Анотація до роботи:

Вітовецька Т.В. Полімераналогічні перетворення в прищеплених кополімерах для створення функціональних матеріалів природоохоронного призначення. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.06 – хімія високомолекулярних сполук. Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2003.

Досліджено закономірності реакцій лужного гідролізу та амінометилювання (реакція Манніха) в прищеплених кополімерах (ПК) поліакриламіду до полівінілового спирту (ПВС-ПАА_N), що утворюють ІнтраПК, а також властивості одержаних аніонних та катіонних похідних. Встановлено ефект більш високої швидкості і глибини полімераналогічних перетворень в ПК у порівнянні з індивідуальним ПАА. Показано, що збільшення степеня перетворення А акриламідних ланок ПК в ланки акрилової кислоти супроводжується посиленням внутрішньомолекулярних взаємодій в макромолекулах ПК за рахунок комплексоутворення між карбоксильними та амідними групами. В результаті цього розчинність аніонних похідних в Н-формі послідовно знижується. При АА_крит. процес руйнування структури ІнтраПК при йонізації –СООН груп протікає як конформаційний перехід типу глобулаклубок. Всі аніонні похідні в Н-формі характеризується однією Т_с, яка свідчить про їх однорідну структуру в блочному стані. Встановлено, що реакція амінометилювання акриламідних ланок ПК йде паралельно з реакцією гідролізу. В результаті утворюється поліамфоліт постійної хімічної будови з переважним вмістом третинних аміногруп. Виявлено здатність нейоногенних ПК та їх аніонних похідних в Н-формі до значних обернених деформацій двох рівнів під впливом гідродинамічного поля зсуву. Показано, що йоногенні похідні ПК є ефективними флокулянтами при освітленні сильномутних глинистих суспензій та в процесах підготовки питної води на водопровідних станціях. Проведено широке коло досліджень, спрямованих на розробку технології ефективного виведення радіонуклідів ¹³⁷Cs та ⁹⁰Sr з природної води в процесах її коагуляційно-флокуляційного очищення.

1. На основі комплексних досліджень реакцій гідролізу та амінометилювання в поліакриламідних ланцюгах ПВС-ПАА_N встановлено ефект більш високої швидкості і глибини полімераналогічних перетворень в прищеплених кополімерах у порівнянні з індивідуальним ПАА. Запропоновано дві основні причини цього явища: висока локальна концентрація реагуючих ланок і специфічна розгалужена будова макромолекул прищеплених кополімерів.

2. Аніонні похідні ПВС-ПАА_N в Н-формі є ІнтраПК, в яких при збільшенні ступеня модифікації акриламідних ланок А посилюються внутрішньомолекулярні взаємодії у порівнянні з немодифікованим прищепленим кополімером. Це обумовлено утворенням більшої кількості сильних Н-зв’язків між карбоксильними і амідними групами за типом змішаних циклічних димерів. Наслідком цього є поступове погіршення розчинності аніонних похідних з ростом А і поява певного значення А_крит, вище якого руйнування компактної структури ІнтраПК при йонізації –СООН груп відбувається як конформаційний перехід глобула-клубок. Аніонні похідні в Н-формі мають однорідну блочну структуру, що характеризується однією Т_с, яка закономірно зменшується при зростанні А.

3. Встановлено, що реакція амінометилювання в ПВС-ПАА_N супроводжується процесом гідролізу акриламідних ланок, швидкість якого у вибраних експериментальних умовах в 2,61 рази менша, ніж реакції амінометилювання. Кінцевим продуктом є поліамфоліт постійної будови з переважним вмістом третинних аміногруп і щільною структурою у водному розчині. Основним типом Н-зв’язків в макромолекулах амінометильованих зразків у сольовій формі є транс-мультимери вторинних амідних груп, однак значний внесок в систему водневих зв’язків роблять змішані циклічні димери між карбоксильними і вторинними амідними групами.

