осы мәселеге арналған, жүйенің маңыздылығына дәлел болып табылатын, ИПК - нің түзілуіне әкелетін химиялық комплементарлығы болып табылады.. ИПК- лар полимер - полимерлік комплекстердің түзілу қабілеттілігі макромолекуладағы белсенді функционалды топтарының болуымен және функционалы топтардың еріткішпен әрекеттесуі нәтижесінде анықталады. Бұл әрекеттесулердің өнімі бастапқы компоненттердің қасиеттеріне ие. Қазірге дейін поликарбонқышқылдарымен белгілі, суда еритін, ионогенді емес полимерлермен (- полиэтиленоксид, полиэтиленгликоль, поливинилпир-ролидон, полиакриламид, поливинил спирті ) комплекстері көп зерттелген
ИПК алу мақсатында жұмыста [41] алғаш рет бүйір тізбегінде жай эфир байланыстары және гидроксилді топтары бар жай винил эфирлі гликолдердің сополимерлері қолданылған. Комплекстүзу реакциясының негізгі заңдылықтары сулы, органикалық ортада зерттелді. Авторлар [42] винил спиртінің және винилацетатының негізіндегі сополимерлердің ПАҚ - пен комплекс түзілуін вискозиметрлік және потенциометрлік титрлеу әдісімен зерттелді. Полимердің молекулалық массасының өсуі комплекс түзілуі қабілетінің жоғарылауына әкелетіні көрсетілген. Винил спирті және винилацетат сополимерлерінің құрамындағы ацетатты буынның ассоциациясының өсуі кезінде вискозиметрия әдісімен гель тәрізді немесе компактты комплекс түзілуі көрсетілді. Судағы поликомплекстердің тұрақтылығына температураның әсері [43] жұмыстарда зерттелді. Ерітіндінің тұтқырлығы жоғарылағанда теператураның төмендейтіні, яғни комплекстің ыдырайтыны байқалған.
1.2 N-винилкапролактам негізіндегі сополимерлердің қолданылу аймағы
N - винилкапролактам негізіндегі (со)полимерлердің суда ерігіштік, биоүйлесімділік, улылығы жоқ, термосезімтал және комплекстүзуге қабілеттілік сияқты қасиеттерінің жиынтығы болғандықтан практикалық қоданыс аймағы кең. Алынған (со)полимерлер келесідей аймақтарда қолданылып көрген: 1) N- винилкапролактамның сулы ерітнділерінде полистиролды латекстің термостимулденген флокуляциясы; 2) аминоқышқылдардың сорбенттерін алуда; 3) ағынды суларды тазалауда.
ПВК дәрілік затты бақылап шығару жүйелерінде де қолданылады. Дәрілік жүйені босатуды денеге сыртқы стимулдар көмегімен дәрілік затты тез және белгіленген жерде босатуды басқаруға болады. Полимерлі материалдар мен конструкциялар бақыланып дәрілік затты тасымалдауда кең мүмкіндіктер береді. Сондай-ақ, сулы ерітіндіде опиаттарды таңдамалы анықтауда да ПВК көмегімен жүзеге асырылды. ПВК бақыланып шығарылатын белсенді қоспалары бар қатты фармацевтикалық және косметикалық препараттар алуда қолданылуы мүмкін. Комерциялық көзқарастан ПВК BASF-компаниясының Luviskol & Plus деген шаш фиксаторы ретінде белгілі. Одан басқа шашқа арналған лак, бетті күтімдейтін косметикалық заттар құрамына ПВК кіреді. ПВК-ның гидраттардың кристалдануын кинетикалық басу мүмкіндігі оның мұнай және газ өндірістерінде қолданылуын қамтамасыз етеді. ПВК-ның сулы ерітінділері мұнай мен табиғи газды тасымалдау мен бөлу өндіріс аймақтарында қолданыла алады. Luvicap және Luvitec атты тауарлық маркалармен белгілі ПВК және оның N-винилпирролидонмен сополимерлері қағаз, текстиль өндірісінде қолданылады. ПВК майлайтын композициялар, коллоидты қорғағыш ретінде және мата емес материалдар үшін байланыстырушы ретінде полимерлі қоспа ретінде қолданылуы мүмкін. ПВК сулы ерітінділері желім шикізаты ретінде, жуғыш заттарға қоспа ретінде, сусындар индустриясында ағартқыштар ретінде пайдаланылады. Сондай-ақ ауыл шаруашылығында топырақты байытуда, тұқымдарды жабуда, дәрілік препараттар мен тыңайтқыштарды жайлап шығаруда және де ағынды суларды тазалауда қолданылады.
Сулы ерітінделерде "ақылды" полимерлердің бөлек фаза түзе алуы ақуыздардың бөлінуі мен тазалануы үшін қолданылады. Бұл үрдісті "аффинді тұнбаға түсу" деп атайды. Бастапқы қоспаға "ақылды" полимерлердің конъюгантын және берілген ақуызға ұқсас, ақуызбен комплекс үзетін лигандты қосады. Жағдайды өзгерткенде (рН, температура, ионды күш, комплекстүзуші қоспалар)полимерлі конъюгант ақуызбен бірге полимерлі фаза түрінде бөлініп шығады. Ал қоспалар ерітіндіде қалады.Алғашқы рет бұл жүйе Шнейдер және басқалары [44] жұмысында трипсинді бөлу үшін қолданылған. Жұмыста ферменттің (трипсин) N-винилкапролактам мен N-виниламин (ВАм) сополимеріне иммобильдену әдісі қарастырылған. Осы мақсатпен құрамында 80 мол.% ВК буындары бар және алынатын конъюгаттың биохимиялық реакцияларда ферменттің бұзылуынсыз қолдануға мүмкіндік беретін Тф.б. 33,5 оС болатын сополимер таңдалып алынған. Трипсиннің сополимермен конъюгациясын 1-этил-3(3-диметиламинопропил) карбодиимид хлоридінің көмегімен сополимердің амин топтары бойынша ковалентті байланыстыру арқылы жүзеге асырған. Реакцияны тәулік бойында салқында сополимердің 1% және трипсиннің 0,5% масс. концентрациясында жүргізген. Реакция соңында арнайы субстраттың (N-бензоил-аргининнің этил эфирі)гидролиздену жылдамдығы бойынша анықталған трипсиннің белсенділігі өзгермеген. Бұл ВК-ВАм сополимерінің трипсинге тежеуші ретінде әсер етпейтінін көрсеткен. Алынған гидрогель ерігіштігін жоғалтқан, ол ВК-ВАм макромолекуласының трипсинмен байланысуы оның конформациялық өзгеріске ұшырағанын айтады және де конъюгаттың 1 ай бойында өзінің белсенділігін жоғалтпайтыны дәлелденген.
[45] Жұмыста коллориметриялық әдіс арқылы N-винилкапролактам мен N-винил-1,2,3-триазол негізіндегі гомо- және сополимерлердің ағынды суларды тазалау мүмкіндіктері зерттелген. Нәтижелеріне сүйенетін болсақ, судағы Fe иондарының мөлшері 85-90%-ға төмендейтіні көрсетілген. Ол былай іске асады, сулы ерітіндіде темір иондары мен капролактамдағы циклды С=О топ арасында ион-дипольді әрекеттесу болады. Сонымен ерітіндінің температурасын арттырғанда полимер - Fe жаңа фазасының термотұнуы жүріп, ары қарай фильтрлеу арқылы жойылады.
