Дослідження властивостей полімерметалліческіх комплексів на основі гідрогелю поліакриламід - акрилова

Дипломна робота

Тема: Дослідження властивостей полімерметалліческіх комплексів на основі гідрогелю поліакриламід - акрилова кислота - поліетіленімін без іммобілізованого металу і з іонами Ni 2 +

ЗМІСТ

Введення

1 Огляд літератури

1.1 Полімерні гідрогелю

1.1.1 Методи отримання полімерних гідрогелів

1.1.2 Властивості полімерних гідрогелів

1.1.3 взаємопроникні сітки полімерних гідрогелів

1.1.4 Застосування полімерних гідрогелів

1.2 Високомолекулярний поліетіленімін

1.2.1 Властивості високомолекулярного поліетіленіміна

1.2.2 Комплексні сполуки поліетіленіміна з іонами нікелю, міді та інших металів

2 Експериментальна частина

2.1 Використані реактиви, апаратура

2.2 Методики дослідження полімерних комплексів

2.3 Дослідження кінетики набухання в різних середовищах

2.4 Дослідження впливу розчинників, іонної сили і pH

3 Обговорення результатів та висновки

Список використаної літератури

Програми

Введення

Полімерні гідрогелю вже знайшли широке застосування в багатьох областях життєдіяльності людини.

У багатьох областях медицини активно застосовуються гідрогелю в якості контактних очних лінз, косметичних протезів, перев'язувальних матеріалів, стоматологічних виробів і різних ортопедичних матеріалів. Особливо цікавим і перспективним напрямком в експлуатації полімерних гідрогелів в медицині є їх використання для контрольованого виділення ліків у вигляді відповіді на які відбуваються в організмі патологічні процеси, які, як правило, пов'язані зі зміною pH середовища, температури, концентрації певних речовин.

Одним з закріпилися за сильннабухаючих гідрогелю назв - суперабсорбент. Це полімерні тривимірні, здатні поглинати величезну кількість води: до 1000 г розчинника на 1 г сухого гелю. Це в свою чергу викликає великий інтерес, у зв'язку з проблемами влагосохраненія в грунтах в екстремально спекотних країнах і посушливих регіонів.

Полімерні гідрогелю знаходять також широке застосування в якості оптичних пристроїв завдяки наявності хромофорних функціональних груп, або ж за рахунок абсорбції оптично активних детергентів-іонів барвників. [1]

Також було досліджено закріплюють поверхню поліелектроліти марки FXA і FXK для запобігання пилення відкритих пляжів хвостосховища Зиряновске гірничо-збагачувального комплексу (ЗГОК). [2] Міцність твердої кірки зберігалася протягом 10 місяців (в лабораторних умовах). Оскільки хвости збагачення поліметалічних руд ЗГОКа містять безліч самих різних металів (Cu, Pb, Zn, Si, Ca, Mg, Ni, Mo та ін), можна припустити взаємодію їх з поліаніонні поліелектролітами.

Величезну проблему глобального масштабу представляє закріплення засолених грунтів і пісків Аральського регіону. Для цих цілей запропоновано [3] використовувати вапнування грунту з додаванням композиції, що складається з високодисперсної золи, обробленої розчином поверхнево-активної речовини (ПАР), який здатний до взаімоімодействію з катіонами кальцію і аніонами хлору т сульфатів з утворенням нових високодисперсних продуктів. Ці продукти утворюються в гелеподібної стані і здатні закріплюватися на поверхні і склеювати частки золи і почвогрунта, утворюючи міцну коагуляционную систему. Використання модельної композиції зола + Ca (OH) 2 + ПАР приводить до утворення водопрочной структури в піщаній дисперсії.

Таким чином, як процеси освіти різних типів полімерних комплексів - продуктів специфічних взаємодій функціональних полімерів з різними класами сполук (комплементарними полімерами, іонами металів, ПАР, лікарських речовин і т.д.), так і самі полімерні комплекси можуть знайти застосування в самих різних областях науки і техніки. Причому, в деяких областях, як, наприклад, вилучення іонів металів і органічних молекул, різні мембранні процеси, полімерний каталіз досягнуті серйозні результати.

Причиною вибору саме цього напрямку досліджень послужило:

1. Найбільш актуальна і розробляється тема сьогоднішньої вітчизняної науки.

2. Доступність отримання гідрогелів АК-АА-ПЕІ для дослідження.

3. Широке різноманітність можливих застосувань типів полімерних комплексів.

1 ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

1.1 Полімерні гідрогелю

1.1.1 Методи отримання полімерних гідрогелів

Полімерні комплекси можуть бути отримані декількома способами. Найбільш поширений з них - це змішання розчинів готових взаємодіючих комплементарних компонентів в загальному розчиннику. В результаті утворюються так звані «комплекси змішання», властивості яких найбільш детально вивчені в розчинах [4-5].

