Введение к работе
Актуальность темы. Разработка полимерных систем с заданными свойствами имеет большое значение для создания новых материалов, предназначенных для применения в медицине, биотехнологии, экологии и других областях. Перспективными полимерами для получения материалов медицинского назначения являются нетоксичные аминосодержащие сополимеры на основе производных эфиров метакриловой и акриловой кислот, известные под торговой маркой Eudragit. Сополиметактилаты семейства Eudragit широко используются в качестве компонентов лекарственных форм и систем доставки биологически активных соединений. Динамика опубликования работ, посвященных поиску новых областей применения сополимеров Eudragit и получению новых лекарственных форм на их основе, свидетельствует, что за последние десятилетие интерес к представителям данного семейства неуклонно растет. Существующие способы переработки этих сополимеров не позволяют реализовать все возможности, заложенные в их структуре.
Аминосодержащие сополимеры Eudragit способны растворяться в целом ряде органических растворителей, таких как метиленхлорид, хлороформ, ацетон, этанол, или обладать рН-зависимой растворимостью в воде, что открывает возможность получения на их основе новых волокнистых материалов методом электроформования. Разработка волокнистых материалов на основе разрешенных для медицинского использования аминосодержащих сополиметакрилатов является актуальным исследованием, так как позволит создавать на их основе новые материалы для медицины (раневые покрытия, системы с контролируемым выделением лекарственных соединений) и защиты окружающей среды (сорбенты и биосорбенты).
Работа выполнена в соответствии с основными направлениями исследований кафедры аналитической, физической и коллоидной химии МГУДТ в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» (Госконтракт № 16.740.11.0059).
Цель и задачи исследования. Целью работы является установление закономерностей получения волокнистых материалов различного функционального назначения на основе аминосодержащих сополиметакрилатов методом электроформования.
Для достижения поставленной необходимо решить следующие задачи:
изучить комплекс физико-химических свойств растворов аминосодержащих сополиметакрилатов, используемых для электроформования ультратонких волокон;
установить закономерности электроформования волокон из растворов сополиметакрилатов, содержащих разные типы аминогрупп;
определить закономерности фазового разделения в смешанных растворах аминосодержащих сополиметакрилатов различного строения и получения на их основе бикомпонентных волокон;
изучить закономерности процессов сорбции ионов меди и извлечения радионуклидов из водных растворов с использованием разработанных волокнистых материалов;
установить закономерности получения волокнистого материала на основе аминосодержащего сополиметакрилата, содержащего анестезирующее вещество (лидокаин);
изучить влияние параметров формовочного раствора, определяющих диаметр волокон, на кинетические закономерности выделения лидокаина из нетканых материалов, полученных методом электроформования.
Научная новизна. В работе впервые:
методом электроформования получены волокна из растворов сополимера метил(бутил)метакрилата и диметиламиноэтилметакрилата (Eudragit Е), а также сополимера метилметакрилата, этилакрилата и четвертичной соли диметиламиноэтилметакрилата (Eudragit RS);
установлено влияние типа аминогрупп сополиметакрилатов на свойства формовочных растворов, условия получения и морфологию волокнистых материалов: показано, что более высокая электропроводность растворов Eudragit RS, вызванная присутствием кватернизованных аминогрупп в структуре сополимера, позволяет получать волокна, характеризующиеся меньшим диаметром по сравнению с волокнами Eudragit Е, содержащего третичные аминогруппы;
показано, что морфология волокнистого материала, полученного методом электроформования, определяется плотностью электрических зарядов в объеме струи формовочного раствора, и не зависит от источника заряда (наличия
заряженных групп в составе макромолекулы полимера или низкомолекулярного соединения).
