ИЗУЧЕНИЕ СОВМЕСТИМОСТИ ВОДОРАСТВОРИМОГО АЦЕТАТЦЕЛЛЮЛОЗЫ И ЖЕЛАТИНА В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ МЕТОДОМ ВИСКОЗИМЕТРИИ

АННОТАЦИЯ

Методом вискозиметрии исследована совместимость водорастворимого ацетатцеллюлозы с желатиной в водной среде. Показано, что приведенная и характеристическая вязкости растворов имеют положительные отклонение от аддитивности, что свидетельствует о совместимости данной системы в водных растворах.

ABSTRACT

The сompatibility of water-soluble cellulose acetate with gelatin in aqueous medium was investigated by viscosimetrical method. It is shown that reduced and characteristic viscosityies of solutions have positive deviations from additivity, what indicated on the compatibility of this system in aqueous solutions.

Ключевые слова: ВРАЦ, желатина, вискозиметр, приведенная и характеристическая вязкость, вода.

Keywords: WSCA, gelatin, viscosimeter, reduced and characteristic viscosities, water.

Введение. Применение в различных областях производства полимерных материалов становится более интенсивным, однако, применение этих материалов должно быть без вредным с экологической точки зрения т, е они должны отвечать таким требованиям как гигроскопичность, легкая разлагаемость в живых организмах и природе. Одним из решением этого вопроса является применение материалов на основе эфиров целлюлозы и композиционных материалов на их основе [1]. Однако, физико-химические свойства таких систем связаны со степенью взаимодействие исходных компонентов в растворах и конденсированном состоянии.

Целью данной работы является изучение взаимной совместимости водорастворимой ацетатцеллюлозы (ВРАЦ) и желатин в водных растворах методом вискозиметрии.

Объектами исследование были использованы ВРАЦ со степенью замещения и полимеризации 0,5-0,6 и очищенный производственный желатин со средней молекулярной массой 125000. Вязкость растворов измерены на вискозиметре типа Убеллоида, позволяющего проводить разбавление раствора в самом вискозиметре. С учетом полиэлектролитного характера желатины в качестве растворителя применяли 0,1% водный раствор NaCI.

Известно, что свойства растворов полимеров во многом зависят от характера взаимодействия их макромолекул с молекулами растворителя. Этот вопрос становится ещё более интересным в случае изучение композиционных материалов, состоящих из полимеров различной природы, изучение которых дает такие ценные данные как по взаимной совместимости компонентов как в растворе, так и в конденсированном состоянии, которое и может обозначить предполагаемые области их применения в науке и технике.

Для оценки взаимной совместимости макромолекул наиболее приемлимим методом является изучение вязкости смесей полимеров в разбавленных растворах при различных условиях. Этот метод изучение характера взаимодействие макромолекул в растворах был широко представлен в работe [2] и показано, что степень совместимости полимеров связаны больше всего со способностью сворачиваемости макромолекул в результате взаимодействии полимеров различной природы, а также в данном случае немаловажным является присутствие молекул растворителя.

Известно, что одним из способов решения этого вопроса, как уже отмечаемо, является использование вискозиметрических данных, согласно которым отталкивающие взаимодействия вызывают сжатие клубков макромолекул, в результате чего вязкость растворов механических смеси полимеров оказывается ниже значений, вычисленных из предположения аддитивности. Если же наблюдается противоположный эффект, то считается, что имеет место положительное взаимодействие.

Результаты исследование зависимости приведенной вязкости растворов механических смесей ВРАЦ и желатины при различных температурах приведены на рис. 1. Как видно из рисунка, при начальных содержаниях желатин (до 40-60 %) в смеси наблюдается положительное отклонение вязкости от линии аддитивности, что доказывает наличие положительного взаимодействия между различными макромолекулами ВРАЦ и желатины, связанное, по всей вероятности, за счет различных функциональных групп, имеющихся в макромолекулах обоих компонентов в результате чего размер макромолекул может возрастать. Однако, при более больших содержаниях желатины в смеси вязкость смесей уменьшается и наблюдается некоторое отрицательное отклонение от аддитивности.

Рисунок 1. Зависимость приведенных вязкостей смесей ВРАЦ и желатин в водных растворах при различных температурах (⁰С)

Причиной подобного рода изменения вязкости, по-видимому, является превалирующая роль макромолекул желатины относительно меньшей молекулярной массой. В данном случае необходимо учитывать и роль растворителя, полярные молекулы которого могут образовывать и микрогидраты разного состава в зависимости от состава смеси. Из этих же данных видно, что с увеличением температуры приведенная вязкость растворов смесей различного состава монотонно понижается.

