Физико-химические свойства гидрогелей на основе N,N-диметил-N,N-диаллиламмония хлорида
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Полимерные гидрогели, обладающие уникальными физико-химическими свойствами, находят широкое применение в народном хозяйстве: в пищевой, нефтедобывающей промышленности, сельском хозяйстве, медицине, биотехнологии.
Наиболее поразительным свойством полимерных гидрогелей является их способность к сильному набуханию, как в воде, так и в водных растворах. Особенно ярко это свойство проявляется в случае полиэлектролитных гидрогелей, сетчатая структура которых способна поглощать и удерживать в себе колоссальное количество воды (до 10 кг на 1 г полимера). Другим, не менее интересным свойством является высокая чувствительность полиэлектролитных гидрогелей к изменению состояния окружающей среды, то есть способность резко изменять свой объем в ответ на небольшие изменения состава растворителя, температуры, рН – среды, ионной силы раствора.
Содержание
Список сокращений
Введение
Глава 1. Литературный обзор
1.1. Основные закономерности набухания полимеров (сополимеров)
1.2 Равновесное набухание
1.3 Кинетика набухания полимерных гелей
1.4 Физические и математические модели процесса водопоглощения гидрогелями
1.5. Влияние физико-химических факторов на процесс водопоглощения сополимерами ДМДААХ+АА, ДМДААХ+АК, АА+АК
1.5.1. Влияние рН-среды на водопоглощение сополимеров
1.5.2. Влияние температуры на водопоглощение сополимерами
1.6. Сополимеры на основе N,N-диметил-N,N-диаллиламмония хлорида, акриламида, акриловой кислоты
1.7. Области практического использования гидрогелей
Заключение по литературному обзору
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Характеристика исходных веществ и реагентов
2.2. Объекты исследования.
2.2.1. Сополимер - гидрогель на основе N,N-диметил-N,N-диаллиламмония хлорида и акриламида
2.2.2. Сополимер - гидрогель на основе N,N-диметил-N,N-диаллиламмония хлорида и акриламида
2.3. Физико-химические методы исследования полимеров
2.3.1. Методика изучения динамики абсорбции и десорбции воды гидрогелем
2.3.2. Методика изучения свойств гидрогелей в различных рН средах
2.3.3. Методика изучения динамики электропроводности
2.3.4. Методика определения размеров частиц гидрогеля
2.3.5. Влияние ионной силы раствора на набухаемость
2.3.6. УФ-спектроскопические исследования
2.3.7. ЯМР-спектроскопические исследования
2.3.8. ЯМР-спектроскопические исследования
2.4. Методика исследования кинетики распада персульфата аммония
Глава 3. Результаты и их обсуждение
3.1. Гидрогель на основе N,N-диметил-N,N-диаллиламмония хлорида и акриламида
3.1.1. Кинетика поглощения и десорбции воды сополимером ДМДААХ+АА
3.1.2. Влияние физических параметров на водопоглощение сополимера ДМДААХ +АА
3.1.3. Влияние варьирования условий сополимеризации ДМДААХ+АА на водопоглощающую способность гидрогеля
3.1.3.1. Влияние скорости инициирования на завершающий этап сополимеризации
3.1.3.2. Проведение щелочного гидролиза в момент полимеризации
3.1.3.3. Влияние изменения мольных соотношений сомономеров на завершающей стадии синтеза на водопоглощающую способность гидрогелей
3.2. Гидрогель на основе N,N-диметил-N,N-диаллиламмония хлорида и акриловой кислоты
3.2.1. Кинетика поглощения воды сополимером ДМДААХ +АК
3.2.2. Влияние условий эксперимента на водопоглощение сополимера ДМДААХ+АК
3.3. Факторы, влияющие на влагоемкость сополимеров на основе N,N-диметил-N,N-диаллиламмония хлорида
3.3.1. Влияние добавок хлорида калия к «внешней» воде на влагоемкость сополимеров ДМДААХ+АА и ДМДААХ+АК
3.3.2. Влияние рН-среды на сополимеры ДМДААХ+АА и ДМДААХ+АК
3.3.3. Влияние температуры «внешней» воды на динамику водопоглощения
Выводы
Список литературы
Списо литературы
1. Okazaki, Y. Ion-specific swelling and deswelling behaviors of ampholytic polymer gels / Y. Okazaki, K. Ishizuki, S. Kawauchi, M. Satoh, J. Komiyama // Macromolecules. –1996. – V. 26. – P. 8391.
2. Liu, X. Swelling equilibria of hydrogels with sulfonate groups in water and in aqueous salt solutions / X. Liu, Z. Tong, O. Hu // Macromolecules. –1995. – V. 28. – P. 3813.
3. Hajime, M. Ion-specific swelling of hydrophylic polymer gels / M. Hajime, M. Masato, S. Mitsuru // Polymer. – 2001. – V. 42. – P. 6313.
