ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИНТЕРПОЛИМЕРНЫХ КОМПЛЕКСОВ НА ОСНОВЕ КАРБОКСИМЕТИЛЦЕЛЮЛОЗЫ И ДИМЕТИЛОЛ(ТИО)КАРБАМИДОВ

АННОТАЦИЯ

В статье изучена закономерность реакций карбоксиметилцеллюлозы с аминосодержащими полиоснованиями диметилолкарбамидами с различной плотностью заряда и свойства полученных интерполимерных комплексов. Кроме того, были изучены вязкость и поверхностная активность синтезированных полимерных комплексов. Для изучения их свойств использовали методы ИК-спектрального и электронно-микроскопического анализа.

ABSTRACT

The paper studies the regularities of the reactions of carboxymethyl cellulose with amine-containing polybases dimethylolcarbamides with different charge densities and the properties of the obtained interpolymer complexes. In addition, the viscosity and surface activity of the synthesized polymer complexes were studied. To study their properties, the methods of IR spectral and electron microscopic analysis were used.

Ключевые слова: карбоксиметилцеллюлозы, полиоснования, диметилолкарбамида, интерполимерных комплексов, вязкость, поверхностная активность, сорбция, физико-химические  свойства.

Keywords: carboxymethylcellulose, polybases, dimethylolcarbamide, interpolymer complexes, viscosity, surface activity, sorption, physicochemical properties.

В предыдущем разделе нами было рассмотрено образование мало растворимых в воде новых полимерных материалов – интерполимерных комплексов на основе карбоксиметилцелюлозы и диметилолкарбамидов являющихся продуктами завершенных реакций между полиэлектролитами. Свойства таких материалов определяются структурой полиэлектролитами, которая в свою очередь зависит от природы составляющих компонентов [4, С.59-62, 5,с.240]. С этой точки зрения представляет интерес изучение интерполимерных комплексов с участием жесткоцепной КМЦ – полимер природного происхождения.

Цель данного раздели заключается в следующем: на основании физико-химических свойства интерполимерных комплексами установить структура получаемого продукта, выявить зависимость между свойствами полученных продуктов с природой составом исходных компонентом.

Для исследования физико-химических свойства и структура образцы интерполимерных комплексов на основе карбоксиметилцелюлозы и диметилолкарбамидов получали в форме пленок из водных растворов смесей интерполимерных комплексов путем испарения растворителя.

Свойства пленок интерполимерных комплексов аналогичны свойствам обычных гидрогелей, таких, как желатина, поливиниловый спирт и др: они жестки и хрупки и сухом состоянии и эластичны – во влажном. Одно из основных свойства интерполимерных комплексов – способность набухать в воде и водных средах –существенно зависит от рн среды, в которую он помещен.

При сравнении набухаемости образцов интерполимерных комплексов на основе карбоксиметилцелюлозы и диметилолкарбамидов в воде (рис .1 кр. 1,2) видна разница как в величинах предельных степеней набухания, так и в характере зависимостей набухания от времени. Предельная степень набухания образца, интерполимерных комплексов на основе карбоксиметилцелюлозы и диметилолкарбамидов, выше и достигает насыщения через 10 мин, в то время кинетические кривые набухания образцов карбоксиметилцелюлозы и диметилолтиокарбамидов отчетливо S – образны и достигают насыщения через час.

Как видно из рис 1 (кр.2), предельная степень набухания интерполимерных комплексов на основе карбоксиметилцелюлозы и диметилолкарбамидов в два раза ниже по сравнению со степенью набухания интерполимерных комплексов на основе карбоксиметилцелюлозы и диметилолтиокарбамидов.

Рисунок 1. Кинетика набухания образцов интерполимерных комплексов различного состав в водной среде при 25°С; 1- КМЦ+ДМК, 2-КМЦ+ДМТ

По-видимому, это связано с тем, что макромолекулы карбоксиметилцелюлозы и диметилолкарбамидов более плотно упакованы вследствие меньшей молекулярной массы диметилолкарбамидов по сравнению с поликатионом диметилолтиокарбамидов.

Способнось интерполимерных комплексов набухать в водных средах существенно зависит от рн среды, в которую он помещен.

