Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование структуры полимер-полимерных комплексов различного состава методом атомно-силовой микроскопии

Сведения об участнике
ФИО
Миронцева Василиса Владимировна
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет дизайна и технологии"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Химия и химические технологии
Раздел области наук
Химическая технология. Химическая промышленность
Тема
Исследование структуры полимер-полимерных комплексов различного состава методом атомно-силовой микроскопии
Резюме
Работа посвящена изучению кооперативного (избирательного) взаимодействия полиэлектролитов и неионогенных полимеров в широкой области рН методом атомно-силовой микроскопии. В работе были решены следующие научные задачи: изучен процесс кооперативного взаимодействия исходных полимеров, доказано образование полимер-полимерных комплексов, исследовано последовательное взаимодействие неионогенного полимера и поликарбоновой кислоты при различном рН среды методом атомно-силовой микроскопии, изучен состав и структура образованных интерполимерных комплексов методом инфракрасной спектроскопии.
Ключевые слова
Интерполимерные комплексы, полимер-полимерные комплексы, комплексообразование, полиэлектролиты, атомно-силовая микроскопия
Цели и задачи
Целью работы является изучение кооперативного (избирательного) взаимодействия полиэлектролитов и неионогенных полимеров в широкой области рН методом атомно-силовой микроскопии.

Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:

- изучить процесс кооперативного взаимодействия исходных полимеров и доказать образование интерполимерных комплексов;

- изучить последовательное взаимодействие неионогенного полимера и поликарбоновой кислоты при различном рН среды методом атомно-силовой микроскопии;

- изучить состав и структуру образованных интерполимерных комплексов методом инфракрасной спектроскопии.
Введение

В настоящее время изучение процессов взаимодействия между комплементарными макромолекулами с образованием полимер-полимерных (интерполимерных) комплексов продолжает являться одной из актуальных задач химии и технологии полимеров. Способность противоположно заряженных полиэлектролитов образовывать интерполимерные комплексы (ИПК) дает возможность создания на их основе различного рода материалов и покрытий, в том числе так называемых «умных» материалов, обладающих уникальными свойствами, благодаря которым подобные материалы могут обратимо реагировать на незначительные изменения свойств среды. Таким образом, становится очевидна привлекательность и перспективность научных исследований в данной области.

Методы и материалы

В качестве основных комплексообразующих веществ для получения полимер-полимерных комплексов двойного состава в работе использовали полиакриловую кислоту (ПАК) и поливиниловый спирт (ПВС). 

В качестве основных методов анализа процесса комплексообразования в работе были использованы методы потенциометрии, турбидиметрии, атомно-силовой микроскопии и ИК-спектроскопии. 

Метод потенциометрического титрования основан на определении точки эквивалентности, вблизи которой происходит резкое изменение потенциала индикаторного электрода, когда хотя бы один из участников реакции титрования задействован в электродном процессе. 

Метод турбидиметрического титрования (метод анализа мутных сред) основан на измерении интенсивности поглощённого света – оптической плотности. Турбидиметрические измерения проводят в проходящем свете с помощью визуальных, фотоэлектрических колориметров и турбидиметров. 

Метод атомно-силовой микроскопии (АСМ) позволяет изучить локальные особенности взаимодействия между зондом и поверхностью образца и на основе полученных данных делать выводы о структуре поверхности.  

Метод ИК-спектроскопии основан на пропускании инфракрасного излучения через образец. Длины волн, при которых наблюдается максимальное поглощение ИК-излучения, свидетельствуют о наличии в молекулах образца тех или иных функциональных групп.

Описание и обсуждение результатов

Исходя из цели, поставленной в работе, необходимо было получить интерполимерные комплексы в различной области рН и исследовать процесс комплексообразования методом атомно-силовой микроскопии. 

В работе методом турбидиметрии и потенциометрии был рассмотрен процесс комплексообразования для системы ПАК-ПВС и установлено критическое значение рН. 