ПВК биотехнология мен биомедицина аймағында кең қолданыс табуда. Ерітіндінің температурасы жоғарылағанда немесе әр түрлі денатурациялайтын агенттер суда болғанда ферменттер өз белсенділіктерін жояды. Мұны алдын-алу үшін ПВК ақуыз бен полимер матрицасы химиялық байланысқан ақуыз-тасымалдағыш ретінде немесе ол гель бөлшектері негізіндегі альгинаттағы басқа бір компоненттері ретінде қолданылуы мүмкін. ПВК көмегімен ферменттер термо-дезактивациялауға қарсы тұра алады. Сондай-ақ ферменттердің ПВК-ға иммобилизациялануы жүзеге асқан болатын. ПВК негізіндегі гельдермен ферменттер тұрақтылығы артып, ферменттерді денатурациядан қорғайды.
[46] жұмыста ВК және N-винилазол негізіндегі гомо- және сополимерлерінің сулы ерітіндіден фенолы және нитрофенолды экстракциялау жағдайлары мен заңдылықтарын зерттеген. Фенолдар қауіпті және кең таралған өндірістік токсиканттар қатарына жатады [47]. Сулы ерітінділерден органикалық қосылыстарды тазартудың тиімді әдісіне полимерлі материалдармен экстракциялау жатады. N-винилазол негізіндегі полимерлер интерполимерлі комплекс және ауыр металл иондарын байланыстыру үшін тиімді комплекстүзуші болып табылады [48-49], ал ПВК синтетикалық және табиғи фенолдарды экстракциялық тазалауда қолданылады [50].
Полимерлі сорбенттер сарқынды суларды тазалауда және ерітіндіден металл иондарын бөлуде өндірісте қолданылатын дәстүрлі материалдарға қарағанда бірқатар артықшылықтарға ие. Авторлар [51] жұмыста сулы ерітіндіден ауыр металдар ионын бөлуде қолданылатын ПВК негізіндегі сорбент алуды қарастырады. Сорбенттерді ковалентті байланысқан және иммобильденген деп бөледі. Бұл жұмыста иммобильденген тасымалдағыш ретінде ПВК-дан жасалған гранулалар, ал гранулаға енгізілетін комплексон ретінде этилендиаминтерасірке қышқылының динатрий тұзы (трилон Б) қолданылған. Грануланы трилон Б мен ПВК-ның сулы ерітіндісін тұрақтандырғыш - полифенол резорцин ерітіндісінде ТКЕТ-тен төмен (50 оС) температурада қайнатумен алған. Тұрақтандырғыш грануланың бетінде бөлме температурасында ерімейтін үлдір түзеді. Трилон Б-ны грануланың ішінде ұстау үшін құрамына уротропин (гексаметилентетрамин) қосылған. Уротропинді қыздыру барысында ол аммиак пен формальдегидке ажырайды. Нәтижесінде формальдегид резорцинмен әрекеттесіп, грануланың бетінде және ішінде резорцинформальдегидті шайыр (РФШ) торы түзіледі. РФШ торы ерітіндіден ион металдарының комплексонның белсенді орталықтарына өтуіне кедергі келтірмей,бір жағынан грануладан комплексонның ерітіндіге өтіп кетуіне жол бермейді. Физико-химиялық қасиеттері ең жақсысы ол - 10% масс. ПВК және 50% масс.трилон Б-дан жасалған гранулалар екені анықталған. Гранулалардың сорбциялық қасиетін тексеру үшін бөлме температурасында Cu2+иондары бар ерітіндіге 30 минутқа салып қойған. Кейін гранулаларды алып тастап, ерітіндінің құрамын мыс иондарының болуына тексерген. Максималды сорбция құрамында 5% масс. уротропин бар гранулаларда байқалған, сондай-ақ трилонның грануладан бөлініп шығуы байқалмаған.
ВК сополимерлерінің термосезімтал қасиеттері, сондай-ақ гомополимерлерінің биоинерттілігі олардың тасымалдағыш және биоматериал ретінде қолдану мүмкіндігін тудырды. Сызықты құрылымды ВК сополимерінің маңызды қасиетінің бірі - гидрофобты қосылыстардың, стероидтердің суда ерігіштігінің жоғарылауына алып келетін, макромолекуланың комплекстүзу қабілеті. Осыған байланысты оларды бағалы дәрілік препараттар алуда қолданады.
Биоматериалдарды тасымалдағыштарға иммобильдеу биосинтез және өсіру үрдістерінде жасушаны механикалық зақымданудан қорғайды. Биоматериалдарды тасымалдағыштарға иммобильдеудің көптеген әдістері: әр түрлі гельдерге (агар-агар, каррагинан,т.б.); ПВС негізіндегі мембраналарға отырғызу; целлюлоза туындыларына адсорбциялау; белсендірілген силикагельмен байланыстыру белгілі, алайда әрбір әдістің өз кемшілігі бар.
[52] жұмыста сополимердің құрамын өзгерте отырып, термотұну температурасын түрлендіруге болатын ВК негізіндегі гель алудың жаңа тәсілі қарастырылған. Жаңа әдіс микроорганизм жасушаларының ВК-ның гель түзетін 3-10% гомо- және сополимерінің сулы ерітіндісінің араласуын және 29-40 оС температурада алынған суспензияға құрамында 0,5+-1 масс.% тұрақтандырғышы бар буферлі ерітінді қосу арқылы жасушалармен иммобильденген гранула алуға негізделген. Тұрақтандырғыш (фенолды қосылыстар) грануланың бетінде бөлме температурасында ерімейтін фенол-полимер үлдірін түзеді. Бұл әдістің басқа белгілі әдістерден ерекшелігі - полимердің термотұнуы және биоматериалды толық қосу жасушаға оптималды (рН, температура) бірдей жағдайларда жүруі. Тәжірибе нәтижелері ВК негізіндегі сополимерлердің микроорганизмдерді иммобильдеу үрдісінде қолдану ферменттік белсенділігін жоғарылататынын көрсеткен.
2 ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ
1.1 Бастапқы заттардың сипаттамалары
N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимерлердің синтезі және олардың беттік белсенді заттар: катионды - цетилпиридиний бромиді; анионды - натрий додецилсульфатымен әрекеттесуін ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті
Нұрбабаева Ж.Н.
N-винилкапролактам негізіндегі (со)полимерлердің физика-химиялық және термосезімтал қасиеттері
5B072100 - "Органикалық заттардың химиялық технологиясы" мамандығы
Алматы 2014
Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі
Әл - Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті
Химия және химиялық технология факультеті
Органикалық заттар, табиғи қосылыстар мен полимерлер химиясы және технологиясы кафедрасы
" Қорғауға жіберілді"
кафедра меңгерушісі
__________________
х.ғ.д., профессор Ж.А. Әбілов
Дипломдық жұмыс
Тақырыбы: "N-винилкапролактам негізіндегі (со)полимерлердің физика-химиялық және термосезімтал қасиеттері"
5B072100 - "Органикалық заттардың химиялық технологиясы" мамандығы бойынша
Орындаған
4 курс студенті: Ж.Н. Нұрбабаева
Ғылыми жетекшісі
х.ғ.к., доцент: П.И. Үркімбаева
Норма бақылаушы: Н.Б. Сарова
х.ғ.к., аға оқытушы
Алматы 2014
Реферат
Дипломдық жұмыс 52 беттен, 13 суреттен, 5 кестеден және 52 әдебиет көзінен тұрады.
Түйінді сөздер: N-винилкапролактам (ВК), 2-гидроксиэтилакрилат (ГЭА), поливинил спирті (ПВС), сополимер (СПЛ), интерполимерлі комплекс (ИПК).
Жұмыстың мақсаты: жаңа термосезімтал сызықты, жалғанған құрылымды N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат және поливинил спирті негізіндегі сополимерлерді алу және олардың қасиеттерін зерттеу.
Міндеттері:
* N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимерлерді алу және олардың термосезімталдық қасиетін зерттеу;
* N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимердің поликарбон қышқылымен комплекс түзу үрдісін зерттеу;
* N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат және поливинил спирті негізінде жалғанған сополимерлер және олардың негізінде үлдірлер алу.