Полімерні комплекси можуть бути отримані методом матричної полімеризації [5]. Численні експериментальні результати свідчать про те, що при цьому утворюються більш високоорганізовані полімерні комплекси в порівнянні з "комплексами змішування", оскільки матриця контролює швидкість утворення "дочірньої ланцюга", її довжину, хімічну будову і структуру. Полімерний комплекс утворюється лише при досягненні певної критичної ступеня полімеризації "дочірньої ланцюга", після чого зростаюча ланцюг асоціюється з матрицею і починається власне матрична полімеризація. Останнім часом матричні реакції розглядаються як спосіб синтезу композиційних матеріалів, наіокойпозітов, система матриця - наночастинок [6].

Полімерні комплекси можуть бути отримані на межі розділу фаз. Спосіб полягає в проваджень реакцій комплексоутворення на межі розділу двох змішуються рідин, наприклад, бензол-вода, в яких розчинені взаємодіючі компоненти [7-9]. Полімерні комплекси утворюються у вигляді тонких планок на межі розділу фаз. Умови здійснення реакцій комплексоутворення на межі розділу фаз призводять до нових властивостях цих комплексів, більшою мірою взаємодії і, як наслідок, до більшої гідрофобності і розчинності цих комплексів у вуглеводневих і ароматичних розчинниках; до більш високої структурної організації комплексів; до здійснення реакцій комплексоутворення, які не можуть протікати в розчині; до здійснення реакції комплексоутворення в деякому тимчасовому інтервалі, в той час як реакції комплексоутворення в розчині протікають практично миттєво; до способу синтезу тонких плівок і мембран полімерних комплексів в одну стадію.

1.1.2 Властивості полімерних гідрогелів

Залежно від функціонального складу комплекси можуть існувати за рахунок системи Н-зв'язків або електростатичних контактів. На малюнку 1 представлена ​​кінетика набухання ВПС у воді, синтезованих на основі зшитого поліакриламіду в присутності різної кількості лінійного П2М5ВП (а) і зшитою поліакрилової кислоти (б) - в присутності П2М5ВП (крива 1) і його бетаїнове форми (ПБ-21) (крива 2). Збільшення вмісту катіонного поліелектроліту в обсязі поліакриламідному сітки призводить до збільшення швидкості та коефіцієнта набухання, що можна пояснити електростатичним відштовхуванням заряджених пірідініевих груп один від одного, що приводить до збільшення розміру нейтральній сітки за рахунок розпирала тиску протиіонів на стінки гідрогелів. У випадку, коли тривимірний каркас не побудований з поліакрилової кислоти, що включає макромолекули ПБ-21, набухання в протікає в дві стадії: на першій відбувається набухання самої сітки, а на друге збільшення обсягу сітки може бути обумовлено розгортанням клубків лінійного полібетаіна. Коефіцієнт набухання сітки ПАК і П2М5ВП (рис.1) у п'ять разів в порівнянні з ВВС ПАК-ПБ-21. Під взаємопроникливий сітці ПАК і П2М5ВП частина карбоксильних груп набирає сильне електростатичне взаємодія, з поліоснованіем формуючи двутяжние структури, що не дає можливість для вільного набухання гідрогелю.

Рис. 1. Кінетика набухання ВПС у воді: а) ГПАА-1 (I); 111 AA - Z (2) і ГПАА-3 (3), б) ГПАК-П2М51Ш (4) і Г'ПАК-ПБ (5)

Через пухкої структури полібетаіни не здатні формувати двутяжние структури в кислому і слабокислою областях рН середовища. Структура ВПС ГПАК-ПБ-21 являє собою інтерполімерний комплекс переважно дефектного будови. Наявність значної кількості гідратірующій карбоксильних груп тривимірного каркасу і знаходиться в ньому полібетаіна, що має крім того і хлорид протівоіони, призводить до значного зростання коефіцієнта набухання сітки ГПАК-ПБ-21. [10]

1.1.3 взаємопроникні сітки полімерних гідрогелів

Взаємопроникні Полімерні Сітки (ВПС) це комбінації з двох і більше полімерних сіток, з яких найменша полимеризоваться і / або зшита безпосередньо з іншого. Зазвичай в систему ВПС включені дві сітки. ВПС можуть мати подібні характеристики з полімерними сумішами, більш специфічні і комбіновані властивості можуть бути досягнуті шляхом взаємопроникнення двох сіток. Результатом взаємопроникнення двох різнорідних сіток може стати виникнення несмешивающихся фаз або фаз поділу в системі ВПС. Однак взаємопроникнення сіток не змінює властивостей кожної сітки. Пропорції і властивості кожного полімеру можуть змінюватись незалежно. Зазвичай, взаємопроникнення сіток збільшує число фізичних зв'язків у системі, при цьому досягається найвища щільність поперечних зв'язків та збільшується механічна міцність системи.

З топологічної точки зору, ВПС тісно пов'язані з полімерними сумішами та різними сополимерами. ВПС можна відрізнити від інших мультіполімерних систем трьома шляхами: 1) ВПС набухають, але не розчиняються в розчинниках, 2) плинність і деформація в часі пригнічені через блокування поперечних зв'язків у ВПС, і 3) ВПС можуть показувати характерні морфології через взаємну несумісності .

Дослідження біомедичних ВПС були сфокусовані на вивченні синтезу ВПС, морфологічного поведінки, властивостей і промислового застосування.

Класифікація.

