Реферат тақырып: Полимерлі гидрогельдерді алу
жүктеу/скачать 93,17 Kb.
|
1 2
Байланысты:Абилхан А ТФП-310 (реферат) Полимерлі гидрогельдерді алу
|
Қазақстан Республикасы білім жəне ғылым министірлігі Е.А. Бөкетов атындағы Қарағанды университеті Химия факультеті РЕФЕРАТ Тақырып:Полимерлі гидрогельдерді алу Орындаған:ТФП-310 тобының студенті Абилхан А Тексерген:Кажмуратова А.Т Қарағанды-2020 Жоспар: I Кіріспе Полимерлі гидрогельдер дегеніміз? II.Негізгі бөлім 1.1 Гидрогельдерді алудың негізгі əдістері 1.2 pH-сезімтал гельдерді алу 1.3 Термосезімтал гельдерді алу III.Қорытынды IV.Пайдаланылған əдебиеттер тізімі Кіріспе Полимерлік гельдер деп макромолекулалардың өзара байланысынан түзілген, үш өлшемді аса бағалы қасиеттерге не жоғары молекулалық қосылыстарды айтады. Ерітіндіден айырмашылығы гель ақпайды, себебі молекулалар арасында кеңістік торлар болады. Кеңістік торының табиғатына байланысты гельдер екі топқа бөлінеді. Бірінші текті гельдерде торланған қаңқа химиялық байланыс арқылы түзіледі. Торланған полимерлер ісінгенде, тізбек бөліктері жазылады. Бұл эффект өзінің максимал мәніне ісіну үдеріcі тепе- тендікке келгенде жетеді. Гельдердін бұл өкілдеріне резенкелердің және ионалмастырғыштардың ісінуі жатады. Торланған қанқасы əлсіз молекулааралық байланыстармен (Вандер-Вальс күштері немесе сутектік байланыстармен) түзілген гельдерді екінші топқа жатқызады. Олардың бұл тобы температураны өзгерткенде немесе жүйеге тұндырғыш косканда екі фазаға бөлінеді. Бірінші топтағы гельдер химиялық, ал екінші топтағылары физикалық деп аталады. Гельдердін физика-химиялық өасиеттері олардың табиғатына байланысты. Мысалы, бірінші топ гельдерінің қайтымды деформациясы жүздеген пайызға жетеді және энтропиялық табиғаты бар, яғни оның өзгеруі тізбек бөлігінің конформациясының өзгеруіне байланысты. Гельдердің екінші тобында қайтымды деформация мәні аздау (50-100%) және оның табиғаты энергетикалык болып келеді. Егер гельдерге көп күш жұмсалса жəне ол күш ұзақ əсер етсе, онда олардың екі тобы да кайтымсыз деформацияга ұшырайды, яғни аққыштық күйге көшеді. Гельдердің бірінші тобы қайтымсыз деформацияга ұшырағанда химиялық байланыетырдың үзіліn, рекомбинацияланудын нәтижесінде жана байланыстар түзіледі. Бұл үдерісті химиялық аққыштық дейді. Температураның өзгеруіне байланысты гельдер қайтымды және қайтымсыз болып бөлінеді. Гельдердің екі тобының оптикалық қасиеттері де əртүрлі. Біріншісі мөлдір, екіншісі бұлдыр және жарық шашыратқыш болып келеді. Гельдердің макромолекулалары өте узын болғандықтан олардың созылғыштық қасиеті дамыған полимерлік торларды кұрайды. Гельдердің басты ерекшелігі еріткіштердің шамадан тыс мөлшерін сіңіре алатынын айттық. Еріткіштің кызметін көбінесе су аткарады, ал суда ісінетін гельдер- гидрогельдер деп аталады. Бұл материалдардың қолдану аймағы өте кең . Атап айтсақ , « ақылды гельдер » полимерлерді және гидрогельдерді ақуыз ерітінділерін концентрлеуге және биокатализаторлардың иммобилизациясы үшін , сенсорлы жүйелерді және дәрілердің бөлінуін қадағалайтын жүйелер