Для более подробного выяснения выше сказанного предположения, построены зависимости [η] от состава смеси (рис.2), которые ещё более ярче выражает степени взаимодействие молекул в подобны тройных системах. Как видно из полученных данных, [η] растворов смесей ВРАЦ-желатина во всех изученных температурах, как в случае приведенной вязкости, при малых содержаниях желатины в смеси имеют достаточно сильное положительное отклонение от аддитивности с последующим переходом в отрицательную область отклонений.

Рисунок 2. Зависимость характеристической вязкости [η] водных растворов смесей ВРАЦ и желатин при различных температурах (⁰С)

 Однако, с увеличением температуры подобное отклонение становится менее выраженным или даже переходит в область положительного отклонения [η]. На основании этих данных можно предположить о совместимости макромолекул ВРАЦ и желатины в водных растворах.

Известно, что иногда полученные выводы по совместимости полимерных систем по иногда могут приводить к ошибочным результатам, так как совместимость зависит от многих, иногда противоположных факторов. В связи с чем были построены зависимости Δi/Δ[η] от состава смеси по методу Зеленгера и Хайдингисфельда [3], где Δi - разность [η] смеси и [η]_ид и Δ[η] - разность [η] исходных полимеров.

Из данных рис.3 видно, что зависимость Δi/Δ[η] от состава смеси полностью отражает результаты зависимости η_пр и [η] растворов от состава. Однако, как утверждают сами авторы, и этот метод иногда дает ошибочные результаты.

Рисунок 3. Зависимость параметра Δi /Δ[η] от состава смеси при различных температурах(⁰С)

Поэтому нами были проведены расчеты по методу Кригбаума и Уолла [3] согласно которого, информация о взаимодействия полимерных молекул может быть получена из сравнения экспериментальных значений b_ij и вычисленных теоретически.

Δb_ij = b_ij - b_{ij ид}

где b_ij – параметры взаимодействия между различными молекулами, b_{ij ид} – идеальные параметры взаимодействия между различными молекулами.

b_{ij ид} = (b_ii * b_jj)^0,5

где b_ii и b_{jj ид} –параметры взаимодействия между одинаковыми молекулами.

b_ii = K [ɳ_i]²                  b_jj = K [ɳ_j]²

где K – константа Хаггинса, [ɳ_i] и [ɳ_j] – характеристические вязкости полимеров.

Из рис.4 видно, что вычисленные результаты Δb_ij для переменного состава смеси почти подтверждают экспериментальные и теоретические данных по вискозиметрии. Как отмечено выше отрицательные значения Δb_ij обнаруживается в системах, состоящих из не совместимых полимеров, в то время как положительные значения Δb_ij относятся к притягательным взаимодействиям и совместимости. Как видно из рис.4, наиболее сильное отрицательное отклонение от аддитивности наблюдается при относительно малых содержаниях ВРАЦ в смеси. Так же интересно отметит то, что влияние температуры на ход кривых является достаточно хаотичным, что указывает, по-видимому, на некоторую особенность степени взаимодействия обновленную природой компонентов, процессами микрогидратации или микросольватации и др.

Рисунок 4. Зависимость параметра Δ b_ij от состава смеси ВРАЦ-желатин при различных температурах (⁰С)

На основании выше приведенных данных можно предположить, что совместимость системы ВРАЦ – желатина зависит от состава смеси в отличие от системы ВРАЦ – карбо-оксиметил-крахмал, которое ране было представлено [4].

Список литературы:

1. Рахмонбердиев Г.Р. Физиологически активные полимеры на основе водорастворимой ацетилцеллюлозы. Респуб. Конф. “Современные проблемы полимерном науки” Ташкент. 2011, С.12
2. Алексеева О.В., Рожкова О.В., Родионова А.Н. Исследование физико-химических свойств водных растворов натрийкарбоксиметилцеллюлозы и метилоксипропилцеллюлозы. Кинетика и механизм кристаллизации кристаллизация для нанотехнологий, техники и медицины, международная научная конференция. Иваново, Россия. 2008, С. 312
3. Ташмухамедов С.А., Азизов Ш.А., Сагдуллаев Б.У., Сагдиева З.Г., Усманов Х.У. Термодинамическое исследование растворов привитых сополимеров ацетата целлюлозы с поливинилацетатом. Высокомолек. соедн. Том (А). ХХ. №1. 1978. С. 180-184.
4. Сагдуллаев Бахтияр Убайдуллаевич., Муродов Суннатилло Абдурашидович., Яркулов Ахрор Юлдашевичвич., Зияева Манзура., Акбаров Хамдам Икромович Вискозиметрические свойства водных растворов водорастворимой ацетатцеллюлозы и Na-карбоксиметил крахмала. Universum: Химия и биология: электрон.науч.журн. Москва. 2020, № 3 (69).