Синтез полимерных суспензий с узким распределением частиц по размерам в присутствии полимеров разной молекулярной массы

На правах рукописиЛОБАНОВА НАДЕЖДА АЛЕКСАНДРОВНАСИНТЕЗ ПОЛИМЕРНЫХ СУСПЕНЗИЙ С УЗКИМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМЧАСТИЦ ПО РАЗМЕРАМ В ПРИСУТСТВИИ ПОЛИМЕРОВ РАЗНОЙМОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ В КАЧЕСТВЕ СТАБИЛИЗАТОРОВСпециальности: 02.00.06 − высокомолекулярные соединения02.00.11 − коллоидная химияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата химических наукМОСКВА 2012Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Московском государственномуниверситете тонких химических технологий имени М.В.

Ломоносова накафедре «Химия и технология высокомолекулярных соединений им. С.С.Медведева».Научный руководитель:Научный консультант:доктор химических наук, профессор, заслуженныйдеятель науки Российской ФедерацииГРИЦКОВА Инесса Александровнадоктор химических наук, профессорПРОКОПОВ Николай ИвановичОфициальные оппоненты:доктор химических наук, профессор,проректорпо научной работе Мурманскогогосударственного технического университета(МГТУ),ДЕРКАЧ Светлана Ростиславовнадоктор химических наук, профессор, руководительУчебно-научного центра «Биоматериалы»Российского химико-технологическогоуниверситета имени Д. И. Менделеева (РХТУ им.Д.И. Менделеева)ШТИЛЬМАН Михаил ИсааковичВедущая организация:Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова(МГУ им.

М.В. Ломоносова)Защита состоится«29 » ноября 2012 г. в 1630 на заседании ДиссертационногоСовета Д 212.120.04 в ФГБОУ ВПО Московском государственномуниверситете тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова поадресу: 119571, г. Москва,пр. Вернадского, д. 86, корп. Т, ауд. Т-410.С диссертацией можно ознакомиться в библиотекеФГБОУ ВПО Московскогогосударственного университета тонких химических технологий имени М.В.Ломоносова.Автореферат разослан «» октября2012 года.Ученый секретарьДиссертационного Совета Д 212.120.04Доктор химических наук, профессор 2Грицкова И.А.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы.Проблема синтеза полимерных суспензий с узким распределением частицпо размерам является актуальной, поскольку область их практическогоприменения чрезвычайно широка. Они используются в качествекалибровочных эталонов в электронной и оптической микроскопии исветорассеивании, для определения размера пор фильтров и биологическихмембран, в качестве модельных коллоидов, для исследования кинетики имеханизма пленкообразования из латексов, а также в качестве полимерныхносителей биологических лигандов в иммунохимических исследованиях.Трудность синтеза полимерных суспензий с узким распределением частицпо размерам состоит в выборе ПАВ и условий формирования эмульсий,обеспечивающих образование полимерно-мономерных частиц по одномумеханизму и устойчивость полимерной суспензии в процессе полимеризации.Перспективным оказался предложенный недавно синтез полимерныхмикросфер с диаметрами полимерных микросфер в требуемом диапазонезначений и узким распределением частиц по размерам в присутствиинерастворимых в воде ПАВ.

Отличительной особенностью синтеза полимерныхмикросфер в присутствии нерастворимых в воде ПАВ является их высокаяустойчивость с момента образования до полной конверсии мономера,обусловленная формированием прочного межфазного адсорбционного слоя наих поверхности. Механизм образования этого слоя основан на фазовойнесовместимости ПАВ и образующегося полимера, и формированииструктурно-механического фактора по Ребиндеру. Этот новый научный подходк получению полимерных микросфер с узким распределением частиц поразмерам является актуальным и требует дальнейшего развития как с точкизрения поиска новых типов доступных ПАВ, так и новых путей формированиямежфазных слоев на поверхности частиц с подобными свойствами.

Одним изпутей решения этой проблемы может быть полимеризация мономеров вприсутствии полимеров, несовместимых с образующимся в процессеполимеризации, в качестве стабилизаторов.Цель работы. Синтез полистирольных и полиметилметакрилатныхполимерных микросфер с узким распределением частиц по размерам вприсутствии полимеров, несовместимых с образующимся в процессеполимеризации, обеспечивающих устойчивость полимерных суспензий на всехстадиях их синтеза и применения.Научная новизна1. Систематическиеисследованиякинетическихзакономерностейгетерофазнойполимеризациистиролавприсутствииполиметилметакрилата и карбоксилированного полибутадиена,а также 3метилметакрилата в присутствии полистирола, позволили выяснитьмеханизм процесса полимеризации и выявить факторы, определяющиедиаметр полимерных частиц, их морфологию и распределение частиц поразмерам.2.