Зерттеу әдістері: радикалдық және жалғанған сополимерлену, УК-спектрофотометрия, термогравиметрия, ИК- және 1H ЯМР спектроскопия, микровискозиметр.
Алынған нәтижелер және олардың жаңалығы . N-винилкапрлактам , поливинил спирті және 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимерлер радикалдық және жалғанған сополимерлеу әдісі арқылы алынды.N-винилкапрлактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимердің әртүрлі қатынастағы сулы ерітінділері дайындалып, олардың термосезімталдық қасиеті турбидиметрия және вискозиметрия әдістері арқылы зерттеледі. : N-винилкапролактам негізіндегі сополимерлердің суда ерігіштік, биоүйлесімділік, улы емес, сулы ерітіндіде термосезімтал және комплекстүзу қабілеті сияқты қасиеттердің болуы, оның практикалық қолданысының келешегін айқындатады. N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі жаңа сополимерлер термосезімтал және биоыдырайтын қасиеттерінің болуына байланысты медицинада дәрілік заттарды полимерлік тасымалдағыш ретінде, сондай-ақ өндірісте биоыдырайтын қораптар алуда маңызды қосылыс болып табылады.
РЕФЕРАТ
Дипломная работа состоит из 52 страниц, 13 рисунков, 5 таблиц и 52 использованных литератур.
Основные слова: N-винилкапролактам (ВК), 2-гидроксиэтилакрилат (ГЭА), поливиниловый спирт (ПВС), сополимер (СПЛ), интерполимерный комплекс (ИПК).
Цель работы: методами радикальной и привитой сополимеризации получить новые термочувствительные сополимеры на основе N-виникапролактама, 2-гидроксиэтилакрилата и поливинилового спирта и изучить их свойства.
Задачи работы:
* Получить и изучить термочувствительные свойства сополимеров на основе N-винилкапролактам и 2-гидроксиэтилакрилата;
* Изучить комплексобразование сополимеров на основе N-винилкапролактам и 2-гидроксиэтилакрилата с поликарбоновой кислотой;
* Привитые сополимеры на основе N-винилкапролактама , 2-гидроксиэтилакрилата и поливинилового спирта и получить пленки на их основе.
Методы исследования: радикальная и привитая сополимеризация, УФ-спектрофотометрия, термогравиметрия, ИК- и 1H ЯМР спектроскопия, микровискозиметрия.
Полученные результаты и их новизна: методами радикальной и привитой сополимеризации были получены новые термочувствительные сополимеры на основе N-виникапролактама, 2-гидроксиэтилакрилата и поливинилового спирта. М.етодам ИК-спектроскопии определены составы и методами турбидиметрии и вискозиметрии изучены термочувствительные свойства. Так как сополимеры на основе N-виникапролактама не токсичны, водорастворимы, биоразлагаемые и биосовместимые они имеют очень важное практическое применение в медицине и в производстве биоразлагаемых коробок.
ABSTRACT
Structure and volume of diploma work. Thesis consists of 52 pages and includes introduction, 3 sections, conclusions, appendixes, 5 tables, 13 figures, 52 used literature sources.
Keywords: N-vinylcaprolactam (NVCL), 2-Hydroxyethyl acrylate (HEA), poly(vinyl alcohol) (PVA), copolymer, interpolymer complex (IPC).
The objective of study: Synthesis of new thermo-sensitive copolymers based on N-vinylcaprolactam, 2-hydroxyethyl acrylate and poly(vinyl alcohol) by free radical and grafting copolymerization and study their properties.
Tasks of work:
* Synthesis and study of thermo-sensitive properties of copolymers based on N-vinylcaprolactam and 2-hydroxyethyl acrylate;
* Study of complexation of copolymers based on N-vinylcaprolactam and 2-hydroxyethyl acrylate with poly(carboxylic acid);
* Preparation of polymeric film based on N-vinylcaprolactam, 2-hydroxyethyl acrylate and poly(vinyl alcohol) grafted copolymers.
Methods of investigation: free radical and grafting copolymerization, UVVis-spectrophotometry, thermogravimetry, FTIR- and 1H-NMR spectrophotometries, microviscometry.
Results of study and their novelty: new thermo-sensitive copolymers based on N-vinylcaprolactam, 2-hydroxyethyl acrylate and poly(vinyl alcohol) have been synthesized by free radical and grafting copolymerization and studied their properties. The copolymer composition of obtained polymers were determined by FTIR and 1H-NMR spectra as well as their thermo-sensitive properties were studied by turbidimetry and viscometry methods.
The practical significance: Since the copolymers based on N-vinylcaprolactam are non-toxic, water-soluble, biocompatible and biodegradable, they have very important practical application in medicine and in the manufacture of biodegradable materials.
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1 ӘДЕБИ ШОЛУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
1.1 N-винилкапролактам негізіндегі термосезімтал полимерлер ... ... ... ...
1.2Сополимерлердің поликарбонқышқылдарымен интерполимерлі комплексі ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.3 N-винилкапролактам негізіндегі сополимерлердің қолданылу аймағы...
2 ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
2.1 Бастапқы заттардың сипаттамалары ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .
2.2 Сополимер синтезі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.3 Физика-химиялық зерттеу әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
3 НӘТИЖЕЛЕРДІ ӨҢДЕУ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛДАУ ... ... ... ... ... ... ... .
3.1 N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимер синтезі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
3.2 N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат сополимерінің физика-химиялық қасиеттерін зерттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3.3 N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимердің беттік белсенді заттармен әрекеттесуін зерттеу ... ... ... ... ...
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ...
Қысқартылған сөздер
БМҚ - бастапқы мономерлік қоспа
ВК - винилкапролактам
ГЭА - 2-гидроксиэтилакрилат
ПВС - поливинилспирті
ДАҚ - динитрил азо-бисизомай қышқылы
ПАҚ - полиакрил қышқылы
НИПААМ - N-изопропилакриламид
ПВК - поливинилкапролактам
ПВС- поливинилспирті
ПНИПААМ - поли-N-изопропилакриламид
СПЛ - сополимер
ИПК- интерполимерлі комплекс
ТКЕТ - төменгікритикалық еру температурасы
кіріспе
Жұмыстың өзектілігі: Соңғы жылдары сыртқы параметрлердің (қоршаған ортаның температурасы, рН-ы, жарық сәулесінің интенсивтілігі және т.б.) аздаған өзгеруінен өзінің физикалық күйін өзгертетін полимерлерге деген қызығушылық артуда. Ондай полимерлерді стимул-сезімтал деп атайды. Стимул - сезімтал полимерлер шумақ-глобулаға ауысуын зерттеудегі ыңғайлы модельді нысан болып табылады және хроматография, жасушаға дәрілік заттарды тасымалдау, мембрана жасау технологиясы, сондай-ақ иммобильденген катализаторлар дайындау саласында кеңінен қолданыс тапқан.
Бірақ, қазіргі таңда дифильді суда еритін, құрамында бір уақытта гидрофильді топтар және гидрофобты фрагменттері бар мономерлерді гомо- және сополимерлеумен алатын термосезімтал полимерлер аясы шектеулі. Осыған сәйкес өндірісте қол жетімді мономерлер негізінде жаңа термосезімтал полимерлер алу ғылыми, сондай-ақ практикалық жақтан маңызды мәселе болып келеді.
Сондай полимерлердің бірі - поливинилкапролактам. Бұл полимердің маңызды ерекшелігі - физиологиялық температурада тұнбаға түсу қабілеті. N-винилкапролактам негізіндегі сополимерлердің комплекстүзу қасиеті мен термосезімталдылығын макромолекуланың гидрофильді-гидрофобты балансын өзгерту арқылы түрлендіруге болатыны белгілі. Сонымен бірге маңызды қасиеттерінің бірі - сулы ерітіндіде әр түрлі органикалық және бейорганикалық төмен молекулалық компоненттермен комплекстүзуі.
