1.1.3.Крахмалдың тігілген сополимерлері

Крахмалдың тігілген сополимерлерін алу жолдарын зерттеу көптеген елдерде жүргізілуде. Аса қарқынды түрде Қытай институттарында зерттеледі. Түрлі мономерлерді крахмалға тігу арқылы сополимерлеу табиғи формасынан өзге қасиеттерге ие жаңа крахмал туындыларын алуға бағытталған. Синтетикалық сополимерлермен салыстырғанда крахмалдың тігілген сополимерлерінің басты артықшылығы оның биоыдырау қасиетінде және крахмал шикізатының оңай қол жетімділігінде. Крахмалдың тігілген сополимерлеріне негізделіп келесі бағыттар қарқынды түрде дамуда: абсорбенттер мен суперабсорбенттерді алу; флокулянттарды алу; гельдер мен гидрогельдерді алу.

Абсорбенттер мен суперабсорбенттер таза крахмалдан және оның туындыларынан алынады. Бұл мақсатта акрил қышқылының немесе акриламидтің тігілген сополимеризациясы жүргізіледі, тігуші агент ретінде N,N-метиленбисакриламид қолданылады, инициатор қызметін Na₂SO₃/(NH₄)₂S₂O₈ немесе церийдің амоний нитраты қолданылады. Крахмал мен акрил қышқылы негізіндегі суперабсорбенттердің судағы динамикалық және тепе – теңді ісінуі олардың құрамына және акрил қышқылының нейтралдану дәрежесіне байланысты. Нейтралдану дәрежесі артқан сайын ісіну дәрежесі де артады. Акриламид пен крахмалдың сополимерлері 1 г сополимерге 600 г суды сіңіру қасиетіне ие. Аналогиялық сорбциялық қасиетке крахмал, акриламид және акрил қышқылы негіщзіндегі сополимерлер ие. Крахмал, акриламид және малеин қышқылы негізіндегі суперабсорбенттер тапик крахмалын алдымен желатиндеп, кейін крахмал мен акриламидтің және 2%-дық малеин қышқылының γ-сәулесі әсерінен сополимеризациясы нәтижесінде алынады. Көбіктенген соң сополимерлердің 1 г-на 2256 г суға дейін абсорбирлейді. Крахмалды крабоксиметилирлеу нәтижесінде алынған абсорбенттер су/майлы ортада, эмульгирлеуші қоспаның қатысында тринатрийметилфосфатпен тігу нәтижесінде алады. Бұл сорбенттер тігілген соң бойына 10 есе көп мөлшерде суды сіңіре алады. Крахмалдың катионды полиакриламидпен сополимерлері флокулянттар ретінде белгілі. Соңғы зерттеулер сополимерлердің флокулирлеуші қасиетіне оның құрамының, беттік зарядының тығыздығының және өзге де факторлардың әсерін қарастырады. Сонымен қатар мұндай сополимерлерді синтездеу жолдары нақты түрде зерттелген. Крахмал сополимерлері негізінде алынған гельдер мен гидрогельдер зерттеушілерді дәрілік заттарды тасымалдаушы және бөлінуін реттеуші ретінде қызықтырады. Биомедициналық қолданыс үшін крахмалдың сүт қышқылы және полисүтқышқылымен сополимерлері қолданылады. Бұндай сополимерлер токсикалық әсерінің жоқтығымен және организмдегі биоыдырау қасиетімен бағаланады. Гидрогельдерге түрлі параметрлердің әсері зерттелген: реагенттердің мольдік қатынасы, тігуші агент концентрациясы, әдетте N,N-метиленбисакриламида алынады. Сополимерленудің түрлі инициаторларын қолдана отырып крахмал мен акрилонитрил негізінде жалғанған сополимерлер алынған. Крахмалдың нанокристалдарына стиролды сополимерлеу арқылы крахмал мен полистирол сополимерлерінің амфифальды кристалдары алынған. Бұндай кристалдар суда және органикалық еріткіштерде (толуол, дихлорметан) өте жақсы диспергирленеді. Крахмалдың жаңа сополимерлерінің синтездеу жолдарын іздестіру жалғасын табуда. Бұған соңғы жылдары жарық көрген көптеген зерттеу еңбектері дәлел болады [43].

