Сравнительное изучение вязкости и структуры желатина в водных и мицеллярных растворах в системе изооктан-вода-(бис-2-этилгексил) сульфосукцинат натрия Андреева, Анастасья Ивановна

Введение к работе

1.1. Актуальность работы.

Линейные макромолекулы в зависимости от числа и размеров мономер-х звеньев (молекулярной массы, ММ), качества растворителя, температуры, идентрации, а также вида и степени воздействия внешнего силового поля мо-' находится в различных конформационных и фазовых состояниях [1]. В вод-х растворах желатина предпочтительны состояния протекаемого клубка и шостью развернутой палочкообразной макромолекулы - конформации, харак-іной для белков и линейных цепей при определенных внешних воздействиях 3]. Глобулярное (1) состояние реализуется в белках и при осаждении линей-х макромолекул из разбавленных растворов, а конформация статистического рнутого клубка (2) - в идеальном растворителе [2].

Теория предсказывает, что линейные полигетеропептиды, в том числе гатин, также могут находиться в состояниях 1 и 2 в зависимости от свойств |ды [I]. Как следует из теории переходов клубок-глсбула [1], это превращение зано с ухудшением качества растворителя и существенным уменьшением >емг макромолекулы [2], что должно приводить к резкому падению вязкости творов желатина.

Можно ожидать, что переход клубок-глобула реализуется в растворах татила в микроэмульсиях типа "вода в масле" [4], например, в системе изоок-;-вода-(бис-2-этилгексил) сульфосукцинат натрия (ЛОТ), нашедшей широкое шенение в нанотехнологии получения коллоидных частий, металлического ота, серебра, их солей и полупроводниковых мнкрокристаллов (CdS, ZnSe) , Мицеллярные растворы желатина также являются перспективной средой для ітеза монодисперсных частиц солей серебра нанометрового размера. Свойст-мицеллярных растворов желатина должны зависить от ММ, концентрации шмера и радиуса водной капли [1-4]. Однако состояние макромолекул и рео-ические характеристики таких растворов желатина не изучены, также как уктура полимерных покрытий на их основе.

Диссертация посвящена сравнительному изучению реологического поения фотожелатина в водных и мицеллярных растворах в системе изооктан-[Л-АОТ. Цель работы - установление корреляций между ММ желатина и кри-есккми параметрами гелеобразования в водной и микроэмульсионной средах, ^определяющими концентрационные режимы формирования и структуру гатиновых слоев. Технологический аспект работы заключается в разработке ременного способа синтеза нанокластеров солей серебра in situ в микро-шьсиях, а также в получении на их основе светочувствительных желатиновых ев.

1.2. Основные направления работы:

исследование влияния основных стадий получения промышленных ма-: фотографического желатина на его ММ и полидисперсность;

сравнительное изучение реологических и прочностных характеристик [ных и мицеллярных гелей желатина;

выявление корреляций между гидродинамическими параметрами агре-ов макромолекул, ММ желатина и значением ~рН водной среды;

определение закономерностей гидродинамического поведения мице лярных растворов желатина в системе изооктан-вода-ЛОГ при вариации Ml концентрации желатина и радиуса водной капли;

изучение агрегации карбоцианинового красителя в микроэмульсиях зависимости от радиуса водной капли и концентрации желатина;

исследование концентрационных режимов формирования и структур желатиновых покрытий, а также разработка лабораторных регламентов сшгге нанокластеров солей серебра в микоэмульсионнои среде и получение светоч) ствительных желатиновых слоев на их основе.

1.3. Научная новизна:

В результате сравнительного изучения гидродинамического поведем структуры водных гелей и мицеллярных растворов желатина в системе изос тан-вода-ЛОГ установлено, что реологические, а также структурные парамет этих растворов желатина существенно различаются и обусловлены глобулярн структурой макромолекул в микроэмульсионной среде и состоянием макрод лекулярного клубка в водных растворах.

Гидродинамический радиус агрегатов макромолекул в водных лях зависит от фрактальной размерности агрегатов и рН водной среды, опре ляется ММ и концентрацией желатина. Значения вблизи порога гелеобра вания в водной и микроэмульсионной средах совпадают с периодом физичесі сетки в желатиновых пленках.