үшін қолдануға болады . Гельдер ісінуге және коллапсирленуге қабілетті болғандықтан , жағдайларға байланысты олардың өте қажет материалдар ретінде әр түрлі салалардағы қолдануын анықтайды : ауыл шаруашылығында ( қуаң топырақтарда ылғалды сақтау үшін ылғал - сорбенттері ретінде » , өндірісте реттелетін өткізгіштігі бар мембраналар ретінде , биотехнологияда ( биомолекулаларды бөлу және тазарту , сенсорлы жүйелердің биокатализаторларының иммобилизациясы үшін , медицинада дәрілердің бөлінуін қадағалау үшін , тұрмыста ( физиологиялық сұйықтықтардың абсорбциясына арналған гигиеналық маталар . Гидрогельдердің негізгі құндылығына олардың мөлдірлігі , гидрофильдігі , уытсыздығы , тірі организм ұлпаларымен жақсы қабысуы , әртүрлі субстанциялар үшін жоғары өткізгіштігі жатады . Сонымен , полимерлік гельдердің аса маңызды қасиеті - ісіну жиырылу қасиетіне бәсекелесе әсер ететін тартылыс және теріліс күштерінің арақатынасымен анықталатыны белгілі болды . Полимерлік гельдер медицинада көптеген мақсаттарда , оның ішінде дәр ілік заттардың бақылаулы бөлінуін реттеу үшін , қолданылады . Оған гельдерге тән өте бағалы қасиеттер себепкер Сызықтық полимерлердің барлық пайдалы қасиеттеріне ие бола отырып , гельдердің көптеген маңызды ерекшеліктері бар . Атап айтар болсақ , ісіну қабілетіне сәйкес , гельдер жаралардан бөлінетін ірінді сұйықтықтар мен экссудаттарды сіңіріп алады , дәрінің әсер ету мерзімін ұзарту мүмкіндігі жоғары , қолданудың ыңғайлылығы ( таңғыш материалдар , жайсыз процедура - инъекцияның қажеті болмайды , суға ынтықтығы жоғары болғандықтан жағылған дәріні жаңа өсіп келе жатқан ұлпаны зақымдамай аластау мүмкіндігі , т.б. ) Осыған байланысты , полимерлік гельдерден жұмсақ түйісу линзалары , дәрілік бастаманың бақылаулы және ұзақ уақыт бөлінуін қамтамасыз ететін дәрілік формалар , трансдермальды терапевтік жүйелер дайындау мүмкіндіктері зерттелді . Құрамында көп мөлшерде тепе - теңдікті судың болуы гельдерді құрылымы бойынша адам организмімен өте ұқсас. 1.1 1.Гидрофильді мономерлерді мысалы : акриламидті , гидроксиалкиметакрилаттарды , акрил қышқылы және оның тұздарын , N - винилпирролидон және т.б. ) түзуші агенттермен ( этиленгликольдиметакрилат , N , N- метилен - бисакриламид ) радикалдық полимерлеу , 2. Гидрофильді олигомерлерді ( мысалы : олигоэтиленгликольдер ) немесе полимерлерді торлы полимерлер синтездеу әдістерін қолданып тігу . 3. Жоғарыда келтірілген мономерлерді табиғи полимерлерге ( целлюлоза және оның эфирлері , декстран , желатин ) жалғау . 4. Полимерлердің химиялық реакциялары арқылы , мысалы , торланған немесе жалғанған полиакрилонитрилды гидролиздеу . Гельдердің құндылығы оларға тән ерекше екі қасиетіне байланысты : 1.Гельдер еріткіштердің шамадан тыс мөлшерін сіңіре алады , яғни суперабсорбциялық қасиеті бар . 2. Гельдер қоршаған орта жағдайының ( температура , pH , иондық күш , электр өрісі , еріткіштің табиғаты және т.б. ) әсерінен өзінің көлемін ондаған , жүздеген есе қайтымды өзгерте ( ісіну - жиырылу , коллапс - деколлапс ) алады . Гельдердің суда қатты ісіну қабілеті олардың құрылымында ионогенді ( -COOH , -NH , -SOOH және т.