Құрамында оңай ыдырайтын альдегидтік топтың болуынан биоыдырайтын қасиет көрсетеді. Осы қасиетіне байланысты капролактам негізіндегі биоыдырайтын қораптар алуда қолданылады. Сонымен бірге термосезімталдық қасиетті құрамындағы гидрофобты топ көрсетеді. Сол қасиетіне байланысты биомедицинада жасанды мүшелер мен терілер жасауда, дәрілік затты бақылап шығару жүйелерінде де кең қолданылады. Яғни, N-винилкапролактам негізіндегі сополимерлердің қасиеттерін зерттеу өзекті болып келеді.
Жұмыстың мақсаты: N-винилкапролактам негізіндегі (со)полимерлердің физика-химиялық және термосезімтал қасиеттерін зерттеу.
Міндеттері:
* N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимерлерді алу және олардың термосезімталдық қасиетін зерттеу;
* N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимердің поликарбон қышқылымен комплекс түзу үрдісін зерттеу;
* N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат және поливинил спирті негізінде жалғанған сополимерлер және олардың негізінде үлдірлер алу.
Практикалық маңыздылығы: N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі жаңа сополимерлер термосезімтал қасиеттерінің болуына байланысты медицинада дәрілік заттарды полимерлік тасымалдағыш ретінде, тазалау технологиясында ауыр металдар сорбенттері ретінде, мембрана және биотехнологияда заттарды бөлу үшін қолдануда тиімді болып келеді.
Басылымдар: зерттеу жұмысының нәтижелері бойынша Ғылым әлемі атты студенттер мен жас ғылымдардың Халықаралық ғылыми конференциясында баяндама жасалып, I дәрежелі дипломмен марапатталған және " Әуезов оқулары -12: " Ғылым, білім және мәдениеттің инновациялық бағыттарын дамытудағы аймақтық университеттің рөлі"" атты Халықаралық ғылыми тәжірибелік конференциясында баяндама жасалды және 1 баяндама тезисі, 1 мақала жарық көрген:
1 ӘДЕБИ ШОЛУ
1.1 N-винилкапролактам негізіндегі термосезімтал полимерлер
Соңғы жылдары сыртқы параметрлердің (температура, рН орта, жарық сәулесінің интенсивтілігі) аздаған өзгеруінен өзінің физикалық күйін өзгертетін полимерлерге деген қызығушылық артуда. Ондай полимерлерді "сезімтал" деп атайды [1]. Бұндай жүйелер биотехнологи мен медицинада үлкен қызығушылыққа ие болатыны анық. Сонымен бірге, бұл жүйелере биологиялық активті заттарды бөлу және тазалауда, биокатализаторларды иммобилдеуде практикалық қолданыс тапқан. Олар дәрілік заттың бақыланып шығарылуында, биосенсорларды алуда қолданылуы мүмкін.
Полимерлі жүйе "ақылды " болуы үшін, онда бірінші ретті фазалық ауысу жүруі, сондай - ақ, макромолекуланың меншікті көлемінің лезде кішіреуімен жүруі керек. Бұндай үрдістердің теориялық негіздерін Флори қалаған. Сызықты немесе ісінген полимерлі торларда критикалық көріністердің болуының негізі "нашар" еріткіштің әсерінен. Бұл еріткіште полимерлі тізбектердің сегменттері арасында тартылу күштері тебілу күштерін жеңе алу мүмкін.
Термосезімтал полимерлерді зерттеу аймағындағы болашағы бар бағыттардың бірі - конформациялық айналуды өзгерту мен бір жүйеде әр түрлі сыртқы параметрлерге жауап беруін біріктіруге мүмкіндік беретін қосымша топтарды енгізу арқылы олардың қасиеттерін түрлендіру. Функционалды топтарды сополимерлеу және полимераналогты түрлендіру арқылы енгізеді. Функционалды топтарды термосезімтал полимерлерге енгізу сезімтал полимерлердің қасиеттер спектрін кеңейтуде, түбегейлі жаңа қасиеттерге ие жүйелер ойлап табуда перспективті болып келеді [2].
Синтетикалық полимерлер арасында көп зерттелгені термосезімтал қасиетке ие НИПААМ болып табылады. Ол суда 32 оС температурада шумақталған глобула күйіне өтеді.
1.1.1-сурет . Температураға жауап беретін ақылды полимерлер схемасы
Қазіргі таңда бірқатар ғалымдардың қызығушылығын термосезімтал полимер - поливинилкапролактам тартуда. Поливинилкапролактамның мономері N-винилкапролактам - гидрофильді карбоксил және амид топтары бар және амид тобы гидрофобты винил тобымен байланысқан амфифильді мономер. ВК-ды полимерлеу винил тобын тізбекті полимерлеу арқылы жүзеге асады, сондықтан полимердің негізі - винил типті полимер болады [3]. ПВК- ды винилкапролактамды органикалық еріткіштерде [4] немесе блокта [5]радикалды полимеризация арқылы алады. ПВК ерітінділерінің фазалық ауысуының термодинамикасын Тагер және басқалары [6] зерттеген. ПВК ерітінділерінің ТКЕТ- сы молекулалық массасына байланысты молекулалық массасына байланысты 31 оС (1250000) пен 40 оС (15500) арасында болады[7]. Температура жоғарылағанда ығысудың экзотермиялылығы төмендейді. ПВК сулы ерітінділерінде полимердің гидрофобты - гидрофильді гидратациясы жүреді деген болжам бар. Бинодальға жақын температура мен құрамда гидрофобты гидратация басым болады, салдарынан полимермен судың араласуы төмендеп, фазалық бөліну жүреді[6].
ВК құрамында алты көміртек атомы бар сақинадан тұрады, сондықтан ол жазық конформациялы болмайды. Жеті мүшелі ВК сақинасының қос байланыспен байланысқан қозғалмайтын амид тобынан құралуы, оған кресло конформациясын ыңғайлы етеді. Кирш және басқалары ВК құрылысын кванттық химия әдісімен анықтағанын мәлімдеген болатын. 3-сурет ВК-ның кванттық химия әдісімен анықталған құрылысын көрсетеді [8,9].
1.1.2-сурет . N-винилкапролактамның кванттық химия әдісімен анықталған құрылысы
Поли N - винилкапролактам ионогенді емес,улылығы жоқ, суда еритін, жылуға сезімтал, биологиялық үйлесімді полимер. Ол карбоксилді және амидті топтардан тұрады. Поли N - винилкапролактам температураның физиологиялық диапазонында төмен критикалық еру температурасын көрсетеді. Осы қасиеттеріне байланысты биотехнологияда, оның ішінде жасанды мүшелер мен терілер алуда, ферменттерді тазалауда, сондай - ақ дәрілік заттарды шығару жүйесінде қолданылады. Медицинада , биотехнологияда , экологияда және фармакологияда [10] кең қолданылуына байланысты суда еритін, термосезімтал полимерлер интенсивті түрде зерттелуде. Ондай полимерлер РН факторға, температураға, ионды күшке және электрлік өріске стимул - сезімтал [11,12]. Термосезімтал амфифильді суда еритін полимерлер қыздырғанда өздігінен бейімделеді. Поли N - винилкапролактамда көптеген қызықтыратын қасиеттері бар, соған байланысты биотехнология мен биомедицинада кең қолданылады.
