Анотація до роботи:

Гузенко Н.В. Вплив модифікування полівінілпіролідоном на властивості високодисперсного кремнезему. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 01.04.18 - фізика і хімія поверхні. - Інститут хімії поверхні Національної академії наук України, Київ, 2003.

Виконано дослідження впливу адсорбційного модифікування поверхні високодисперсного кремнезему полівінілпіролідоном на його фізико-хімічні властивості з метою подальшої розробки нових сорбентів медичного призначення.

Методами ІЧ-спектроскопії, дериватографії, лазерної кореляційної спектроскопії та реологічними методами було досліджено механізм адсорбції полівінілпіролідону на поверхні високодисперсного кремнезему, структуру поверхневого шару полімера, що при цьому утворюється, адсорбційні властивості модифікованої поверхні та реологічні властивості водних суспензій сорбента.

Було показано, що модифікування полівінілпіролідоном дає змогу цілеспрямовано змінювати хімічну природу поверхні високодисперсного кремнезему з метою регулювання його сорбційних властивостей і механізмів взаємодії між сорбентом і сорбтивом на границі розподілу фаз; регулювати реологічні властивості водних суспензій високодисперсного кремнезему; створювати препарати пролонгованої дії.

1. Аналіз літературних даних свідчить про те, що адсорбція полімерів на твердій поверхні обумовлена низкою факторів, серед яких головними є природа поверхневих активних центрів і функціональних груп макромолекул, величина питомої поверхні сорбента, молекулярна маса і концентрація розчину полімера.

2. Встановлено, що полівінілпіролідон з молекулярною масою ~12000 (фармакопейний ПВП) у кількості 100-150 мг/г адсорбується на поверхні високодисперсного кремнезему необоротно; це дозволяє розглядати його як перспективний модифікатор кремнезему для створення сорбентів медичного призначення.

3. Методами ІЧ-спектроскопії і адсорбції показано, що міцна адсорбція полівінілпіролідону відбувається внаслідок утворення численних водневих зв’язків між атомами водню вільних силанольних груп поверхні і атомами кисню лактамної групи полімера. Наявність на поверхні кремнезему негідроксильних активних центрів (зокрема, домішкових гетероатомів титану і алюмінію) не призводить до підвищення адсорбційної здатності кремнезему щодо молекул ПВП.

4. Вивчено вплив сорбованих молекул води і етанолу на взаємодію полівінілпіролідону з поверхнею високодисперсного кремнезему. Показано, що присутність розчинника не лише не заважає, а навпаки, сприяє адсорбції полімера. Це дозволяє вважати, що конформації моношару ПВП на поверхні кремнезему в суспензії і в сухому стані близькі.

5. Методами ІЧ- і УФ-спектроскопії досліджено конформаційний стан макромолекул полівінілпіролідону, які утворюють моношар на поверхні високодисперсного кремнезему. Визначено частку ланок ПВП, які безпосередньо взаємодіють с поверхнею. Встановлено, що при повному покритті поверхні, петлі полімера в адсорбційному шарі складаються із 1-2 ланок. Це означає, що молекули моношару ПВП розташовуються на поверхні високодисперсного кремнезему пласко у вигляді зигзагоподібних ланцюгів.

6. Методом ІЧ-спектроскопії з використанням полівінілпіролідону (М=12000), поліоксиетилену (ПОЕ, М=600000) і бичачого сироваткового альбуміну (БСА, М=68000) як молекул-зондів вивчено вплив стеричних факторів на адсорбцію високомолекулярних сполук. Показано, що поверхня високодисперсного кремнезему цілком доступна для взаємодії як з лінійними (ПВП, ПОЕ), так і глобулярними (БСА) макромолекулами.

7. Методом УФ-спектроскопії досліджено вплив модифікування високодисперсного кремнезему синтетичними і природними полімерами на його адсорбційні властивості щодо низькомолекулярних речовин. Встановлено, що адсорбція молекул йоду і кверцетину на поверхні кремнезему в результаті її модифікування полівінілпіролідоном і альбуміном зростає в декілька разів. Визначено роль структурних факторів в утворенні комплексів низькомолекулярних речовин з полімерами у розчині та іммобілізованими на поверхні. На прикладі лінійних (ПВП) і глобулярних (БСА) високомолекулярних сполук показано, що структура модифікуючого шару на поверхні кремнезему залежить від природи і будови полімера і визначає механізм наступної взаємодії з малими молекулами.

8. Досліджено вплив модифікування полівінілпіролідоном на реологічні властивості водних суспензій високодисперсного кремнезему. Встановлено, що залежність ефективної в’язкості та граничної напруги зсуву від ступеня модифікування має екстремальний характер. Показано, що водні суспензії кремнезему поводять себе як типові вільнодисперсні ліофобні системи і для них характерні такі властивості: здатність утворювати коагуляційно-тиксотропні структури та довільне укрупнення частинок – агрегація, особливо при розведенні суспензії.

9. Одержані наукові результати дозволили вперше розробити ефективний спосіб сорбційного модифікування високодисперсного кремнезему полівінілпіролідоном в умовах інтенсивного перемішування без використання рідкої фази.