Залежно від способу отримання, ВПС можна класифікувати наступним чином:

Послідовні ВПС: У послідовних ВПС спочатку синтезована полімерна сітка I. Мономер II плюс сшивающий агент та ініціатор поглинені сіткою I і полімеризовані в ній.

Одночасно взаємопроникні сітки: Мономери і / або преполімер плюс зшиваючі агенти і ініціатори обох сіток змішуються і супроводжуються одночасною полімеризацією через неінтерферірующіе реакції.

Латексовие ВПС: Полімери зроблені у формі латексів. Так, кожна складова частинка - мікро-ВПС. Зазвичай, в латексових ВПС організована структура.

Мінливі ВПС: В мінливих ВПС повний склад або щільність поперечних зв'язків варіюється від однієї ділянки до іншого на макроскопічному рівні. Один спосіб приготування цих матеріалів включає часткове набрякання полімерної сітки I мономером II, супроводжуване швидкої полімеризацією перш, ніж настане дифузійне рівновагу. Таким чином, плівка може бути зроблена з полімерною сіткою I переважно на одній поверхні і полімерною сіткою II на іншій поверхні, з мінливим складом всюди в полімері.

Термопластичні ВПС: Ці матеріали використовують фізичні поперечні зв'язки, які можуть включати ланцюгові переплетення і кристалічні області. Як термопласти, вони можуть плавитися при підвищених температурах.

ВПС гідрогелю це зшиті полімерні сітки, які здатні абсорбувати великі кількості води і набухати до рівноважного стану. Ці сітки можуть бути фізично і хімічно зшиті для збереження їх структурної цілісності.

ВПС гідрогелю мають безліч застосувань особливо в галузі медицини. Через здатність поглинати великі обсяги води гелі ВПС дуже схожі з натуральними тканинами і часто показують гарну біосумісність. Ці характеристики дозволяють використовувати гідрогелю в якості систем доставки ліків (пігулки, капсули і т. д.), біодатчіков, контактних лінз, суперабсорбентів і штучних тканин. Також, здатність поглинати воду робить гідрогелю хорошими кандидатами для застосування як мембран, в яких вода дозволяє розчину проходити через гелі.

ВПС гідрогелю можуть бути класифіковані як нейтральні та іонні гідрогелю в залежності від типу повторюваних частин і побічних ланцюжків на полімерній основі. Наприклад, нейтральний гідрогель, який використовується в ВПС, такий як полівініловий спирт, не має іонізіруемих груп на полімерній основі або бічних ланцюгах. Таким чином, його коефіцієнт набухання залежить від pH або від іонної сили. Іонні гідрогелю, навпаки, гідрогелю з іонізіруемимі функціональними групами. Вони в свою чергу можуть бути класифіковані на аніонні й катіонні гідрогелю в залежності від природи іонізіруемих частин на їх основі.

Аніонні групи містять кислотні групи, які іонізуються коли pH навколишнього середовища підвищується вище їх pKa. Аніонні ВПС гелі набухають при високих значеннях pH, а при низьких значеннях pH відбувається їх колапс. У неіонізованій стані водень карбоксильної групи може бути відданий найближчій багатою електронами групі для утворення водневих зв'язків, які приводять до формування полімерних комплексів.

Поліакрилова кислота (ПАК) та поліметакріловая кислота (ПМАК) це типові приклади аніонних гідрогелів, використаних у ВПС. Аналогічно, сополімери ПАК і ПМАК з поліетиленгліколем та полі 2-гідроксіетил метакрилат були використані в ВПС як вивільняє ліки носій. Сополімери ПМАК з полі N-ізопропілакріламідом (П N ІПАА) показує цікавий зв'язок з pH і термочувствительной кінетикою набухання і була запропонована для доставки ліків та біомедичного застосування.

Катіонні гелі зазвичай містять аміногрупи, які утворюють - NH 3 + коли pH навколишнього середовища стає нижче pKa. Діметіламіноетіл метакрилат і діетіламіноетіл метакрилат (ДЕАЕМ) - типові катіонні мономери, які використовуються в ВПС. Катіонні гідрогелю набухають при низьких pH, і руйнуються (стискуються) при високих. Таким чином, вони можуть бути використані в доставці інсуліну.

В останні роки значну увагу досліджень було сфокусовано на здатності ВПС гідрогелів змінювати свій об'єм і властивості у відповідь на такі фізичні параметри, як рН, температура, іонна сила і електричне поле. Завдяки їх різкого набухання і синерезису у відповідь на фізичні умови, ці полімери досліджені для багатьох біомедичних і фармацевтичних застосувань, включаючи контролювання доставки ліків, молекулярне поділ, розведення тканинних субстратів, системи контролю активації ферментів і матеріалів для поліпшеної біосумісності. Ми можемо досягати комбінації властивостей двох полімерних сіток шляхом взаємопроникнення ланцюжків. Оскільки тут немає хімічних зв'язків між двома компонентами системи, кожна сітка може зберігати свої властивості і властивості кожної сітки можуть змінюватись незалежно від іншої. Взаємопроникнення двох сіток може також привести до набагато більш високої механічної міцності по відношенню до гомополімерной сітці. [11-15]

1.1.4 Застосування полімерних гідрогелів

Визначальним фактором тривалого використання полімерних гідрогелів з ​​іммобілізованими металами є збереження комплексу металу в ході реакцій, яким вони можуть піддатися в процесі використання. Так, наприклад, більшість полімернанесенних каталізаторів з плином часу втрачають первісну активність і не можуть бути використані повторно. Для зменшення втрати активності каталізаторів пропонується збільшувати концентрації лігандів в полімері; використання замість макросетчатих бусинок мікропористих смол з рівномірним розподілом функціональних груп всередині матриці.

