Структурообразование, свойства и применение смешанных водных растворов желатина с гуматом и поливинилпирролидоном




Скачать 462.35 Kb.
НазваниеСтруктурообразование, свойства и применение смешанных водных растворов желатина с гуматом и поливинилпирролидоном
страница1/4
БЕКТЕМИСОВА АЙНАШ УТЕШЕВНА
Дата конвертации12.02.2016
Размер462.35 Kb.
ТипАвтореферат
источникhttp://www.ksu.kz/files/AutoReferats/Bektemisova_A_U.doc
  1   2   3   4

УДК 633.88:582.669.2:581.19:547.926:577.17 На правах рукописи



БЕКТЕМИСОВА АЙНАШ УТЕШЕВНА




Структурообразование, свойства и применение смешанных водных

растворов желатина с гуматом и поливинилпирролидоном


02.00.06 – высокомолекулярные соединения


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук


Республика Казахстан

Караганда, 2010


Работа выполнена в лаборатории химии полимеров ТОО «Институт органического синтеза и углехимии Республики Казахстан» и органической химии и химии

высокомолекулярных соединений Северо-Казахстанского государственного

университета им. М.Козыбаева



Научные руководители:

доктор химических наук,

профессор Жолболсынова А.С.










доктор химических наук

Аккулова З.Г.







Официальные оппоненты:

доктор химических наук,

Тажбаев Е.М.






кандидат химических наук,




доцент Мангазбаева Р.А.

Ведущая организация:

Казахский национальный

технический университет

имени К.И. Сатпаева









Защита состоится «27» ноября 2010 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета ОД 14.07.01 при Карагандинском государственном университете имени академика Е.А. Букетова по адресу: 100028, г. Караганда, ул. Универси-тетская, 28, химический факультет, актовый зал


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Карагандинского государственного университета имени Е.А. Букетова


Автореферат разослан « » октября 2010 года


Ученый секретарь

диссертационного совета ОД 14.07.01,

доктор химических наук, профессор Салькеева Л.К.


ВВЕДЕНИЕ


Актуальность исследования. Большой научный и практический интерес представляют исследования интерполимерных (ИПК) и полиэлектролитных комплексов (ПЭК), образующихся при смешении разнородных полимеров и полиэлектролитов в результате кооперативного взаимодействия их макромолекул друг с другом за счет электростатического, водородного или гидрофобного связывания.

Одним из важнейших приемов получения таких материалов является смешение растворов полимеров разной природы, способных к межмакромолекулярным взаимодействиям. Этот способ позволяет во многих случаях принципиально изменять эксплуатационные и технологические свойства материалов, снижать их стоимость и, следовательно, является мощным инструментом технологов и материаловедов для создания материалов с заданными характеристиками.

Процесс совмещения водных растворов полимеров сопровождается студнеобразованием (или гелеобразованием), при котором возникают пространственные структуры, обладающие свойствами твердых тел. Изучение процессов гелеобразования смешанных растворов полимеров и возможность управления свойствами образующихся пространственных структур является актуальной проблемой. Актуальность исследования определяется тем, что многие технологические процессы переработки полимеров осуществляются в растворе с использованием двух, трех и более полимерных компонентов, особенности взаимодействия которых, следует учитывать. Кроме того, во многих случаях смешения реализуется синергетический эффект повышения желаемых свойств.

Большие перспективы для получения практически значимых и экологически безопасных полимерных смесей и комплексов представляют природные полимеры. Одним из наиболее широко применяемых в народном хозяйстве биополимеров является гелеобразующий желатин из класса белков, получаемый из коллагена и широко используемый в фотографической, фармацевтической и пищевой промышленности. Студни и гели на основе желатины были предметом изучения многих исследователей. С целью регулирования и улучшения поверхностно-активных, стабилизирующих, сорбционных и других заданных свойств разработаны разные модификации желатина. Малоизученными модификаторами для желатины, как гелеобразователя, являются природные и синтетические полимеры.

