Введение к работе
Актуальность темы. Хитозан является перспективным видом полимерного сырья для использования в различных областях: в медицине в виде плёночных раневых покрытий, хирургических нитей, искусственной кожи, носителей лекарственных препаратов т.д; в косметике в качестве увлажнителя, эммульгатора, антистатика и смягчающего средства в шампунях, гелях, увлажняющих кремах, зубных пастах, и т.д; в мембранных технологиях в виде разделительных мембран; в текстильной промышленности для производства волокон и пленок и др.
Расширению областей и эффективности применения изделий из хитозана способствует возможность их модификации, в том числе путём создания композиций с другими полимерами. При этом обоснованный выбор второго полимера и состава композиции, а также эффективного с точки зрения экологии и экономики способа получения и переработки композиции в изделия могут привести к существенному улучшению комплекса свойств, например, снижению жесткости пленок, повышению прочности или стабильности в кислых средах, снижению стоимости и др. Одним из наиболее перспективных полимеров для создания композиций с хитозаном является ПВС, который растворяется в водной среде, как и хитозан, имеет близкие области применения и, что важно - термодинамически с ним совместим по крайней мере в некоторой области составов.
Проведение модификации полимеров в твердом состоянии при одновременном воздействии на них давления и сдвиговых напряжений - перспективный экологически чистый метод активации и получения различных производных полимеров и их смесей, так как для реакции не требует использования жидких сред, часто токсичных или горючих. Кроме того, максимально возможная концентрация реагирующих молекул и интенсивное перемешивание, снимающее диффузионные затруднения, обеспечивает протекание реакций с высокими скоростями в течение нескольких минут. Большой вклад в развитие теории и практика твердотельного синтеза внесен отечественными учеными (акад. Н.С. Ениколопов, В. А. Жорин, А. Н. Зеленецкий, С.З.Роговина, Т.А. Акопова). Вместе с тем модифицирование каждого конкретного полимера требует проведения детальных научных исследований.
Учитывая, что ПВС и хитозан получают по реакциям полимераналогичных превращений – щелочным дезацетилированием ПВА и хитина, соответственно, и показанную ранее возможность существенного усовершенствования дезацетилирования хитина проведением его твердотельным способом, с научной и практической точек зрения большой интерес представляло, во-первых, исследовать возможность твердотельного дезацетилирования ПВА и получения ПВС, а, во-вторых, использовать твердотельную технологию для получения композиций ПВС с хитозаном.
Цель работы. Исследование реакций щелочного дезацетилирования ПВА и хитина, протекающих в условиях пластического деформирования твёрдых полимеров, получение ПВС и его композиций с хитозаном и переработка их в пленки и нановолокнистый материал.
Научная новизна.
- Впервые показана возможность осуществления щелочного дезацетилирования ПВА и получения ПВС в условиях экструзионной обработки смеси твёрдых ПВА и NaOH. Установлено, что меньшая интенсивность межмолекулярных взаимодействий в ПВА и образование при дезацетилировании гидроксильных групп, имеющих сродство к щелочному катализатору, обусловливают возможность проведения твердотельного дезацетилирования этого полимера в менее жестких условиях, чем дезацетилирование хитина, в ходе которого образуются основные аминогруппы.
- Установлена связь растворимости в водных средах и фракционного состава продуктов совместно-последовательного твёрдофазного дезацетилирования хитина и ПВА, являющихся композицией гомополимеров ПВС, хитозана и их привитых сополимеров. Показано, что увеличение молекулярной массы ПВА приводит к повышению эффективности прививки и выхода водорастворимой фракции.
- Впервые показана возможность переработки водных растворов полученных полимерных композиций методом электроформования в нановолокнистый материал.
Практическая значимость.
- Предложены условия твёрдофазного получения и модифицирования ПВС, исключающие гелеобразование в реакционной системе и использование токсичных растворителей.
- Разработаны условия совместно-последовательного твёрдофазного дезацетилирования хитина и ПВА, обеспечивающие получение водорастворимых продуктов с выходом 45%, содержащих сополимеры ПВС и хитозана, перспективные для использования в биотехнологии.
- Разработаны условия, обеспечивающие стабильный режим электроформования и получение бездефектных хитозансодержащих нановолокон с диаметром ~ 80 - 500 нм, представляющий интерес для медицины и биотехнологии.
Личный вклад автора заключается в сборе и анализа литературных источников, планировании и проведении экспериментов по синтезу, исследованию и переработке в изделия полученных продуктов, обобщении результатов в виде статей, тезисов и диссертации.
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 12 печатных работах, в том числе в 3 статьях в журналах, включенных в перечень ВАК, 3 статьях в сборниках и материалах конференций и 6 тезисах докладов.
Апробация работы. Результаты работы были доложены на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности «Текстиль-2011» (Москва), Межвузовской научно-технической конференции «ПОИСК-2011» (Иваново), Десятой и Одиннадцатой Международных конференциях «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана» (Нижний Новгород-2010 г. и Санкт-Петербург-2011 г.), 2-ой международной школе «Наноматериалы и нанотехнологии в живых системах. Безопасность и наномедицина» (Москва, 2011 г.), II-ой научно-практической конференции «Нанотехнологии в текстильной и легкой промышленности» (Москва, 2011 г.), Международной научно-практической конференции «Наука о полимерах: вклад в инновационное развитие экономики» (Ташкент, 2011 г.), 3-й научно-практической конференции Нанотехнологического общества России (Санкт-Петербург, 2011 г.).
Структура диссертации. Диссертация изложена на 112 страницах, состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части с обсуждением результатов, методического раздела, выводов и списка литературы, включающего 130 наименований. Работа содержит 19 таблиц и 35 рисунков.