Тэйлор мен Церановский өздерінің жұмыстарында ереже ашқан, ол ереже бойынша полимерлі ерітінділерде ТКЕТ көрсететін аймақ бар[13].Шостаковский соавторлармен бірге ПВК-ның термосезімталдылығын 1957 жылы анықтап, ТКЕТ мәні 32 оС шамасында екенін көрсеткен [14]. ПВК негізіндегі гельдер 1996 жылы алғаш синтезделген болатын [15]. ПВК-ның фазалық бөліну температурасы полимердің молекулалық массасына тәуелді екені [16] жұмыста айтылады. Тагер және басқалары ПВК Мw=5·105гмоль болғанда фазалық бөліну температурасы полимердің ерітіндідегі концентрациясына байланысты 32 оС және 34 оС аралығында болатыны дәлелденген [17]. Махаев әріптестерімен ВК және метакриал қышқылы (МАҚ) негізіндегі сызықты сополимердің рН және ББЗ концентрациясына байланысты ісінуін динамикалық жарықшашырату әдісімен зерттеген [18]
Галаев пен Маттиасонның шолуында [7]ТКЕТ бар көптеген полимерлердің тізімі көрсетілген. Әр түрлі ТКЕТ бар полимерлі жүйелер синтезделген [19]. Қазіргі кезде солардың көбісінің биотехнологияда қолданылу мүмкіндіктері қарастырылуда. Олардың ішінде поли - N - изопропилакриламид (поли-НИППА), поли - N - алкмлакриламидтер және басқада полимвинилметилді эфирлер (ПВМЭ). Соңғы кездері зерттеушілердің назарына ПВК, этилен және пропилен оксидтерінің сополимерлері түсуде.
Көптеген зерттеушілер поли N - винилкапролактам негізіндегі жүйелерді зерттеген. Солардың ішінде Соломон және басқалары поли N - винилкапролактамды әр түрлі инициаторлар қатысында азот және ауа атмосферасында [20] полимерленуді жүргізген. Ең эффективті инициатор AIBN екені анықталған. Яғни, AIBN- ның аз концентрациясының өзінде 60-80 ºC температура диапазонында полимердің үлкен өзгерістері болған.
[21] Жұмыста құрамында әртүрлі функционалды топтары бар термосезімтал полимерлердің судағы ерітінділерінің конформациялық және химиялық қасиеттері зерттеледі. Мысалы, N-винилкапролактам мен метакрил қышқылының сополимері температураны және РН-ты өзгерткенде оның конформациялық өзгеруіне құрамының әсерін келтіруге болады.
N-винилкапролактам мен әртүрлі құрамды метакрил қышқылының сополимерлері алынып,сулы ерітінділерінде РН және термосезімтал қасиеттері зерттелді: ерімейтін макромлолекулярлы комплекстер әлсіз қышқылдық ортада түзілгенде РН-сезімтал қасиет көрсетеді; бейтарап ортада сополимерлер термосезімтал қасиет көрсетеді,яғни,ерітіндінің температурасын арттырғанда кооперативті фазалық ауысуға ұшырайды.
Додецилсульфат натрийді сополимерге қосқанда,фазалық ауысу температурасы жоғарылайды және әлсіз қышқылдық ортада полимерБАЗ жүйесі пайда болуы салдарынан ерімейтін макромолекулярлы комплекстердің тұнуына кедергі жасалады.
ПВК-МАК сополимерін 2-аминоэтансульфон қышқылымен түрлендіру әдісі жасалған,бұл кезде түрленген полимер термосезімтал қасиетін сақтап,бірақ РН-сезімтал қасиет көрсетпейтіні анықталған.
[22] жұмыста N-винилкапролактам негізіндегі сополимерлердің сериясы синтезделген. Сополимер құрамындағы функционалды топтарға байланысты шумақ-глобулаға фазалық ауысуы зерттелген. Cинтезделген термосезімтал сополимерлермен мақта матасы түрлендірілген. Термосезімтал түрленген матаны зерттегенде мынандай нәтижелер көрсеткен,бетке тігілген маталар термосезімталдық қасиетті сақтайды.сондай-ақ,сополимердің конформациялық ауысуы тек суда ғана емес,сондай-ақ ауада да жүзеге асады және де бу өткізуі 30%-ға жақсарғаны анықталған.
Алғаш ВК мен хитозанның жалғанған радикалды сополимерлеуі [23] инициатор - калий персульфаты және динитрил азо-изомай қышқылының (ДАҚ) қатысында су-сірке қышқылы-изопропанол еріткішінде алынған. Зерттеу нәтижелері көрсеткендей калий персульфаты қатысында хитозан тізбегінің деструкциясы байқалып, ДАҚ қатысында хитозан тізбегі сақталған. Синтезделген сополимерлер өндірістік глицеринді темір иондары, ақуыздар және акролеин қоспаларынан тазартуда жақсы сорбенттер ретінде, сондай-ақ жұмсақ контактты линзаларды сақтауда және тазартуда қолданылатын ерітінділердің полимерлі компоненті ретінде қолданыла алатындығы анықталған.
[24] жұмыста ПВК және оның сополимерлерінің, поли-N,N-диметиламиноэтилметакрилат тың сулы ерітіндісін қыздырғанда фазалық бөліну температурасына және дисперсияның жарық шашырату интенсивтілігіне ортаның қышқылдығының әсері зерттелген. ВК буындарымен байытылған ПВК және оның сополимерлерінің фазалық бөліну температурасы мен лайлануы рН-қа тәуелді емес екені көрсетілген. Полимердің рН- және термосезімтал қасиеттеріне ББЗ-ның әсер ету түрі ББЗ-мен байланысу механизмімен анықталған. Гидрофобты әрекеттесу нәтижесінен пайда болатын бейтарап макромолекула мен ББЗ иондарының адсорбциясы және полимер тізбегінде электрлік зарядталған полярлы топтар ерітіндінің термотұрақтылығын жоғарылатқан. ББЗ иондарының өзінің ионогенді топтарымен қарама-қарсы зарядталған полимермен электростатикалық әрекеттесуі ерітіндінің термотұрақтылығын төмендеткен. Осындайда ПВК-ның мысалында көрсетілгендей ББЗ қатысынсыз рН-қа сезімтал емес полимердің рН- және термосезімтал қасиеттерін пайда болу мүмкіндігі туады.
Охапкин И.М. және әріптестері [25] N-винилкапролактам мен метакрил қышқылының сополимерін N-этил-N'-(3-диметиламинопропил) карбомидінің қатысында 2-аминоэтансульфон қышқылын егу жолымен түрлендіруді жүзеге асырған болатын. ВК мен МАҚ-тың әр түрлі қатынастағы сополимерлері алынып, сулы ерітінділерінің рН- және термосезімтал қасиеттері зерттелген. 2-аминоэтансульфон қышқылымен түрлендіру, сондай-ақ ВК мен МАҚ сополимеріне анионды ББЗ қосу гидрофобты комплекс түзуге кедергі келтірген. Сополимердің рН-сезімтал қасиеттері ВК мен МАҚ буындарының амид және карбоксил топтары арасындағы сутектік байланыспен тұрақтанған ерімейтін макромолекулалы комплекстің әлсіз қышқылды ортада байқалатыны, ал термосезімтал қасиеттері рН-тың әлсіз қышқылды тар интервалында, ерімейтін комплекс түзу рН-нан 0,2 бірлікке жоғарыда әлсірейтіні дәлелденген. ВК-МАҚ сополимерін 2-аминоэтансулфон қышқылымен (таурин) түрлендіру барысында термосезімтал қасиеттері сақталып, рН-сезімталдылығы байқалмайтындығы анықталған.