Крахмалдан жаңа туындылар алу соңғы жылдары технологтар мен зерттеушілер ерекше назарын аударуда. Ресей Федерациясындағы крахмал өнімдерінің БҒЗИ – да крахмалдың химиялық модификациясы проф. А. И. Жумшаның жетекшілігімен жүргізілген. А. И. Жумшанның жазған соңғы еңбектерінде техникалық мақсатта қолданылатын крахмалға қатысты көпжылдық зерттеулер нәтижелері жарияланған. Практикалық мақсатта крахмал эфирлері аса үлкен қолданысқа ие: карбоксиметил;- гидроксиэтил;- гидроксипропил;- крахмал, крахмалдың катионды туындылары, крахмал фосфаттары және тотыққан крахмал. Химиялық модифицирленген крахмалды аса ірі компаниялар мен концерндер өндіреді: Акzo Nobel и Avebe (Нидерланды), халықаралық Raisio Chemical, Grain Processing Corp. фирмасы (АҚШ), INQUIL® (Бразилия), Хенкель (ГФР), Aloja Starkelsen (Латвия), Rolnas (Польша) және т.б. Аталған өндіріс орындарының крахмал негізіндегі өнімдер түрі өте көп. Мұнда модифицирленген крахмалдың басты қолданылу аймақтары көрсетілген. Қолданыс бойынша жетекші орын мұнай-газ саласына тиесілі. Крахмалдың суда еритін эфирлері мұнай-газ саласында ұңғымалық ерітінділерді тұрақтандыру мақсатында қолданылады. «Полицелл» өндірістік орнында алынатын химиялық модифицирленген крахмалдар ішінен Na-карбоксиметилкрахмал (КМК-БУР), карбоксиметилоксиэтилкрахмал (Полицелл ПСБ), карбоксиметилоксипропилкрахмал, сонымен қатар гидроксиэтилкрахмал (ГКР), модифицирленген экструзионды крахмал (Полицелл ФКР, РК, РКС) және крахмалдың өзге де эфирлері кең қолданылады [44].

Көптенген крахмал туындылары өндірістік масштабта шығарылғанымен, туындылар алынатын өндіріс қондырғылары әлі күнге дейін жетілдіруді қажет етеді. [45] жұмыста карбоксиметилкрахмалдың (КМК) орын басу дәрежесі мен тұтқырлығына ортаның (этанол, ацетон, бензол және олардың қоспалары) әсері қарастырылған. КМК-да аса жоғары орын басу дәрежесі реакциялық орта этанол/бензол болғанда байқалған. КМК – ның қатты фазалық және спиртті ортада суспензиялық жолдармен алу жұмыстары жүргізілуде. КМК – ны қатты фазалық әдіспен алу үшін қуатты айналымдар жасайтын қозғалмалы машиналар қолданылады. Крахмалдан және нартий гидроксиді мен натрийден, монохлорсірке қышқылынан құралған реакциялық қоспа үшқырлы айналдырмалы детальдар мен шнектерден тұратын бөлшектер қатарынан өтіп, қоспа гомогенденеді және пластикалық күйге енеді. Материалда пайда болатын қысу және ығысу әрекеттерінен қосымша күш қажетінсіз біртекті қоспа алынады. Іргелі зерттеулер ішінен аса маңыздысы (коммерциялы крахмалдар ығысу дәресесі 0, 25-0, 40) ығысу дәрежесі 2,1 құрайтын КМК алу болып табылады. Ангидроглюкозалы буындарда карбоксиметилді топтар келесі қатар бойынша орналасады: О₂˃О₆˃О₃. С₂-дегі ОН тобының реакциялық қабілеті карбоксиметилдену реакциясында жоғары екендігі көрсетілген.

«Полицелл» ЖАҚ-да карбокси метилоксиэтилкрахмалдың өндірудің жаңаша әдісі алынған. Алынған материал «Полицелл ПСБ» деген атауға ие. Моноэфирлермен салыстырғанда бұл аралас эфир карбоксиметилді топтардың болуының есебінен көптеген артықшылықтарға ие. Карбоксиметилді топтар бұрғымалық ерітінділердің құрылымын алуда және полиминералды агрессиялық ортада крахмал эфирлері тұрақтылығын арттыратын гидроксиэтил топтарының болуымен ерекшеленеді. Жүгері крахмалына аллилглицидилді эфирмен әсер еткенде NаОН және Na₂SO₄ерітіндісінде қанықпаған қос байланыстары бар крахмал туындысы синтезделген. Алынған 1-аллил-2-гидроксипропилкрахмал С₆ бөлігінде орын басқан ОН топтарына ие [46].

Ескерте кететін жағдай, тұтқырлығы мен желімдік қасиеттері бастапқы қолданыстағы крахмалдың түріне байланысты. Төртіншілік аммонилік катионды топтар карбоксиметилді анионды топтар, сонымен қатар эпихлоргидринмен түрлі дәрежеде тігілген катионды крахмалды сулы ерітінділерден Сr⁺⁶ ионын адсорбциялау үшін қолданады. Адсорбция процесіне түрлі факторлардың әсері зерттелген және хром ионының адсорбциясының идеалды параметрлері анықталған. Тотыққан крахмалды алу мен олардың қолданылу аясының кеңеюі маңызын әлі де жоғалтпаған. Крахмал туындыларының басты ірі тұтынушылары ретінде текстильді және қағазды салалармен қатар мұнайгазды сала жатады. Жыл сайын ауқымды түрде өткізілетін конференциялардан крахмал туындыларының бұрғылау салаларында кеңінен қолданыс тапқанын көреміз. Көрсетілген деректерде мұнай – газ саласындағы крахмал туындыларына қойылатын талаптар мен бұрғылау ерітінділерінің, бұл туындылармен тұрақтанатын қасиеттері нақты көрсетілген [48].