Привитая сополимеризация акриловых мономеров с коллагеном и фиброином

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В настоящее время во всем мире расширяются исследования совместной полимеризации функционально-активных мономеров с полимерами в гомогенной или гетерогенной среде, на поверхности волокон и наполнителей в гетерогенной фазе для получения новых полимерных материалов, в которых сохраняются свойства отдельных полимеров и появляются новые, прогнозируемые свойства. Исследования позволяют получит огнестойкие, гидрофобные, лиофобные и другие текстильные материалы со специальными свойствами. За годы независимости нашей страны особое внимание уделяется развитию текстильной и легкой промышленности, комплексной переработке волокнистого сырья до готового изделия. В том числе, достигнуто получение огнестойких и гидрофобных материалов в результате заключительной обработки текстильных полотен неорганическими и органическими антипиреними, гидрофобными веществами. Задачи освоения принципиально новых видов продукций и технологий, обеспечение конкурентоспособности национальных товаров на внутреннем и внешнем рынке указаны в стратегии Действий по пяти приоритетным направлениям развития Республики Узбекистан. В этом аспекте провидение научных и практических исследований, направленных на получение высокомолекулярных соединений, разработку текстильных материалов со специальными свойствами путем прививки полимерных антипиренов, акриловых мономеров на поверхности местных природных полимеров приобретает особую значимость. Как показали научные исследования в мире, методика проведения, закономерности и механизм процессов привитой сополимеризации отличаются от процессов радикальной или ионной полимеризации в массе, растворе, суспензии или эмульсии. Сополимеризация начинается с химического или адсорбционного взаимодействия инициатора или катализатора с каким-либо полимером, с поверхностными молекулами волокон и наполнителей. В результате такого взаимодействия образуются активные центры радикального или ионного характера, которые обеспечивают дальнейший рост привитых полимерных цепей. Определение условий получения привитых сополимеров природных полимеров с функционально-активными мономерами, исследование механизма, кинетических параметров процессов полимеризации в исследуемых системах, физико-химических и механических свойств сополимеров, определение областей практической реализации такого метода полимеризации с учетом специфических свойств полимерных композиций является актуальной проблемой химии и технологии высокомолекулярных соединений. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в постановлениях Президента Республики Узбекистан ПП-1442 от 15 декабря 2010 года «О приоритетах развития промышленности Республики Узбекистан в 2011-2015 годах» и ПП-2687 от 21 декабря 2016 года «О программе мер по дальнейшему развитию текстильной и швейно-трикотажной промышленности на 2017-2019 годы», в Указе УП-4947 от 7-февраля 2017 года «Стратегия Действий по пяти основным направлениям развития Республики Узбекистан на 2017-2021 годы», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является определение способа, кинетических параметров, схемы привитой сополимеризации акриловых мономеров с белковыми макромолекулами, физико-химических, механических и прикладных свойств сополимеров. Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем: разработана схема процессов прививки акриловых мономеров при взаимодействии инициатора с пептидной и аминогруппой белковых макромолекул; установлены кинетические порядки реакций и энергии активации привитой сополимеризации акриловых мономеров с коллагеном и фиброином, значения которых отличаются от значений при обычной радикальной полимеризации; выявлены параметры регулирования степени и эффективности прививки, скорости сополимеризации, структуры и физико-химических свойств синтезированных полимеров и материалов на их основе; установлена прививка модифицирующих веществ к молекулам текстильного материала, как фактор улучшения их специальных свойств. Вывод 1. При сополимеризации акриловых мономеров с коллагеном и фиброином натурального шелка активные центры образуются в результате химического взаимодействия функциональных групп природных полимеров с инициатором радикальной полимеризации, и адсорбции. По анализу ПК- и ПРМ- спектров всех исследованных веществ и продуктов их взаимодействия предложено взаимодействие инициатора с пептидными и аминогруппами белковых макромолекул с образованием свободного электрона в макромолекуле природного полимера. 2. Инициирование привитой сополимеризации и рост привитых полимерных цепей осуществляется в результате присоединения молекулы мономера к активному центру макромолекулы с образованием новых С - N связей. Предложены схемы реакций образования активных центров, инициирования, роста и обрыва привитых полимерных цепей с участием ПК и ДАК. 3. Закреплённые на поверхности инициаторы распадаются заметно быстрее, причём для них энергия активации распада на 30-50 кДж/моль ниже, чем обычного термораспада в аналогичных условиях. С увеличением концентрации инициатора существенно возрастает общая степень превращения и степень прививки, при этом уменьшается степень полимеризации и молекулярная масса привитых цепей. С увеличением же концентрации мономеров незначительно возрастает степень превращения, эффективность прививки почти не изменяется, увеличивается степень прививки, степень полимеризации и молекулярная масса привитых цепей. 4. Структура сополимеров в большей степени зависит от концентрации инициатора. При достаточно высоких степенях превращения с увеличением концентрации инициатора возрастает доля гель фракции полимера. С увеличением молекулярной массы привитых цепей вероятность рекомбинации растущих цепей с последующим образованием сетчатой структуры возрастает. 5. Растворимость, плотность, термоустойчивость привитых сополимеров определяются степенью превращения, сшивки основного полимера макромолекулами прививаемого полимера. Увеличение степени прививки и соответственно частоты сеток сшитого строения приводит к повышению плотности и термоустойчивости сополимера. 6. Физико-механические свойства текстильных полотен на основе привитых сополимеров зависят от природы прививаемого полимера, но в большей степени от его массовой доли. Толщина и поверхностная плотность всех материалов закономерно и пропорционально увеличиваются с увеличением степени прививки синтетического полимера. Упруго-прочностные свойства материалов регулируются как степенью сшивки, так и природой мономеров. 7. Для практической реализации процессов привитой сополимеризации рекомендуется использование метода предварительной адсорбции инициатора из раствора. Эффективность прививки в этом случае примерно в два раза больше, чем при одновременном внесении мономера и инициатора. Привитую сополимеризацию функционально-активных мономеров на поверхности волокон можно успешно использовать для разработки огнестойких, гидрофобных и лиофобных текстильных материалов на основе природных и химических волокнистых материалов.