У интерполимерных комплексов в нейтральных средах (5<pH>10) наблюдается более стабильные значения степени набухания, вследствие чего наблюдается небольшое повышение степени набухания ПЭК. При обусловлено разрушением системы межмолекулярных солевных связей в частицах интерполимерных комплексов. При увеличении рн среды происходит экранирование карбоксильных групп, включенных в систему межмолекулярных ионных связей, катионами щелочи, что приводит у разрыву ионных связей. Набухаемость образца резко возрастает, вследствие чего ПЭК разрушается.

Из приведенных данных можно сделать вывод, что реакции между интерполимерных комплексами сопровождаются существенными конформационными эффектами и что в комплексах одного и того же интерполимерных комплекса с различными противоположно заряженными макромолекула состояния. Это свидетельствует о важной роли стерического соответствия в реакциях между полиэлектролитами.

Формирование интерполимерных комплексов на основе КМЦ с ДМК или с ДМТ можно проследить, наблюдая изменения морфологии КМЦ, ДМК и ДМТ методом растровой электронной микроскопии. На рис. 2 приведены микрофотографии поверхности пленок КМЦ (а), ДМК (б) (микрофотографии ДМК и ДМТ идентичны, поэтому приводим микрофотографии только ДМК и интерполимерных комплексов КМЦ-ДМК (в), КМЦ-ДМТ (г). Видно, что структура интерполимерных комплексов весьма однородна и не сильно отличается от структуры типичного жесткоцепного полимера КМЦ. В то время структура интерполимерных комплексов не имеет ничего общего с неоднородной структурой ДМК и ДМТ. Это значит, что системы, включающие в свой состав КМЦ и ДМК или ДМТ, гомогенны, т.е. образуется интерполимерных комплекс. Подробную информацию о более тонких особенностях структуры этим методом получить не удалось, потому что ПЭК, подобно веществам, находящимся в стеклообразном состоянии, выглядят под электронным микроскопом как сплошные тела.

Рисунок 2. Электронные микрофотографии поверхности порошков КМЦ (а), ДМК (б), КМЦ+ДМК (в), КМЦ+ДМТ (г)

С целью исследования строения интерполимерных комплексов и природы химических процессов, протекающих в них при нагревании, были изучены термоустойчивость (методом термогравиметрии) и ИК-спектры как исходных компонентов, так и образцов интерполимерных комплексов.

Как известно [1,с.2637-2643, 2,с.125, 3, с.1629-1633], в исходном интерполимерных комплексе принимают участие в реакции образования амидных связей только те функциональные макромолекулы, которые образовали друг с другом солевые связи. Изменение режима нагревания (температуры и продолжительности) позволяет регулировать количество амидных связей в интерполимерных комплексов и, тем самым, направленно менять свойства интерполимерных комплексов, прежде всего степень набухания и механические свойства пленок в водных средах [2].

То есть, процесс образования межмакромолекулярных амидных связей в интерполимерных комплексов можно использовать в качестве одного из способов химической модификации для целенаправленного изменения свойств материалов из интерполимерных комплексов.

Список литературы:

1. Зезин А.Б., Рогачева В.Б., Комаров В.С., Разводовский Е.Ф. Образование амидных связей в полиэлектролитных комплексах // Высокомол.соед. – 1975. – Т.А.17. - №12. – С. 2637-2643.
2. Комаров В.С. Исследование реакций между макромолекулами, протекающими в упорядочнных системах- полиэлектролитных комплексах. Дисс. …канд. Хим.наук. – М., 1977. -125 с.
3. Комаров В.С., Рогачева В.Б., Зезин А.Б. Исследование структуры и свойств полимер-полимерных амидов // Высокомол.моед. – 1978. – Т.А.20. - №7. – С. 1629-1633.
4. Нургалиева Ф.Ф., Холмуминов А.А., Кучкарова О.Р., Тиллаев Р.С. О свойствах растворов смесей серицина с Na-КМЦ // Узб.хим.журнал. – 1995. -№5-6. –С.59-62.
5. Привалко В.П. Молекулярное строение и свойства полимеров. – Л., Химия, 1986. – 240 с.