3 Нәтижелер мен талқылаулар

3.1

Суда еритін полимерлер табиғатта және технология салаларында үлкен маңызға ие және соған байланысты олардың коллоидтық-химиялық қасиетерін зерттеу ғылыми олардың нәтижелігі мен экологиялык кауіпсіздігінің арқасында халық шаруашылығының әртурлі салаларында кеңінен қолданыс тапты.

Қазіргі заманғы білім мен ғылымның даму дәрежесі өндірісті ауыл шаруашылығын жедел қарқынды үдемелі түрде дамытуға мүмкіндік береді. Бірақ, өндірістің, ауыл шаруашылығының жедел дамуы экономикалық тұрғыдан тиімді болғанымен, экологиялық тұрғыдан әрдайым талапқа сай келе бермейді.

Соған байланысты, дамыған елдерде түрлі белсенді дисперсті жүйелермен әрекеттесу қабілеті жоғары болған функционал топтары бар суда еритін полимерлер ұсынылу үрдіске айналып келеді.

СЕП үлгілері флокулянт ретінде ауыз суды тазалауда қолданылады. Ал, химия саласында эмульгаторлар және суспензиялар мен эмульсияларды, коллоидты ерітінділерді тұрақтандырғыштар ретінде пайдаланылады.

Суда еритін полимерлер топырақтың құрылымдық құрамын өзгерту қабілеті өте жоғары, сол себепті, ауыл шаруашылығында ауыл шаруашылығында эрозияланған топырақты құрылымдау кеңінен пайдаланады.

Полиэлектролиттерді қолдану саласы күн санап өсіп бара жатқандығы себепті олардың жаңа түрлерін алу, қасиеттерін зерттеу арқылы мақсатты, бағытты түрде қолдануға болжам жасауға қажеттілікте артып болуымен қатар экологиялық тұрғыдан залалсыз.

Жоғары молекулалық қосылыстар химиясының жедел дамуы жоғары тиімді өндірістің, медицинаның қажеттілігін қамтамасыз ету үшін полимерлердің жаңа түрлерін синтездеуге мүмкіндік береді. Әлемнің әр түрлі елдерінде құрамында карбокид, амид функционалды табиғи, жасанды, синтетикалық полимерлер өндірістік жағдайда шығарылады. Дегенмен, бұл белгілі полимерлер үдемелі өсіп келе жатқан өндірістің, шаруашылықтың қажеттілігін толық қанағаттандыра алмайтындықтан жаңа түрдегі полимерлерді алудың теориялық, тәжірибелік негіздерін жасауға қаратылған ғылыми зерттеулерді жүргізуге үлкен ұмтылушылық тудыруға себепші болып келеді.

Бұл бөлімде ең көп таралған тәсілдердің бірі толуол суспензиясының синтезі, соның ішінде карбон қышқылдарының жоғары алифаттық тұздарының әртүрлі металл катиондарымен эмульгатор ретінде алынған толуолдың эмульсионды полимеризациясы.

Карбон қышқылдарының жоғары тұздарын сулы фазаға дайын күйінде енгізген немесе оларды нейтрализация реакция арқасында металл гидроксидін – сулы фазаға, ал мономер фазасына қышқылды енгізу арқылы тікелей эмульсионды полимеризациядан алған.

Полимерлі суспензия синтезі кезінде, процестің негізгі параметрлерінің бөлшек диаметріне және олардың фазалар бөліну шекарасында БАЗ синтезі жағдайындағы стиролдың эмульсионды полимеризациясы кезіндегі өлшемдер бойынша таралуына әсерін қарастыру қажет болып табылады. Бұл параметрлерге: мономер/сулы фазаның көлемдік қатынастары, температура, инициатор табиғаты және БАЗ концентрациясы. Полимерлі суспензия синтезінің полимеризация үдерісіндегі тұрақтылығы, мономердің толық конверсиясы, иммонохимиялық зерттеуде жүргізетін физиологиялық ерітіндіде тұрақтылығы міндетті шарттары болып табылады.