Одним з областей застосування полімерних комплексів є їх використання як структуроутворювач грунтів з метою запобігання вітрової та водної ерозії. [16]

Розглядається [17] можливість використання інтерполіелектролітних комплексів в якості ефективних сполучних для різних дисперсій, особливо, для грунтів з метою запобігання розповсюдження радіоактивних забруднень. Найрізноманітніші поліелектроліти, такі як поліакрилова, поліметакріловая, полістіролсульфоновая, поліфосфорна кислоти та інші можуть використовуватися як поліаніонні.

Показано можливе використання мінеральних сорбентів в процесах очищення нафтових плям. Застосування різних методів ліквідації нафтових забруднень повинно проводитися комплексно, з урахуванням конкретних фізико-хімічних властивостей розлитої нафти, з дотриманням екологічних вимог. [18]

Процеси освіти різних типів полімерних комплексів - продуктів специфічних взаємодій функціональних полімерів з різними класами сполук (комплементарними полімерами, іонами металів, ПАР, лікарських речовин і т.д.), так і самі полімерні комплекси можуть знайти застосування в самих різних областях науки і техніки. Причому, в деяких областях, як, наприклад, вилучення іонів металів і органічних молекул, різні мембранні процеси, полімерний каталіз досягнуті серйозні результати.

1.2 Високомолекулярний поліетіленімін

1.2.1 Властивості високомолекулярного поліетіленіміна

Полімерні гелі є набряклі в розчиннику довгі полімерні ланцюги, зшиті один з одним поперечними ковалентними зв'язками (зшивками) в єдину просторову сітку. Такі гідрогелю здатні поглинати і утримувати в собі величезну кількість води: до 2 кг на 1 г сухого полімеру. Завдяки цій властивості їх називають молекулярними губками. Настільки висока здатність поглинати воду характерна для поліелектролітних гелів, тобто гелів, що містять заряджені групи.

У водному середовищі вони дисоціюють з утворенням заряджених ланок і низькомолекулярних противоионов так само, як молекули солі розпадаються у воді на катіони й аніони. Однак при дисоціації у молекулі полімеру іони одного заряду, наприклад позитивні, залишаються пов'язаними з ланцюгом, а негативні (тобто протівоіони) виявляються у вільному стані, в розчиннику. Ланки полімерної сітки, однойменно заряджені, відштовхуються один від одного, і тому ланцюги, початково згорнуті в клубки, сильно витягуються. У результаті зразок гелю значно збільшується в розмірах, тобто набухає, поглинаючи розчинник.

Низькомолекулярні протівоіони теж відіграють істотну роль в набуханні. Вони вільно переміщаються в розчиннику всередині гелю, інакше кажучи, набувають трансляційний ентропію. Але покинути його вони не можуть, так як це призведе до порушення електронейтральності. Таким чином, поверхня зразка гелю виявляється непроникною для протиіонів. Будучи замкненими всередині, вони намагаються зайняти якомога більший об'єм, щоб отримати суттєвий виграш у ентропії трансляційного руху. В результаті створюється розпирає осмотичний тиск, що викликає значне набухання гелю, подібно до того, як тиск газу надуває "повітряна куля. Отже, сильне набрякання поліелектролітних гелів у воді обумовлено як електростатичним відштовхуванням однойменно заряджених ланок, так і осмотичним тиском протиіонів. Якщо кількість заряджених ланок невелика , гель в основному набухає за рахунок осмотичного тиску противоионов [19-21].

Через величезної кількості розчинника в набряклих гелях можливі фазові переходи. Як правило, вони викликані посиленням тяжіння між ланками сітки, що призводить до витіснення розчинника з гелю в зовнішній розчин. У підсумку обсяг гелю стрибкоподібно зменшується у сотні разів. Настільки значна зміна видно неозброєним оком [22]

Різке зменшення обсягу гелю при невеликій зміні зовнішніх умов називається колапсом [22]. Сили тяжіння, які його викликають, у водних середовищах зазвичай обумовлені гідрофобними взаємодіями або водневими зв'язками. Як тільки якийсь зовнішній фактор (наприклад, температура, склад розчинника, рН тощо) робить переважаючими сили тяжіння, перехід гелю в сколлапсіровавшего стан стає неминучим.

Таким чином, полімерні гелі, що знаходяться на порозі колапсу, можуть надзвичайно різко і оборотно змінювати свій об'єм у відповідь на невеликі зміни параметрів середовища. Завдяки цьому такі гелі називають сприйнятливими, або по-іншому - розумними матеріалами, тобто матеріалами, здатними реагувати на невеликі зміни в зовнішньому середовищі заздалегідь запрограмованим чином [23].