обнаружено, что фазовое разделение в бинарных растворах Eudragit Е и Eudragit RS, различающихся строением функциональных групп, в процессе электроформования приводит к получению волокнистого материала с бимодальным распределением волокон по размерам;
исследована сорбционная способность ультратонких волокон аминосодержащих сополиметакрилатов по отношению к ионам меди и радионуклидам; показано, что кинетика сорбции определяется доступностью функциональных групп в ультратонком волокне;
показан способ регулирования кинетических характеристик процесса выделения лидокаина из волокнистого материала на основе сополиметакрилата Eudragit RS путем изменения параметров формовочного раствора, определяющих диаметр волокна, и содержания в нем анестезирующего препарата.
Практическая значимость. Разработаны и оптимизированы составы формовочных растворов на основе сополимеров Eudragit Е и Eudragit RS для получения волокон методом электроформования. Установлены технологические параметры, обеспечивающие стабильный процесс электроформования волокон и нетканых материалов заданной структуры из растворов сополиметакрилатов. Созданы новые волокнистые материалы для медицины (раневые покрытия, системы с контролируемым выделением лекарственных соединений) и защиты окружающей среды (сорбенты и биосорбенты). Методом электроформования из раствора получен лекарственно-наполненный волокнистый материал с программируемым выделением анестезирующего вещества. Показана эффективность применения ультратонких волокон Eudragit Е и Eudragit RS для удаления ионов металлов и дезактивации растворов с низким уровнем радиоактивности.
Материалы диссертации используются в учебном процессе в лекционном курсе дисциплины «Методы получения полимерных материалов с контролируемым выделением биологически активных соединений» программы послевузовского профессионального образования 05.17.06 Технология и переработка полимеров и композитов.
Личный вклад автора. Представленные в диссертации результаты получены лично автором в процессе проведения анализа литературных источников по теме диссертации, экспериментов по получению волокнистых материалов из аминосодержащих сополиметакрилатов, изучения их морфологии, сорбционных свойств и кинетики выделения анестезирующего вещества, а также формулирования выводов и рекомендаций.
Апробация работы. Материалы диссертации обсуждались и докладывались на: III Международной научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, 2011), Всероссийской научной конференции молодых ученых «Инновации молодежной науки» ( Санкт-Петербург, 2011), II Научно-практической конференции «Нанотехнологии в текстильной и легкой промышленности» (Москва, 2011), Десятой Всероссийской научной студенческой конференции «Текстиль XXI века» (Москва, 2011), Третьей Всероссийской молодежной конференции с элементами научной школы «Функциональные материалы и высокочистые вещества» (Москва, 2012), XIX Молодежной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2012), Всероссийской научной конференции молодых ученых «Инновации молодежной науки» (Санкт-Петербург, 2012), Международной конференции по химической технологии XT'12 (Москва, 2012), Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (ПРОГРЕСС - 2012)» (Иваново, 2012).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 4 в научных журналах из перечня ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 141 странице машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, обсуждения результатов, методической части, выводов, списка цитируемой литературы из 144 ссылок. Работа содержит 13 таблиц и 67 рисунков.
Содержание работы. Во введении дано обоснование актуальности диссертационной работы и указаны ее цели и задачи. В литературном обзоре проанализированы возможности метода электроформования для получения материалов медицинского назначения, способы переработки и перспективы использования сополиметакрилатов Eudragit. В методическом разделе дана
характеристика используемых реагентов, описаны методы исследования,
включая УФ-спектроскопию, потенциометрию, кондуктометрию, электронную микроскопию, титриметрический и реологический методы и методы математической обработки результатов. Экспериментальные исследования, которые описаны в разделе "Основные результаты и их обсуждение", посвящены изучению возможности и закономерностей электроформования ультратонких волокон из растворов аминосодержащих сополиметакрилатов Eudragit, разработке способа получения лекарственно-наполненного волокнистого материала, а также исследованию ряда свойств полученных волокнистых материалов, определяющих возможные области их применения.
Похожие диссертации на Волокнистые материалы на основе аминосодержащих сополиметакрилатов, полученные методом электроформования