Фазалар бөліну шекарасында БАЗ синтезі жағдайындағы полимеризация жүргізу кезінде әдетте сілтілерді – сулы фазада, ал бастапқы эмульсияны, ұзын тізбекті карбон қышқылының мономерде алдын-ала еріту арқылы алады. Бұл жағдайда фазалар бөліну шекарасында нейтрализация реакциясының өтуі және тұздар түзілу нәтижесінде беттік керілудің қатты төмендеуінен мономердің жоғары дисперсті эмульсиясын алуға болады. Фазалар бөліну шекарасында түзілетін эмульгатор мономер және сулы фазалар арасындағы ерігіштікке сәйкес таралады, бұл мономердің қарқынды микроэмульсиялануына алып келеді.

Сол эмульгатор және осы концентрациядағы мономердің сулы ерітіндісімен эмульсиялануы және тамшы беттіне сулы фазадан (алынған) эмульгатор адсорбциясы кезіндегі бақылауға қарағанда, беттік керілудің өте кішкентай мәнге төмендеуін айта кеткен жөн.

Октадециламин толуолды ерітіндісі/тұз қышқылының сулы ерітіндісінің бөліну шекарасындағы фазааралық беттік керілудің өзгеруі (2-сурет), және фазалар бөліне шекарасындағы осы тұздардың синтезі кезіндегі, микроэмульсия көлемі (2-сурет) бойынша мәліметтері арқылы сызба-нұсқасы келтірілген.

Сурет 1 – Октадециламиннің толуолды ерітіндісі/тұз қышқылының сулы ерітінділерінің фазалар бөліну жерінің шекарасындағы фазааралық беттік керілу. Т=20⁰С, τ=20 с.

3.2

Жұмыстың мақсатына сәйкес май/су эмульсиясы алынды. Ол үшін май фазасы ретінде октадециламин және өсімдік майының толуолдағы ерітіндісі, ал су фазасы үшін калий гидроксидінің судағы ерітіндісі алынды. Косметикада өсімдік май негізгі шикізат көзі ретінде қолданылады және өсімдік майы өзінің қол жетімділігімен, арзандылығымен тиімді. Осыған байланысты сұйық май/су эмульсиясын алудың маңызы зор.

1℅ 0,5℅ 0,25℅ 0,1℅

Сурет 2 – Октадециламин-толуол/HCl-су эмульсиялары

Тұрақты да тиімді эмульсиялар алу үшін октадециламиннің және өсімдік майының әр түрлі концентрациясын аламыз және олардың толуолдағы ерітіндісі/ HCl -су фазаларының қатынасын анықтап алу керек. Сондықтан, алдымен фазалардың әр түрлі көлемдік қатынасында (1:1, 1:2, 1:4, 1:10) октадециламин және өсімдік майы-толуол/ HCl -су эмульсиялары алынып, олардың тұрақтылығы анықталды. Алынған нәтижелер бойынша (1,2,3,4-сурет) ең тұрақты эмульсиялар 1:1 және 1:2 қатынасы болды.

Сурет 3 – Октадециламиннің 1℅ толуолдағы ерітіндісі мен HCl -дың 0,5 н судағы ерітінділерінен алынған эмульсияның уақытқа байланысты бұзылу кинетикалары.

Сурет 4 – Октадециламиннің 0,5℅ толуолдағы ерітіндісі мен HCl -дың 0,5 н судағы ерітінділерінен алынған эмульсияның уақытқа байланысты бұзылу кинетикалары.

Сурет 5 – Октадециламиннің 0,25℅ толуолдағы ерітіндісі мен HCl -дың 0,5 н судағы ерітінділерінен алынған эмульсияның уақытқа байланысты бұзылу кинетикалары.

Сурет 6 – Октадециламиннің 0,1℅ толуолдағы ерітіндісі мен HCl-дың 0,5 н судағы ерітінділерінен алынған эмульсияның уақытқа байланысты бұзылу кинетикалары.

