Введение к работе
Актуальность проблемы
В настоящее время природный полисахарид хитозан и сополимеры на его основе благодаря широкому спектру своих полезных свойств находят всё более широкое применение в самых различных областях экономики страны, в том числе при локализации и концентрации радиоактивных отходов в атомной промышленности; в качестве шовных материалов, рано- и ожогозаживляющих повязок, входят в состав мазей и различных лечебных препаратов, носителей лекарственных средств и БАД в медицине; используются как сорбенты при решении экологических проблем и флокулянты при очистке воды и др.
К неоспоримым достоинствам хитозана относится его совершенная безопасность для человека и окружающей среды: его получают на основе возобновляемых сырьевых ресурсов, он экологически чист и является биоразлагаемым в природных условиях.
Практически неограниченные и возобновляемые сырьевые ресурсы, полимерная природа и высокая химическая активность и определяют перспективы применения хитозана в технологии полимеров и композитов.
Цель работы: разработка технологии получения пленочных и композиционных материалов с повышенными функциональными свойствами на основе хитозана.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи исследования:
выбор универсальной системы для растворения хитозана, позволяющей интенсифицировать процесс получения пленки и обеспечивающей требуемый комплекс ее характеристик;
разработка процесса получения пленочных материалов на основе хитозана, содержащего наночастицы серебра;
оценка влияния растворов хитозана в акриловой или уксусной кислотах на процесс полимеризации акриламида;
изучение характера взаимодействия в системе хитозан-полиакриламид и исследование характеристик полученного композиционного материала;
разработка технологической документации и принципиальной технологической схемы получения хитозановых пленок.
Научная новизна работы заключается в том, что:
- установлен характер влияния различных органических растворителей, используемых в качестве ингредиентов многокомпонентной растворяющей системы, на кинетику растворения хитозана и реологические свойства его растворов. Отмечено более быстрое нарастание удельной вязкости раствора биополимера в трехкомпонентном растворителе вследствие его ускоренного испарения;
- определены параметры микрогелевых частиц в растворах хитозана в бинарном и трехкомпонентном растворителях (средний размер частиц, их весовая и численная концентрации). Доказано повышение эффективности растворения полимера в трехкомпонентной системе;
- установлена взаимосвязь структурных показателей пленок с их геометрическими характеристиками, заключающаяся в повышении пористости и проницаемости хитозановых пленок при снижении их толщины;
- определены геометрические размеры инклюдированных в хитозановую пленку частиц серебра (»70 нм), их форма (сферическая) и равномерное распределение в объеме пленки;
- доказано влияние хитозана в уксусной или акриловой кислотах на кинетику процесса полимеризации и структуру композиционного материала на основе полиакриламида. Определены молекулярные характеристики сополимера (средняя молекулярная масса и степень сшивки геля) и их взаимосвязь с природой и активностью растворителей;
- предложен механизм взаимодействия в системе полиакриламид – хитозан.
Практическая значимость работы:
- разработан трехкомпонентный растворитель, содержащий в своем составе воду, уксусную кислоту и этиловый спирт, позволяющий существенно интенсифицировать процесс получения пленок хитозана с требуемыми свойствами;
- определены технологические особенности синтеза модифицированного хитозаном полиакриламида;
- получены пленки хитозана с инклюдированными наночастицами серебра, обладающие бактерицидным действием;
- предложена технологическая схема получения пленок на основе хитозана, проведена опытно-промышленная апробация в ООО «Хитозановые технологии» и разработаны технические условия на получаемые пленочные материалы.
На защиту выносятся:
- результаты комплексных исследований по выбору эффективного многокомпонентного растворителя для получения хитозановых плёнок функционального назначения;
- данные по влиянию инклюдированных частиц серебра на процессы структурообразования модифицированных хитозановых плёнок;
- результаты исследований по влиянию хитозана, вводимого на стадии синтеза полиакриламида, на кинетику процесса полимеризации и свойства модифицированного композиционного материала;
- технологические рекомендации по получению хитозановых плёнок и технические условия на разработанный плёночный материал.
Достоверность результатов работы подтверждается применением комплекса современных независимых и взаимодополняющих методов: инфракрасной спектроскопии, электронной микроскопии, термогравиметрического анализа, динамического светорассеяния, а также стандартных методов испытаний пленок и композиционного материала.
Апробация работы. Результаты работы доложены на Международных и Всероссийских конференциях: Международной конференции «Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология. «Композит-2010»» (г. Саратов, 2010 г.), Пятом и Шестом Саратовских салонах изобретений, инноваций и инвестиций (г. Саратов, 2010 и 2011 гг.), Всероссийской научно - практической конференции «Отечественные предприятия и инноватика» (г. Саратов, 2009 г.)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 научных трудов, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, и 5 статей в сборниках научных трудов и материалах конференций.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений.
Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту кандидату технических наук, доценту Саратовского государственного технического университета Абдуллину В.Ф. за помощь в работе над диссертацией.
Похожие диссертации на Разработка пленочных и композиционных материалов различного функционального назначения на основе хитозана
