Научный журнал
Научное обозрение. Педагогические науки
ISSN 2500-3402
ПИ №ФС77-57475

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИНТЕРПОЛИМЕРНЫХ КОМПЛЕКСОВ НА ОСНОВЕ НАТРИЙКАРБОКСИМЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Орифов Д.М. 1 Инагамов С.Я. 1 Мурадов С.С. 1 Олимов Х.К. 1
1 Ташкентский фармацевтический институт
В работе изучены сорбционные свойства интерполимерных комплексов на основе Na-КМЦ с МФО и исходных составляющих компонентов. Сорбционные свойства интерполимерных комплексов и поликомплексных композитов на основе Na-КМЦ и МФО, а также составляющих их компонентов исследовались с помощью сорбционной установки Мак-Бена. Толщина пленок для сорбционных исследований составляла 60-80 мкм. Интегральные теплоты растворения и набухания индивидуальных исходных полимеров и их смесей в воде измеряли с помощью дифференциального автоматического микрокалориметра ДАК-1-1А. наибольшей сорбционной способностью обладает исходный продукт Na-КМЦ а меньшие значение по сравнению Na-КМЦ имеет поликомплекс стехиометрического состава Na-КМЦ-МФО. Такой характер изменение сорбционной способности обусловлена, по-видимому, уплотнением структуры поликомплексов и ростом плотности упаковки макромолекул, состоящих из цепей различных по химической природе полимерных компонентов, и их сродством друг к другу, а также к растворителю. Рассчитанные теоретические значении изотермы сорбции паров воды поликомплексов и исходных компонентов в хорощей согласии с экспериментальными данными. Результаты термодинамических свойств показывают, что комплексообразования Na-КМЦ с МФО сопровождается отрицательными изменениями смещения, что является важным условием термодинамической совместимости свидетельствующей об образовании водородных и ионных связей между взаимодействующими компонентами.
интерполимерный комплекс
натрийкарбоксиметилцеллюлоза
мочевиноформальдегидный олигомер
сорбция
совместимость
термодинамические свойства
1. Хафизов М.М. Разработка интерполимерных комплексов и композиционных материалов на основе карбоксиметилцеллюлозы и технология их получения: автореф. … докт. техн. наук. Ташкент: ТГТУ, 2006. 41 с.
2. Мухамедов Г.И., Хафизов М.М., Комилов К.У., Ахмедов А.М. Исследование термодинамической совместимости пленок полиэлектролитных комплексов на основе карбоксиметилцеллюлозы и аминосодержащих полимеров // III Всероссийская Каргинская конференция «Полимеры-2004», Москва, 2004. С. 1.
3. Инагамов С.Я. Структура и обменные свойства поликомплексных основ для лекарственных препаратов, полученных взаимодействием карбоксиметилцеллюлозы с мочевиноформальдегидными олигомерами // Химия и химическая технология. 2005. № 2. С. 56–60.
4. Инагамов С.Я. Исследование некоторых свойств поликомплексной основы, полученной с помощью карбоксиметилцеллюлозы с мочевиноформальдегидными олигомерами // Труды Международной научной конференции «Химия и применение природных и синтетических биологически активных соединений». Алматы, 2004. С. 411–415.
5. Суворова А.И., Тюкова И.С., Смирнова Е.А., Пешехонова А.Л. Вязкость смесей пектинов различного растительного происхождения с сополимерами этилена и винилацетата // Журнал прикладной химии. 2003. Т. 76. Вып. 12. С. 2038–2042.

Одним из основных свойств интерполимерных комплексов (ИПК) и поликомплексных композитов (ПКК) полученных на базе натрийкарбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ) и мочевиноформальдегидного олигомера (МФО) являются совместимость составляющих взаимодействующих компонентов. Совместимость в данной системе определяется, главным образом, по их средней свободной энергии смешения. Свободная энергия смешения можно определить сорбционными свойствами полученного ИПК и их составляющих компонентов [1].

Сорбционные свойства интерполимерных комплексов и поликомплексных композитов на основе Na-КМЦ и МФО, а также составляющих их компонентов исследовались с помощью сорбционной установки, описанной в работе [2]. Толщина пленок для сорбционных исследований составляла 60-80 мкм. Интегральные теплоты растворения и набухания индивидуальных исходных полимеров и их смесей в воде измеряли с помощью дифференциального автоматического микрокалориметра ДАК-1-1А.