б. ) және полярлы ( -C = 0 , -ОН , -С - 0 - C- және т.б. ) 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. Мұнда ионогендік топтар су ерітінділерінде диссоциацияланып , тізбекте зарядталған буындар және еркін қозғалып жүретін кіші молекулалық қарсы иондар түзеді . Қарсы иондар еркін қозғалуы нәтижесінде тасымалдану энтропиясын құрайды . Тасымалдану энтропиясы тұрғысынан қарсы иондарға неғұрлым үлкен көлемге таралғаны тиімді . Алайда , гель біртұтас алғанда электр бейтарап тығын сақтауы тиіс . Сондықтан қарсы иондар гель көлемінен дебай ұзындығынан алыстап кете алмайды . Мұның нәтижесінде пайда болған қарсы иондар гель фазасында осмос қысымын арттырып , гельдің ісінуін тудырады . Гидрофобтық әрекеттесулер су ерітіндісінде гидрофобты көмірсутек радикалдары арасында жүзеге асады . Энергиясы бойынша сутектік байланыстармен шамалас . Гидрофобтық әрекеттесудің мәні мынада : гидрофобты топтар су ортасына түскен кезде , олардың айналасында су молекулаларының құрылым түзуі ( сутектік байланыстар есебінен ) күшейеді . Оның себебі , гидрофобты ортаның диэлектрлік өткізгіштігі төмен болғандықтан , электрлік потенциал жоғарылайды . Су молекулаларының осылайша құрылым түзуі тропиялық тұрғыдан тиімсіз . Сондықтан гидрофобты тұстар сумен түйісу бетінің ауданын азайту үшін өзара жақындасып , бірігеді . Қазіргі заманғы көзқарас бойынша гидрофобтық әрекеттесулер молекулалардың жылулық қозғалысымен тығыз байланысты . Басқа ша айтсақ , жүйенің жалпы еркін энергиясына энропияның қосатын үлесі температура жоғарылаған сайын көбейетін болғандықтан , гидрофобтық әрекеттесулер температура көтерілген сайын күшейеді . Демек , гидрофобтық әрекеттесулердің интенсифтілігін , күшін температура арқылы реттеуге болады . Сонымен қатар гидрофобтық әрекеттесулерді басқарудың тағы бір тетігі – гидрофильді гидрофобты баланс . Көмірсутек радикалы неғұрлым үлкен болса , Гидрофобтық әрекеттесулер соғұрлым күшті және керісінше. Гельдердің суда шамадан тыс ісінуі негізінен екі қозғаушы күштерге байланысты : 1. Электростатикалық фактор . Ионогенді топтардың суда диссоциялануынан пайда болған , полимерлік тізбекпен ковалентті байланысқан аттас зарядтар бір - бірінен тебіліп , макромолекуланың жазылуын , осыған сәйкес « полиэлектролиттік ісінуді » тудырады . 2. Осмос қысымы . Ионогендік топтардың иондануы нәтижесінде түзілген қарсы иондар полимерлік торды іштен кернеп , гель фазасындағы осмос қысымын қатты өсіреді . Осының нәтижесінде полимерлік тордың қабырғасына іштен қысым түсіп , гель ісінеді . Ісінудің физика - химиялық моделі жүйенің еркін энергиясының өзгеруіне зделген . Оның өзгеруі үш факт есебінен жүзеге асады : 1 ) гельдің ішіндегі қозғалғыш қарсы иондардың осмос қысымы ( Доннан теориясы ) ; 2 ) полимердің еріткішпен араласуы ( Флори - Хаггинс теориясы ) ; 3 ) макромолекулалардың созылып , еркін энергияны көбейтуі . Бұл ісінудің шекті дәрежесін анықтайды . Полимердің жақсы еріткішпен араласып , энтропияны