Введение 5
1. Процессы набухания и растворения полимеров 7
1.1. Т ермодинамические закономерности растворения полимеров 7
1.2 Набухание и растворение высокомолекулярных соединений 9
1.3 Стадии процесса набухания 13
1.4 Факторы, влияющие на набухание 15
1.5 Влияние магнитного и электромагнитного поля на свойства водных
растворов полимеров 16
1.6 Строение и свойства агар-агара, его практическое применение 19
2. Методика эксперимента 22
2.1 Оборудование и реактивы 22
2.1 Методика электромагнитной обработки воды 22
2.2 Определение степени набухания и контракции 23
2.3 Определение температурной зависимости набухания агар-агара 24
2.6 Техника безопасности 26
3 Набухание агар-агара в воде, подвергшейся воздействию высокочастотного электромагнитного поля 28
3.1 Зависимость степени набухания агар-агара от частоты электромагнитного поля 28
3.2 Зависимость степени набухания агар-агара от времени электромагнитной обработки воды 30
3.3 Влияние электромагнитной обработки воды на величину контракции
системы вода - агар-агар 31
3.4 Температурная зависимость набухания агар-агара в воде, подвергшейся
воздействию электромагнитного поля 32
Заключение 35
Библиографический список
Сущность процесса набухания заключается в том, что перед растворением высокомолекулярное соединение (ВМС) поглощает значительный объем растворителя и увеличивается в объеме и массе [1-2].
Набухание ВМС в различных средах находят широкое применение в различных технологических процессах. Например, клейстеризация крахмала, мерсеризация в текстильной промышленности, придание нажора обезволошенной шкуре в кожевенном производстве.
В настоящее время при осуществлении различных физико-химических процессов в водной среде широко применяются физические поля различной природы. Предполагается, что воздействие магнитного, электрического и электромагнитных полей различных частотных диапазонов приводит к переорганизации структуры воды и, как следствие, изменению характера и силы ее взаимодействия с молекулами или ионами растворенного вещества [3-4]. В результате изменяются оптические, электрические, реологические и другие свойства водных растворов, скорость протекания в ней химических реакций [5].
Проводимые исследования показали высокую чувствительность воды к воздействию электромагнитного поля (ЭМП) ультравысоких частот (30-300 МГц). Установлено, что вода, подвергшаяся воздействию ЭМП данного диапазона, изменяет свои свойства, обусловленные межмолекулярным взаимодействием. Экспериментально показано значительное изменение степени набухания желатина в облученной воде, увеличение вязкости его растворов [6].
Для понимания процессов, приводящих к изменению параметров набухания в облученной воде, необходимо накопление экспериментального материала. Поэтому для продолжения исследований в данной области был выбран такой биополимер, как агар-агар.
Агар-агар природное высокомолекулярное соединение, ограниченно набухающее в воде. Агар-агар получают из красных морских водорослей. Макромолекулы данного полимера образованы из многих молекул полисахаридов - агаропектина и агарозы (в соотношении 3:7), связанных между собой гликозидной связью.
Целью данной работы явилось изучение влияния предварительной обработки воды электромагнитным полем на степень набухания в ней агар- агара.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Провести поиск литературы по теме исследования;
2. Определить предельную степень набухания агар-агара в воде, подвергшейся воздействию электромагнитного поля различных частот;
3. Для частот ЭМП, соответствующих максимальному изменению степени набухания, изучить влияние времени полевой обработки воды на величину эффекта;
4. Изучить температурную зависимость степени набухания агар-агара в облученной и необлученной воде;
5. Обсудить полученные результаты.
Таким образом, проведенные исследования показали существенное влияние электромагнитной обработки воды на набухание в ней агар-агара. Так же, как и в предыдущих исследованиях, наблюдается избирательность и разнонаправленность полевого воздействия - изменение степень набухания происходит лишь при определенных частотах поля, причем происходит как ее увеличение, так и уменьшение. Исходя из гипотезы об усилении межмолекулярного взаимодействия в водной среде, можно объяснить снижение степени набухания агар-агара замедлением диффузии воды в полимер и снижением степени гидратации его полярных групп. В пользу данной гипотезы также свидетельствует тот факт, что резкое возрастание объема набухшего полимера в облученной воде происходит при более высокой температуре. Увеличение степени набухания может быть обусловлено противоположными процессами, либо изменением рН облученной воды.
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Установлено влияние частоты и времени воздействия электромагнитного поля на предельную степень набухания агар-агара. Показано, что при 3-х часовом облучении воды увеличение степени набухания в максимальной степени выражено для частот 70 и 190 МГц. При частотах, равных 30 и 50 МГц происходит ее заметное снижение. Наибольшее увеличение степени набухания полимера фиксируется при частоте 110 МГц и времени воздействия 1-2 часа и составляет 28-30%.
2. Показано изменение величины контракции как в большую, так и в меньшую сторону, в зависимости от частоты электромагнитного поля в системе облученная вода - агар-агар по сравнению с необлученной водой.
3. Изучение температурной зависимости набухания агар-агара в облученной и необлученной воде показало, что резкое возрастание степени набухания полимера происходит при температуре 55 °С в необлученной воде и при 60 °С - в облученной (190 МГц). При температуре 73 °С различие в степенях набухания указанных систем достигает 43%, в то время как при температуре 23 °С оно не превышает 22%.
4. Таким образом, проведенные исследования показали, что, используя в качестве растворителя воду, подвергшуюся воздействию электромагнитного поля, можно управлять процессом набухания агар- агара. Варьируя частоту полевого воздействия, можно существенно увеличивать или уменьшать степень набухания полимера.