[26] жұмыста N-винилкапролактам-винилацетат (ВК-ВА), N-винилкапролактам-винил спирті (ВК-ВС) және N-винилкапролактам-винилметилацетам идтің (ВК-ВМА) сополимерленуі зерттеліп, сополимерлеу константасы анықталған. ВК негізіндегі сополимерлердің сулы ерітіндісінің фенолды қосылыстармен, бояғыштармен, стероидтермен комплекстүзуі зерттеліп, комплекстүзу барысында макромолекуланың конформациялық өзгеруі байқалған. Температураның жоғарылауы комплекстүзуді күшейтетінін көрсетеді. ВК негізіндегі сополимердің фазалық бөліну температурасын сополимердегі буындар қатынасын және сомономердің табиғатын өзгерту арқылы; бинарлы еріткіштің құрамын және табиғатын өзгерту арқылы реттеуге болатыны анықталған. Сополимерге лактам буынымен байланысатын полярсыз гидрофобты фрагменттерді (ВА буындарын) енгізгенде, барлық макромолекуланы еріген күйде ұстауға су молекуласы жетпейді. Осыған байланысты сополимерлердің ТКЕТ мәні төмендейді. Лактам буындарымен байланысқа түспейтін гидрофильді фрагменттерді қосу ВК буындарын сиретіп, олардың арасындағы гидрофобты әрекеттесуді бәсеңдетіп, ТКЕТ мәнінің жоғарылауына алып келетіні туралы айтылады.
N-винилкапролактам мен полиэтиленгликольдің (ПЭГ) жалғанған блок-сополимері ТКЕТ төмен температурада мицеллярлы типті құрылыс түзетін, оның ішінде мицелла ядросын ПВК тізбектері, ал шетін ПЭГ жіптері құрайтын қабілеттілігі анықталынған [27]. Осы сополимерлердің: ПВК, ПНИПААМ, сондай-ақ ПЭГ жасушаға уыттылығы зерттелген. Жасушаның ПВК және ПВК-ПЭГ-ке толеранттылығы әлдеқайда жоғары болып, жасушалық белсенділікті басатын белгілер ерітіндіде жасушаның инкубациясы кезінде 3 сағат аралығында байқалмағаны айтылады. ПНИПААМ және ПЭГ үшін, керісінше жасушалық белсенділікті жоятын эффект тән болған.
5 - винилтетразол мен N - виникапролактамды сополимер радикалдық сополимерлеу арқылы алынған. 5- винилтетразол мен N- винилкапролактам сополимерінің сулы ерітінділері фазалық диаграммада төмен критикалық еру температурасымен сипатталады, және де олар рН және термосезімтал болып келеді. N- винилкапрлактам негізіндегі полимерлер суда ерігіштік, биоүйлесімділік, термосезімталдық және комплекстүзуші қасиеттері болғандықтан, үнемі көптеген зерттеушіліредің назарын аудартуда [28]. Винилкапролактамның әр түрлі табиғаттағы мономерлермен полимерленудің жаңа өнімдері алынған, қасиеттерінің диапазоны кеңеюде. Винилкапролактам сополимерінің ішінде РН- термосезімтал полимерлері бар, олардың сулы ерітінділерінің фазалық бөліну Тф.б. температуралары ортаның РН- на байланысты. Бұл қасиетті винилкапролактамның ионогенді емес сомономерлері көрсетеді. Олар негізгі (N,N- диметиламиноэтилметакрилат [29] ) және қышқылды табиғатты ( акрил немесе метакрил [30] қышқылдары болады ). Көрсетілген сополимерлердің термосезімталдығы гидрофильді - гидрофобты баланспен, және де ионогенді сополимерлердің буындарының иондалуынан (яғни, ортаның РН-на ) анықталады.
Чи Ву әріптестерімен [31] ВК мен АҚ микрогельдерінің Са2+-пен комплекстүзуін зерттеген. Кальций иондары жоқ кезде микрогельдің көлемі кішірейіп, коллапс байқалған. Кальций иондары тек коллапстан жоғары температурада агрегацияға иницирлейді. Оны Са2+ иондары гельдің СОО- топтары арасында көпірілік байланыс түзіп, 30 оС -тан төмен температурада және осы температура аймағында ПВК үшін су жақсы еріткіш болып табылатын, ПВК тізбектерінің өзара тебісуінен көпірлік байланыс түзілмейді деп түсіндірген.
[32] жұмыста ПВК макромолекуласының температураға тәуелді фазалық ауысулары алифаттық және ароматтық спирттер қатысында сулы ерітіндіде, сондай-ақ суда еритін органикалық қосылыстарда зерттелген. Көміртек атомдарының саны n1 болатын аздаған спирт мөлшерін қосу (10%-ға дейін) полимердің тұну температурасын төмендететіні анықталған. Ерітіндіде екі есе төмен концентрациясында фенолдар алифаттық спирттерге қарағанда термотұндыруды тудырады.
Радикалды сополимерлеумен алынған N-винилкапролактам мен N-винилпирролидонның сополимерінің сулы ерітінділері [33] жұмыста жақсы зерттелген. Поли- N-винилкапролактаммен ерітіндісімен салыстырғанда бұл сополимерлердің сулы ерітіндісінің фазалық бөліну температурасы әлдеқайда жоғары екені айтылады. ПВП мен ПВК-ның маңызды қасиеттерінің бірі әр түрлі құрылысты молекулалармен, соның ішінде фенолдармен комплекстүзу қабілеті. Фенолды қосылыстар табиғат пен сарқынды су көздерін ластаушылар болып табылады. Осылайша, аталған жұмыста ВК мен ВП радикалды сополимерлеу фенолды қосылыстардан сулы орталарды тазалауда қолданылатын, суда еритін, термотұндыратын полимерлер алуға мүмкіндік беретіні айтылады.
Ануфриева Е.В. және т.б. [34] әр түрлі құрылысты термосезімтал полимерлердің сулы ерітіндідегі молекулаларының наносекундты динамикасы зерттелген. Жұмыста ПВК және ол негізіндегі сополимерлердің ерітіндідегі аз мөлшерінің өзінде (0,01%) 60 ºС-та молекулаүсті құрылысқа ие болатынын көрсетеді.
[35] жұмыста термосезімтал полимерлердің ББЗ-мен комплекстүзуімен олардың қасиеттерін түрлендіруге алғаш қол жеткізген болатын. ББЗ-мен комплекстүзу процесінде гидрофобты әсерлесу есебінен ионсыз полимерлер полиэлектролиттерге тән қасиеттерге ие болатыны көрсетілген. Соның ішінде сызықты сополимерлердің сулы ерітінділері үшін тұтқырлықтың жоғарылауы байқалады, ал торлы аналогтары қосымша ісінуге ұшырайды. Комплекстүзудің тиімділігі сополимер құрамындағы гидрофобты буындардың, сондай-ақ ерітіндідегі ББЗ концентрациясының артуымен жоғарылайтыны, сәйкесінше термоиндуцирленген коллапс амплитудасы артатыны анықталған.
[36] жұмыста ВК мен МАҚ сополимерін 2-аминоэтансульфон қышқылымен алғаш түрлендіру жүргізілгені туралы айтылған. 2-аминоэтансульфон қышқылымен түрлендіру, сондай-ақ анионды ББЗ қосу ВК мен МАҚ сополимерінде гидрофобты комплекс түзуге кедергі келтіреді. ВК мен МАҚ-тың әр түрлі қатынастағы сополимерлері алынып, сулы ерітінділерінің рН- және термосезімтал қасиеттері зерттелген. Анионды ДДС қосу ВК-МАҚ сополимерінің фазалық ауысу температурасын жоғарлатып, аралас полимерББЗ мицелла түзу есебінен әлсіз қышқылды ортада ерімейтін макромолекулалы комплекстің тұнуына кедергі жасайтыны көрсетілген.
Поливинил спирті - жан жақты, әмбебап полимер, үлкен өндірістік масштабтағы қолданысқа ие. Сонымен бірге, ПВС-тің негізгі тізбегінде C-C байланыс тез ыдырауға мүмкіндік туғызады. Осы қасиетін пайдалана отырып, ПВС- ты әр түрлі қосылыстармен түрлендіріп оның ауыл шаруашылығында қолданыс аумағының жаңа жақтарын ашуға мүмкіндік бар. Негізінен, ПВС - жасанды, суда еритін, ермоиілгіш полимер. Поливинил спирті эмульгирлеуші, адгезиялық және жабын түзгіш қасиеттерге ие. Ол үзілуге берік, иілгіштігі жоғары полимер.