көбейтуі гельдің ісінгіштігін арттырады . Егер еріткіш нашар болса , энтропия ұтысы жеткіліксіз , гель ісінбейді . Полимерлік тор ісінгенде , макромолекулалардың созылуы эластикалық теория бойынша сипатталады . Мұнда полимерлік тор еркін гаусс конформациясында тұрған көлденең тігілген полимерлік тізбектерден құралған . Қарастырылған ісінудің физика - химиялық моделі әлсіз зарядты гельдерді жақсы сипаттайды . Полимерлік гельдердің ісінуге әсер ететін параметрлері : 1. Макромолекуланың табиғаты , яғни суға ынтықтығы . 2. Гельдің тігілу дәрежесі . Қазіргі кезде 50-400 монометрлік буынға бір көлденең тігіс келетін сирек тігілген гельдердің маңызы артуда . Өйткені мұндай гельдердің ісінгіштік дәрежесі үлкен . Тігілу дәрежесі артқан сайын ісінгіштік кемиді . 3. Функционалдық топтың полярлығы , яғни полиэлектролиттің күші . 4. Функционалдык ( ионогендік ) топтың үлесі және иондану дәрежесі . 5. Қоршаған ортаның жағдайы ( температура , қысым , pH және ерітіндінің иондық күші ) . Ісінуге қарама - қарсы құбылыс – гельдердің жиырылуы ( коллапс ) . Коллапсты тудыру үшін гельдi iсіндіретін электростатикалық және осмос кысымының күштеріне төтеп беріп , қарсы тұра алатын , гельдің жеке бөліктері арасындағы тартылыс күштері қажет . Тартылыс күштердің артуына әртүрлі факторлар ықпал етеді : температура , ортаның рН - ы , термодинамикалық нашар еріткіш , жарық , электр өрісі , сызықтық полимер , биологиялық активті заттар және т.б. Гельдің жиырылуы қайтымды . Бұл құбылыс сызықтық полимерлерде кездесетін « шумақ - глобула » конформациялық ауысумен түсіндіріледі. Сонымен , полимерлік гельдердің аса маңызды қасиеті – ісінуі жиырылуы ( коллапс ) бәсекелесе әсер ететін тартылыс және теріліс күштерінің арақатынасымен анықталатыны белгілі болды . Осы құбылысты тудыратын күштерге жататындар : -Ван - дер - Ваальс күштері ; - сутектік байланыстардың күші ; - гидрофобтық әрекеттесулер ; - электростатикалық күштер; - қарсы иондардың тасымалдану энтропиясы ; - кулондық әрекеттесулер ; - иондық жұптар мен мультиплеттер . Полимерлік гельдердің табиғаты мен құрылымына сәйкес келтірілген күштер әртүрлі дәрежеде ісіну - жиырылу құбылысына әсер етіп , өте бағалы қасиеттерге себепкер болады . Полимерлік гельдерді осындай ерекше қасиеттері үшін « ақылды материалдар » , « сезімтал материалдар » ( « Smart or intelligent moterials » . « resporensive gels » ) деп те атайды . Бұл гельдердің ең негізгі ерекшеліктері — қоршаған ортаның әсеріне сезімталдығы . Соңғы жылдары сезімтал полимерлік гельдердің түрі мен саны , сондай - ақ гельдерге мұндай қасиет беретін түрткі - сезімтал ( түрткі - стимул ) топтардың көбеюі игі әсерін тигізуде . Бастапқы кезде « түрткі » қызметін температура немесе еріткіштің термодинамикалық сапасы атқарған болса , қазіргі кезде ондай факторлар сандық және сапалық жағынан айтарлықтай байыды : ортаның рН - ы , жарықтың күші , электр және магнит өрістері биохимиялық активті қосылыстар және т.б. Осыған орай әсер етуші түрткінің түріне қарай pH – сезімтал , термосезімтал , ион - сезімтал , жарық сезімтал , т.с.с. гельдер деп бөлінеді . 1.2