4. Встановлено два рівня оберненого руйнування структури в розчинах нейоногенних та аніонних зразків ПВС-ПАА_N під дією гідродинамічного поля зсуву: руйнування сітки зачеплень і руйнування ІнтраПК разом з первинними асоціатами. Встановлено, що перехід на другий, більш глибокий рівень структурної перебудови, можливий лише за умов С<С* та j>j*, де С* та j* - критичні значення концентрації кополімеру та градієнта швидкості зсуву. Посилення внутрішньомолекулярних взаємодій в макромолекулах ПВС-ПАА_N при зростанні ступеня перетворення А акриламідних ланок щеплень в ланки акрилової кислоти збільшує j*, а при досягненні певного значення А, перехід на другий рівень не відбувається зовсім.

5. Показано, що аніонні похідні ПВС-ПАА_N в Н- та Na-формах є високоефективними флокулянтами в процесах освітлення концентрованих полідисперсних глинистих суспензій у порівнянні з високомолекулярним ПАА, однак найкращі результати досягаються при використанні аніонних похідних в Н-формі. На відміну від цього флокулянти Unicomfloc_an, розроблені на основі аніонних похідних ПВС-ПАА_N, демонструють найкращі результати при коагуляційно-флокуляційному очищенні природної води (порівняно з дією нейоногенних Unicomfloc_n та відомого аніонного флокулянту Magnafloc LТ-27), коли їх основний компонент знаходиться у Na-формі. Встановлено, що флокулянти Unicomfloc_cat, створені на основі катіонних похідних ПВС-ПАА_N, в процесі очищення природної води працюють на одному рівні з відомим катіонним флокулянтом Praestol 650-TR, а за окремими параметрами - навіть перевищують його дію.

6. В результаті досліджень механізму та ефективності зв’язування йонів Cs⁺ та Sr²⁺ у розчині макромолекул ПВС-ПАА_N різної будови, а також процесів коагуляційно-флокуляційного очищення природної води, забрудненої солями стабільних та радіоактивних ізотопів обох металів, показана можливість використання розроблених флокулянтів Unicomfloc_n та Unicomfloc_an для вирішення проблеми масового очищення радіологічно забрудненої річкової води від радіонуклідів ¹³⁷Cs та ⁹⁰Sr з одночасним забезпеченням високих загальних показників якості очищеної води. В інтервалі доз 32ч150 Бкдм^-3 найкращий ступінь виведення радіонуклідів ¹³⁷Cs складав 67,3%, а радіонуклідів ⁹⁰Sr – 29,1%.

Публікації автора:

1. Момот Л.М., Шляхтун Т.В., Желтоножська Т.Б., Сиромятніков В.Г. Аніонні флокулянти на основі щепленого кополімеру // Вісник держ. ун-ту “Львівська політехніка”. - 2000.- №388.- С.26-30.

2. Zheltonozhskaya T.B., Demchenko O.V., Kutsevol N.V., Vitovetskaya T.V., Syromyatnikov V.G. Reversible structure destruction on intramolecular polycomplexes formed by poly(acrylamide) and poly(vinyl alcohol) under hydrodynamic shear flow // Macromol. Symp. - 2001.- V.166.- P.255-260.

3. Желтоножська Т.Б., Куцевол Н.В., Вітовецька Т.В., Демченко О.В., Сиромятніков В.Г. Розгортання внутрішньомолекулярних полікомплексів на основі полівінілового спирту та поліакриламіду при механічній дії // Укр. хім. журн. – 2002. – Т.68, №8. – С.121-126.

4. Filipchenko S.A., Zheltonozhskaya T.B., Demchenko O.V., Vitovetskaya T.V., Kutsevol N.V., Sadovnikov L.V., Romankevich O.O., Syromyatnikov V.G. Mechanism and efficiency of binding of stable and radioactive Cs and Sr isotopes in the coagulative-flocculative process of water clearing // Chem. Inz. Ekol. – 2002.- T.9, №12. - P.1521-1530.

5. Momot L. N., Ejova T.G., Slyahtun T.V., Zheltonozhskaya T.B. Anionic derivatives of the copolymer poly(acrylamide) grafted poly(vinyl alcohol) // Proceedings of scientific conf. “Polymer Chemistry and Technology”. Kaunas. – 1999. – P.138-140.

