РЕФЕРАТ 3
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 5
ВВЕДЕНИЕ 6
1 .Обзор литературы 8
1.1 Гуар 8
1.2 Геллаи 10
1.3 Полиакриловая кислота 17
1.4 Композиции на основе синтетических и биополимеров 20
1.5 Термодинамика смешения полимеров 23
2. Постановка задачи работы 26
3. Экспериментальная часть 28
3.1 Объекты исследования 28
3.2 Методика исследования 30
3.3 Расчет термодинамических параметров 32
4. Результаты и их обсуждение 33
4.1 Сорбция паров воды образцами гуара, геллана, ПАК и их смесями 33
4.2 Термодинамические параметры взаимодействия гуара, геллана, ПАК и смесей
ПАК-гуар, ПАК-геллан с водой 39
4.3 Термодинамика смешения ПАК с гуаром и ПАК с гелланом 43
ВЫВОДЫ 46
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 48
ПРИЛОЖЕНИЕ 53
В последнее время большой интерес проявляется к полимерным гелям с точки зрения их использования в биотехнологиях и медицине. Перспективным материалом являются рН-чувствительные гели на основе полиакриловой кислоты, которые применяются в фармацевтике.[1-4]. Одним из способов улучшения и расширения возможностей гелевых композиций, придания им биосовместимости, является создание сложных комбинированных структур на основе смесей синтетических и биополимеров, в частности природных полисахаридов.
Благодаря уникальным свойствам - способности к биоразложению и биологической совместимости с живыми тканями полисахариды находят широкое применение в медицине и фармацевтической промышленности.[5-7] Они используются в адресной доставке лекарств, в качестве основы для изготовления лекарственных форм, стабилизируют и пролонгируют действие лекарственных препаратов. [6,8] Эти соединения также способствуют заживлению ран и регенерации тканей, повышают устойчивость организма к инфекциям.
Одними из применяемых природных полисахаридов для различных биомедицинских целей являются гуар и геллан. Гуар - это привитой сополимер, в котором от основной цепи, состоящей из звеньев маннозы, отходят боковые звенья галактозы. Причем, одно звено галактозы приходится на два звена маннозы.[6-8] Геллан представляет собой анионный внеклеточный бактериальный гетерополисахарид линейного строения.|5|. Эти полисахариды используются не только индивидуально, но и в композициях с другими полимерами, в том числе и с полиакриловой кислотой. Так, в течение последних лет разрабатываются методы получения мультислойных пленок геллан-ПАК биомедицинского назначения, которые предоставляют возможность включения между слоями физиологически активных белков и ферментов[9,10].
При изготовлении материалов на основе двух или большего числа полимеров важно получить устойчивые системы, обладающие стабильным высоким уровнем свойств. В этом случае основную роль играет термодинамическая совместимость смешиваемых компонентов. Она определяет термодинамическую устойчивость образующейся системы, а также ее структуру, и таким образом влияет на ее свойства.
В литературе работ, посвященных термодинамике смесей полимеров, крайне мало, а работы, посвященные исследованию термодинамики взаимодействия компонентов в системах, содержащих полисахариды, практически отсутствуют.
На протяжении ряда лет на кафедре органической химии и высокомолекулярных соединений Уральского федерального университета им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина исследуется термодинамика взаимодействия различных синтетических полимеров и природных полисахаридов. Данная работа является продолжением этих исследований и посвящена исследованию термодинамики взаимодействия природных полисахаридов - гуара и геллана и синтетического полимера - линейной полиакриловой кислоты (ПАК) с водой и друг с другом.
1. Изучена равновесная сорбция паров воды пленками ПАК, гуара, геллана и смесями ПАК-гуар, ПАК-геллан разного состава, приготовленными при 25°С и 70°С.Рассчитаны разности химических потенциалов воды Др1, полимерных компонентов Др2, средние удельные энергии Гиббса взаимодействия полимеров и смесей с водой Д дт и друг с другом Ддх.
2. Показано, что повышение температуры приготовления пленок изменяет их сорбционную способность по отношению к воде. Для полисахаридов она возрастает во всей области относительных давлений, для ПАК - при высоких значениях Р/1 когда основную роль играет сродство. При обеих температурах наибольшую сорбционную способность имеют полисахариды. Сорбционная способность смесей меняется немонотонно с составом. Расположение кривых средних удельных энергий Гиббса смешения изученных систем с водой коррелирует с расположением изотерм изученных систем.
3. Обнаружено, что энергии Гиббса смешения и гуара и геллана с полиакриловой кислотой отрицательны при всех соотношениях компонентов (Ддх< 0). При этом для пленок, приготовленных при 70°С, энергии Гиббса смешения больше по абсолютной величине по сравнению с пленками, полученными при 25°С, что свидетельствует о большем термодинамическом взаимодействии компонентов.
4. Установлено, что для систем ПАК-гуар при обеих изученных температурах вторая производная энергии Гиббса по составу д2д/д®22 имеет разные знаки, и в широкой области концентраций смеси она отрицательна. Это свидетельствует об отсутствии совместимости и образовании двухфазных коллоидных систем. Для систем ПАК-геллан д2д/д®22 положительна в изученной области составов при 25°С и 70°С, что свидетельствует о совместимости компонентов.
5. Полученные различия в поведении систем ПАК-гуар и ПАК - геллан обусловлены разными возможностями образования водородных связей в этих парах полимеров и разной структурой полисахаридов в водных растворах. Геллан образует истинный раствор, и его макромолекулы могут взаимодействовать с молекулами ПАК. В противоположность этому надмолекулярные ассоциаты гуара, устойчивые к повышению температуры, хуже взаимодействуют с молекулами ПАК и, как следствие, образуют отдельную фазу.
