Полімераналогічні перетворення в прищеплених кополімерах для створення функціональних матеріалів природоохоронного призначення

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.06 - химия высокомолекулярних соединений. Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев 2003.

Диссертация посвящена изучению закономерностей реакций полимераналогичных превращений в привитых сополимерах (ПС) полиакриламида к поливиниловому спирту (ПВС-ПАА_N). Посредством проведения реакций щелочного гидролиза и аминометилирования получен ряд анионных и катионных производных ПВС-ПАА_N с различными степенью гидролиза А и аминометилирования Б акриламидных звеньев. Установлено, что реакции полимераналогичных превращений в ПК протекают с более высокой скоростью и достигают более высоких степеней превращения, чем в индивидуальном ПАА. Причиной этих явлений есть высокая локальная концентрация реагирующих звеньев и специфическое разветвленное строение макромолекул ПС. Показано, что процесс разрушения структуры ИнтраПК при ионизации -СООН групп (А?А_крит.) протекает как резкий конформационный переход типа глобула>клубок. Изучено состояние ПС и их анионных производных в растворе и в блочном состоянии. Показано, что усиление внутримолекулярных взаимодействий в макромолекулах анионных производных ПС в Н-форме при увеличении степени гидролиза связано с образованием большего количества сильных Н-связей между карбоксильными и амидными группами по типу смешанных циклических димеров. Все анионные производные ПС в Н-форме характеризуются одной температурой стеклования (Т_с), которая находится между Т_с исходного ПК и полиакриловой кислоты. Результаты исследований катионных производных ПВС-ПАА_N показали, что реакция аминометилирования в привитом сополимере происходит так быстро, что уже через 10 минут реакции достигается предельная степень полимераналогичного превращения, а продуктом реакции есть разветвленный полиамфолит. Зафиксирован обратный конформационный переход в макромолекулах ПВС-ПАА_N в растворе под действием гидродинамического поля сдвига. Показано, что ионогенные производные ПС являются эффективными флокулянтами при осветлении сильномутных глинистых суспензий и в процессах подготовки питьевой воды на водопроводной станции. Отмечено, что флокулянты Unicomfloc_an со значительным количеством звеньев акрилата натрия в основном компоненте дают лучшие показатели качества осветленной питьевой воды по сравнению с известным флокулянтом Magnafloc LT-27. Проведен широкий круг исследований, направленных на установление связывающей способности неионогенных ПС и их анионных производных по отношению к ионам стабильных и радиоактивных изотопов Cs⁺ та Sr²⁺. Установлен равновесный механизм связывания обеих ионов металлов привитыми сополимерами. Показано, что сорбционная способность ПС зависит от структуры ИнтраПК и от индивидуальных свойств исследуемых ионов металлов. Рассмотрен механизм выведения солей стабильных изотопов Сs и Sr, а также радионуклидов ¹³⁷Сs та ⁹⁰Sr в процессе коагуляционно-флокуляционной очистки природной воды.

Ключевые слова: привитой сополимер, гидролиз, реакция Манниха, структура, водородная связь, радионуклиды цезия и стронция, флокулянт.

SUMMARY

Vitovetskaya T.V. Polymeranalogous transformations in the graft copolymers for development of function materials of the nature protection purpose. -- Manuscript.

Thesis for a Candidate of Chemical Sciences Degree, Speciality 02.00.06 - Chemistry of Macromolecular Compounds. - Kyiv Taras Shevchenko National University, Kyiv, 2003.

The regulates of alkali hydrolysis reaction and amine methylation reaction (Mannich reaction) in graft copolymers (GC) of polyacrylamide to poly(vinyl alcohol) (PVA-g-PAA_N) which form IntraPC and also the properties of obtained anionic and cationic derivatives have been investigated. The effect of higher rate and degree of polymeranalogous transformations in GC in comparison with PAA has been established. It was shown that the increase of degree of transformation A of acrylamide links of GC into acrylic acid links accompanied with strengthening of intramolecular interactions in GC macromolecules at the expense of complex formation between carboxylic and amide groups. In result the solubility of anionic derivatives in H-form is consistently decreasing. At A?A_crit the process of destruction of IntraPC at ionization of -COOH groups proceeds as conformational transition globule>coil. All anionic derivatives in H-form are characterized with one glass transition temperature, which testifies about their homogeneous structure in the bulk. It was established that reaction of amine methylation acrylamide links is proceeding simultaneously the hydrolysis reaction. In result the polyampholite of constant chemical building with preferring contents of tertiary amine groups was formed. The capability of nonionic GC and their anionic derivatives in H-form to significant reversible deformations of two levels under the hydrodynamic field of shear action has been revealed. It was shown that anionic GC derivatives are the effective flocculants at clearing of high turbid clay suspensions and at preparation of drinking water on waterworks. The wide cycle of investigations directed on the development of technology of effective removed of ¹³⁷Cs and ⁹⁰Sr radionuclides from natural water at the processes of its coagulative-floculative clearing.

Key words: graft copolymer, hydrolysis, Mannich reaction, structure, hydrogen bond, cesium radionuclide, strontium radionuclide, flocculant.

Размещено на Allbest.ru