Дипломдық жұмыста суда еритін полимер соның ішінде агар-агар мен сазды үлгінің физика-химиялық қасиеттері мен алынуы зерттелініп,тәжірибе жасалынды
Суда еритін табиғи полимерлер түрлері,қолданылуы
жүктеу/скачать 20,06 Mb.
|
Суда еритін табиғи полимерлер түрлері,қолданылуыСуда еритін полимерлер (СЕП) әртүрлі салаларда кеңінен қолданылады: тамақ, фармацевтика, тоқыма, қағаз өнеркәсібі, ауыз суды дайындау, ластанған өнеркәсіптік суларды тазарту, топырақты тұрақтандыру және т. б.Мұнай-газ өндіру процестерінде қолданылатын химиялық реагенттердің ішінде СЕП Ұңғымаларды салудан бастап (терең және өте терең ұңғымаларды бұрғылау, көлденең бұрғылау), содан кейін мұнай өндіруді интенсивтендіру, қабаттың мұнай-газ шығынын арттыру және мұнай мен суды кәсіпшілік дайындаумен аяқтау технологияларында ерекше рөл атқарады.СЕП дисперсті жүйелер мен коллоидты ерітінділердің қажетті физика-химиялық және реологиялық қасиеттерін құру және реттеу үшін қолданылады: сұйық фазаның жоғалуын төмендететін фильтрация төмендеткіштері ретінде; реологиялық параметрлердің жоғарылауын тудыратын құрылымдық түзгіштер (Қоюландырғыштар); тұтқырлықтың және құрылымдық параметрлердің шамадан тыс жоғарылауына жол бермейтін сұйылтқыштар (диспергаторлар); борпылдақ қабыршақты агрегаттардың пайда болуына себеп болатын флокулянттар (флоккул) дисперсті фазаның ұсақ коллоидты бөлшектерінен.Халық шаруашылығының жетекші салаларындағы ғылыми- техникалық прогресс қазіргі полимерлік материалдарсыз мүмкін емес. Полимер пайдаланылмайтын жер кемде-кем. Бұл жерде алды- мен конструкциялық пластмассалар, композиттер, нанокомпозиттер, синтездік шайырлар мен талшықтар, лактар мен бояулар, каучук пен резеңкелік бұйымдар сияқты полимерді атауға болады. Полимерлерді қолданудың арқасында жаңа мәшинелер мен жабдықтар жасап, жетілдіруге, оларды өндіру мен пайдалануға кететін шығынды азайтуға, бағалы табиғи материалдарды, әсіресе қара және түсті металдар мен олардың қорытпаларын үнемдеуге мүмкіндік туды.Полимерлерге ерекше назар аудару, соларға арналған көптеген ғылыми еңбектер, синтездік полимерді өнеркәсіпте өндірудің ауқым- ды көлемдері олардың таңғажайып физикалық-химиялық қасиеттері- не негізделген. Демек, полимер туралы ғылым химияның, физиканың және механиканың заңдылықтарымен тығыз байланысты.Жоғары молекулалық қосылыстар табиғи немесе синтетикалық болуы мүмкін. Табиғи түрлеріне ақуыздар, полисахаридтер, табиғи шайырлар, каучук және т.б. жатса, синтетикалық полимерлерге полиэтилен, полистирол, полиамидтер, фенолды шайырлар және сол сияқты қосылыстар кіреді. Үлкен молекулалық массасы және өзіне тән бірқатар қасиеттері бар қосылыстарды жоғары молекулалық қосылыстар немесе полимерлер деп атайды. Кейбір суда еритін полимерлердің мысалдарын, олардың қасиеттері мен қолданылуын қарастырайық.