1-

Сурет 7 – 1℅ октадециламин-толуол/0,5 н HCl-су

1 ‒ 0,1℅ октадециламин -толуол /0,5 н HCl -су-БАЗ

2 ‒ 0,001 н сульфонол

3 ‒ 1,58* 10^-3 н сульфонол

4 ‒

5 ‒

6 ‒ 0,0001 н ОП-10

7 ‒ 0,0002 н ОП-10

1-Сурет 8 ‒ 0,5℅ стеарин қышқылы-толуол/0,5 н КОН-су

0,5℅ стеарин қышқылы-толуол /0,5 н КОН-су-БАЗ

1 ‒ 0,1℅ стеарин қышқылы-толуол /0,5 н КОН-су-БАЗ

2 ‒ 0,01 н сульфонол

3 ‒ 0,02 н сульфонол

4 ‒ 0,03 н сульфонол

5 ‒ 0,05 н сульфонол

6 ‒ 0,0001 н ОП-10

7 ‒ 0,0002 н ОП-10

1- Сурет 9 ‒ 0,25℅ стеарин қышқылы-толуол/0,5 н КОН-су

0,25℅ стеарин қышқылы-толуол /0,5 н КОН-су-БАЗ

1 ‒ 0,1℅ стеарин қышқылы-толуол /0,5 н КОН-су-БАЗ

2 ‒ 0,01 н сульфонол

3 ‒ 0,02 н сульфонол

4 ‒ 0,03 н сульфонол

5 ‒ 0,05 н сульфонол

6 ‒ 0,0001 н ОП-10

7 ‒ 0,0002 н ОП-10

1- Сурет 10 ‒ 0,1℅ стеарин қышқылы-толуол/0,5 н КОН-су

1 ‒ 0,1℅ стеарин қышқылы-толуол /0,5 н КОН-су-БАЗ

2 ‒ 0,01 н сульфонол

3 ‒ 0,02 н сульфонол

4 ‒ 0,03 н сульфонол

5 ‒ 0,05 н сульфонол

6 ‒ 0,0001 н ОП-10

7 ‒ 0,0002 н ОП-10

Эмульсиялардың тұрақтылығын арттырып, одан да жақсы көрсеткіш алу үшін полимер ионогенсіз БАЗ-дар - ОП-10 -мен сульфонол және полимерлер қосылды. Әр БАЗ-дың әсерін бағалау үшін олар алдыменен жеке-жеке зерттелді.

Зерттеу нәтижелер көрсеткендей полиакрил қышқылының концентрациясының артуымен 1:10 және 1:4 қатысында алынған эмульсиялардың тұрақтылығы өседі.

Полимер-БАЗ ассоциатын енгізгенде эмульсияның тұрақтылығы едәуір артатыны көрсетілді.

Сурет 11 ‒ 0,1℅ стеарин қышқылы-толуол/0,5 н КОН-су

ПАК: 1 – 0,01℅; 2 – 0,05℅; 3 – 0,125℅( 2күн: 9,7); 0,25℅ (2күн: 3)

Сурет 12 ‒ 0,25℅ стеарин қышқылы-толуол/0,5 н КОН-су

ПАК: 1 – 0,01℅; 2 – 0,05℅; 3 – 0,125℅( 2күн: 9,5); 0,25℅ (2күн: 2)

Сурет 13 ‒ 0,5℅ стеарин қышқылы-толуол/0,5 н КОН-су

ПАК: 1 – 0,01℅; 2 – 0,05℅; 0,125℅( 2күн: 8,6); 0,25℅ (2күн: 2,5)

Сурет 12 ‒ 0,1℅ стеарин қышқылы-толуол/0,5 н КОН-су

ПАК : 1 – 0,01℅; 2 – 0,05℅; 3 – 0,125℅( 2күн: 2,5); 0,25℅ (2күн: 0,5)

