ВВЕДЕНИЕ 3
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6
ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ПОЛИМЕРЫ 6
ПОЛИМЕРИЗОВАННЫЕ ИОННЫЕ ЖИДКОСТИ 8
РАСТВОРЫ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ И ИХ СВОЙСТВА 10
Электрохимические свойства 10
Фазовое поведение 12
Вязкость растворов полимеров 13
Растворы полиэлектролитов 17
ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ 21
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 26
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ВЕЩЕСТВА 26
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ 27
Основы метода денсиметрии 27
Методика определение плотности 28
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ 29
Основы метода вискозиметрии 30
Методика определения вязкости 31
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ 33
Основы метода тензиометрии 34
Методика определения поверхностного натяжения 35
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ДИФФУЗИИ 37
Основы метода фотонно-корреляционной спектроскопии 37
Методика определения коэффициентов диффузии 39
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 41
ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ РАСТВОРОВ ПОЛИ-ИЖ 41
Система поли-ИЖ-вода 41
Система поли-ИЖ-соль-вода 41
ВЯЗКОСТЬ РАСТВОРОВ ПОЛИ-ИЖ 43
Система поли-ИЖ-вода 43
Система поли-ИЖ-соль-вода 46
ДИНАМИЧЕСКОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА 51
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 57
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 58
ПРИЛОЖЕНИЕ 62
Ионные жидкости (ИЖ) представляют собой расплавы органических солей, жидких в широком температурном интервале. Такая особенность связана со строением молекул, а именно с невозможностью построения кристаллической структуры из-за пространственной изолированности зарядов друг от друга, определяющей ионную природу ионной жидкости. Это влечет за собой специфику свойств: высокую термическую стабильность, низкое, почти нулевое, давление насыщенного пара, высокую полярность, высокую электропроводность, а также умеренную или высокую вязкость.
Ионные жидкости, известные как «зеленые растворители», являются более экологичными альтернативами молекулярных органических растворителей во многих химических процессах [1]. Благодаря высокой термической стабильности, а также высокой сольватирующей способности этот класс соединений широко применяется в качестве растворителей в органическом синтезе [2]. В электрохимии ионные жидкости используются в качестве электролитов для разработки перспективных и более экологичных источников тока [3].
Кроме того, возможность модификации структуры ионной жидкости за счет комбинации катионов и анионов позволяет отнести ионные жидкости к «дизайнерским растворителям». Меняя строение, можно влиять на свойства ионных жидкостей. Особый интерес представляют полимеризованные ионный жидкости (поли-ИЖ) - полиэлектролиты, мономерами которых являются ионные жидкости.
Особенности структуры и особые реологические свойства растворов полиэлектролитов изучаются с начала XX века. Некоторые свойства, характерные для ионной жидкости, присущи и ее полимеризованной форме, что расширяет область применения ионных жидкостей и полимеров [4]. В настоящее время признано, что специфические свойства поли-ИЖ как полиэлектролитов обусловлены электростатическими взаимодействиями между повторяющимися звеньями и диссоциированными / конденсированными противоионами [5]. В целом, системы на основе полиэлектролитов находят применение в качестве загустителей для пищевых продуктов [6], клея для стоматологических материалов [7], мембран для опреснения [8], материалов для нанесения покрытий для доставки лекарств [9], при очистке воды от антибиотиков [10] и др. В последние десятилетия остатки антибиотиков считаются новыми загрязнителями, и их накопление стало глобальной проблемой, поскольку очистные сооружения, содержащие эти продукты, недостаточно технологичны, что влечет за собой неблагоприятные воздействия на водную экосистему и здоровье человека.
Несмотря на значительный прогресс в применении растворов полиэлектролитов актуальными остаются вопросы, посвященные структурным и структурночувствительным свойствам растворов полиэлектролитов. Особенности структурного поведения систем, содержащих полиэлектролиты, связаны, главным образом, с комплексом взаимодействий - наряду с электростатическими реализуются и другие типы взаимодействий, в частности, гидродинамические, взаимодействия полимер-полимер / полимер-растворитель. В результате, для таких сложных систем обнаружено множество противоречий между экспериментальными структурными данными и теоретическими расчетами [5,11].
Расхождение «между теорией и экспериментом», практически значимые свойства и широкая область применения ионных жидкостей разного строения, в особенности, полимеризованных, делают изучение физико-химических свойств таких систем важной задачей. Получение составов с требуемыми свойствами определяет новые возможности их практического использования. При этом свойства определяются особенностями структурного поведения раствора.
Требуемыми свойствами могут быть растворимость в воде, качество растворителя и поверхностная активность. Поверхностно-активные полимеры нашли применение для стабилизации дисперсий и регулировки реологических свойств. Это связано с амфифильной природой таких полимеров - наличию гидрофобной и гидрофильной структурных частей. Полимер, обладающий поверхностной активностью, можно «построить» одним из трех главных способов: прививать гидрофобные цепи к гидрофильному полимерному остову, прививать гидрофильные цепи к гидрофобному полимерному остову, либо чередовать в макромолекуле гидрофильные и гидрофобные участки (блок-сополимер) [12]. Благодаря такому строению, они обладают большим сродством к межфазным границам, что приводит к их аккумулированию на межфазной границе. Полимерные поверхностно-активные вещества эффективно действуют уже при низких концентрациях, и они нечувствительны к внешним факторам: добавлению солевого фона, изменению температуры, давления и т.д. Такие вещества используются как реагенты для контроля пенообразования (нефтедобыча, эмульсионные краски, моющие средства и т.д.), диспергаторы пигментов [13], компоненты в составе фармацевтических препаратов и т.д...
Определены значения плотности и динамической вязкости при 25 °C для водно¬солевых растворов p-BVImBr при двух концентрациях солевого фона и для бессолевых растворов p-BVImBr.
Показано, что в бессолевом растворе при разбавлении наблюдается полиэлектролитный эффект.
Установлены концентрационные диапазоны линейной зависимости приведенной вязкости. Результаты обработаны по уравнением Хаггинса и Крамера: определены значения характеристической вязкости, [ц](0,1М) = 42,5 мл/г, [ц](0,5М) = 21,0 мл/г, и константы Хаггинса (Кн (0,1М) =0,09, Кн (0,5М) = 0,24.). По результатам констант Хаггинса было выявлено, что 0,1 М KBr и 0,5 KBr являются хорошими растворителями для данного полиэлектролита. Обнаружено, что с ростом концентрации соли качество растворителя ухудшается.
Сопоставление данных о вязкости поли-ИЖ разной молекулярной массы показало, что вязкость растет с увеличение молекулярной массы поли-ИЖ, различие наиболее существенно в случае 0,1 М KBr.
Показано уменьшение поверхностного натяжения для водно-солевых растворов p-BVImBr и для бессолевых растворов. Полиэлектролит является поверхностно-активным. Определено равновесное значение поверхностного натяжения - 53 мН/м и 65,5 мН/м соответственно.
По результатам спектроскопии динамического рассеяния света были определены значения гидродинамических радиусов поли-ИЖ (ММ= 100 кДа): 8,6 нм - в случае 0,5 KBr, для 10,1 нм - для 0,1 М KBr.
На основании данных о вязкости и динамического рассеяния света, было выявлено, что полиэлектролит в 0,5 М KBr ведет себя как незаряженный полимер. При 0,1 М KBr заряд за цепи не полностью экранирован, поэтому с разбавлением клубок раскрывается.
