Введение к работе
Актуальность темы. Одной из важных йроблем химии высокомолекулярных соединений, наряду с синтезом новых типов полимеров, является химическое модифицирование традиционных полимерных материалов, в частности за счет введения функционально-активных групп. Последнее обусловлено более простой технологией процесса и возможностью направленного изменения состава и содержания функциональных групп в поверхностных слоях полимеров, наиболее доступных в условиях эксплуатации, в то время как их внутренние слои обеспечивают получаемым материалам комплекс физико-механических свойств. Актуальность исследований в этом направлении и совершенствование методов модифицирования диктуется задачами промышленной экологии и относительно низкой скоростью массообменных процессов существующих полимерных сорбентов. Особый интерес заслуживает способ, совмещающий прививочную полимеризацию неионогенных мономеров, содержащих реакционно-способные группы с последующим полимераналогичным превращением привитых цепей. Этот метод, наряду с преимуществами, указанными ранее, обеспечивает сохранение свойств полимерной матрицы в условиях воздействия агрессивных сорбционных сред за счет распределения гидрофобного привитого полимера в поверхностных слоях волокна. Волокнистые хемо-сорбенты, содержащие в привитых цепях сорбционно-активные группы, показали высокую эффективность при создании целого ряда природоохранных систем.
Расширение областей применения таких материалов и их небольшой ассортимент диктует необходимость проведения исследований в области разработки новых типов волокнистых сорбентов. Так, существенный интерес для их/ получения представляют модифицированные химические волокна с привитыми цепями полиглицидилметакрилата (ПГМА), а в качестве нуклеофильного реагента - гидразин, способный к донорно-акцепторному взаимодействию с ионами тяжелых металлов.
Данная диссертационная работа выполнялась в соответствии с проектом МНТПП № 203 «Химические технологии» (раздел 2 «Общая химическая технология») научно-технической программы «Научные исследования высшей школы по приорите гным направлениям науки и техники».
Целью работы являлось выявление закономерностей макромолекуляр-ной гетерофазной реакции гидразидировзния привитого сополимера полика-проамида (ПКА) и полиглицидилметакрилата и разработка способа получения комплексообраз>ющих полиоснований заданного состава на основе этих полимерных систем. В связи с этим были поставлены задачи:
-изучить основные закономерности полимераналогичных превращений привитого ПГМА при действии гидразина и влияние условий реакции на строение гидразинсодержащих производных привитого сополимера;
- создать математическую модель регулирования процесса гидразиди-рования полимера с оксирановыми группами;
-установить условия получения сорбционно-активногочголимера и оце
нить его свойства. і
УЗДш
Методы исследования. При выполнении экспериментальной части диссертационной работы были использованы химические и физические методы исследования (химико-аналитический, рентгеновский микроанализ, ИК-спектроскопия, электронная сканирующая микроскопия) и метод математического моделирования на основе решения уравнения диффузии с граничным условием в форме потока.
Научная новизна работы,
Впервые с использованием реакции гидразидирования привитого сополимера ПКА-ПГМА получены новые гидразинсодержащие производные полимерных оксиранов с высоким содержанием функционально-активных групп. На основании данных химического анализа, релаксационных свойств, ИК- и электронной спектроскопии установлено их строение и макроструктура.
При проведении реакции в различных растворителях выявлен эффект снижения кинетических параметров реакции в водной среде в области высоких концентраций гидразина вследствие уменьшения степени диссоциации гидразина при переходе от водных растворов гидразина к чистому реагенту, возможной ассоциации его молекул и снижения а - эффекта, связанного с изменением нуклеофильности.
Предложен метод расчета макрокинетики химической реакции полимераналогичных превращений, основанный на решении уравнения диффузии с граничным условием в форме потока. Получены математические модели кинетики гетерофазной реакции гидразидирования привитых сополимеров ПКА-ПГМА в различных средах, позволяющие оптимизировать параметры процесса получения сорбционно-активных полимеров в этих системах.
Разработаны принципы процесса гидразлдирования особого класса
разветвленных полимеров - привитых сополимеров поликапроамида и
полиглицидилметакрилата, использование которых позволяет обеспечить
синтез на их основе функционально-активных производных с
прогнозируемым уровнем сорбционных свойств.
Практическая значимость результатов.
Выведенные математические выражения могут быть использованы при разработке технологических основ получения новых высокоэффективных волокнистых хемосорбентов.
Определены условия получения комплексообразующего сорбционно-активного волокнистого полимерного материала, содержащего звенья гидразина, со статической обменной емкостью по НС11.7-2.2 ммоль/г.
Установлено, что полученный волокнистый комплексит обладает сорб-
' ционной емкостью по ионам меди, никеля, цинка и хрома на уровне 98-
100 мг/г и практически количественно (на 97-100%) извлекает их из водных растворов с концентрацией 0.5-1 г/л, что позволяет рекомендовать его для очистки сточных вод гальванопроизводств. Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на Междунарвдиойэдаучло-технической конференции «Достижения тек-
текстильной химии - в производство» («Текстильная химия - 2000»), Иваново, 2000, Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности», («Текстиль-2001»), Москва, 2001, Всероссийской научной конференции «Информационные технологии в образовательной, научной и управленческой деятельности» («Инфотек-стиль-2004»), Москва, 2004, Третьей Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры - 2004», Москва, 2004 и XVII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях», Кострома, 2004.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 статей и тезисы докладов на 5-ти научных конференциях.
Структура и объем работы. Работа содержит введение, литературный обзор, посвященный свойствам гидразина и получению функционально-активных низко- и высокомолекулярных соединений, на его основе, методическую часть, экспериментальный раздел, включающий три подраздела, выводы, список литературы (136 наименований). Диссертация изложена на 162 страницах машинописного текста, содержит 19 таблиц, 44 рисунка и приложения на 5-ти страницах.