6. Вітовецька Т.В. Аніонні похідні щеплених кополімерів поліакриламіду до полівінілового спирту та їх властивості // Тез. доповідей 2^ій Всеукр. конф. студентів та аспірантів “Сучасні проблеми хімії”. Київ. Україна. – 2001. – С.21.

7. Vitovetskaya T.V., Zheltonozhskaya T.B., Momot L.N., Demchenko O.V., Syromyatnikov V.G. Peculiarities of the polymer-analogous transformations in poly(acrylamide) to poly(vinyl alcohol) graft copolymers // Abstr. “Europolymer Congress”, Eindhoven (Netherlands). –2001. – CD. – P.-134.

8. Витовецкая Т.В., Куницкая Л.Р., Филипченко С.А. Полимераналогичные превращения в привитых сополимерах полиакриламида к поливиниловому спирту // Тезисы докл. Укр.-Росс. симпозиума по высокомолекулярным соединениям. Донецк. Украина - 2001. - С.43.

9. Vitovetskaya T.V., Zheltonozhskaya T.B., Strelchuk N.V., Kunitskaya L.R., Syromyatnikov V.G. Specific conformations of poly(vinyl alcohol)-graft-poly(acrylamide-co-acrylic acid) in aqueous solutions // Abstr. 4^th International Conference on Polymer Solvent Complexes and Intercalates. Prague. Cheh.Repub. – 2002. - P.13.

10. Момот Л.М., Шляхтун Т.В., Желтоножська Т.Б., Сиромятніков В.Г. Аніонні флокулянти на основі щепленого кополімеру // Тез. доповідей 2^ої наук.-техн. конф. “Поступ в нафтогазаперероб. та нафто-хім. промисловості”. Донецьк. Україна. – 1999. - С. 184.

11. Желтоножська Т.Б., Куцевол Н.В., Шляхтун Т.В., Демченко О.В., Сиромятніков В.Г. Про розгортання внутрішньомолекулярних полікомплексів на основі полівінілового спирту та поліакриламіду в механічному полі // Тез. доповідей 2^ої наук.-техн. конф. “Поступ в нафтогазаперероб. та нафто-хім. промисловості”. Донецьк. Україна. – 1999. - С. 182.

12. Zheltonozhskaya T.B., Demchenko O.V., Kutsevol N.V., Vitovetskaya T.V., Syromyatnikov V.G. Reversible structure destruction on intramolecular polycomplexes formed by poly(acrylamide) and poly(vinyl alcohol) under hydrodynamic shear flow // Abstr. 3^rd International conf. “ Polymer Solvent Complexes and Intercalates”. Besancon. France. – 2000. – P.22.

13. Zheltonozhskaya T.B., Vitovetskaya T.V., Kutsevol N.V., Demchenko O.V., Syromyatnikov V.G. Conformational transitions in macromolecules of poly(acrylamide )-graft-poly(vinyl alcohol) induced by hydrodynamic shear field // Proceedings of International Conf. “ Physics of Liquid Matter: Modern Problem”. Kiev. Ukraine. – 2001. – P.162.

14. Zheltonozhskaya T.B., Vitovetskaya T.V., Demchenko O.V., Guenet J-M., Phiilipchenko S.A., Sadovnikov L.V., Syromyatnikov V.G. Novel flocullants for the water clearing from suspended natural substances and ratio nuclei of Cs¹³⁷ and Sr⁹⁰ // Abstr. 2^nd International Conference “Interfaces against pollution”. Miskolc. Hungary. - 2002. - P.70.

15. Filipchenko S.A., Zheltonozhskaya T.B., Demchenko O.V., Vitovetskaya T.V., Kutsevol N.V., Sadovnikov L.V., Romankevich O.O., Syromyatnikov V.G. Mechanism and efficiency of binding of stable and radioactive Cs and Sr isotopes in the coagulative-flocculative process of water clearing // Abstr. of International Conference “ECOpole’02”. Opole. Poland. – 2002. – CD - P.138.