Превращение клубок-глобула зависит от ММ, концентрации желати радиуса водной капли и предопределяет характер концентрационных зависи стей вязкости, а также динамическую устойчивость мицеллярных гелей. Расе тайные концентрационные режимы растворов и параметры физической се геля предопределяют условия получения светочувствительных желатиної слоев на основе нанокластеров солей серебра, синтезированных in situ в мик эмульсионной среде.

1.4. Научная и практическая значимость.

Впервые определены реологические и структурные параметры желат в мицеллярных растворах, включающие концентрационные и температурі режимы. Выявлены оптимальные значения ММ, концентрации полимера и диуса водных капель для получения желатиновых слоев.

Разработан способ синтеза нанокластеров солей серебра in situ в миі эмульсионной среде, реализован лабораторный регламент получения на их о< ве светочувствительных желатиновых слоев. Показана перспективность гпм нения микроэмульсионной среды для разработки нанотехнологии фотограф) ских серебрянных материалов.

1.5. Достоверность полученных экспериментальных данных.
Базируется на изучении охарактеризованных образцов желатина с

вестными молекулярно-массовыми параметрами и назначением. Эксперт тальные данные получены с помощью классических физико-химических м дов - капиллярной и ротационной вискозиметрии, электронной спектроскоп микроскопии. Количественная обработка спектрофотометрических и элект но-микроскопических данных проведена на ЭВМ с помощью современного грамного обеспечения.

Трактовка полученных результатов проведена на основе фундаментальне положений физики и физической химии полимеров. Основные закономер-;ти, установленные в диссертации, полностью согласуются с данными незави-шх методов.

1.6. Положения, выносимые на защиту:

1. Корреляции между молекулярно-массовыми параметрами промыш-иых марок фотожелатина и временем золки, мацерации, а также температу-і экстракции при получении желатина из коллагена.

2. Степенная зависимость приведенного сдвига т_пр(с=10 г/дл), отвечаю-"о разрушению непрерывной сетки водного геля до изолированных макромо-ул, от гидродинамического объема V₀ макромолекул п области ММ (5-5)хЮ⁴: т_пр~ Р.¹-⁷.

3. Степенной закон изменения радиуса агрегатов макромолекул в ных гелях желатина - ~ (Ms)^VD, где М - ММ, ; . D - фрактальная мерность, 5 - степень агрегации кластера.

4. Закономерности превращения клубок-глобула, изменения вязкости и уктуры мицеллярных растворов желатина в системе изооктан-вода-/Ю7" при нации ММ, концентрации полимера и радиуса водной капли.

5. Концентрационные режимы формирования полимерных покрытий из іеллярньїх растворов желатина. '^;

6. Способ синтеза монодисперсных частиц солей серебра нанометрового «ера в мицеллярных растворах желатина и лабораторный регламент'получе-

светочувствительных слоев на их основе.

7. Личный вклад автора заключался в получении всей совокупности периментальных и значительной части расчетных данных, а также в трактов-юлученных результатов.

8. Публикации и апробация работы.

По материалам диссертации опубликовано семь статей и два тезиса док-эв. Результаты, полученные в диссертации, были представлены в докладах на л Международном Симпозиуме "Molecular Order and Mobility in Polymer ems" {St. Petersburg^ 1996) и 6-ом Симпозиуме "Физика и химия полиметино-красителей" (Москва, 1996), а также обсуждались на научных семинарах едры технологии кинофотоматериалов и магнитных носителей Института о и телевидения.

Разделы диссертации, посвященные изучению реологического поведе-и прочности водных студней фотожелатина (главы 3 и 4), выполнены в рам-хоздоговорных работ "Конструирование партий желатина по вязкостным чьим и прочностным показателям" и "Оптимизация молекулярно-массового пава желатина" с ГАП "Полимерфото" (г. Казань, Россия).

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, литературного обзора, содержит экс-таеятальную часть и пять глав, посвященных полученным результатам и их /ждению, а также общее, заключение и выводы. Диссертация изложена на страницах машинописного текста, включает 50рисунков, 19 таблиц. Список труемой литературы содержит 121 наименований.