Введение к работе
Актуальность темы исследования. Одной из актуальных проблем в области полимерной химии является создание полимерных материалов, обладающих биоцид-ными свойствами, поскольку воздействие микроорганизмов-деструкторов на конструкционные изделия и материалы приводит к потере их функциональных характеристик. В настоящее время в качестве биоцидных материалов широко используются полимеры, содержащие четвертичные аммониевые группы. Подобные полимеры могут быть получены (со)полимеризацией мономеров, содержащих ковалентно связанную четвертичную аммониевую группу, например, (со)полимеризацией винилбензил-триметиламмонийхлорида (ВБТМАХ), либо путем образования полимер-коллоидных комплексов (ПКК) анионных полиэлектролитов (ПЭ), например, (со)полимеров сти-ролсульфоната натрия (ССН), с четвертичными аммониевыми солями, которые связаны с цепью макромолекулы ионной связью. Биоцидные свойства полимерных материалов такого типа определяются содержанием ионогенных звеньев в макромолекуле ПЭ. В случае ПКК, помимо этого, на уровень биоцидных свойств влияет структура четвертичной аммониевой соли.
Методом сополимеризации мономеров в растворе возможно получать ионоген-ные сополимеры различного состава. Однако к настоящему времени в научно-технической литературе представлены лишь отрывочные сведения о растворной сополимеризации ССН и практически отсутствуют сведения о сополимеризации ВБТМАХ с гидрофобными мономерами, в частности, со стиролом, а также о влиянии полярности растворителя на состав образующихся сополимеров. Также в литературе предоставлены противоречивые данные о влиянии молекулярной массы комплексообразую-щего ПЭ на биоцидные свойства ПКК на его основе. Поэтому изучение синтеза и свойств этих ионогенных (со)полимеров и их ПКК является актуальной задачей.
Цель работы - изучение (со)полимеризации ионогенных мономеров: стирол-сульфоната натрия и винилбензилтриметиламмонийхлорида со стиролом в растворителях различной полярности, а также свойств этих (со)полимеров и их полимер-коллоидных комплексов для создания материалов, обладающих биоцидной активностью.
Научная новизна работы заключается в следующем:
изучена полимеризация ССН в присутствии передатчиков цепи различной природы и показано, что эффективными передатчиками цепи являются тиогликолевая кислота и L-цистеин;
показано, что сополимеризация ССН и ВБТМАХ со стиролом не описывается теорией Майо-Льюиса, а константы сополимеризации зависят от полярности растворителя и молекулярной массы сополимеров;
показано, что молекулярная масса полистиролсульфоната натрия (ПССН) не влияет на уровень биоцидных свойств его комплексов с катионными поверхностно-активными веществами (ПАВ) - диметилалкил(С8_і6)бензиламмонийгалогенидами;
установлено влияние состава (со)полимеров ССН со стиролом и состава их ПКК с диметилалкил(С8-іб)бензиламмонийгалогенидами на растворимость, гидродинамические и термические свойства данных соединений;
установлена зависимость твердости и краевого угла смачивания пленочных покрытий из комплексов сополимеров стирола со ССН с диметилалкил(С8-іб)бензил-аммонийгалогенидами и комплексов (со)полимеров стирола с ВБТМАХ с додецил-сульфатом натрия (ДДС) от их состава;
установлен оптимальный состав комплексов сополимеров стирола со ССН с диметилалкил(Сі2-іб)бензиламмонийгалогенидами, нерастворимые в воде пленочные покрытия из которых обладают наибольшей биоцидной активностью в ряду исследуемых соединений.
Теоретическая значимость работы. Проведенные в настоящей работе исследования вносят вклад в теоретическое изучение растворной сополимеризации ионо-генных мономеров. Выявленные закономерности сополимеризации стирола с такими ионогенными мономерами, как ССН и ВБТМАХ, объясняются избирательной сольватацией растущих макрорадикалов стиролом при повышении полярности растворителя и не могут быть рассмотрены с точки зрения классической теории сополимеризации Майо-Льюиса.
Практическая значимость работы. Синтезированы сополимеры стирола со ССН различного состава. Показано, что нерастворимые в воде пленочные покрытия из комплексов этих сополимеров с диметилалкил(С8-іб)бензиламмонийгалогенидами, обладают биоцидной активностью против штаммов грибов Penicillium expansum, Penicillium aurantiogriseum, Aspergillus versicolor, Aspergillus sydowii, Cladosporium cladosporioides, являются перспективными для борьбы с ними и могут использоваться для защиты различного типа изделий и конструкционных материалов от биоповреждений.
Положения, выносимые на защиту:
влияние передатчиков цепи различной природы на молекулярную массу ПССН при растворной полимеризации;
влияние полярности растворителя на сополимеризацию стирола со ССН и ВБТМАХ;
зависимость свойств синтезированных ПКК от состава сополимера и длины алкильного заместителя в молекуле ПАВ;
получение из комплексов сополимеров стирола с ССН и ВБТМАХ нерастворимых в воде пленочных покрытий, обладающих биоцидными свойствами;
- отсутствие влияния молекулярной массы ПССН на уровень биоцидных
свойств его комплексов с диметилалкил(С8-іб)бензиламмонийгалогенидами.
Личный вклад автора заключался в получении основных экспериментальных данных, обсуждении и оформлении результатов работы.
Апробация работы. Результаты и основные положения диссертационной работы были лично представлены автором в виде стендовых и устных докладов на девяти конференциях: XVII, XX, XXI Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (г. Москва 2010, 2013, 2014 гг.); XX Менделеевской конференции молодых ученых (г. Архангельск, 2010 г.); X Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (г. Москва, 2010 г.); V Всероссийской конференции «Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах» (г. Воронеж, 2010 г.); IV Молодежной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии 2011» (г. Москва, 2011 г.); XIX Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем» (г. Йошкар-Ола, 2012 г.), VI Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры -2014» (г. Москва, 2014 г.).
По материалам диссертации опубликовано 2 статьи в научных журналах из перечня ВАК и 9 тезисов докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, трех глав, в которых обсуждаются результаты работы, выводов, заключения и списка литературы, который содержит 128 источников. Работа изложена на 154 страницах, включает в себя 32 рисунка и 27 таблиц.