Введение к работе
Актуальность исследования: комплексы полиэлектролитов (ПЭ) с противоположно заряженными поверхностно-активными веществами (ПК) являются объектами исследований на протяжении последних четырех десятилетий. ПК представляют собой индивидуальные макромолекулярные соединения с переменным гидрофильно-лиофобным балансом. В отечественной литературе в области синтеза комплексов ПЭ - ПЭ и ПЭ - ПАВ представлены исследования В.А. Кабанова, В.П. Барабанова, А.Б. Зезина и др. Движущими силами образования комплексов являются электростатические взаимодействия противоположно заряженных ионов ПЭ и ПАВ, а также гидрофобные взаимодействия алкильных фрагментов ПАВ, приводящие к формированию мицелл в объеме макромолекулы. В зависимости от условий проведения реакции и состава ПК, они могут быть как растворимыми, так и нерастворимыми в водных и водно-солевых средах. При увеличении содержания ПАВ в частице комплекса выше некоторого критического значения, так называемого предельного состава растворимых комплексов, лиофилизирующая способность свободных участков полимерных цепей оказывается недостаточной, и в системе наблюдается фазовое разделение. Таким образом, область существования растворимых комплексов определяется гидрофильно-лиофобным балансом частиц ПК, который, в свою очередь, зависит как от гидрофобности компонентов комплекса, например, длины алифатического фрагмента ПАВ, так и от лиофилизирующей способности макромолекулы.
В настоящее время основная часть работ сосредоточена на исследованиях по выявлению закономерностей взаимодействия ПЭ (четвертичные соли поли-4-винилпиридина, полидиметиламиноэтилметакрилата, полидиметилдиаллиламмоний хлорид, поли(мет)акриловые кислоты и их соли, поли-4-стиролсульфонат натрия и др.) с ПАВ в зависимости от тех или иных факторов. Многочисленность проводимых исследований и многообразие изучаемых ПЭ определяется, в первую очередь, индивидуальностью каждой системы ПЭ - ПАВ. Как следствие, систематизированные представления о закономерностях взаимодействия ПЭ и ПАВ, позволяющие направленно изменять строение комплексов и прогнозировать их поведение при изменении внешних условий, отсутствуют. Поэтому изучение закономерностей образования ПЭ - ПАВ, а также выявление факторов, которые влияют на этот процесс, представляются важным как с научной, так и практической точки зрения.
Перспективным анионным ПЭ является поли-2-акриламидо-2-метил-1 -пропан сульфокислота (ПАМС ), которая полностью диссоциирует в широком диапазоне значений рН среды и проявляет адаптивные свойства. Полимеры на основе 2-акриламидо-2-метил-1 -пропан сульфокислоты находят широкое применение для решения экологических проблем, в медицине для получения поликлональных антител, изготовления заменителей суставов, хрящей и других мягких тканей, в технике при получении литиевых источников тока и ионизованных гель-датчиков, а также целлюлозно-бумажном производстве. Однако, о его взаимодействии с ПАВ и свойствах полученных комплексов в литературе имеются ограниченные сведения.
Цель работы заключается в исследовании закономерностей взаимодействия поли-2-акриламидо-2-метил-1 -пропан сульфокислоты с противоположно заряженными ПАВ и изучении физико-химических свойств полученных ПК, в том числе их применения в качестве модификаторов поверхностей древесины и бумаги.
В соответствии с целью и анализом литературных источников сформулированы три основные задачи:
S синтез по ли-2-акриламидо-2-метил-1 -пропан сульфокислоты
свободнорадикальной полимеризацией и радикальной полимеризацией с переносом атома и определение молекулярно-массовых характеристик синтезированных ПЭ;
S изучение комплексообразующей способности синтезированных ПЭ с децил-, додепил-, тетрадецил- и цетилтриметиламмоний бромидами (ДТАБ, ДДТАБ, ТТАБ и ЦТМАБ соответственно), а также с гексадецилпиридиний бромидом (ГДПБ);
S изучение физико-химических свойств синтезированных комплексов, и оценка возможности их применения в качестве модификаторов поверхностей древесины и бумаги.
Научная новизна: впервые показано, что из-за высокой лиофилизирующей способности поли-2-акриламидо-2-метил-1 -пропан сульфокислоты, обусловленной наличием сульфонатных групп в ее макромолекулах, превалирующее влияние на формирование комплексов этого полиэлектролита с противоположно заряженными ПАВ оказывают гидрофобные взаимодействия алкильных фрагментов ПАВ. В результате, образование комплексов оказывается возможным только с гидрофобными ПАВ в водных бессолевых средах.
1 - Тривиальное название. По номенклатуре ШРАС -поли-2-(акрилоиламино)-2-метил-1-пропан сульфокислота.
Практическая значимость: показано, что применение комплексов ПАМС с цетилтриметиламмоний бромидом для гидрофобизации поверхностей древесины и бумаги способствует увеличению контактных углов смачивания в среднем с 60 до 120 . Их применение для этой цели позволяет существенно облегчить процесс вторичной переработки целлюлозосодержащих материалов, по сравнению с существующими модификаторами (лаки, полимерные пленки, воск и т.д.). Полученные результаты позволяют рекомендовать их для дальнейших испытаний в качестве экологически безопасных модификаторов указанных поверхностей.
Работа выполнена при финансовой поддержке грантов Президента РФ (НШ-4761.2012.3 и МК-4763.2012.3), программы академического обмена Германии - России (ДААД, код 331 4 60 047) и гранта Министерства образования и науки Российской Федерации (соглашение 14.В37.21.0798).
Апробация работы: материалы работы докладывались на XVIII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2011» (г. Москва, 2011 г.); на I Всероссийском симпозиуме по поверхностно-активным веществам «От коллоидных систем к нанохимии» (г. Казань, 2011 г.); на XIV Международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии-2012» (г. Тула, 2012 г.); на Международной молодежной научной школе «Кирпичниковские чтения» (г. Казань, 2012 г.), на IV Международной конференции по коллоидной химии и физико-химической механике (г. Москва, 2013 г.) и на научно-технических конференциях Волгоградского государственного технического университета (2010-2013 гг.).
Публикация результатов: результаты проведенных исследований опубликованы в 3 статьях в научном журнале, включенном в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций и 6 тезисах докладов научных конференций.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 135 страницах печатного текста, включает 22 таблицы, 36 рисунков и состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы из 130 наименований.
