Тема: Структурное поведение и физико-химические свойства водно-солевых растворов полимеризованной имидазолиевой ионной жидкости

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...
Купить

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.
Купить