Интереснейшим и перспективным, но совершенно не изученным компонентом смешанных растворов желатина, являются гуминовые кислоты - самоорганизующиеся анионные полифункциональные полиэлектролиты, обладающие поверхностно-активными и электроповерхностными и многими другими ценными свойствами. Фундаментальные особенности гуминовых кислот обусловлены их высокой связующей и комплексообразующей способностью с различными неионогенными и ионогенными полимерами. Предположено, что гуматы в смеси с желатином могут проявить синергетический эффект по сорбционным свойствам. Благодаря гуминовой компоненте смеси желатина смогут связывать практически все виды экотоксикантов, включая ионы переходных металлов, радионуклиды, нефтяные и хлорированные углеводороды, пестициды, нитроароматические соединения и т.д. Перспективность проведения систематических исследований в области полимерных комплексов гуминовых кислот определяется для Республики Казахстан значимыми ресурсами углей, особенно окисленных и малоиспользуемых, возможностью создания на их основе доступных и эффективных полимерных материалов разнообразного назначения.

Другим ценным компонентом для смесей желатина, выбранным в работе для сравнительных исследований, является неионогенный синтетический полимер поливинилпирролидон (ПВП), также способный к межмакромолекулярным взаимодействиям и регулированию процесса структурообразования смеси. Актуальность исследования интерполимерных комплексов на основе желатины и поливинилпирролидона обусловлена тем, что ПВП нетоксичен, гигроскопичен; гидрогели на его основе способны к иммобилизации растворителя или иных веществ в значительных объемах и к пролонгированному выделению их наряду с сохранением первоначальной формы.

Исследования полимолекулярных комплексов на основе желатина, гуминовых кислот и поливинилпирролидона имеют широкие перспективы для создания наиболее экономичным и технологичным способом нового класса композиционных материалов для применения их в биологии, медицине, пищевой промышленности, сельском хозяйстве, косметологии и т.п. Актуальной проблемой является также создание на их основе кормовых добавок для птицеводства. Исследованиями в России и других странах отмечается высокая ценность создания такой базы на основе желатины, гуминовых кислот и ПВП.

Степень разработанности проблемы. Методы получения и закономерности процессов гелеобразования растворов природных и синтетических полимеров составляли предмет многочисленных исследований П.И.Зубова, В.А.Каргина, С.П. Папкова, П.А.Ребиндера, А. Вейса, Г. Харрингтона, В.Маейра, И. Доннели, С.М.Липатова, В.Н.Измайловой, В.П.Кулезнева, Л.Р Трапезникова, Г.А.Слонимского и др. Из природных полимеров наиболее изучены различные белковые системы (казахстанские работы А.С. Жолболсыновой и Е.Б Бектурова). Наибольшее количество публикаций посвящено исследованию желатина – природного полимера – гелеобразователя, обладающего высокой способностью к образованию пространственных структур и широким спектром применения. Однако вопросы структурообразования смешанных систем желатины с природными и синтетическими полимерами, которые позволили бы создать новые виды модифицированных желатин с улучшенными технологическими характеристиками, практически не изучены. В работе впервые изучены структура, реологические и сорбционные свойства смешанных растворов на основе желатина с гуматом или поливинилпирролидоном, а также с поверхностно-активными веществами разной степени заряженности для получения полимерных композитов.

Связь работы с планом государственных программ. Диссертационная работа является частью исследований, проводимых в Институте органического синтеза и углехимии РК по программе фундаментальных исследований по теме «Создание научных основ получения новых перспективных материалов на базе химически модифицированных продуктов угольного сырья (комплексные удобрения, мелиоранты, детоксиканты и структурообразователи почв, сорбенты для очистки сточных вод, ингибиторы коррозии металлов, лекарственные средства, электронные материалы и высококачественное синтетическое жидкое топливо) (2006-2008 гг., гос.рег. № 0106 РК 01031); по теме «Разработка научных основ и технологий получения новых нанокомпозитных катализаторов гидрогенизации углей, самоорганизующихся гуминополимерных и оптоэлектронных материалов, биологически активных веществ и гуминовых препаратов полифункционального назначения на базе продуктов химической переработки углей и углеотходов» (2009-2011 гг., гос. рег. № 0109 РК 00432).

Цели и задачи исследования. Цель работы – установление закономерностей и особенностей процессов геле- и комплексообразования в смешанных водных растворах желатина с гуматом натрия и поливинилпирролидоном, исследование свойств и определение областей применения полученных новых полимерных комплексов.

