Размещено на http://allbest.ru

Ташкентский фармацевтический институт

(Tashkent Pharmaceutical Institute)

Исследование поликомплексного композита на основе природного полисахарида натрийкарбоксиметилцеллюлозы

(Research on polycomplex composite on the basis of natural polysaccharide of sodiumarboximethyl cellulose)

Инагамов С.Я., Жалилова У.А.

Inagamov, S.Ya., Jalilova, U.A.

г.Ташкент., Узбекистан

Tashkent., Uzbekistan

Введение

Исследованию многокомпонентных систем - поликомплексным композитам (ПКК) уделяется большое внимание, так как они широко применяются в качестве флокулянтов, реагентов при решении экологических задач, для создания разделительных мембран, биосовместимых полимерных систем медицинского назначения, эффективных структурообразователей дисперсных систем, в частности почв, грунтов и как основы для мягких лекарственных препаратов в фармацевтике [1].

А водорастворимые ПКК представляют собой новый тип полимерных соединений. Исследование структуры и физико-химических свойств водорастворимых ПКК важно для понимания механизма реакций между противоположно заряженными полиэлектролитами и создания конкретных структурных моделей продуктов таких реакций [2,3].

В связи с этим является перспективным и актуальным внедрение в фармацевтическое производство поликомплексных композитов предлагаемых для использования как основы для мягких лекарственных препаратов, которые получены на базе дешевых, доступных и крупнотоннажных местных видов сырья [1,2].

Материалы и методы

Для изучения равновесия реакции Na-КМЦ-МФО использовали метод потенциометрического титрования, широко применяемый для изучения реакций образования поликомплексных композитов.

В качестве основного объекта исследования использовали очищенную натрийкарбоксиметилцеллюлозу (Na-КМЦ) продукт Наманганского химического завода, полученную методом гетерогенной твердофазной этерификации сульфитной древесной целлюлозы монохлоруксусной кислотой (МХУК) следующего строения: со степенью замещения (СЗ) 70 и степенью полимеризации (СП) 450, по ГОСТ 5.588-79.

При использовании Na-КМЦ повторно очищали от низкомолекулярных солей по методике, приведенной в работе [4]. В работе использовали мочевину марки чистый для анализа (ч.д.а.) без дополнительной очистки, ГОСТ 6691-77.

Для приготовления мочевинаформальдегидного олигомера был использован формалин марки «ФМ» (30-40%-ный раствор формальдегида в воде содержание метанола 7-12%), концентрацию формальдегида в растворе определяли методом оксимного титрования.

Использованы промышленные мочевина-формальдегидные олигомеры марки КФМТ (карбамидно-формальдегидная малотоксичная смола) и КФЖ (карбамидно-формальдегидная жизнеспособная смола) представляющая собой 60-70 % -ный раствор, содержащий продукты конденсации мочевины и формальдегида. Продукт соответствует ГОСТу 14231 - 78.

Реакцию между мочевиной и формальдегидом проводили в интервале рН от 3,3 до 8,8 вводя мочевину и формальдегид при мольном соотношении 1:1,3 -2, соответственно. Для этого к раствору формальдегида (рН =3,3) добавляли аммиак (NН₄СН, 0,1-0,3 моля по отношению к мочевине) до значения, равного 6 рН среды, затем добавляли мочевину при температуре 35-40⁰С. композит натрийкарбоксиметилцеллюлоза полисахарид

Использовали растворы Nа-КМЦ в бидистиллированной воде концентрации от 0,01 до 0,1 осн.моль/л. Реакционные смеси требуемых концентраций готовили смешением растворов реагентов в соответствующей пропорции при комнатной температуре и рН 7,5-7,8. В этих условиях в течении длительного времени не наблюдается поликонденсации мочевины и формальдегида в присутствии Nа-КМЦ. В то же время при добавлении низкомолекулярных кислот, например, фосфорной или соляной кислоты при рН от 2 до 3, наблюдается образование ИПК.

Вязкость растворов поликомплексных композитов определяли на вискозиметре Уббеллоде (d = 2 мм), при различных температурах в термостатированных условиях и определяли время истечения раствора из капилляра.

