Введение к работе
Актуальность проблемы. Полиэлектролиты- полимеры, содержащие в боковых ответвлениях ионогенные группы, представляют теоретический интерес для координационной химии как лиганды, способные координироваться с ионами металлов с образованием макромолекулярных комплексов, приводящих к изменениям реологических, оптических, электрических и других свойств растворов. На основе таких макрокомплёксов могут быть реализованы различные фазовые состояния системы, из которых фаза геля представляет наибольший интерес с практической тачки зрения. Хотя и в отсутствие ионов металлов в растворах полиэлектролитов возможна реализация фазы геля, комплексообразование приводит к гелеобразованию при меньших концентрациях полимера, что может оказаться очень важным при получении гелей в промышленных масштабах. Поэтому изучение кислотно-основных равновесий в водных растворах лигандов, равновесий комплексообразования, описание возможности реализации той или иной комплексной формы в равновесных условиях, количественное описание имеющих место в многокомпонентных растворах равновесий является весьма актуальной задачей для предсказания химических и физических свойств металло-полимерных систем.
Цель работы заключалась в исследовании кислотно-основных равновесий в водных растворах полиакриламида (ПАА) и его производных щелочного гидролиза (ГПАА), процессов образования гомо- и гетероядерных комплексов ионов Cr(III), Al(III), Cu(II) с ПАА и ГПАА в водных растворах и использовании результатов исследования в разработке технологических процессов и растворов с заданными физическими и химическими свойствами.
Научная новизна. На основании комплексного исследования модельных растворов изучены и определены константы кислотно-основных равновесий в водных растворах ПАА и ГПАА разной степени щелочного гидролиза. Показано, что для их описания требуются, как минимум, две константы равновесия, характеризующие два типа диссоциирующих функциональных групп и коррелирующие со степенями гидролиза полимера. Предложен способ описания кислотно-основных свойств макромолекул, содержащих два или более типа функциональных групп в зависимости от относительного содержания последних. Оценена корреляция изменений кислотно-основных и реологических свойств во времени. Изучен ряд комплексов ПАА и ГПАА с ионами Сг(Ш), А1(Ш),
Cu(II), определены параметры комплексообразования в этих системах. Обнаружено влияние процессов комплексообразования на реологические свойства растворов. На основании изученных диаграмм фазовых состояний системы сделаны некоторые обобщения о закономерностях протекания процессов гелеобразования.
Практическая значимость работы определяется тем, что полученные данные о состоянии, устойчивости, концентрационных областях существования макромолекулярных комплексов могут служить основой для предсказания реологических, 11 оптических, электрических и других свойств растворов и гелей полиэлектролитов в присутствии ионов металлов. Выводы о закономерностях протекания процессов гелеобразования могут быть использованы для целенаправленного получения высококачественных гелей с заранее заданными свойствами, применяемых, например, для повышения нефтеотдачи природных пластов.
На защиту выносятся следующие положения: ,
-
Экспериментальные данные о кислотно-основных, реологических, спектральных свойствах водных растворов ПАА и ГПАА, закономерностях в изменении состава полимера и его влиянии на кислотно-основные свойства последнего во времени;
-
Результаты по исследованию комплексообразования в системах Сг(Ш)- ПАА (ГПАА), А1(Ш)- ПАА (ГПАА), Qu(II)- ПАА (ГПАА) (состав, устойчивость, свойства, концентрационные условия образования комплексов, влияние степени гидролиза ГПАА на возможность реализации тех или иных комплексных форм);
-
Результаты по исследованию комплексообразования в системе Сг(Ш)- А1(Ш)- ПАА (ГПАА), закономерностей в изменении составов и устойчивости комплексов в зависимости от степени гидролиза лиганда. >
' 4. Результаты работы і по определению влияния образования макромолекулярных комплексов в системах Сг(Ш), А1(Ш)-ПАА(ГПАА) на фазовое состояние системы, концентрационных условий реализации гомогенных и гетерогенных растворов и гелей, некоторые рекомендации по использованию полученной информации . для предсказания условий реализации и целенаправленного получения гелей в растворах полимеров ПАА(ГПАА), содержащих ионы металлов (Сг(Ш), АЦІІІ)).
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на итоговых научных конференциях Казанского госу-
дарственного университета (г. Казань, 1992, 1994 г.г.)> на научном семинаре в институте Ш.Садрона (г. Страсбург, Франция, 1993 г.).
Публикации. Материалы диссертационной работы изложены в четырех публикациях.
Работа выполнена на кафедре неорганической химии
Казанского государственного университета и является частью
исследований по основному направлению химического факультета
"Строение и реакционная способность' органических, элементорга-
нических и координационных соединений" в рамках темы
"Исследование термодинамики и кинетики реакций
комплексообразования ионов переходных металлов в водных и водно-органических средах" (номер государственной регистрации 01.91.005024), а также является частью НИР лаборатории физико-химии полимеров Института Элементоорганического Синтеза им. В.АНесмеянова.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на US'страницах машинописного текста, содержит 5 таблиц, иллюстрирована 36 рисунками, список литературы насчитывает 101 наименование.