Введение к работе
Актуальность работы. Синтез и исследование свойств нанокомпозигов являются приоритетными направлениями развития современной науки в связи с уникальными свойствами наноструктурировапньж материалов. Золи металлов, стабилизированные защитными макромолекулярными экранами, являются по сути дела дисперсиями одной из разновидностей нанокомпозигов. Они образуются благодаря нековалентным взаимодействиям полимерньж цепей с наночастицами, и их можно рассматривать как комплексы макромолекул с поверхностью этих наночастиц. Помимо прочих областей практического использования, металлические золи известны как активные и селективные катализаторы разнообразных химических реакций, причем свойства золей (в том числе их селективность как катализаторов) в сильной степени зависят от размера наночастиц. В связи с этим управление размером частиц в процессе синтеза золей металлов (которые обычно получают восстановлением ионов металлов в водных и водно-органических полимерньж растворах) и обеспечение их устойчивости в процессе функционирования является актуальной проблемой, которая может быть решена в результате фундаментального исследования особенностей нековалентных взаимодействий между макромолекулами и наночастицами.
Цель работы. Экспериментальное и теоретическое исследование обратимости и избирательности взаимодействий наночастиц металла с макромолекулами различного строения.
Научная новизна работы. Впервые экспериментально доказана обратимость нековалентных взаимодействий макромолекул и наночастиц металла и подтверждена справедливость основньж положений концепции псевдоматричного синтеза золей в полимерньж растворах нанокомпозигов.
Впервые экспериментально показано, что в стабилизации комплексов макромолекул и наночастиц металла в водных средах могут играть определяющую роль как гидрофобные (система медь - поли-М-винилкапролактам), так и кулоновские взаимодействия (система медь - поли-1,2-диметил-5-винилшфидинийметилсульфат).
Обнаружена избирательность взаимодействий наночастиц металла (меди) с макромолекулами в отношении химического строения полимерньж цепей. Избирательность проявляется либо в псевдоматричньж процессах (избирательное связывание растущих
В руководстве работы принимала участие х.х.н., доц. Лии»" г і и '-^наЛЬНА^
наночастиц металла с цепями одного из двух полимерных комплексообразователей, присутствующих в реакционной системе), либо в замещении макромолекул, образующих защитный экран наночастиц, на макромолекулы другого строения. Показано, что направленность избирательности и её степень зависят от условий (температура, концентрация низкомолекулярного электролита), в которых реализуется конкуренция макромолекул за связывание с наночастицами. Па основе рассчитанньж из экспериментальных данных термодинамических параметров комплексообразования медных наночастиц с разными полимерами, проведен теоретический расчет степени избирательности (соотношения чисел частиц, связанньж с каждым из полимерных конкурентов) для изученных систем и продемонстрировано хорошее соответствие результатов расчетов экспериментальнымданным.
На основании полученных результатов предложен подход к контролированию размеров медных наночастиц в процессах псездоматричного синтеза золей в растворах полимеров и разработан принцип стабилизации металлических золей за счет обратимости избирательных взаимодействий полимер-наночастица.
Практическая значимость работы. Создана научная база для решения проблемы контроля размеров наночастиц в процессах синтеза золей нанокомпозигов типа полимер -наночастица и сохранения их устойчивости при практическом использовании. Разработанные нами подходы и методы решения этой проблемы опираются на обнаруженные нами фундаментальные свойства нековалентньж взаимодействий макромолекул и наночастиц, что обеспечивает их применимость к практически любым системам, независимо от природы макромолекул и наночастиц.
Частным случаем использования разработанных подходов является метод стабилизации медного золя за счет обратимого избирательного взаимодействия наночастиц металла с макромолекулами поли-М-вишпширролидона и поли-1,2-диметил-5-виншширидиниймегилсульфата, что позволяет подойти к решению задачи сохранения устойчивости золя металла в течение длительного времени при каталитическом гидролизе лактамньж циклов в растворах поли-(]Ч-виниллакгамов). Образующиеся при этом модифицированные поли-М-винилпирролидон и поли-М-винилкапролактам могут представлять интерес как полимеры биомедицинского назначения.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на 3-ей Международной конференции «Химия высокоорганизованных веществ и научные основы нанотехнологии» (С.-Петербург 2001), Вострчнр-Азиатском симпозиуме "Polymers for Advanced Technologies" (Волгоград 2001), 4-рм Международном симпозиуме "Molecular Order and Mobility in Polymer
Systems" (С.-Петербург 2002), X Всероссийской конференции "Структура и динамика молекулярных систем" (Яльчик, 2003), 10-ом Международном симпозиуме "Масго-moleculus-Metal Complexes (ММС-10)" (Москва-Кострома-Москва, 2003), 3-сй Всероссийской Каргинской конференции "Полимеры 2004" (Москва 2004).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 3 статьи и 9 тезисов докладов на Всероссийских и Международных конференциях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора
литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов, общих выводов и списка
использованной литературы ( наименований).
Диссертация изложена на страницах машинописного текста, включая рисунков
и таблиц.
Данная работа выполнена в рамках тематического плана Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета) и проектов: РФФИ (99-03-33470-а, 02-03-32263-а, MAC 99-03-33470 и MAC 02-03-06167) и «Университеты России» (УР.06.01.024)
