Введение к работе
Актуальность темы исследования. Важная фундаментальная проблема современной науки о высокомолекулярных соединениях - установление взаимосвязи между строением макромолекул, их внутри- и надмолекулярной организацией и свойствами полимеров и материалов на их основе. В настоящее время пристальное внимание исследователей привлекают полимеры сложной архитектуры - дендримеры, сверхразветвлённые полимеры, многолучевые звёзды, молекулярные щётки, нано- и микрогели. Макромолекулы этих полимеров представляют новые топологические классы, кардинально отличающиеся от линейных цепей, и поэтому часто рассматриваются как обособленные представители высокомолекулярных соединений. Такое отношение в значительной степени справедливо, поскольку перечисленные системы, являясь молекулярными наноразмерными объектами, заметно отличаются по комплексу физико-химических свойств от классических линейных полимеров. При этом широкие возможности направленного изменения строения, количества и распределения по объёму макромолекулы функциональных групп открывают уникальные перспективы как для регулирования свойств полимеров сложной архитектуры, так и для конструирования новых типов надмолекулярных структур.
Анализ различий в свойствах линейных полимеров и полимеров сложной архитектуры представляется актуальной задачей, особенно если учесть, что на сегодняшний день последние остаются слабо охарактеризованными. Недостаток экспериментальных результатов замедляет решение фундаментальной задачи по установлению корреляции структура-свойства для подобных систем.
В связи с этим, цель работы заключалась в установлении влияния химического строения и архитектуры макромолекул, а также молекулярно-массовых характеристик на свойства сверхразветвлённых полимеров в растворах. При этом решались следующие основные задачи:
установление влияния условий синтеза полиаминокислот на их молекулярно-массовые и структурно-конформационные характеристики;
исследование конформационных и гидродинамических свойств сверхразветвлёных полимеров от их молекулярной массы;
изучение влияния строения макромолекул сверхразветвлённых полимеров (химическая структура повторяющихся единиц и длина цепей между точками ветвления) на их свойства в разбавленных растворах;
анализ различий в гидродинамическом и конформационном поведении сверхразветвлённых полимеров и их линейных и дендримерных аналогов.
Научная новизна полученных результатов.
Впервые проведены систематические исследования свойств сверхразветвлённых полимеров в разбавленных растворах, произведена количественная оценка различия свойств сверхразветвлённых и линейных полимеров и показано, что особенности гидродинамического поведения сверхразветвлённых полиаминокислот и поликарбосиланов определяется размерами и формой их макромолекул.
Впервые проанализировано влияние растворителя на гидродинамические и структурно-конформационные свойства сверхразветвлённых полимеров.
Показано, что удлинение цепей между точками ветвления приводит к изменению гидродинамических свойств полимеров, что обусловлено увеличением размеров и асимметрии формы макромолекул.
Впервые для сверхразветвлённых полимеров определены значения гидродинамического инварианта.
Проанализировано влияние условий синтеза сверхразветвлённых полиаминокислот на их молекулярно-массовые характеристики.
Практическая значимость работы. В работе установлены основные закономерности влияния структуры сверхразветвлённых полимеров на физико-химические свойства их растворов. Определено влияние условий синтеза, а также архитектуры макромолекул на свойства полимеров. Полученные результаты представляют интерес для физики и химии высокомолекулярных соединений. Они могут быть использованы при создании новых наноразмерных материалов с полезными технологическими характеристиками, а также при разработке путей синтеза новых полимеров сложной архитектуры. Достоверность результатов обеспечивается использованием современных методов исследования растворов полимеров, повторяемостью экспериментальных данных, использованием современного математического аппарата обработки экспериментальных данных, согласованностью полученных результатов с имеющимися литературными дан-
ными по исследованию свойств растворов полимеров. Положения, выносимые на защиту.
Макромолекулы сверхразветвлённых полимеров имеют симметричную форму и компактные размеры, что обусловливает отличие их гидродинамических свойств от поведения как линейных аналогов, так и дендримеров.
При удлинении цепей между точками ветвления сверхразветвлённых полимеров изменяются конформационные характеристики макромолекул и, соответственно, их гидродинамические свойства.
Свернутость ветвей в сверхразветвлённых полимерах возрастает при увеличении их длины в результате реализации значительного количества гош-изомеров.
Значения гидродинамического инварианта для сверхразветвлённых систем заметно ниже соответствующей характеристики для линейных полимеров.
Личный вклад автора заключается в непосредственном участии во всех этапах работы - от постановки задачи, планирования и выполнения экспериментов до анализа полученных экспериментальных данных.
Апробация работы. Основные результаты диссертации были представлены на 3 Всероссийской Каргинской конференци «Полимеры-2004» (Москва, 2004), 1-4 Санкт-Петербургских конференциях молодых ученых «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2005 - 2008), 5th International Symposium «Molecular mobility and order in polymer systems» (Russia, Saint-Petersburg, 2005), World Polymer Congress "Macro 2006", (Rio de Janeiro, Brazil, 2006), 1st European Chemistry Congress (Budapest, Hungary, 2006), 4 Всероссийской Каргинской конференция «Полимеры-2007» (Москва, 2007), 5th International Dendrimer Symposium (Toulouse, France 2007), European Polymer Congress (Portoroz, Slovenia2007), 8th German Peptide Symposium (Heidelberg, Germany, 2007).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 5 статей в реферируемых отечественных журналах и тезисы 12 докладов на научных конференциях. Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, описания изученных полимеров и методов исследования, 2-х глав с обсуждением полученных результатов, выводов и списка литературы (132 наименования). Работа изложена на 116 страницах, содержит 32 рисунка и 7 таблиц.