На рис. 1 представлены изотермы сорбции паров воды поликомплексов Na-КМЦ и МФО и исходного продукта Na-КМЦ. Из рис. 1 видно, что наибольшей сорбционной способностью обладает исходный продукт Na-КМЦ а меньшие значение по сравнению Na-КМЦ имеет поликомплекс стехиометрического состава Na-КМЦ-МФО. Такой характер изменение сорбционной способности обусловлена, по-видимому, уплотнением структуры поликомплексов и ростом плотности упаковки макромолекул, состоящих из цепей различных по химической природе полимерных компонентов, и их сродством друг к другу, а также к растворителю. Именно такое положение и соответствующее этому изотерме будет точно отражать сложный механизм сорбции, а именно, связанной с химическим строением молекул сорбата и сорбента, а также гибкостью цепей и структурой сорбента. Эта подтверждается данными об изменении структуры продуктов ПК и ПКК, полученные методами электронной микроскопии [3] и набухания [4].

orif1.tif

Рис. 1. Изотермы сорбции паров воды полимерами Na-КМЦ (1) и поликомплекса Na-КМЦ-МФО (2): – экспериментальные точки; orif1a.wmf – рассчитанные на основе уравнения ТОЗМ

Известно [1], что процесс адсорбции на микропористых системах протекает по механизму объемного заполнения. Поэтому изотермы адсорбции описаны уравнениями теории объемного заполнения микропор (ТОЗМ). Используя положения ТОЗМ и обобщая экспериментальные данные, пришли к выводу о возможности применения функции распределения Вейбула в качестве функции распределения адсорбционного объема по значению потенциала для описания адсорбции на поликомплексах. Применительно к распределению степени заполнения по адсорбционному потенциалу функцию распределения Вейбула представляют соотношением:

orif01.wmf (1)

где Е и n – параметры, не зависящие от температуры. Величина Е называется характеристической энергией адсорбции. Показатель степени n выражается целыми числами в зависимости от структуры адсорбента. А – работа адсорбции, т.е. работа переноса 1 моль газа с поверхности жидкого адсорбата (давление P0i) в равновесную газовую фазу (давление Pi):

orif02.wmf (2)

Степень заполнения адсорбента можно представить как отношение величины адсорбции orif03.wmf к максимальной адсорбции orif04.wmf. Тогда из уравнения (1) получим:

orif05.wmf (3)

Уравнение (3) является общим уравнением ТОЗМ. В логарифмическом виде оно имеет линейную форму:

orif06.wmf (4)

В ряде работ авторов [5, 6], были рассмотрены случаи распределения микропор в зависимости от различных факторов. При этом было и высказано предположение о целесообразности применения как двухчленного, так и трехчленного уравнения ТОЗМ.

Изотермы адсорбции для исследуемых нами образцов можно описать одночленным уравнением ТОЗМ:

orif07.wmf (5)

где orif08.wmf – величины адсорбции в моль/г, orif09.wmf – работа адсорбции в кДж/моль. Изотерма адсорбции воды на Na-КМЦ и Na-КМЦ-МФО рассчитанные по ТОЗМ приведены на рис. 1. Для системы вода – Na-КМЦ параметры уравнения (5) равны: orif10.wmf = 0,186 моль/г, Е01 = 1,787 кДж/моль, n1 = 1 и уравнение ТОЗМ примет вид:

orif11.wmf (6)

а для поликомплекса Na-КМЦ–МФО: orif12.wmf = 0,603, моль/г, E01 = 0,25 кДж/моль, orif13.wmf и уравнение ТОЗМ:

orif14.wmf (7)

На основании полученных данных (рис. 1), можно заключить, что расчетные данные в хорошей согласии с экспериментальными (где sim1.wmf – экспериментальные точки, а sim2.wmf – рассчитанные на основе уравнения ТОЗМ). Кроме того, следует указать, что вода исследуемых системах распределяется на поверхности однородно и показывает уплотнение структуры поликомплекса, а в случае Na-КМЦ – структура уплотняется за счет водородных связей.

Нами была рассчитана по данным сорбции воды гомополимерами и поликомплексом по уравнению, предложенной А.А. Тагером [1], средняя свободная энергия смешения (Δgx), минимальное значение который соответствует интерполимерному комплексу (рис. 2).

orif2.tif

Рис. 2. Зависимость средней свободной энергии смешения (Δgx) от состава поликомплекса Na-КМЦ-МФО

По результатам измерения теплоты набухания были рассчитаны средние значения энтальпии смешения ΔHx используя следующего уравнения:

orif15.wmf (8)

при этим вычислены энтропия смешения поликомплекса Na-КМЦ-МФО которые равны ΔHx = –24 Дж/моль и TΔSx = –18,7 Дж/моль.

Таким образом, результаты термодинамических свойств свидетельствуют, что комплексообразование Na-КМЦ-МФО сопровождается отрицательными изменениями смешения. Это является весьма важным условием термодинамической совместимости полимеров, свидетельствующей об образовании водородных и электростатических связей между функциональными группами взаимодействующих компонентов.


Библиографическая ссылка

Орифов Д.М., Инагамов С.Я., Мурадов С.С., Олимов Х.К. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИНТЕРПОЛИМЕРНЫХ КОМПЛЕКСОВ НА ОСНОВЕ НАТРИЙКАРБОКСИМЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗЫ // Научное обозрение. Педагогические науки. – 2019. – № 2-4. – С. 102-105;
URL: https://science-pedagogy.ru/ru/article/view?id=2048 (дата обращения: 29.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674