Показано, что в присутствии полимеров, несовместимых с образующимсяпри гетерофазной полимеризации метилметакрилата и стирола наповерхности полимерно-мономерных частиц формируются межфазныеслои, обеспечивающие устойчивость реакционной системы, независимоот строения ядра полимерной частицы, только при количествеполимерных частиц до 1010/ мл суспензии. Механизм образования такихмежфазных слоев основан на фазовой несовместимости полимеров.3. Предложена гипотеза о формировании межфазных слоев на поверхностиполимерно-мономерных частиц, полученных в присутствии полимеров,несовместимых с образующимся в процессе полимеризации,заключающаяся в принудительном вытеснении более гидрофильногополимера на границу раздела фаз и формировании структурномеханического барьера по Ребиндеру, основанному на энтропийномфакторе.

Наблюдаемые экспериментально закономерности по влияниюиспользуемого полимера на устойчивость синтезируемой дисперсии иморфологию образующихся частиц типа «ядро-оболочка», подтверждаютвысказанное предположение.4. Сравнительный анализ свойств полимерных суспензий, полученных вприсутствии нерастворимых в воде ПАВ различной природы, иполимеров, несовместимых с образующимся в процессе полимеризации,позволил объяснить наблюдаемые отличия в их поведенииформированием на поверхности частиц межфазных слоев с различнымиреологическими и физико-химическими свойствами.5.

Предложены рецептуры синтеза полимерных суспензий с узкимраспределением частиц по размерам, устойчивые в процессе синтеза и вфизиологическом растворе со средними диаметрами 0.30; 0.40; 0.50; 0.55;0.60 и 0.70 мкм.Практическая значимость работы. На основе синтезированных полимерныхсуспензий созданы специфичные и высокочувствительные диагностикумы насальмонеллез.Автор защищает:1. Новый подход к получению полимерных микросфер с узкимраспределением частиц по размерам в присутствии полимеров,несовместимых с образующимся в процессе полимеризации. 42.

Новые представления о формировании в межфазном слое частицструктурно-механического фактора стабилизации по механизмустерической стабилизации, основанные на фазовой несовместимостиполимеров и их фазовом разделении.3. Кинетические закономерности гетерофазной полимеризации стирола иметилметакрилата в присутствии полимеров, несовместимых собразующимся в процессе полимеризации.4. Рецептуры синтеза устойчивых полимерных суспензий стирола иметилметакрилата с узким распределением частиц по размерам вприсутствии полимеров, несовместимых с образующимся в процессеполимеризации.5. Данные по использованию полимерных микросфер в качестве носителейбиолигандов.Личное участие автора являлось основополагающим на всех этапах работы исостояло в выполнении экспериментальных исследований, обработке,обобщении и обсуждении экспериментальных данных, подготовке публикаций.Апробация работы.

Результаты исследований и основные положениядиссертации докладывались и обсуждались на XVII Международнойконференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов»(Москва,2010), Всероссийской конференции с элементами научной школы длямолодежи «Актуальные проблемы органической химии» (Казань,2010),Всероссийской конференции с элементами научной школы «Проведениенаучных исследований в области синтеза, свойств и переработкивысокомолекулярных соединений, а также воздействия физических полей напротекание химических реакций» (Казань,2010), V Всероссийской конференциистудентов и аспирантов «Химия в современном мире» (Санкт-Петербург,2011),VI Всероссийской конференциимолодых ученых, аспирантов и студентов смеждународным участием (Санкт-петербург,2012), XIV Международнойнаучно-техническая конференции «Наукоемкие химические технологии-2012»(Тула, 2012).Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, втом числе 3 статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК.Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит извведения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждениярезультатов, выводов и списка литературы. Материалы диссертации изложенына 113страницах машинописного текста, включая 186 таблиц, 38рисунков.Список литературы содержит 114наименований.Во Введении дано обоснование актуальности диссертационной работы исформулирована ее цель.Глава 1.

В Литературном обзоре приведены данные о полимеризациимономеров в присутствии нерастворимых в воде ПАВ и о реологическихсвойствах межфазных адсорбционных слоев, образованных ПАВ и полимером. 5Главаа 2. В Экссперименнтальнойй части представлплен перечень исполльзованныыхвещесттв и их индивидуаиальные хаарактерисстики, меттоды синнтеза и иссследованниясвойсттв полиммерных дисперсийдй.