Залежно від впливу, яке викликає колапс, сприйнятливі гелі можна розділити на термо-, фото-і рН-чутливі. Останні становлять особливий інтерес.

Розроблено спосіб отримання гідрогелів з ​​будь-якої заздалегідь заданою величиною рН переходу з сколлапсіровавшего стану в набряклі. Експериментували з гелем слабкою - поліакрилової - кислоти (ПАК), в яку вводили бічні гідрофобні групи, щоб посилити гідрофобні взаємодії між ланками полімерної сітки. Чим сильніше гідрофобні взаємодії, стабілізуючі сколлапсіровавшего стан гелю, тим вище рН переходу в набряклі стан, так як необхідно значніше збільшити ступінь іонізації гелю, щоб подолати додаткове гідрофобна притягання між ланками і викликати набухання гелю.

Гідрофобні ланки в н-алкілакрілате - це довгі неполярні алкільні групи (з 8, 12 або 18 атомів вуглецю), що заміщають атоми водню в ПАК. Гідрофобні взаємодії між цими групами тим сильніше, чим їх більше і чим вони довші. Отже, варіюючи вміст гідрофобних ланок і їх довжину, можна чітко контролювати гідрофобні властивості гелів і, як наслідок - область переходу.

Експериментально встановили залежність ступеня набухання гідрофобно модифікованих гелів ПАК від рН зовнішнього розчину. Без гідрофобних груп при низьких величинах кислотності гель майже не містить воду, він сколлапсіровавшего, а при підвищенні рН починає набухати, і коли іонізація досягає максимуму, 1 г полімеру (у розрахунку на суху вагу) здатний поглинути 300 г води. У модифікованому гелі гідрофобні взаємодії викликають утворення агрегатів, які грають роль додаткових зшивок і перешкоджають набухання. Щоб перевести такий гель в набряклі стан, необхідно зруйнувати агрегати. Для цього потрібно ввести додаткову кількість заряджених ланок (тобто підвищити рН середовища). Чим більше асоціюють груп і чим сильніше їх тяжіння один до одного, тим значніше зміщується рН перехід [24-27].

1.2.2 Комплексні сполуки поліетіленіміна з іонами нікелю, міді та інших металів

Подібно аміаку і амінів, поліетіленімін дає з солями міді, кобальту, нікелю та інших металів інтенсивно забарвлені комплексні сполуки (таблиця 1). Комплексні сполуки утворюються при змішуванні водних розчинів відповідних солей і поліетіленіміна.

Таблиця 1. Розчинні комплексні сполуки поліетіленіміна

Упарювання таких розчинів дає стеклообразниє і негігроскопічні тверді комплекси. Іони комплексоутворюючих металів в цих комплексах настільки міцно пов'язані з поліетіленімінимі ланцюгами, що не можуть бути заміщені на інші катіони. Оцінка стабільності по Бьеррума - титруванням поліетіленіміна кислотою в присутності змінних кількостей комплексоутворюючих іонів - дозволяє розташувати останні в порядку зростання стабільності відповідних координаційних з'єднанні з поліетіленіміном в наступний ряд:

Cu2 +> Ni2 +> Zn2 +> Co2 +> Pb2 +> Mn2 +

Характерною особливістю комплексів поліетіленіміна з Cu 2 + та Ni 2 +, що відрізняє їх від комплексів з мономірні лігандами. Є близькість всіх послідовних констант комплексності. Вона пов'язана з високою концентрацією місцевої лігандів для згорнутих в статистичні клубки макромолекул поліетіленіміна, а також з тим, що всі ліганди пов'язані між собою в валентну ланцюг полімерної молекули. Остання обставина призводить до того, що слідом за приєднанням першого елементарного ланки відразу ж утворюється комплекс з чотирма лігандами.

Визначення коефіцієнтів екстинкції розчинів солей Cu 2 + та Ni 2 +, що містять змінні кількості поліетіленіміна, показало, що обидва метали мають координаційні числа 4 в своїх поліетіленімінових комплексах.

Для порівняння з поліетіленіміновим комплексом був синтезований і вивчений мідний комплекс полівініламіна. Виявилося, що ефективність зв'язування міді в цьому випадку набагато нижче, ніж у випадку поліетіленіміна. Оскільки полівініламін відрізняється від поліетіленіміна головним чином лінійною будовою, цей результат може бути інтерпретований як свідчення сильної розгалуженості поліетіленіміна. [28-31]

2 Експериментальна частина

2.1 Використовувані реактиви, апаратура

Були використані реактиви:

1. Розчини HCl і NaOH з концентрацією 0.1 н.; 5 -% розчин NH 4 OH; розчини KCl з концентрацією 1 н., 0.1 н., 0.01 н. 0.001 н.

2. Спирт етиловий 90%, ТОВ «Ромат».

3. Ацетон (ч.д.а.).

4. Серія стандартних буферних розчинів з pH - показниками: 1,65; 4,01; 6,86; 9,18; Серії стандарт-титр pH-метрія (6 ампул), набір для приготування зразкових буферних розчинів другого розряду ГОСТ 8.135-74; Науково-виробниче та інвестиційне підприємство ЗАТ «Уралхімвест».

