Введение к работе
Актуальность работы. В последнее время бурно развивается раздел физики полимеров, связанный с изучением поведения заряжен-лк макромолекул. При этом внимание исследователей привлекают не голько линейниа полиэлектролиты, но и более сложные объекты на их зснове: интерполимерные комплексы, гидрогели, а также продукты взаимодействия последних с растворами линейных полимеров.
Изучение упомянутых объектов позволяет глубже понять природу взаимодействий на надмолекулярном уровне, еыявлпя в них- роль ноли-?лектролитного эффекта. Подученные закономерности могут также быть «пользованы для моделирования более сложных биологических систем.
Перечисленные объекты обладают целым рядом ценных свойств, інтерполимерше комплексы (ИПК) традиционно применяются, например, з качестве структурообраэователей и стабилизаторов коллоидных шспррсий, ионообменных материалов и специфических сорбентов. Широки круг применений находят полиолектролитные гидрогели: в сельском созяйстве, мелиорации, в качестве загустителей и т.п. Однако спо-:обность гидрогелей аккумулировать значительное количество влаги іе исчерпывает все возможности их применения. Полиолектролитные чідрогели обладают способностью перераспределять концентрации раст-зоров самых различных веществ, могут служить ионообменниками и т.д. 5олее того, гидрогели обладают высокой чувствительностью к различного рода внешним воздействиям: они способны обратимо сжиматься в ілектрическом поле, способны быстро реагировать на изменение состя-sa и качества растворителя. Упомянутые свойства гидрогелей являют-:я предпосылкой для целого ряда новых технических решений, среди юторых особое место занимают очистные технологии.
Таким образом, широкий круг практически значимых вопросов (ожет быть связан с фундаментальными физико-химическими исследр-тниями поведения образуемых полиэлекгролигами веществ или систем.
Работа является частью плановых исследований по теме "Изу-іение морфологии, надмолекулярной структуры, поиимеракалогкчных превращений в цепях и синтеза новых производных целлюлозы" Гос. югистрационный ДО 0186,0050344, согласно программе ООТХ "Фуида-гантальные аспекты ВМС" - "Феникс".
Цель работы состоит в изучении явлений, связанных с заряжен-ностью цепи иолиэлектролитной молекулы (на примере, полиакриловой кислоты (ПАК)), причем исходное состояние полнэлектролита может быть как в вире раствора линейных макромолекул, так и химически сшитой сеткой - писльионабухающим гидрогелем. Влібор ПАК как основного составляющего обусловлен тем, что она яеллєтся простым и очень типичным примером линейной полиэлектролитной макромолекулы и широко применяется на практике с одной стороны, а с другой -настолько хорошо изучена, что не требуется многих дополнительных измерений при ее использовании. Конкретизируя, можно выделить слвдуйдую совокупность исследуемых проблем:
-
Уточнение и развитие вискоэиметрического метода для исследования иомплеисообразования на примере системы ПАК-поливиниловый спирт(ПВО)-вода. Оценка влияния на комплексообразование жесткости цепи негюлиэлектролитного компонента на примере системы ИАК-окси-этилцеллюлоэа(ОЭЦ)-вода.
-
Развитие полуэмпирической модели строения lii'JK в системе ПАК-ПВС-вода и ИАК-ОЭЦ-вода.
-
Изучение свойств сильнонабухающих гидрогелей (на основе сополимера поли(акриламида-акриловой кислоты), сшитого аллилкарбок-симетилцеллшоаой) в растворах низкоыолекулярных солей и исследование влияния внешних электрических полей на систему гидрогель-раствор.
-
Выявление роли кинетических факторов в процессах, протекающих при взаимодействии полиэлектролитных гидрогелей с растворами поливалентных металлов.
-
Развитие модели, позволяющей описывать процессы, протекающие в системе гидрогель-раствор на микроскопическом уровне как при стационарной, так и нестационарной постановке задачи.
Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые: - предложена модификация вискоэиметрического метода для изучения комплексообразования в смесях водных растворов ПАК с растворами неионогенных полимеров. Экспериментально установлено, что на образование л структуру ИПК сильно влияет жесткость цепи неполиэлектролитного компонента (на примере системы ПАК-ОЭЦ-вода), причем структура такого комплекса определяется конформацией жестко-цепного компонента.
построена полуэмпиряческая модель, позволяющая установить структуру ИПК в системе ЇІАК-ПВС-вода и ПАК-ОЭЦ-вода.
проведено комплексное исследование поведения полиолектролитннх гидрогелей на основе сополимера поли(акриламида-акриловой кислоты), сшитого аллилкарбокснметилцеллюлозой, в водно-солевых растворах
с учетом валентности метялла, концентрации низкомолекулярной соли, а также при наличии приложенного к гидрогелю электрического поля.
экспериментально показано, что на кинетику сжатия гидрогеля в солевых растворах, а также на его сорбционнуга способность существенное влияние оказывают диффузионные процессы.
предложена модель, позволяющая описывать явления в системе гидрогель-раствор на микроскопическом уровне, в частности, перераспределение концентрации низкомолокулярией соли в системе гидрогель-раствор. Показано, что предложенный подход позволяет проанализировать случая неоднородного распределения ионогенных групп в гидро -геле, а также послужить основой для описания поведения (в том числе кинетики) гидрогеля в солевых растворах и з электрических, полях.
Практическая значимость работы.
Рассмотренная в работе комплексообраэующая система ПАК-ПВС-веда имеет практическое применение в качестве специфических покрытий, в частности, препятствуюших запотеванию. ИПК в смеси ОЭЦ-ПАК-вода является устойчивым и удобным материалом для пленочных мембран с широким спектром и разными механизмами действия.
Такие уникальные свойства гидрогеля, как его высокая степень набухания, высокая чувствительность к внешним воздействиям в виде внешних электричзских полей, примесей в растворе низкомолекулярных солей и т.п. позволили положить исследуемый гидрогель в основу принципиально новых технических решений. А именно, в ходо выполнения исследований по темо данной работы были предложены изобретения по скоростной фильтрации и обессоливаншо жидкостей, а также но энергосберегающей перекачке воды и водных растворов (на обе заявки получены положительные решения ВНИИГШ). '
Апробация работы.
Результаты работы докладывались на: Всесоюзной научно-технической конференция "Состояние исследований и перспективы раз-
вития технологии получения и переработки метакрилатов" (Дзержинск, 1987г.), Всесоюзном научно-техническом семинаре "Синтез, свойства и применение водорастворимых полимеров" (Ярославль, 1939г.), Всесоюзной конференции "Азотсодержащие полиэлектролиты" (Свердловск, 1989г.), Всесоюзной конференции "Фундаментальные проблемы современной наука о полимерах" (Ленинград, 19ЭСг.), Международной конференции "Согки-91 (полимерные сетки: синтез, структура и свойства)" (Москва, 1991г.), Международной школе-семинаре "Современные проблемы физической химии макромолекул" (Пушино, І99ЇГ.).
Публикации.
По материала!/ диссертации опубликовано 15 работ в виде статей, тезисов докладов и двух описаний к авторским свидетельствам.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из пяти разделов, списка литературы (126 наименований) и приложения. Содержание работы изложено на 105 страницах, включая 42 рисунка и 4 таблицы.