Сурет 13 ‒ 1 ‒ 1℅ стеарин қышқылы-май /0,5 н КОН-су-БАЗ

2 ‒ 0,001 н сульфонол

3 ‒ 0,002 н сульфонол

4 ‒ 0,0001 н ОП-10

5 ‒ 0,0002 н ОП-10

Сурет 14 ‒ 1 ‒ 0,5℅ стеарин қышқылы-май /0,5 н КОН-су-БАЗ

2 ‒ 0,001 н сульфонол

3 ‒ 0,002 н сульфонол

4 ‒ 0,0001 н ОП-10

5 ‒ 0,0002 н ОП-10

1-

Сурет 15 ‒ 1 ‒ 0,25℅ стеарин қышқылы-май /0,5 н КОН-су-БАЗ

2 ‒ 0,001 н сульфонол

3 ‒ 0,002 н сульфонол

4 ‒ 0,0001 н ОП-10

5 ‒ 0,0002 н ОП-10

Сурет 16 ‒ 1 ‒ 1℅ стеарин қышқылы-май /0,5 н КОН-су-БАЗ

2 ‒ 0,001 н сульфонол

3 ‒ 0,002 н сульфонол

4 ‒ 0,0001 н ОП-10

5 ‒ 0,0002 н ОП-10

Сурет 17 ‒ Эмульсияның өмір сүру уақыты

БАЗ белгілі бір концентрацияға жеткенде салыстырмалы түрде ірі молекулалық агрегаттар – мицеллалар түзуге қабілетті. БАЗ бұл концентрациясын мицеллатүзудің критикалық концентрациясы (МКК) деп атайды. Агрегация қайтымды процесс, сондықтан МКК төмен түзілген коллоидты-дисперсті ерітіндіні сұйылтқанда БАЗ молекулалары қайтадан жеке молекулаларға ( мономерлер) ыдырайды. Мономер және мицелла арасында термодинамикалық тепе – теңдік бар. Алайда БАЗ мономер молекулалары фазааралық кеңістікте немесе ерітіндіде орналасуы ешқандай рөл атқармайды. Мономер концентрациясы МКК жоғары болғанда тұрақты болады. Бұл молекулалалық дисперсті немесе ион түріндегі БАЗ концентрациясының МКК жоғары болмайтындығын білдіреді [70].

БАЗ-дарға полиэлектролит қосқанда полиэлектролиттің қатысуымен БАЗ молекулалары өздерінің гидрофобты топтарымен полимер тізбегіне адсорбцияланып, мицеллалық агрегаттар түзіледі. Мицелла түзілудің критикалық концентрациясы (МТКК) азаяды [71].

Табиғаты әр түрлі БАЗ қоспаларымен тұрақтандырылған май-су эмульсияларының негізгі коллоидты - химиялық заңдылықтары анықталды. Зерттелген қоспада ионды БАЗ-дың артық мөлшері кезінде синергетикалық эффект байқалатыны көрсетіледі. Коллоидты - химиялық сипаттамасымен бастапқы БАЗ - тұрақтандырғыш, майлы фазалар арасында және эмульсионды композицияның қасиеттері арасында өзара қатынас орнатылды. Жеке БАЗ-дар және олардың қоспа ерітінділерінің коллоидты - химиялық қасиеттері: әр түрлі фазалар шекарасындағы беттік активтілік өлшемі, әр түрлі қатынастардағы әрекеттесу параметрлері анықталды.

Бұл жұмыс химия және химиялық технология кафедрасында суда ерігіш полиэлектролиттерді (СЕП) алу және оның физикалық, коллодтық-химиялық қасиеттерін зерттеу бағыты бойынша жүргізілген ғылыми-зерттеу жұмыстарының жалғасы болып табылады.

Суда еритін полимерлерді-полиэлектролиттерді (СЕП) полимерлену, сополимерлену қабілеті бар мономерлер, табиғи, синтетикалық полимер жоғары молекулалық қосылыстар негізінде алынады [72].

Соңғы жылдары суда еритін полиэлектролиттерді (СЕП) полимерлену, сополимерлену реакциясына түсу қасиетті бар құрамында функционалдық топтар мен табиғаты жағынан әр түрлі болып келетін мономерлердің полимерленуі нәтижесінде синтездеп алуға және олардың қатысында әр түрлі дисперсті жүйелердің тұрақтылығының өзгеруін зерттеуге қаратылған ғылыми-тәжірибелік жұмыстар жүргізуге басымдық беріліп келеді.