Була використана апаратура:

Дослідження проводили на аналітичних терезах марки ВРЛ - 200. 2 клас ГОСТ 24104-80. Рік випуску 1986.

2.2 Методики дослідження полімерних комплексів

Визначення коефіцієнта набухання.

1). Відрізати маленьку платівку набряклого гідрогелю (a).

2). Зважити на кальці (маса набряклого гідрогелю - m).

3). Залишити до повного висихання.

4). Маса повинна бути постійною (маса сухого гідрогелю - m 0).

5). Коефіцієнт набухання визначаємо за формулою: a = (m - m 0) / m 0.

Визначення кінетики набрякання у воді.

Визначаємо кінетику набухання на одному зразку (використовуємо висушену в минулому досвіді пластинку).

1). Сухий гель заливаємо 10 мл дистильованою водою, залишаємо на 5 хв., Потім поміщаємо набряклий гідрогелель в пластикову сіточку (до цього в сіточку покладемо фільтрувальний папір, до цього змочену дистильованою водою, продуваємо 10 разів грушею, зважуємо в бюксе).

Розміщуємо сіточку з набряклим гідрогелем в приготований бюкс, також продуваємо 10 разів (обережно!) і зважуємо.

2). Наступні зважування проводимо через 5 хв., 5хв., 15 хв., 30 хв., 1 годину, 2 години, 4 години, 1 доба, 2 доби і т. д. до стабілізації маса.

3). Цей же гель знову заливаємо дистильованою водою, і продовжуємо дослідження.

4). Після закінчення визначення зразок, а використовуємо для наступних дослідів.

5) Графік залежності будуємо в координатах OX - час; вісь OY - маса гідрогелю в вимірюваний момент часу.

Визначення коефіцієнта набухання в 0,1 н розчині гідроксиду натрію.

Визначення проводимо аналогічно методики визначення коефіцієнта набухання у воді, тільки гідрогель беремо не висушений.

Визначення коефіцієнта набухання в 0,1 н розчині соляної кислоти.

Визначення проводимо аналогічно методики визначення коефіцієнта набухання у воді, тільки гідрогель беремо не висушений.

Визначення коефіцієнта набухання в 5% розчині гідроксиду амонію.

Визначення проводимо аналогічно методики визначення коефіцієнта набухання у воді, тільки гідрогель беремо не висушений.

Визначення впливу іонної сили розчину (розчин хлориду калію).

1). Приготуємо розчини KCl з концентрацією 1 н, 0.1 н, 0.01 н, 0.001н.

2). Відріжемо лезом шматочок набряклого гелю, зважимо (m 0).

3). Відберемо в бюкс 10 мл розчину солі, помістимо шматочок гелю і закриємо. Залишимо на добу.

4). Зважмо гідрогель (m).

5). Графік будується в OX - концентрація розчину хлориду калію; вісь OY - m / m 0.

Визначення впливу розчинника вода - спирт.

1). Загальний об'єм рідини -10 мл.

2). Співвідношення H 2 O: C 2 H 5 OH: 0:10; 1:9; 2:8; 3:7, 4:6, 5:5; 6:4; 7:3; 8:2; 9:1 ; 10:0 - готові 11 розчинів.

3). Зважуємо маленькі шматочки набряклого гелю - одну пластину гелю ділимо на 10 частин (m 0).

4). Шматочки поміщаємо в розчини і залишаємо на 1 добу.

5). Зважуємо сколлапсіровавшего гель, попередньо вмочивши на фільтрувальному папері (m).

6). Графік залежності в координатах вісь OX - розчинник вода - спирт; вісь OY - m / m 0.

Така ж методика для визначення впливу розчинника вода - ацетон.

Визначення впливу pH.

1). Готуємо серію стандартних розчинів з pH - середовищем 1,65; 4,01; 6,86; 9,18; розчиняючи фиксаналов стандартних розчинів в 1 л дистильованої води.

2). Відріжемо лезом шматочок набряклого гелю, зважимо (m 0).

3). Відберемо в бюкс 10 мл розчину, помістимо шматочок гелю і закриємо. Залишимо на добу.

4). Зважмо гідрогель (m).

5). Графік будується в OX - pH; вісь OY - m / m 0.

2.3 Дослідження кінетики набухання в різних середовищах

Визначення кінетики набрякання у воді

В результаті досліджень кінетики набухання гідрогелю АА - АК - ПЕІ чистого і з «вшитим» металом нікелем у воді отримали наступні дані Додаток А (таблиця 2). За отриманими даними побудували графік кінетики набухання гідрогелю АА - АК - ПЕІ чистого і з «вшитим» металом нікелем у воді Додаток А (рис. 2).

Коефіцієнта набухання для гідрогелів АА - АК - ПЕІ у воді.

Для чистого гідрогелю, а = 20,23.

Для гідрогелю з нікелем, а = 37,21.

Час рівноважного набухання однаково для обох гідрогелів, і воно становить 72 години.

Визначення коефіцієнта набухання в 0,1 н розчині гідроксиду натрію.