Біріншіден, бұл негізгі тізбекте оттегі немесе азот атомдары бар иондық суда еритін полимерлер емес. Полиалкеноксидтердің ішінде тек полиэтилен оксиді суда ериді. Полиметилен оксиді суда ерімейді, бірақ оның құрамында полиэтилен оксидіне қарағанда молекулада оттегінің үлесі жоғары. Бұл полимерді бірнеше миллионға дейін әртүрлі молекулалық салмақпен синтездеуге болады. Мұндай полимерлер косметикалық және фармацевтикалық композицияларда, керамика өндірісінде байланыстырғыш ретінде және т. б. полипропилен оксиді жағдайында суда тек олигомерлер ериді, ал ұзын тізбекті полимерлер беттік белсенді заттарды алу үшін гидрофобты компоненттер ретінде қолданылады. Егер сіз ПЭО-дағы оттегі атомдарын азот атомдарымен алмастырсаңыз, біз полиэтиленимин аламыз. Бұл полимердің өнеркәсіптік үлгілері тармақталған тізбектермен ұсынылған, екінші, үшінші және төрттік азот атомдарының арақатынасы әдетте 1: 2 құрайды. Бөлшектердегі полимерлердің адсорбциясы нәтижесінде жүйе ерітіндіде шексіз үлкен молекулалық массасы бар полимер сияқты әрекет етеді. Суда еритін полимерлердің екінші тобына акрил қышқылы топтары бар полимерлер кіреді. Ең алдымен, бұл полиакрил және полиметакрил қышқылдары. Пмак суының ерігіштігі ПАК-қа қарағанда жоғары екендігі таңқаларлық болып көрінуі мүмкін. Бұл полиметакрил қышқылы спираль түзетіндіктен, олардың ішінде гидрофобты топтар пайда болады. Сулы ерітіндідегі полиакрил қышқылы мен полиэтилен оксиді PAC сутегі атомдары PEO оттегіне қосылатын кешендер түзеді. Акрил тобы бар суда еритін полимердің тағы бір мысалы-полиакриламид. Бұл тұз қоспаларына сезімтал емес өте гидрофильді полимер; ол көбінесе флокулянт ретінде қолданылады, өйткені оның рН төмен катиондық сипатына байланысты беттерге жоғары жақындығы бар. Суда еритін иондық емес полимерлердің үшінші тобы құрамында винил топтары бар. Поливинил ацетатының гидролизі гидролиз дәрежесі 86% - дан жоғары болса, суда еритін поливинил спиртін шығарады. Гидролиз дәрежесі 90% - дан жоғары болса, өнімді толығымен еріту үшін жылыту қажет. Ыстық суда ерігеннен кейін ПВС ерітіндіде және салқындаған кезде қалады. Бұл айқын қайтымсыздық қатты полимерде молекулаішілік сутегі байланыстарының пайда болуымен түсіндіріледі. Суда жақсы ериді және поливинилпирролидон. Бұл полимер әлсіз негізді және сулы ерітіндіде анионды беттік белсенді заттармен, мысалы, натрий додецилсульфатымен оңай байланысады. PVP сулы ерітінділері фармакологияда, косметикада және медицинада қолданылады, өйткені ол аз уытты және суда жақсы ериді. Поливинилпирролидон жуғыш заттардың композицияларында да қолданылады, онда ол талшықтарға ластаушы заттардың қайта түсуіне жол бермейтін маңызды рөл атқарады. Суда еритін полимерлердің төртінші және соңғы Тобы табиғи шыққан жоғары молекулалық қосылыстардан тұрады. Біріншіден, бұл целлюлоза туындылары. Целлюлозаны химиялық модификация арқылы суда еритін етіп жасауға болады. Әдетте целлюлозаның полимерлі тізбегін құрайтын в-ангидроглюкозаның үш гидроксил тобы процестің бастапқы кезеңдерінде модификация орындары ретінде қызмет етеді. Осы гидроксил топтарының қатысуымен реакция тереңдігі реакцияға түскен топтардың орташа санымен анықталады. Карбоксиметил целлюлозасы целлюлозаның гидрокси топтарының монохлорацетатпен реакциясы нәтижесінде алынады. Бұл реакция нәтижесінде карбон қышқылының натрий тұзы 0.4-тен 1.4 КМЦ-ке дейін СЗ бар, әдетте