Розроблення основ технології наповнення кополімерів полівінілпіролідону хімічно осадженими металами

Abstract

Дисертація присвячена розробленню основ технології наповнення кополімерів полівінілпіролідону (ПВП) з 2-гідроксіетилметакрилатом (ГЕМА) методом суміщення процесів полімеризації та хімічного осадженням частинок Ni(0), Cu(0) та Ag(0). Досліджено вплив синергетичних ефектів, викликаних одночасним перебігом різних за природою процесів, а також природи осадженого металу, температури, рН середовища, складу полімер-мономерної композиції на особливості синтезу, формування структури та властивості композитів та на цій основі обґрунтовані технологічні режими одержання матеріалів з прогнозованими властивостями. Одержані за встановленими режимами матеріали, володіють унікальним комплексом властивостей. Характерною особливістю розробленої технології є використання екзотермії процесу полімеризації для забезпечення необхідних температурних умов реакції відновлення. Розроблено принципову технологічну схему одержання металонаповнених ПВП-пр-пГЕМА кополімерів. На підставі розробленого тимчасового технологічного регламенту одержано експериментальну партію зразків композитів і досліджено їхні властивості. Диссертация посвящена разработке основ технологии наполнения сополимеров поливинилпирролидона (ПВП) с 2-гидроксиэтилметакрилатом (ГЭМА) методом совмещения процессов полимеризации и химического осаждения частиц Ni(0), Cu(0) и Ag(0). Исследовано влияние синергетических эффектов, вызванных одновременным протеканием различных по природе процессов, а также природы осажденного металла, температуры, рН среды, состава полимер-мономерной композиции на особенности синтеза, формирование структуры и свойства композитов, и на этой основе обоснованны технологические режимы получения материалов с прогнозируемыми свойствами. Полученные материалы владеют уникальным комплексом свойств. Характерной особенностью разработанной технологии является использование экзотермии процесса полимеризации для обеспечения необходимых температурных условий реакции восстановления. Разработана принципиальная технологическая схема получения металлонаполненных ПВП-пр-пГЭМА сополимеров. На основании разработанного временного технологического регламента получено экспериментальную партию образцов композитов и исследованы их свойства. The dissertation is devoted to the development of the technology basics of filling polyvinylpyrrolidone (PVP) copolymers with 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) by the method of combining polymerization processes and chemical deposition of Ni(0), Cu(0) and Ag(0) particles. The choice of metal-fillers for the creation of composite copolymers of PVP-prpHEMA and based on them hydrogels by the method of the polymerization with simultaneous deposition of metals is argued. The composition of redox systems and technological conditions of the reduction reaction, depending on the nature of the metal filler are substantiated. On the example of nickel and copper, the kinetic parameters of the reduction reaction of metal ions in the volume of the solution depending on the composition of the redox system, temperature and pH were researched. Using of AgNO3 reduction activator and the presence of PVP in a weakly alkaline medium ensures the deposition of monodisperse metal particles with a high speed and a small induction period at a temperature of 60°С. Viscosimetric studies of PVP solutions in the presence of monomers and salts of metals-participants of the redox process confirmed the physical interaction in the PVP/Men+/HEMA system that provides fixation of metal ions in the polymer matrix with subsequent stabilization of metal particles. The kinetic parameters of the gel effect of copolymerization of PVP with HEMA with simultaneous deposition of metal particles depending on the composition of the polymer-monomer composition, the nature of the initiation system, solvent content, initial polymerization temperature and concentration of reduction precursors were investigated by thermometric method. Multifaceted impact of the polymer-monomer composition on the main parameters of the process of exotherm of copolymerization of PVP with HEMA, which determine the technological mode of chemical deposition of metals, has been proved. The regression equations of regression of the main parameters of metal deposition depending on the initial composition of the composition by the Scheffe’s simplex-lattice planning method, and the lines of equal values of parameters are obtained, which will allow significantly reduce the experimental search for composite structure with predicted parameters of the exotherm of the polymerization process depending on the nature of the deposited metal. The use of the PB/FeSO4 initiation system made it possible to carry out the process without preheating the initial reaction composition for 20-60 minutes, depending on the nature of the precipitated metal - Ni(0), Cu(0) and Ag(0). The proposed method of obtaining metal-filled hydrogels provides deposition of metal particles without preheating the polymer-monomer composition. IR spectroscopy, TG and DTA confirmed the formation of grafted mesh copolymers and investigated the structural parameters of the polymer grid. The influence of synergetic effects caused by the simultaneous course of different processes on the peculiarities of synthesis, formation of structure and properties of composites is investigated and on this basis the technological modes of obtaining materials with predicted properties are substantiated. The materials obtained according to the established modes are characterized by a unique set of properties. The combination of polymer and metal phase provides a wide range of sorption, strength, elastic, bactericidal and antifungal characteristics, gives them electrical conductivity and magnetic susceptibility. The basic technological scheme of obtaining metal-filled PVP-gr-pHEMA copolymers is developed. An experimental batch of composites was obtained on the basis of the developed temporary technological regulations. Established that composites based on Ni(0)-filled copolymers show catalytic activity in the process of hydrolysis of sodium borohydride. Medical and biological researches of the obtained Ag(0)-filled composites have shown that film products based on them exhibit bactericidal and antifungal properties. A decision was made on the prospect of research the obtained materials for the possibility of their use as medical bandages.