Из полученных данных следует, что при переходе к кислым средам при сливании растворов поликарбоновых кислот и неионогенных полимеров образуются полимер-полимерные комплексы. Результаты исследования подтверждают наличие кооперативного взаимодействия между ПАК и ПВС, посредством сетки водородных связей. 

Можно было предположить, что образования комплексного соединения происходит в несколько этапов: смешение исходных растворов полимеров, образование ассоциатовобразование нестехиометрического поликомплекса, формирование стехиометрического полимер-полимерного комплекса. 

На каждом из этапов образования ИПК получается определённая структура, различающаяся не только по химическому составу, но и по характеру термодинамического сродства, что не могло не отразиться на свойствах поверхности плёнок, отлитых на разных этапах формирования ИПК.  

Для изучения структуры поверхности пленок был применен метод атомно-силовой микроскопии, позволивший сделать ряд предположений и выводов о прохождении процесса комплексообразования между ПАК и ПВС. 

При условии одинакового метода формировании полимерных плёнок и при прочих равных условиях структура и свойства поверхности поликомплексов сильно отличаются от структуры и свойств поверхности исходных полимеров, что можно объяснить только образованием нового высокомолекулярного соединения, утратившего свойства индивидуальных компонентов и получившего новые свойства. 

Процесс комплексообразования происходит в несколько этапов: смешение растворов исходных полимеров, образование ассоциатов между исходными полимерами и молекулами воды посредством водородных связей, адсорбция поликислоты на неионогенном полимере с образованием нестехиометрического поликомплекса, формирование стехиометрического полимер-полимерного комплекса равновесной структуры. 

Процесс комплексообразования между полиакриловой кислотой и неионогенным полимером можно рассматривать по аналогии с процессом фазового разделения в системе аморфный полимер-растворитель. 

Изучив полученные в результате ИК-спектроскопии характеристики плёночных систем при проведении процесса комплексообразования, можно с уверенностью сказать, что образование ИПК происходит постадийно и проходит через так называемый максимум, соответствующий рНкр комплексообразования. Этот экстремум можно соотнести с моментом инверсии фаз у низкомолекулярных соединений, а также критической концентрацией зародышей обеих фаз при фазовом разделении в системе аморфный полимер-растворитель. 

Используемые источники
Кабанов В.А. Полиэлектролитные комплексы в р-ре и в конд-й фазе // Усп. хим. - 2005. - Т. 74. - № 1. - С. 5-23
Коваленко Г.М. Разработка усл. пол-ия интерполимерных комплексов в бинарных р-лях и возможностей их прим-ия: дис. канд. техн. наук: 05.17.06 // Москва. - 2011.- 136 с.
Володько А.В. Полиэлектролитные комплексы хитозан-каррагинан: дис. канд. хим. наук: 02.00.10 // Тихоокеанский институт биоорганической химии ДВО РАН. Владивосток. - 2014. - 137 с.
Кабанов В.А. Физико-химические основы и перспективы применения растворимых интерполиэлектролитных комплексов (обзор) // Высокомолек. соед. - 1994. - Т. 36. - № 2. - С. 183-197
Кабанов В.А., Зезин А.Б. Водораств. нестехиом. полиэлектролитные комплексы – новый класс синт. полиэлектролитов // Итоги науки и техники. - 1984. - Т. 5. - С. 131-189
Зезин А.Б., Рогачева В.Б. Полиэлектролитные комплексы // Усп. хим. - 1973. - С. 3-30
Information about the project
Surname Name
Mirontseva Vasilisa
Project title
Investigation of the structure of polymer-polymer complexes with different composition by atomic force microscopy
Summary of the project
This is a study of the cooperative (selective) interaction polyelectrolyte and non-ionic polymers in a wide range of pH by atomic force microscopy. The process of cooperative interaction of base polymers, proved the formation of interpolymer complexes, investigated sequential interaction of a nonionic polymer and a polycarboxylic acid at different pH by atomic force microscopy, studied composition and structure formed interpolymer complexes by infrared spectroscopy: In the following academic problems were solved.
Keywords
Interpolymer complexes , polymer - polymer complexes , complexation, polyelectrolytes , atomic force microscopy .