ПВС негізіндегі жалғанған сополимерлеу арқылы алынған қосылыстар кеңінен зерттеліп, шаруашылықтың әр түрлі салаларында қолданыс тапқан. [37] жұмыс барысында Румыния ғалымдары Р. Липса мен оның әріптестері жүргізген зерттеу нәтижесінде ПВС пен акриламид негізінде жағанған сополимер алған. Жалғанаған сополимерлеу қоспадағы компоненттердің бірігу қасиетін арттырады. ПBC жалғанаған сополимерлеуге оңай түседі, оның басты себебі , құрамында - ОН функционалдық тобы сутектік байланысқа тез түскіш. Синтездеп алынған сополимердің суды сіңіргіш қасеті жоғары болған. Қолдану аясы дәріні бақылап шығару мақсатында да дамыған.
[38] жұмыста әр түрлі гидрофильді полимерлер поливинилпирролидон, поливинилкаппролактам, поливинил спирті және бейорганикалық мономер тетраметоксисилан негізіндегі органа - бейорган икалық жүйенің құрылым түзу заңдылықтары, өзара әрекеттесу термодинамикасы, құрылысы зертелген. Тетраметоксисилан ерітіндісінің және аталған ПВП, ПВК, ПВС полимерлерінің ерітінділерінің өзара ерітінді - золь - гель - ксерогель айналуға өту кезіндегі құрылым түзу кинетикасы өарастырылған.
1.2 Сополимерлердің поликарбонқышқылдарымен интерполимерлі комплексі
Интерполимерлі комплекс - полимелі композициялық материалдардың жаңа класы, олар бастапқы полимерлерден ғылыми және проатикалық жағынан аса құнды қасиеттерге ие. Қазіргі кезде өндірістік процестерде, медицинада жаңа дәрі - дәрмектер асауда сонымен қатар күрделі биохимиялық процестерді модельдеуде осы мәселеге арналған, жүйенің маңыздылығына дәлел болып табылатын, ИПК - нің түзілуіне әкелетін химиялық комплементарлығы болып табылады.. ИПК- лар полимер - полимерлік комплекстердің түзілу қабілеттілігі макромолекуладағы белсенді функционалды топтарының болуымен және функционалы топтардың еріткішпен әрекеттесуі нәтижесінде анықталады. Бұл әрекеттесулердің өнімі бастапқы компоненттердің қасиеттеріне ие. Қазірге дейін поликарбонқышқылдарымен белгілі, суда еритін, ионогенді емес полимерлермен (- полиэтиленоксид, полиэтиленгликоль, поливинилпир-ролидон, полиакриламид, поливинил спирті ) комплекстері көп зерттелген
ИПК алу мақсатында жұмыста [41] алғаш рет бүйір тізбегінде жай эфир байланыстары және гидроксилді топтары бар жай винил эфирлі гликолдердің сополимерлері қолданылған. Комплекстүзу реакциясының негізгі заңдылықтары сулы, органикалық ортада зерттелді. Авторлар [42] винил спиртінің және винилацетатының негізіндегі сополимерлердің ПАҚ - пен комплекс түзілуін вискозиметрлік және потенциометрлік титрлеу әдісімен зерттелді. Полимердің молекулалық массасының өсуі комплекс түзілуі қабілетінің жоғарылауына әкелетіні көрсетілген. Винил спирті және винилацетат сополимерлерінің құрамындағы ацетатты буынның ассоциациясының өсуі кезінде вискозиметрия әдісімен гель тәрізді немесе компактты комплекс түзілуі көрсетілді. Судағы поликомплекстердің тұрақтылығына температураның әсері [43] жұмыстарда зерттелді. Ерітіндінің тұтқырлығы жоғарылағанда теператураның төмендейтіні, яғни комплекстің ыдырайтыны байқалған.
1.2 N-винилкапролактам негізіндегі сополимерлердің қолданылу аймағы
N - винилкапролактам негізіндегі (со)полимерлердің суда ерігіштік, биоүйлесімділік, улылығы жоқ, термосезімтал және комплекстүзуге қабілеттілік сияқты қасиеттерінің жиынтығы болғандықтан практикалық қоданыс аймағы кең. Алынған (со)полимерлер келесідей аймақтарда қолданылып көрген: 1) N- винилкапролактамның сулы ерітнділерінде полистиролды латекстің термостимулденген флокуляциясы; 2) аминоқышқылдардың сорбенттерін алуда; 3) ағынды суларды тазалауда.
ПВК дәрілік затты бақылап шығару жүйелерінде де қолданылады. Дәрілік жүйені босатуды денеге сыртқы стимулдар көмегімен дәрілік затты тез және белгіленген жерде босатуды басқаруға болады. Полимерлі материалдар мен конструкциялар бақыланып дәрілік затты тасымалдауда кең мүмкіндіктер береді. Сондай-ақ, сулы ерітіндіде опиаттарды таңдамалы анықтауда да ПВК көмегімен жүзеге асырылды. ПВК бақыланып шығарылатын белсенді қоспалары бар қатты фармацевтикалық және косметикалық препараттар алуда қолданылуы мүмкін. Комерциялық көзқарастан ПВК BASF-компаниясының Luviskol & Plus деген шаш фиксаторы ретінде белгілі. Одан басқа шашқа арналған лак, бетті күтімдейтін косметикалық заттар құрамына ПВК кіреді. ПВК-ның гидраттардың кристалдануын кинетикалық басу мүмкіндігі оның мұнай және газ өндірістерінде қолданылуын қамтамасыз етеді. ПВК-ның сулы ерітінділері мұнай мен табиғи газды тасымалдау мен бөлу өндіріс аймақтарында қолданыла алады. Luvicap және Luvitec атты тауарлық маркалармен белгілі ПВК және оның N-винилпирролидонмен сополимерлері қағаз, текстиль өндірісінде қолданылады. ПВК майлайтын композициялар, коллоидты қорғағыш ретінде және мата емес материалдар үшін байланыстырушы ретінде полимерлі қоспа ретінде қолданылуы мүмкін. ПВК сулы ерітінділері желім шикізаты ретінде, жуғыш заттарға қоспа ретінде, сусындар индустриясында ағартқыштар ретінде пайдаланылады. Сондай-ақ ауыл шаруашылығында топырақты байытуда, тұқымдарды жабуда, дәрілік препараттар мен тыңайтқыштарды жайлап шығаруда және де ағынды суларды тазалауда қолданылады.
Сулы ерітінделерде "ақылды" полимерлердің бөлек фаза түзе алуы ақуыздардың бөлінуі мен тазалануы үшін қолданылады. Бұл үрдісті "аффинді тұнбаға түсу" деп атайды. Бастапқы қоспаға "ақылды" полимерлердің конъюгантын және берілген ақуызға ұқсас, ақуызбен комплекс үзетін лигандты қосады. Жағдайды өзгерткенде (рН, температура, ионды күш, комплекстүзуші қоспалар)полимерлі конъюгант ақуызбен бірге полимерлі фаза түрінде бөлініп шығады. Ал қоспалар ерітіндіде қалады.Алғашқы рет бұл жүйе Шнейдер және басқалары [44] жұмысында трипсинді бөлу үшін қолданылған. Жұмыста ферменттің (трипсин) N-винилкапролактам мен N-виниламин (ВАм) сополимеріне иммобильдену әдісі қарастырылған. Осы мақсатпен құрамында 80 мол.% ВК буындары бар және алынатын конъюгаттың биохимиялық реакцияларда ферменттің бұзылуынсыз қолдануға мүмкіндік беретін Тф.б. 33,5 оС болатын сополимер таңдалып алынған. Трипсиннің сополимермен конъюгациясын 1-этил-3(3-диметиламинопропил) карбодиимид хлоридінің көмегімен сополимердің амин топтары бойынша ковалентті байланыстыру арқылы жүзеге асырған. Реакцияны тәулік бойында салқында сополимердің 1% және трипсиннің 0,5% масс. концентрациясында жүргізген. Реакция соңында арнайы субстраттың (N-бензоил-аргининнің этил эфирі)гидролиздену жылдамдығы бойынша анықталған трипсиннің белсенділігі өзгермеген. Бұл ВК-ВАм сополимерінің трипсинге тежеуші ретінде әсер етпейтінін көрсеткен. Алынған гидрогель ерігіштігін жоғалтқан, ол ВК-ВАм макромолекуласының трипсинмен байланысуы оның конформациялық өзгеріске ұшырағанын айтады және де конъюгаттың 1 ай бойында өзінің белсенділігін жоғалтпайтыны дәлелденген.