70 жылдардың соңында Дусек және Паттерсон гельдердің фазааралық өту стадиясында ісінген күй теориясын ұсынды . Бұл орайда гельдің ісінген және сколиопсирленген күйі бірге болуы мүмкін , және бұл күйлердің бір - біріне өтуі қоршаған орта параметрлеріне байланысты . 1978 жылы Танака иондалған полиакриламид гелі суда ацетонның Толған концентрациясынан осындай фазааралық өту байқалғанын айтқан . Сол кезден бастап Танака зерттеу тобы мен басқа да зерттеушілер мұндай құбылыстар гель - еріткіш жүйесіне тән екенін көрсетті. Kачальский , Танака және де польша макромолекула химия институның ғалымдарының жұмыстарының нәтижесі сан алуан зерттеушілерде 1980 жылдардан бастап әртүрлі типті полимерлі Гидрогельді материалдар жасау проблемасы тұрды . Гидрофильді полимерлі торлардың әртүрлі параметрлерге әсерін байқады . Гидрогельдер коллапсы үздіксіз немесе дискретті түрде орындалуы мүмкін . Иілгіш тізбекті нейтралды торлар үшін дискретті коллапс әдісі әдетте байқалмайды . Тор көлемі мен еріткіш құрамы немесе температура арасындағы қисықтағы секірістер ионогенді топтардың болуына байланысты болады . Бұл ережеге бағынбайтын полиизопропилакриламид ( ПИПАА ) , поливинилкапролактам және поливинилметилен эфирі ( ПВМЭ ) гельдері жатады . Полиэлектролитті гидрогельдердің ісіну дәрежесі Ионогенді мономердің зарядтарына және полимерлі тордағы концентрациясына және де ионогенді Топтың рH - на , иондардың және тігілу дәрежесіне , рН - қа және қоршаған ортаның иондық күшіне тәуелді . Полиэлектролитті гидрогельдердің ісіну параметрлеріне рН - тың өзгеруі мен ортаның иондық күшінің өзгеруі жатады . Сілтілік ортада қышқыл тобы бар гидрогельде ісінеді , ал қышқыл ортада коллапсирленеді . Керісінше негіз тобы бар гидрогельдер қышқыл ортада ісінеді ол рН өскенде коллопсирленеді . Табиғаты қарама - қарсы ионогенді топтары бар полиамфолитті гидрогельдер рН бейтарап көрсеткішінде максимал Мәнде ісінеді . Қышқылдау немесе сілтілеу бұл гельдердің кантракциясына əкеледі. pH – сезімтал гидрогельдерді қышқылдық немесе сілтілік тобы бар мономерлер негізінде алады . Синтез жағдайын өзгерту арқылы әр түрлі ісіну дәрежелі және рН сезімталды гельдерді алуға болады . Жұмыста хитозон және желатинаның судағы ерітіндісіне гидрогель торларының рН сезімталдылығы анықталды . Тігілудің құрамы мен дәрежесіне байланысты коллапстағы ісіну үлгісі 200 ден 1000 көлемдік пайызына дейін өзгереді.Хитозан және фиброин негізінде түзілген бiр - немесе жартылай еткел торлы мембраналар ортаның рН на және иондық күшке жоғары сезімталдық көрсетеді . Мембрананың судағы ісіну дәрежесі pH3,3 кезінде күрт өседі , сонымен қатар коллапс деколлапс өту толықтай қайтымды. pH - сезімтал гельдерді алу үшін әлсіз немесе күшті қышқылдық және ынегіздік функционалдық топтары бар мономерлер қолданылады ( 6.5 - кесте Қышқылдық гельдер сілтілік ортада ісінеді де , қышқылдық ортада жиырылады . Негіздік гельдер болса , керісінше , сілтілік ортада жиырылады да , қышқылдық ортада коллапсқа ұшырайды . Ал , амфолиттік гельдер изоэлектрлік нүкте маңында барынша тығыз далып , одан жоғарғы және төменгі аймақта сәйкес функционалдық тобының иондануы бойынша ісінеді . Қазіргі кезде рН - сезімтал полимердің өнеркәсіптік өндірісі жолға қойылған . Мұндай полимерлер медицина саласында дәрілік заттар алуда қолданылуда . 1.3