Поставленная цель включала решение следующих основных задач:

- изучение строения и свойств исходных гуминовых кислот и желатина,

- установление закономерностей процессов гелеобразования желатина с гуматом или с поливинилпирролидоном по кинетике изменения относительной вязкости и предельного напряжения сдвига гелей,

- изучение влияния состава исходной смеси, рН среды, времени, концентрации смеси и природы компонентов на реологические характеристики, а также на процессы набухания и старения смешанных полимерных гелей желатина с гуматом и с поливинилпирролидоном,

- изучение кислотно-основных свойств полимерных комплексов в зависимости от состава исходной смеси,

- исследование сорбционной способности полимерных комплексов желатина с гуматом и нитрогуматом по ионам тяжелых металлов в зависимости от состава исходной смеси, природы гумата и иона металлов,

- установление механизма гелеобразования и природы связей, стабилизирующих полученные поликомплексы желатина с гуматом, методами ИК-спектроскопии, кондуктометрии и потенциометрии,

- изучение влияния гумата натрия на гидродинамические свойства желатина (форму макромолекул),

- оценка влияния поверхностно-активных веществ разной степени заряженности на студнеобразование растворов желатина,

- сравнительная оценка реологических характеристик поликомплексов желатин-гумат натрия, желатин-поливинилпирролидон и желатин-ПАВ различной степени заряженности,

- проведение испытаний исходных полимеров и их комплексов в качестве кормовой добавки в птицеводстве и в качестве сорбентов для очистки модельных водных растворов от ионов тяжелых металлов

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

- установлены закономерности структурообразования смешанных водных растворов желатины с природным гуматом натрия и синтетическим поливинилпирролидоном в зависимости от рН среды, состава и концентрации исходной смеси компонентов,

- получены и охарактеризованы новые гидролитически стойкие полимерные комплексы стехиометрического и нестехиометрического состава на основе желатина с гуматом и желатина с поливинилпирролидоном,

- исследованы гидродинамические и реологические свойства полимерных комплексов желатина с гуматом и ПВП.

- методами потенциометрии, кондуктометрии и ИК-спектроскопии доказано образование полимерных комплексов донорно-акцепторного и электростатического типа,

- обнаружен синергетический эффект повышения кислотных и сорбционных свойств комплексов желатина с гуматом и нитрогуматом, более выраженный при невысоких концентрациях гумата в смеси.

Практическая значимость работы. Проведенными укрупненными испытаниями гуматов, желатина, поливинилпирролидона и их поликомплексов в качестве кормовой добавки для цыплят и утят в условиях птицефабрики показано, что их применение позволяет повысить продуктивность, сохранность птицы и снизить удельные затраты кормов. Полимерные комплексы гумата и его производных с желатином представят также практический интерес для получения эффективных, доступных, экономичных, водо- и огнестойких сорбентов для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и нефтепродуктов. Способ получения кормовой добавки для цыплят защищен патентом РК.

Личный вклад автора заключается в выполнении экспериментальной работы, литературного обзора, анализе, обобщении и интерпретации полученных результатов и их теоретическом обосновании.

Основные положения, выносимые на защиту:

- установление закономерностей процессов гелеобразования желатина с гуматом и с поливинилпирролидоном по кинетике изменения относительной вязкости и предельного напряжения сдвига гелей,

- результаты изучения влияния состава исходной смеси, рН среды, времени, концентрации смеси и природы компонентов на реологические и гидродинамические характеристики смешанных полимерных гелей желатина с гуматом и с поливинилпирролидоном,

- установление механизма гелеобразования и природы связей, стабилизирующих полученные поликомплексы желатина с гуматом, методами ИК-спектроскопии, кондуктометрии и потенциометрии,

- результаты изучения кислотно-основных и сорбционных свойств полимерных комплексов в зависимости от состава исходной смеси и природы гумата,

- результаты испытаний объектов исследования и полученных комплексов в качестве кормовой добавки в птицеводстве и сорбентов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международных научно-практических конференциях: «Уалихановские чтения -13

( Кокшетау, 2008), «Наука и образование – ведущий фактор стратегии «Казахстан-2030» (Караганда, 2009 г.), «Алдамжаровские чтения-2009» (Костанай, 2009 г.), «Актуальные вопросы устойчивого социально-экономического развития и охраны окружающей среды в Республике Казахстан» (Кокшетау, 2009), «Чистая вода-2009» (Кемерово, 2009), «Теоретическая и экспериментальная химия», посвященная 80-летию профессора М.И. Бакеева» (Караганда, 2010), «Математическое и компьютерное моделирование экологических проблем и актуальные проблемы современного образования» посвященная 60-летию Б.Бакирбаева (Тараз, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 10 печатных изданий, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных Комитетом по контролю в сфере образования и науки МОН РК, тезисы 6 докладов на международных научно-практических конференциях. Получен 1 инновационный патент РК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, основной части, состоящего из четырех разделов, заключения и списка использованных источников, включающего 265 наименований работ отечественных и зарубежных авторов. Работа изложена на 139 страницах, содержит 38 рисунков и 48 таблиц.


ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Во введении обоснована актуальность темы, научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы цель и задачи исследования.

1 Гелеобразование и свойства смешанных водных систем природных и синтетических полимеров

Приведен литературный обзор по закономерностям структурообразования и свойствам желатина и поливинилпирролидона, по строению, свойствам и реакционной способности гуминовых кислот. Отмечено, что эффективным, но малоизученным способом повышения качества желатины является создание на его основе интерполимерных комплексов с природными и синтетическими полимерами.

2 Экспериментальная часть включает методы получения и физико-хими­ческого анализа исходных полимеров и полимерных комплексов на их основе, методики изучения процессов структурообразования водных смесей желатина с гуматом и поливинилпирролидоном; кислотных, гидродинамических, реологических и других характеристик полимерных комплексов желатина разного состава, методики проведения испытаний поликомплексов в птицеводстве.

  1   2   3   4

Похожие:

Структурообразование, свойства и применение смешанных водных растворов желатина с гуматом и поливинилпирролидоном iconСтруктурообразование водных растворов гумата с крахмалом, казеинатом и поливиниловым спиртом, свойства и применение поликомплексов на их основе
Защита диссертации состоится 21 декабря 2010 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета од 14. 07. 01 при Карагандинском...
Структурообразование, свойства и применение смешанных водных растворов желатина с гуматом и поливинилпирролидоном iconЛабораторная работа Тема «Электролиз водных растворов солей»
Цель работы – изучение процесса электролиза водных растворов сульфата меди и йодида калия
Структурообразование, свойства и применение смешанных водных растворов желатина с гуматом и поливинилпирролидоном iconУрок по теме: «Электролиз водных растворов солей»
Закрепить теоретические знания процесса электролиза расплавов и основных принципов его протекания. Расширить знания электролиза на...
Структурообразование, свойства и применение смешанных водных растворов желатина с гуматом и поливинилпирролидоном iconРазработка урока по теме
Цель: Обобщить правила определения продуктов электролиза водных растворов электролитов
Структурообразование, свойства и применение смешанных водных растворов желатина с гуматом и поливинилпирролидоном iconАдсорбция лизоцима из водных растворов на различных гидрофобных поверхностях: графит, активированный уголь, полиэтилен, октан
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Химический факультет, Москва, Россия
Структурообразование, свойства и применение смешанных водных растворов желатина с гуматом и поливинилпирролидоном iconКурса
Водород в природе. Его физические и химические свойства. Получение и применение водорода
Структурообразование, свойства и применение смешанных водных растворов желатина с гуматом и поливинилпирролидоном iconОписание изобретения к патенту
Список документов, цитированных в отчете о поиске: ru 2098379 С1, 10. 12. 1997. Su 1567548 A1, 30. 05. 1990. Su 1281545 A1, 07. 01....
Структурообразование, свойства и применение смешанных водных растворов желатина с гуматом и поливинилпирролидоном iconРеферат на тему: «Охрана водных экосистем»
Проблемы чистой воды и охраны водных экосистем становятся все более острыми по мере исторического развития общества, стремительно...
Структурообразование, свойства и применение смешанных водных растворов желатина с гуматом и поливинилпирролидоном iconРеферат На тему: ” Инертные газы: история открытия, свойства, применение ”
К благородным газам относятся гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. По своим свойствам они не похожи ни на какие другие элементы...
Структурообразование, свойства и применение смешанных водных растворов желатина с гуматом и поливинилпирролидоном iconРоссийской Федерации «Фондовая биржа»
Более 90% источников поверхностных водных ресурсов Центральной Азии (приложение 1) сконцентрированы в Кыргызстане и Таджикистане....
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©kzdocs.docdat.com 2012
обратиться к администрации
Документы
Главная страница