[45] Жұмыста коллориметриялық әдіс арқылы N-винилкапролактам мен N-винил-1,2,3-триазол негізіндегі гомо- және сополимерлердің ағынды суларды тазалау мүмкіндіктері зерттелген. Нәтижелеріне сүйенетін болсақ, судағы Fe иондарының мөлшері 85-90%-ға төмендейтіні көрсетілген. Ол былай іске асады, сулы ерітіндіде темір иондары мен капролактамдағы циклды С=О топ арасында ион-дипольді әрекеттесу болады. Сонымен ерітіндінің температурасын арттырғанда полимер - Fe жаңа фазасының термотұнуы жүріп, ары қарай фильтрлеу арқылы жойылады.
ПВК биотехнология мен биомедицина аймағында кең қолданыс табуда. Ерітіндінің температурасы жоғарылағанда немесе әр түрлі денатурациялайтын агенттер суда болғанда ферменттер өз белсенділіктерін жояды. Мұны алдын-алу үшін ПВК ақуыз бен полимер матрицасы химиялық байланысқан ақуыз-тасымалдағыш ретінде немесе ол гель бөлшектері негізіндегі альгинаттағы басқа бір компоненттері ретінде қолданылуы мүмкін. ПВК көмегімен ферменттер термо-дезактивациялауға қарсы тұра алады. Сондай-ақ ферменттердің ПВК-ға иммобилизациялануы жүзеге асқан болатын. ПВК негізіндегі гельдермен ферменттер тұрақтылығы артып, ферменттерді денатурациядан қорғайды.
[46] жұмыста ВК және N-винилазол негізіндегі гомо- және сополимерлерінің сулы ерітіндіден фенолы және нитрофенолды экстракциялау жағдайлары мен заңдылықтарын зерттеген. Фенолдар қауіпті және кең таралған өндірістік токсиканттар қатарына жатады [47]. Сулы ерітінділерден органикалық қосылыстарды тазартудың тиімді әдісіне полимерлі материалдармен экстракциялау жатады. N-винилазол негізіндегі полимерлер интерполимерлі комплекс және ауыр металл иондарын байланыстыру үшін тиімді комплекстүзуші болып табылады [48-49], ал ПВК синтетикалық және табиғи фенолдарды экстракциялық тазалауда қолданылады [50].
Полимерлі сорбенттер сарқынды суларды тазалауда және ерітіндіден металл иондарын бөлуде өндірісте қолданылатын дәстүрлі материалдарға қарағанда бірқатар артықшылықтарға ие. Авторлар [51] жұмыста сулы ерітіндіден ауыр металдар ионын бөлуде қолданылатын ПВК негізіндегі сорбент алуды қарастырады. Сорбенттерді ковалентті байланысқан және иммобильденген деп бөледі. Бұл жұмыста иммобильденген тасымалдағыш ретінде ПВК-дан жасалған гранулалар, ал гранулаға енгізілетін комплексон ретінде этилендиаминтерасірке қышқылының динатрий тұзы (трилон Б) қолданылған. Грануланы трилон Б мен ПВК-ның сулы ерітіндісін тұрақтандырғыш - полифенол резорцин ерітіндісінде ТКЕТ-тен төмен (50 оС) температурада қайнатумен алған. Тұрақтандырғыш грануланың бетінде бөлме температурасында ерімейтін үлдір түзеді. Трилон Б-ны грануланың ішінде ұстау үшін құрамына уротропин (гексаметилентетрамин) қосылған. Уротропинді қыздыру барысында ол аммиак пен формальдегидке ажырайды. Нәтижесінде формальдегид резорцинмен әрекеттесіп, грануланың бетінде және ішінде резорцинформальдегидті шайыр (РФШ) торы түзіледі. РФШ торы ерітіндіден ион металдарының комплексонның белсенді орталықтарына өтуіне кедергі келтірмей,бір жағынан грануладан комплексонның ерітіндіге өтіп кетуіне жол бермейді. Физико-химиялық қасиеттері ең жақсысы ол - 10% масс. ПВК және 50% масс.трилон Б-дан жасалған гранулалар екені анықталған. Гранулалардың сорбциялық қасиетін тексеру үшін бөлме температурасында Cu2+иондары бар ерітіндіге 30 минутқа салып қойған. Кейін гранулаларды алып тастап, ерітіндінің құрамын мыс иондарының болуына тексерген. Максималды сорбция құрамында 5% масс. уротропин бар гранулаларда байқалған, сондай-ақ трилонның грануладан бөлініп шығуы байқалмаған.
ВК сополимерлерінің термосезімтал қасиеттері, сондай-ақ гомополимерлерінің биоинерттілігі олардың тасымалдағыш және биоматериал ретінде қолдану мүмкіндігін тудырды. Сызықты құрылымды ВК сополимерінің маңызды қасиетінің бірі - гидрофобты қосылыстардың, стероидтердің суда ерігіштігінің жоғарылауына алып келетін, макромолекуланың комплекстүзу қабілеті. Осыған байланысты оларды бағалы дәрілік препараттар алуда қолданады.
Биоматериалдарды тасымалдағыштарға иммобильдеу биосинтез және өсіру үрдістерінде жасушаны механикалық зақымданудан қорғайды. Биоматериалдарды тасымалдағыштарға иммобильдеудің көптеген әдістері: әр түрлі гельдерге (агар-агар, каррагинан,т.б.); ПВС негізіндегі мембраналарға отырғызу; целлюлоза туындыларына адсорбциялау; белсендірілген силикагельмен байланыстыру белгілі, алайда әрбір әдістің өз кемшілігі бар.
[52] жұмыста сополимердің құрамын өзгерте отырып, термотұну температурасын түрлендіруге болатын ВК негізіндегі гель алудың жаңа тәсілі қарастырылған. Жаңа әдіс микроорганизм жасушаларының ВК-ның гель түзетін 3-10% гомо- және сополимерінің сулы ерітіндісінің араласуын және 29-40 оС температурада алынған суспензияға құрамында 0,5+-1 масс.% тұрақтандырғышы бар буферлі ерітінді қосу арқылы жасушалармен иммобильденген гранула алуға негізделген. Тұрақтандырғыш (фенолды қосылыстар) грануланың бетінде бөлме температурасында ерімейтін фенол-полимер үлдірін түзеді. Бұл әдістің басқа белгілі әдістерден ерекшелігі - полимердің термотұнуы және биоматериалды толық қосу жасушаға оптималды (рН, температура) бірдей жағдайларда жүруі. Тәжірибе нәтижелері ВК негізіндегі сополимерлердің микроорганизмдерді иммобильдеу үрдісінде қолдану ферменттік белсенділігін жоғарылататынын көрсеткен.
2 ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ
1.1 Бастапқы заттардың сипаттамалары
N-винилкапролактам мен 2-гидроксиэтилакрилат негізіндегі сополимерлердің синтезі және олардың беттік белсенді заттар: катионды - цетилпиридиний бромиді; анионды - натрий додецилсульфатымен әрекеттесуін ... 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