Результаты и их обсуждения

Результаты потенциометрического титрования раствора ионизованной натриевой соли КМЦ раствором мочевинаформальдегидного олигомера свидетельствуют об образовании поликомплекса в нейтральных и в слабощелочных средах (рис.1).

Смешение растворов Na-КМЦ и МФО сопровождается повышением рН, что характерно для реакций между полиаминами и полианионами [5]. Максимальный выход ПК соответствует эквимольному соотношению взаимодействующих компонентов [6].

Рис.1. Изменение рН среды растворов смесей Nа-КМЦ с МФОл (1) МФОт (2) и КФМТР-30 (3) от состава бессолевых средах. Концентрация компонентов 0,01 осн.моль/л, при 25⁰С.

Из рис.1 видно, что повышение рН для смесей Na-КМЦ и МФО составляет наибольшее значение (ДрН=0,2-0,5), что свидетельствует о слабом межмолекулярном взаимодействии реагирующих компонентов. В нейтральных и слабощелочных средах образующийся ПКК стабилизируется, в основном, электростатическими связями между карбоксилатанионами Na-КМЦ и аминогруппами триазинонового цикла МФО.

В связи с тем, что исследуемый МФО содержит 35% триазиноновых циклов, плотность заряда ПК не высокая. Изменение плотности заряда поликатиона (МФО) влияет на интенсивность взаимодействия компонентов. Действительно с увеличением числа триазиноновых циклов в цепи МФО при комлексообразовании наблюдается незначительное повышение значения ДрН, что говорит об увеличении степени взаимодействия Na-КМЦ и МФО. Это наглядно видно из результатов потенциометрического титрования Na-КМЦ со степенью замещения 70 и полимеризации 450 мочевинаформальдегидным олигомером с различным содержанием триазиноновых циклов в цепи (рис.1).

Известно, что при хранении реакционноспособных олигомеров, в том числе и мочевинаформальдегидных олигомеров, идёт реакция их поликонденсации. Обычно в производственных условиях этот процесс контролируется методом измерения зависимости времени истечения «t» стандартного объема (V = 100мл) растворов через капилляр (d = 5 мм), от времени хранения на вискозиметрах В3-241, В3-34 при температуре 25⁰С. Действительно, при хранении до ста суток частично сконденсированных (мутных) 65-70%-ных растворов промышленных мочевинаформальдегидных смол марки КФМТ значения «з» от времени хранения раствора повышаются незначительно (рис.2,кр.2).

Рис.2. Зависимость времени истечения растворов КФМТ (2), КМЦ (1) и их смесей (3,4,5) от времени хранения, при нейтральных средах (рН=7-8): мольное соотношение смесей (из расчета на все звенья) КМЦ : КФМТ = 4:1 (3), 1:1 (4), 1:30 (5).

Дальнейшее хранение раствора приводит к резкому возрастанию значения з, что свидетельствует о протекании реакций трехмерной поликонденсации КМФТ. Эти изменения согласуются с данными технического паспорта промышленных реакционноспособных мочевинаформальдегидных олигомеров.

При хранении 2%-ного раствора Nа-КМЦ значение времени истечения раствора со временем меняется: до 60 суток - уменьшается, а затем остаётся постоянным, поскольку в растворе, очевидно, происходит структурирование Na-КМЦ (рис.2, кр.1). Нами обнаружено, что при смешении раствора Na-КМЦ с 65%-ным раствором КФМТ в мольных соотношениях 1:1 и при избытке Na-КМЦ (рис.2, кр.3.4) в нейтральной или слабощелочной среде время истечения раствора смеси Nа-КМЦ-КФМТ сначала незначительно падает, как и у исходной Nа-КМЦ, а затем остаётся постоянным в течении длительного периода (более 200 суток).

В смеси, где в избытке содержится КФМТ (30 раз больше, чем Nа-КМЦ), характер изменения времени истечения раствора (рис.2, кр.5) подобен таковому для раствора КФМТ, но увеличение вязкости, определяемое временем истечения раствора смеси меньше, чем для КФМТ. Это свидетельствует о том, что введение полианиона Na-КМЦ в раствор аминосодержащих мочевинаформальдегидных олигомеров замедляет их поликонденсацию, очевидно, вследствие электростатических взаимодействий аминогрупп триазинонового фрагмента МФО (>NH₂) с карбоксилатанионами (СОО^-) Na-КМЦ.