Осыған орай , гельдің коллапсына Ван - дер - Ваальс күштері мен сутектік байланыстар жауапты болса , температура жоғарылағанда , гель ісінеді , керісінше , жүйені салқындатқанда , тордың коллапсы болады . Егер гельдің коллапсы гидрофобтық әрекеттесулерге байланысты болса , температураны көтергенде , гель жиырылады , ал суытканда ісінеді . Гельдердің конформациялық күйін гидрофильдік және гидрофоб тық тепе - теңдігін тиісті бағытқа өзгерте отырып , реттеуге болады . Гельдердің табиғи және адамзат тіршілігінің әртүрлі салаларында маңызы өте зор . Қолданылу ауқымы өте кең , атап айтсақ , ауыл шаруашылығында ( ылғал ұстау және топырақтарда құрылым түзілу ) , мұнай өндірісі , медицинада ( таңғыш материалдар , дәрілік заттар ) , электроникада ( дисплейлер , сенсорлар , датчиктер ) және т.б. Термосезімтал полимерлердің тізімі өте шектеулі, олар N- алкилакриламид, поливинилметил эфирі, поли-N-винилкапролактамның гомо- және сополимері (СПЛ), сондай-ақ целлюлоза, этилен және пропилен тотығының туындылары ретінде беріледі. Алғаш рет полимерлі гидрогельдердің (ПГ) су-ацетон қоспасындағы көлемінің тез кішіреюінің еріткіш сапасы мен температураға байланысты құбылысын тігілген полиакриламидте (ПАА) Танака тапқан. Дусек тоериялық болжаған осындай көлемдік фазалық ауысу механизімі көбіне бірнеше полимер тізбегінің клубок-глобула ауысуына ұқсас. Бұл ауысу негізінен полимер-еріткіш әсерлесу параметірі және тізбектің қаттылығымен анықталады. Коллапс үздіксіз немесе дискретті-секірмелі болуы мүмкін, соңғы жағдайда тор тізбектерінде зарядтың болуы үлкен роль атқарады. Зарядталған буындар концентрациясы артқан сайын, коллапстың дискретті сипаты айқын көрінеді. Бұл зарядталған торда қарсы иондардың болуымен түсіндіріледі. Олар Доннан жуықтауы бойынша қосымша осмостық қысым тудырады және коллапсты күшейтеді. Ісінген полимерлі торлардың дискретті коллапс (бірінші текті фазалық ауысу) түзу қабілеттілігіне әсер ететін факторларды жүйелі зерттеуді Илавский әріптестерімен жүргізген. Бұл жұмыстарда дискретті коллапс түзілу үшін полимерде ионогенді топтардың белгілі мөлшері болу қажеттілігі көрсетілген, бірақ ПНИПААМ негізіндегі ПГ-ның коллапсын зерттеудің соңғы жұмыстарында температура өзгерісімен индуцирленген бірінші текті фазалық ауысу макротізбегінде белгілі гидрофилді-гидрофобты баланс болғанда бейтарап торларда да өтетіндігі көрсетілген .Стимулсезімтал гидрогельдерді практикалық қолданудың қызықты да, болашағы бар аймағының бірі медицина болып табылады. Дәрілік заттарда мүше-нысынаға бағытты жеткізуі мен бөлінуінің көкейтесті мәселесі көптеген жоғары эффективті препараттардың улылығымен байланысты. жүктеу/скачать 93,17 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|
1 2