В результаті досліджень кінетики набухання гідрогелю АА - АК - ПЕІ чистого і з «вшитим» металом нікелем в NaOH 0.1н. отримали наступні дані Додаток Б (таблиця 3). За отриманими даними побудували графік кінетики набухання гідрогелю АА - АК - ПЕІ чистого і з «вшитим» металом нікелем в NaOH 0.1н. Додаток Б (рис. 3).

Час рівноважного набухання для гідрогелю АА - АК - ПЕІ чистого становить 4 години, а для гідрогелю з «вшитим» металом нікелем воно становить 2 години.

Визначення коефіцієнта набухання в 0,1 н розчині соляної кислоти.

В результаті досліджень кінетики набухання гідрогелю АА - АК - ПЕІ чистого і з «вшитим» металом нікелем в HCl 0.1 н воді отримали наступні дані Додаток В (таблиця 4). За отриманими даними побудували графік кінетики набухання гідрогелю АА - АК - ПЕІ чистого і з «вшитим» металом нікелем в HCl 0.1 н Додаток В (рис. 4).

Час рівноважного набухання однаково для обох гідрогелів, і воно становить 48 годин.

Визначення коефіцієнта набухання в 5% розчині гідроксиду амонію.

В результаті досліджень кінетики набухання гідрогелю АА - АК - ПЕІ чистого і з «вшитим» металом нікелем в NH 4 OH 5% отримали наступні дані Додаток Г (таблиця 5). За отриманими даними побудували графік кінетики набухання гідрогелю АА - АК - ПЕІ чистого і з «вшитим» металом нікелем в NH 4 OH 5% Додаток Г (рис. 5).

Час рівноважного набухання однаково для обох гідрогелів, і воно становить 2 години.

2.4 Дослідження впливу розчинників, іонної сили і pH

Визначення впливу іонної сили розчину (розчин хлориду калію).

У результаті досліджень впливу іонної сили розчину (розчин хлориду калію) на гідрогель АА - АК - ПЕІ чистий і з «вшитим» металом нікелем отримали наступні дані Додаток Д (таблиця 6). За отриманими даними побудували графік. Додаток Д (рис. 6).

Визначення впливу розчинника вода - етанол.

У результаті досліджень впливу розчинника вода - спирт на гідрогель АА - АК - ПЕІ чистий і з «вшитим» металом нікелем отримали наступні дані Додаток Е (таблиця 7). За отриманими даними побудували графік. Додаток Е (рис. 7).

Визначення впливу розчинника вода - ацетон.

У результаті досліджень впливу розчинника вода - ацетон на гідрогель АА - АК - ПЕІ чистий і з «вшитим» металом нікелем отримали наступні дані Додаток Ж (таблиця 8). За отриманими даними побудували графік. Додаток Ж (рис. 8).

Визначення впливу pH.

В результаті дослідження впливу pH на гідрогель АА - АК - ПЕІ чистий і з «вшитим» металом нікелем отримали наступні дані Додаток З (таблиця 9). За отриманими даними побудували графік. Додаток З (рис. 9).

3 Обговорення результатів та висновки

В результаті проведених експериментів були отримані результати:

1. Коефіцієнт набухання АА - АК - ПЕІ чистого і з «вшитим» металом нікелем відповідно складає, а = 20,33; а = 37,21.

2. Час рівноважного набухання у воді - 72 години, в 0,1 н. розчині соляної кислоти - 48 годин, в 5% розчині гідроксиду амонію - 2 години; причому час в одному середовищі однаково для обох гідрогелів. Час рівноважного набухання в 0,1 н розчині гідроксиду натрію різному, воно становить 4 години для гідрогелю АА - АК - ПЕІ чистого і 2 години для гідрогелю АА - АК - ПЕІ з «вшитим» металом нікелем.

3. Досліджено кінетики набухання в різних середовищах гель-іммобілізованих поліметалічних комплексів на основі поліакриламід акрилова кислота поліетіленіміна (чистого і з «вшитим» металом нікелем).

4. Досліджено вплив розчинників, іонної сили і pH на гель-іммобілізовані поліметалічні комплекси на основі поліакриламід акрилова кислота поліетіленіміна (чистого і з «вшитим» металом нікелем).

Отримані нами результати дозволяють у даний час зробити наступні висновки:

1. Полімерметалліческій комплекс з «вшитим» в нього нікелем веде себе більш активніше у воді; в інших середовищах він проявляє себе менш активно в порівнянні з аналогічним полімером (чистим). Можливо, це вказує на те, що метал нікель додає велику стійкість полімерметалліческому комплексу порівняно з аналогічним гідрогелем, але без іммобілізованого металу.

2. Під дією іонної сили і молекул розчинника (етанол, ацетон) сітка гідрогелю акрил амід акрилова кислота стискається, тобто відбувається колапс, що вказує на адекватність гідрогелю на зміну середовища, в якому він знаходиться. Вплив pH середовища обумовлюється її кислотно - основністю, що вже обмовлялося вище, у зв'язку з дослідженнями кінетики набухання досліджуваного гідрогелю. Можливо, припустити, що у гідрогелю АА - АК - ПЕІ з іммобілізованим металом нікелем, константа стійкості комплексу більше, ніж у гідрогелю АА - АК - ПЕІ без іммобілізованого металу.