тұз түрінде өндіріледі; полимердің рКа - 4.4 және СЗ-ға әлсіз тәуелді. Бейтарап рН кезінде карбоксил топтарының көпшілігі диссоциацияланған күйде болады және CMC беттік белсенділікті көрсетпейді. CMC-тің негізгі қолданылуы жуғыш заттардың құрамында кездеседі, онда ол матадан жуылған ластаушы заттардың қайтадан тұнбаға түсуіне жол бермейді. CMC сонымен қатар су негізіндегі бояуларда және қағазды жабуға арналған композицияларда диспергатор рөлін атқарады. Гидроксиэтилцеллюлоза целлюлозаның этиленоксидпен алдын-ала сілтіленген реакциясы арқылы алынады. Алынған өнім көп функциялы суда еритін полимер болып табылады, ол қоюландырғыш, қорғаныш коллоид, байланыстырғыш және т.б. ретінде кеңінен қолданылады. Полисахаридтер-көмірсу мономерлерінен жасалған сызықты немесе тармақталған полимерлер. Полисахарид ерітінділерінің қасиеттері алмастыру дәрежесіне, тармақталу дәрежесіне және молекулалық салмаққа өте тәуелді. Полисахаридтер тамақ өнеркәсібінде гель түзетін агенттер ретінде кеңінен қолданылады. Полимерлік гидрогельдерді жаңа қолдану аймағының шығуымен олардың қасиеттеріне жаңа талаптар туындайды. Соңғы кездері гидрофильдік қасиеттермен қатар басқа да мақсатты сипаттамаларды иеленетін, мысалы, гидрофильдік материалдарға (полисилоксандар және фторполимерлер) тән газ өтімділік, гидратталған күйде материалдың жоғары механикалық беріктігі, оптикалық мөлдірлік, электр өткізгіштік және т.б., гидрогельдерді қолдану қажеттілігі артты. Бір материалда аталған қасиеттердің бірігуі бірегей полимерлік бұйымдарды, мысалы оттек өтімділігі жоғары жұмсақ контактілі линзалар, суда ерімейтін дәрілік заттарды тасымалдағыштар, гидрофильдік те, гидрофобтық заттарды да сіңіруге қабілетті сорбенттер, жаңа мембраналық заттар және басқа да объектілер құруға мүмкіндік береді. Қазіргі уақытта кеңінен гидрогельдер экологиялық мәселені шешу үшін тұрмыстық химияда (сабын, шампунь, крем), суды дайындауда және суды тазалауда (металдарды бөліп алу, тұзсыздандыру), ауыл шаруашылығында (өсімдіктің тамыр жүйесінде ылғалды ұстап тұру үшін, құмды реттеу), мұнай өндірісінде (мұнай өнімділігін арттыруда, жер қыртысынан мұнай мөлшерін екінші қайтара өндіруде, құбырдың ішкі қуысын тазалауда), биотехнологияда (ақуыздарды және ферменттерді бөлу және тазарту), медицинада (гигиеналық материалдар, дәнекерлі линзалар, мишен-нысанаға дәріні бақылаулы тасымалдау), техникалық жұмыстарда (жасанды бұлшық ет, хемомеханикалық құрылғы), электроникада (сенсорлар, қабылдағыштар, оптикалық түрлендіргіштер) және тағы басқа салада кеңінен пайдаланылады. Полимерлік гельдердің бағалылығы оның кейбір ерекше қасиеттеріне байланысты. Полимерлік гельдер суда еритін полимерлер және гидрогельдер ортаның өзгерістерінен (еріткіштің табиғаты, температура, рН, электрикалық аумақ) қайтымды реакцияға түсуі мүмкін, әрі жүйенің реакциясы аспапсыз жай көзбен (гомогенді фазада жаңа фазаның қалыптасуы бұған дейін ерітіндіде гельдердің күрт ісінуі және коллапсы) оңай көрінеді. Осындай қасиеттерге ие болғандықтан олар «ақылды гельдер» деген атқа ие болған, сонымен қатар оларды «интеллектуалды» материалдар (smart or Intelligent materials) деп те атайды. Осы «интеллектуалды» деп аталатын полимерлер зерттеушілердің назарын аударуда. Полимерлік гельдер деп бір-бірімен химиялық байланысқан ұзын тізбекті макромолекулалардан тұратын үшөлшемді кеңістіктік құрылымды жоғары молекулалы қосылыстарды айтады. Олар шығу тегіне байланысты табиғи (мысалы, көздің шыны тәрізді денесі) синтетикалық та (поливинилпирролидон гельдер, полиакриламидтік гельдер және т.б) болуы мүмкін. Макромолекулалардың ұзындығы өте үлкен болғандықтан гельдер созылғыштық қасиеті өте дамыған полимерлік торларды құрады. Гельдердің басты ерекшелігі еріткіштердің шамадан тыс мөлшерін сіңіре алуында. Еріткіштің қызметін көбінесе су атқарады, ал суда ісінетін гель – гидрогельдер деп аталады. Гельдердің осылайша суда қатты ісіну қабілеті олардың құрылымында ионогенді және полюсті гидрофильді функционалдық топтардың болуына байланысты. Олар бір жағынан, полимердің суға ынтықтылығына жауапты болып, сумен әрекеттесуіне ықпал етсе, екінші жағынан, су ерітінділерінде ионданып, полимер тізбегінде зарядтардың пайда болуына және қарсы иондардың тігілу түйіндері арасындағы кеңістікке босап шығуына әкеледі. Суда еритін полимерлік жүйелер өнеркәсіптің, медицинаның, Фармацияның және ауыл шаруашылығының әртүрлі салаларында ерітінділер, пленкалар, түйіршіктер, биологиялық белсенді заттардың тасымалдаушылары және т. б. ретінде кеңінен қолданылады. олардың қолданылуы улы ыдырау өнімдерін шығармай жою мүмкіндігімен, экологиялық қауіпсіздікпен, технологиялылықпен және т. б. суда еритін полимерлерге проблемаларды шешу үшін үлкен рөл беріледі агроөнеркәсіптік кешен, өйткені. мұндай жүйелер негізінде тыңайтқыштар, пластификаторлар, өсімдіктерді химиялық қорғау құралдары, топырақты мульчирование жүйелері және басқа да өнімдер жасалады.Рузан полимерлерінің химия және физика институтының биологиялық белсенді полимерлер бөлімінде Руза агроөнеркәсіптік кешенінде, атап айтқанда, мақта тұқымын зерттеуде экологиялық қауіпсіз суда еритін полимер жүйелерін-матрицаларды синтездеу, іріктеу және қолдану принциптері тұжырымдалды.Комбинация суда еритін полисахарид туындыларының, винил қатарының полимерлерінің және жоғары полярлы су еріткішінің бірегей қасиеттері оларды медицина, фармация, тамақ, парфюмерия және косметика өнеркәсібі, биотехнология және т. б. салаларда пайдалану үшін қоспалар жасау мүмкіндігін болжайды.Алайда, көбінесе мұндай жүйелер тек эмпирикалық әдістермен жасалады, ал теориялық сипаттағы көптеген мәселелер, атап айтқанда олардың үйлесімділігі, бұл қоспаларды, ең алдымен полимер-полимер класын құру мәселесін ғылыми негізделген шешудің іргелі негіздерін құра алады. Жоғарыда айтылғандар табиғи және синтетикалық суда еритін полимерлер мен олардың туындыларының қоспаларына қатысты. Суда еритін полимерлердің үйлесімділігіне байланысты мәселелерді шешудің біржақты тәсілі байқалады, атап айтқанда, барлық жүйелер негізінен ерітінділерде және сирек конденсацияланған күйде зерттелді. Молекулалық деңгейде полимерлердің араласуын бағалау мақсатында суда еритін