Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В настоящее время водооас-творимыэ высокомолекулярные катионные п^пнэлектролиты на основе аминоалкил(мет)акрилатов и их производных - аммониевых солей - вызывают значительный интерес, что обусловлено, в первую очередь, возможностью ех широкого применения в различных отраслях промышленности, быту, сельском хозяйстве, науке, технике и медицине. Наибольшее практическое использование катионоактивные полимеры находят в качестве высокоэффективных флок^лянтов для очистки промышленных и бытовых сточных вод. Расширение и обновление ассортимента и номенклатуры производных аминоапкил(мет)акрилатов и полимеров на их основе является однлй из актуальных задач полимерной химии. В этом отношении несомненный интерес представляют аммониевые соли аминоэфиров и (не)органических кислот, что связано с доступностью и дешевизной исходного сырья, возможностью варьирования в широких пределах химического строения и состава, растворимостью в воде и высокой реакционной способностью в реакция (со)полимеризацни.
Традиционным способом получения катионных полиэлек-тропитов является радикальная (со)полимеризация ионогенных мономеров. В результате обширных систематических исследований реакций полимеризации ионогеных мономеров различного строения и состава установлено, что особенности этих процессов часто не укладываются в рамки классической теории» радикальной полимеризации. Химизм подобных реакций, а также влияние различных факторов на строение и свойства полимерных продуктов к настоящему времени изучены недостаточно. Вместе с тем, выязление, учет и целенаправленное использование ряда специфических особенностей полимеризации и- ноген-ных мономеров способствует разработке управляемых процессов получения соответствующих полиэлектролитов заданного состава, строения и молекулярной массы. Одним из путей совершенствования технологии высокомо; жулярных водорастворимых катионных полиэлектролитов является создание эффективных и экономичных способоь их получения.
В связи с этим и настоящей работе исследованы возможности синтеза ряда ионогенных мономеров - аммониевых солей (АС) М^-диме-тиламиноэтилметакрилата (ДМ) и минеральных кислот (НС1, НІМОз, H2S04, НзРОд), а также полиэлектролитов на
их основе и проведено изучение физико-химических и прикладных свойств мономеров и полимеров.
ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ. Синтез аммониевых солей ДМ (АС ДМ) и минеральных кислот, изучение их основных свойств, и реакционной способности в зависимости от природы противоиона и способа полимеризации. Исследование кинетических закономерностей и особенностей реакции полимеризации АС ДМ в твердой фазе (расплаве) л водной среде в от-сутстзие вещественного инициатора. Выбор оптимальных технологических режимов получения катионных водорастворимых высокомолекулярных полиэлектролитов на основе АС ДМ. Изучение основных свойств полимерных АС ДМ (ПАС ДМ) и определение возможных областей применения мономеров и полимеров.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. В результате исследования синтезированы аммониевые соли ДМ и полиэлектролиты на их осниве, состав и строение которых исследованы различными методами. Установлено влияние природы протиьоиона мономеров и полимеров на их свойства (поверхностную активность, гидролитическую устойчивость, термостабильность и т.д.) и реакционную способность в реакциях полимеризации. Впервые определены значения электрической проводимости в водной среде, констант ионизации в водной, водно-спиртовой среде и растворе низкомолекулярного электролита АС ДМ и их полимеров. Найдено, что степень ионизации, и, следовательно, поведение АС ДМ и ПАС ДМ в растворе изменяются при разбавлении, варьировании рН среды, температуры, природы и ионной силы низкомолекулярного электролита. Обнаружена спонтанная полимеризация кристаллических АС ДМ в процессе хранения. Впервые изучена кинетика термической полимеризации АС ДМ в твердой фа^ в динамическом (с использованием метода дифференциально-сканирующей калориметрии) и изотермическом (расплаве) режимах без введения вещественного инициатора и найдены кинетические и термодинамические параметры процессов. На основании исследования кинетики полимеризации АС ДМ показано, что по общей совокупности установленных закономерностей процесс полимеризации солей относится к сво-боднорадикапьному типу. Выявлена зависимость скорости процесса полимеризации АС ДМ в воде и характеристической вязкости полимеров от рН среды. Обнаружено, что проведение по-
лимеризации АС ДМ в растворе низкомслекулярного неполиме-ризугащегося соответствующего электролита приводит к дополнительному возрастанию скорости реакции и характеристической вязкости полимеров.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Предложены оптимальные технологические режимы полимеризации АС ДМ в водной среде и расплаве, позволяющие получать водорастворимые высокомолекулярные катионные полиэлектролиты на их основе без введения вещественного инициатора. Найдено, что АС ДМ могут быть і спользованы в качестве сомономеров, инициирующих (со)полимеризацию винильных мономеров. Установлено наличие антистатических свойств у синтезированных мономеров и полимеров. Наработаны опытные партии ПАС ДМ марок ТАСФЛОК, которые прошли испытания в качестве фло-кулянтов и показали высокую степень очистки и осветления стоков производства продуктоа органического синтеза (АОЗТ "Химия и технология", г. Санкт-Петербург) и производства микросборок (ЗАО "Уран", г. Санкт-Петербург).
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научно-техническом семинаре "Новые пластмассы и эластомеры" (Санкт-Петербург, 1995), научно-технической конференции "Диагностика, информатика, метрология, экология, безопасность - 96" (Санкт-Петербург, 1996), а также на научно-технических семинарах кафедры химической технологии пластмасс СПбТИ в 1993-1997 гг..
По результатам работы опубликовано 5 статей и 2 тезиса докладов.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора литературы, методической части, пяти глав с обсуждением результатов, выводов, библиографии (152 наименования) и приложений. Диссертация изложена на 171 странице машинописного текста, содержит 49 рисунков, 38 таблиц и 2 приложения. Первая глава посвящена обзору литературы по синтезу, основным кинетическим закономерностям и особенностям кинетики (со)полішеризациь аммониевых солей аминоалкил-(мет)акрилатов, оснс ным областям применения катионных полиэлектролитов на их основе. Во рторой главе изложено обоснование выбранного направления исследования. В третьей главе приведены характеристики применяемых исходных ве-