Список використаної літератури

1. Бектуров Е.А. / / Полімерні електроліти, гідрогелю, комплекси і каталізатори Алмати 2007г.С.140-143

2. Мамбетказіев Е.А., Лобанов Ф.І., Мамбетказіева Р.А. / / Вісник Казна імені Аль-Фарабі 2002 р. № 3.С.166

3. Кульдашева Ш.А., Агзамходжаев А.А. / / Узб. Хім. Ж. 2000 р. № 5.С.73

4. Попис І.М. Матрична полімірізація і інші матричні і псевдоматрічние процеси як шлях отримання композиційних матеріалів. / / Високомалек. Сполуки. 1979 Т. А21. С. 243

5. Літманскій А.А., попис І.Н / / Високомалек. Сполуки. 1997. Т. Б 39 с. 323

6. Літмановіч О.Е., Літмановіч А.А., попис І.М. Високомалек. Сполуки. 1997 С.1608

7. Хамзамуріна Р.Е., Бектуров Е.А., Бімендіна Л.А. 1994 С. 943

8. Мусабеков К.Б., Адільбек А.О., Абилов Ж.А. / / Укр. КазДУ. Сер. Хім. 1998 № 10. З. 49

9. Ізмаїлові В.М., Левачев С.М., Ямпільська Г. П., Грецкова І.А. / / Колоїдні розчини. Ж. 2000. Т. 62 С.70

10. Бектуров Е.А. / / Полімерні електроліти, гідрогелю, комплекси і каталізатори Алмати 2007г.С.77-81

11. Сперлінг Л.Х. Взаємопроникні Полімерні Сітки та Зв'язуючі Матеріали. Нью-Йорк, 1981 р.

12. Гупта Н., Срівастава А. К. взаємопроникних полімерних Сітки: огляд синтезу і властивостей. Поліме. Інт. 1994 р., 35 (2), 109-118.

13. Міллар ж.р. / / Взаємопроникні сітки. 1960

14. Сперлінг Л.Х. / Багатофазні макромолекулярні системи. Сучасні теми в полімерній науці. Під редакцією Кулбертсона Б.М. Нью-Йорк, 1989 р., 6-е видання.

15.Шілов В.В., Ліпатов Ю.С., Карабанова Л., Сергєєва Л. Фазовий поділ у взаємопроникних полімерних сітках на базі поліуретану та полістирол. 1979

16. Кудаібергенов С. Є., Бімендіна Л. А., Жумаділова Ж. Т. / / Полімери 2000. Т. 11

17. Кудаібергенов С., Сигіт В., Тастанов К., Тенху Х., Асєєв В. Аналіз якості підземних вод Аральського регіону та методи їх очищення / / Матеріали 6 - го Міжнародного конгресу та технічної виставки «Вода: екологія і технологія» ЕКВАТЕК - 2004 . - Ч.1. - С.174 - 175.

18. Кудаібергенов С.Є., Бімендіна Л.А., Яшкарова М.Г., Оразжанова Л.К., Сигіт В.Б. Синтез, властивості і застосування нових полімерних бетаїн на основі амінокротонатов. Науч. Изд. СДУ ім. Шакаріма, Семипалатинськ 2006.

19. Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р. Фізика в світі полімерів. М., 1989.

20. Хохлов А.Р., Дормідонтова Е.Е. / / Успіхи фіз. наук. 1997. Т.167. 2. С.113-128.

21. Хохлов А.Р. / / Соросівський освітній журнал. 1998. 11. С.138-142.

22. Філіппова О.Е. / / Високомолек. соед., серія С. 2000. Т.42. 12. С.2328-2352.

23. Галаєв Ю.В. / / Успіхи хімії. 1995. Т.64. 5. С.505-524.

24. Ергожін Е.Е., Уткелов Б.А. Хелатні полімерні реагенти .- Алмати, Гилим, 1998. - 247 с.

25. Аширов А. Іонообмінна очищення стічних вод, ратсворов і газів. - Л., 1983. - 295 с.

26. Бектуров Е.А., Бімендіна Л.А., Кудаібергенов С.Є. Полімерні комплекси та каталізатори. Алма - Ата. 1982. - 191 с.

27. Бектуров Е.А., Кудаібергенов С.Є. Каталіз полімерами. - Алма - Ата, Наука, 1988. - 184 с.

28. Гембицький П.А., Жук Д.С., Каргін В.А. / / Поліетіленімін Вид. Наука Москва 1991р С. 97-99

29. Філіппова О.Е. «« Розумні »полімерні гідрогелі» Публікація фізфак МГУ.

30. Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р. / / Фізика в світі полімерів. М., 1989.

31. Матвєєва Н.Г. / / Координаційні полімери. Енциклопедія полімерів. - М., 1972. Т.1. С. 1110.

Додаток А

Рис.2 Кінетика набухання гідрогелю АА - АК - ПЕІ чистий і з «вшитим» металом нікелем у воді

Додаток Б

Рис.3 Кінетика набухання гідрогелю АА - АК - ПЕІ чистий і з «вшитим» металом нікелем в розчині NaOH 0.1н

Додаток В