Таким образом, полианионы Na-КМЦ, связанные в с МФО, играют роль экранирующих цепей, препятствующих непосредственному контакту олигомерных молекул друг с другом, необходимому для протекания трехмерной поликонденсации. О том, что реакции поликонденсации препятствуют именно электростатическое взаимодействие полианионов Na-КМЦ и олигомерных катионов, говорит тот факт, что введение простых солей (NaCl) в концентрациях, достаточных для экранирования таких взаимодействий (>0,5 M NaCl) и диссоциации ПК, сопровождается появлением осадка сшитого полимера (таблица)[6].

Вышеизложенные данные подтверждаются результатами исследований по изменению оптической плотности растворов от времени хранения. Лабораторные образцы МФО в начальных стадиях поликонденсации являются прозрачными растворами, что позволяет проследить кинетику их поликонденсации. По мере протекания реакции поликонденсации растворы МФО превращаются в коллоидные растворы, в которых со временем агрегируются в более крупные частицы.

Скорость реакции поликонденсации образцов МФО, полученных в лабораторных условиях и их смесей с Na-КМЦ оценивали по изменению оптической плотности растворов в нейтральных и слабощелочных средах (рН=7-8) (табл.3.3). Из таблицы 3.3. видно, что в отсутствие Na-КМЦ поликонденсация МФОт происходит в течение 18-20 часов, о чём свидетельствует резкое возрастание оптической плотности раствора. При добавлении Na-КМЦ (отношение Na-КМЦ:МФОт = 1:1) оптическая плотность раствора практически не изменяется (табл.3.3.), что можно объяснить, как было показано выше, ингибирующим действием Na-КМЦ на реакцию поликонденсации МФО.

Таблица Влияние концентрации низкомолекулярного электролита на время образования осадка МФО из раствора ПК

Вывод

Разработанные нами водорастворимые ПК на основе Na-КМЦ - МФО имеют большие преимущества по сравнению с ранее изученными системами: во-первых, получены на основе дешевых и доступных крупнотоннажных полимеров, выпускаемых промышленностью; во-вторых, ПК водорастворимы в широких пределах соотношений исходных компонентов; в-третьих, есть возможность варьирования «жизнеспособности» МФО с изменением соотношения исходных взаимодействующих компонентов или рН-среды, что даёт возможность новые свойства получаемому продукту.

Список литературы

1. Inagamov S.Ya., Mukhamedov G.I. Structure and physical-mechanical properties of interpolymeric complexes based on sodiumcarboxymethylcellulose //«Journal of Applied Polymer Science». 2011. -V. 122, №3. - Р.1749-1757.

2. Инагамов С.Я., Мухамеджанова М.Ю., Мухамедов Г.И. Поликомплексные гели на основе Na-КМЦ - новые пролонгаторы лекарственных препаратов. «Химия растительного сырья». 2011. - №1. - С 61-65.

3. Жирякова М.В., Изумрудов В.А. Преимущества и перспективы флуоресцентного метода исследования полиэлектролитных комплексов ДНК, основанного на конкурентном вытеснении интеркалированного красителя. // Высокомолек. соед. - Москва, 2007.- Т. А49.№12.-С.2092-2106.

4. Абдулхаева М.М., Мухамедов Г.И., Наджимутдинов М.Н., Деп. в НИИИТЭХИМЧеркассы, 1987, №468.

5. Izumrudov V.A., Lim S.H. Controlled phase separations in solutions of poly(methacrylate) anion complexes with globular proteins // Polymer Science. - США, 2002. - Т. А44. № 5. С. 484490.

6. Хафизов М.М. Исследование строения интерполимерных комплексов, полученных наоснове карбоксиметилцеллюлозы и мочевино-формальдегидной смолы. // Журн. Кристаллография. - Москва, 2005. - Т.50. - №1. - С.101-104.

Размещено на Allbest.ru