4. Patachia, S. Effect of non-associated electrolyte solutions on the behaviour of poly(vinyl alcohol)-based hydrogels / S. Patachia, A. J. M.Valente, C. Baciu // J. Eur. Polym. – 2007. – V. 43. – P. 460.
5. Miyata, T. A reversibly antigen-responsive hydrogel / T. Miyata, N. Asami, T. Uragami // Nature. –1999. – V. 399. – P. 766.
6. Роговина, Л. З. К определению понятия «полимерный гель» / Л. З. Роговина, В. Г. Васильев, Е. Е. Браудо // Высокомолек. соед. Сер. С. – 2008. – т. 50. – C. 1397.
7. Гельферих, Ф. Иониты. Основы ионного обмена / Ф. Гельферих. – М.: Изд. Ин. Лит. – 1962. - 35 c.
8. Gregor, H.P. Studies on ion-exchange resins. Water vapor sorption / H. P. Gregor, B. R. Sundheim, K. M. Held, M. H. Waxman // J. Coll. Sci. – 1952. – V. 7. –P. 511.
9. Тробов Х. Т. Равновесие между моноионными формами ионитов и растворами простых электролитов. дисс. канд. хим. наук. 02.00.04 / Тробов Х.Т. – Москва, 1994. – 195 с.
10. Архангельский, Л. К. О некоторых закономерностях поглощения паров воды смешанными формами сульфокатионитов с различным числом поперечных связей / Л. К. Архангельский, Е. А. Матерова // Вестник ЛГУ. – 1968. – т. 10, – №2. – C. 146.
11. Ферапонтов, Н. Б. Изучение равновесия ионит - раствор на примере сульфокатионита КУ-2 / Ферапонтов Н. Б., Горшков В. И., Тробов Х. Т., Парбузина Л. Р. // Журн. физ. химии. – 1994. – т. 68. – №6. – C. 1109.
12. Ферапонтов, Н. Б. Модель для описания параметров растворов сшитых полиэлектролитов, ее экспериментальная проверка и применение. дисс. докт. хим. наук. 02.00.04 / Ферапонтов Николай Борисович. – Москва, 2001. – 298 с.
13. Ферапонтов, Н. Б. Свойства воды в гелях гидрофильных полимеров / Н. Б. Ферапонтов, С. Н. Вдовина, А. Н. Гагарин, Н. Л. Струсовская, М. Г. Токмачев // Конденсированные среды и межфазные границы. – 2011. – т. 13. – №2. – C. 208.
14. Шелковникова, Л. А. Влияние внешних условий на набухания гелевых полистирольных сульфокатионитов со средней сшивкой / Л. А. Шелковникова, В. А. Сарвин, Н. Б. Ферапонтов // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2004. – т. 4. – №5. – C. 660.
15. Ferapontov, N. B. Thermodynamics of interphase equilibrium in system ion exchange-solution of low molecular weight electrolyte / N. B. Ferapontov, V. I. Gorshkov, L. R. Parbuzina, N. L. Strusovskaya, A. N. Gagarin // React. Funct. Polym. – 2006. – V. 66. – P. 1749.
16. Мушкамбаров, Н. Н. Физическая и коллоидная химия / Н. Н. Мушкамбаров. – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2001. – 364 c.
17. Goda, T. Water structure and improved mechanical properties of phospholipid polymer hydrogel with phosphorylcholine centered intermolecular cross-linker / T. Goda, J. Watanabe, M. Takai, K. Ishihara // Polymer. – 2006. – V. 47. – Р. 1390.
18. Luo, Y. L. Poly(MAA-co-AN) hydrogels with improved mechanical properties for theophylline controlled delivery / Y. L. Luo, K. P. Zxang, Q. B. Wei, Z. Q. Liu, Y. S. Chen // Acta Biomater. – 2009. – V. 5. – P. 316.
19. Chen J., Liu M.Z., Chen S.L. Synthesis and characterization of thermo- and pH-ensitive kappa-carrageenan-g-poly(methacrylic acid)/poly(N,N-diethylacrylamide) semi-IPN hydrogel. // Mater. Chem. Phys. -2009. -115. -с. 339-346.
сополимеризации ПДМДААХ с различными сомономерами необходимо учитывать то, что ПДМДААХ вследствие частичной декватернизации при полимеризации исходной четвертичной аммониевой соли содержит небольшое количество третичного амина, который оказывает значительное влияние на процесс полимеризации. Он, в частности, образует с пероксидными инициаторами редокс-системы и тем самым ускоряет инициирование полимеризации и понижает молекулярную массу полимера. В присутствии инициаторов, не образующих с аминами редокс-систем, например, азосоединений, третичный амин обусловливает снижение скорости полимеризации и молекулярной массы полимера вследствие передачи цепи на это соединение.