полимерлердің қоспалары термодинамикалық әдістермен зерттелген жұмыстар өте аз; құрылымдық әдістермен, атап айтқанда оптикалық және электронды микроскопиямен, бұл құрылымның супрамолекулалық деңгейіндегі қоспалардағы полимерлердің үйлесімділігін сапалы бағалауға мүмкіндік береді. Әдебиеттерде қоспалардағы суда еритін полимерлердің үйлесімділік дәрежесін болжауға болатын теориялық есептеулер туралы мәліметтер өте аз. Шамасы, полимерлердің табиғатына, құрылымына, молекулалық салмағына, полидисперсиясына, құрамына, алу әдісіне, ең бастысы, әдісіне байланысты бір-бірімен үйлесімділік мәселелерін талқылау кезінде туындайтын қайшылықтардың себептерін нақтылау үшін-үйлесімділікті бағалау үшін әртүрлі зерттеу әдістерінің (сорбция, калориметрия, фазалық диаграммаларды құру, микроскопия, спектроскопия, дериватография және т.б.) кешенін тартумен үйлесімділікті зерттеу туралы айту қажет болуы мүмкін. Қазіргі уақытта полимерлердің бір-бірімен үйлесу мүмкіндіктерін, термодинамикалық, құрылымдық және қоспаларды құрудың басқа аспектілерін анықтайтын принциптерге қатысты бірқатар гипотезалар бар. Қоспалардың физикалық қасиеттерін олардың үйлесімділігіне байланысты болжауға тырысады және т. б. алайда, осы бағыттағы зерттеулер тереңдеген сайын әр түрлі авторлардың деректері арасындағы қайшылықтар анықталады, бұл мәселені шешудің түбегейлі жаңа тәсілдерінің қажеттілігін көрсетеді. Ең алдымен, полимерлердің бір-бірімен үйлесімділігін (араласуын) анықтаудың көптеген әдістері арасында корреляцияның жоқтығын атап өткен жөн. Бұл, ең алдымен, термодинамикалық әдістерге қатысты. Полимер қоспаларының қасиеттерінің, әсіресе физика-механикалық, оптикалық, электрлік сияқты қасиеттердің үйлесімділік дәрежесіне тәуелділігі туралы идеялар өте қайшылықты. Полимерлердің үйлесімділігінің олардың молекулалық құрылымына, молекулалық массасына және молекулалық-массалық таралуына, супрамолекулалық ұйымға, макромолекулалардың конформациялық ерекшеліктеріне, араластыру жүзеге асырылатын еріткіштің табиғатына, субстратқа тәуелділігі мәселелері жеткілікті зерттелмеген.-пленкалар, компоненттердің арақатынасы, олардың концентрациясы және басқа да факторлар сәулеленеді. Полиэлектролиттер Полиэлектролит ерітінділері әртүрлі технологиялық процестерде кеңінен қолданылады, олар Қоюландырғыштар, диспергаторлар, флокулянттар және т.б. "полиэлектролит" термині кейде зарядтың тығыздығы жоғары кез-келген агрегаттар деп аталады. Алайда, ғылыми әдебиеттерде бұл термин әдетте төменде қарастырылатын зарядталған полимерлерге қатысты. Икемді полимерлердің макромолекулалары үшін карбоксилат немесе сульфат топтары, сондай-ақ аммоний топтары мен протондалған аминдер заряд көзі болып табылады. Полиэлектролиттер күшті және әлсіз болып бөлінеді; соңғысының заряд тығыздығы рН-ға байланысты. Егер полиэлектролит тек функционалды иондалатын топтарды тасымалдайтын бір типті мономерлерден тұрса, иондану дәрежесін иондануға қабілетті топтардың жалпы санынан иондалған топтардың үлесі ретінде анықтауға болады. жүктеу/скачать 20,06 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|