Публікації за темою дисертації

1. Гузенко Н.В., Воронина О.Е., Пахлов Е.М., Воронин Е.Ф. Влияние модифицирования поливинилпирролидоном на вязкость водных суспензий высокодисперсного кремнезёма // Хим.-фарм. журнал. – 2001. – Т.35, №1. – С.46-49.

Здобувачем було проведено модифікування високодисперсного кремнезему полівінілпіролідоном та досліджено в’язкість водних дисперсій модифікованого кремнезему.

2. Гузенко Н.В., Пахлов Е.М., Липковская Н.А., Воронин Е.Ф. Адсорбционное модифицирование высокодисперсного кремнезёма поливинилпирролидоном // Журн. прикл. химии. – 2001. – Т.74, №12. – С.1957-1961.

Здобувачем було виконано дослідження взаємодії ПВП з поверхнею кремнезему методами адсорбції та ІЧ-спектроскопії; розраховано параметри, які характеризують конформацію макромолекул поверхневого шару; запропоновано схему взаємодії молекул ПВП з активними центрами поверхні.

3. Gun’ko V.M., Zarko V.I., Voronin E.F., Turov V.V., Mironyuk I.F., Gerashchenko I.I., Concharuk E.V., Pakhlov E.M., Guzenko N.V., Leboda R., Skubiszewska-Zieba J., Janusz W., Chibowski S., Levchuk Yu.N., Klyueva A.V. Impact of some organics on structural and adsorbtive characteristics of fumed silica in different media // Langmuir. – 2002. – Vol. 18, №3. - P. 581-596.

Здобувачем було синтезовано і охарактеризовано методом ІЧ-спектроскопії зразки високодисперсного кремнезему, модифіковані полівінілпіролідоном та бичачим сироватковим альбуміном.

4. Voronin E.F., Guzenko N.V., Gun'ko V.M., Malysheva M.L., Pakhlov E.M., Eremenko B.V., Chuiko A.A. Adsorption of polyvinylpyrrolidone and polyoxyethylene by pure and mixed silicon, aluminium and titanium oxides // Chemistry, physics and technology of surfaces. – 2002. - № 7-8. - Р. 5-10.

Здобувачем було досліджено адсорбцію ПВП на поверхні чистих та змішаних оксидів кремнію, титану та алюмінію.

5. Гузенко Н.В. Дослідження механізму взаємодії полівінілпіролідону з високодисперсним кремнеземом // Хімія, фізика та технологія поверхні: Міжвід. зб. наук. пр. / Ін-т хімії поверхні НАН України; гол. ред. О.О.Чуйко. – К.: Вид. дім “КМ Академія”, 2003. - Вип. 9. - С.44-51.

6. Вороніна О.Є., Гузенко Н.В. Дослідження адсорбції йоду на поверхні кремнезему, модифікованого полівінілпіролідоном // Хімія, фізика та технологія поверхні, Ін-т хімії поверхні НАН України; гол. ред. О.О.Чуйко. – К.: Вид. дім “КМ Академія”, 2003. - Вип. 9. – С. 128-133.

Здобувачем було проведено УФ-спектральні дослідження комплексів йоду з полівінілпіролідоном та бичачим сироватковим альбуміном в водному розчині та на поверхні кремнезему.

7. Gun’ko V.M., Mikhailova I.V., Zarko V.I., Gerashchenko I.I., Guzenko N.V., Janusz W., Leboda R., Chibowski S. Study of interaction of protein with silica in aqueous suspensions by adsorption and correlation spectroscopy methods // Journal of Colloid and Interface Science. – 2003. – №260. - P. 56-69.

Здобувачем методом лазерної кореляційної спектроскопії було виконано дослідження факторів, які визначають процеси агрегування часток у водних дисперсіях кремнезему.

8. Гузенко Н.В. Дослідження взаємодії полівінілпіролідону з поверхнею високодисперсного кремнезему // Зб. тез доп. уч. II Всеукр. наук.-практ. конф. студентів, аспірантів та молодих вчених "Екологія. Людина. Суспільство" пам'яті проф. О.П.Шутька. – Київ: НТТУ “КПІ”. – 1999. – С. 46-47.

9. Гузенко Н.В., Пахлов Е.М., Липковская Н.А., Воронин Е.Ф. Адсорбционное модифицирование высокодисперсного кремнезёма поливинилпирролидоном // Материалы I Всерос.конф. "Химия поверхности и нанотехнология". - СПб. – 1999. - С. 24.

10. Voronin E.F., Guzenko N.V., Voronina O.E., Pakhlov E.M. IR spectral study of the polyvinylpyrrolidone adsorption on the high-disperse silica surface // II Inter.Conf. on Silica Sci. & Technol. SILICA 2001, Mulhouse (France). - 2001. - Short Abstr. - P. 168.

11. Voronina O.E., Guzenko N.V. Effect of adsorption of polyvinylpyrrolidone on the viscosity of aqueous suspensions of high-disperse silica // II Inter.Conf. on Silica Sci. & Technol. SILICA 2001, Mulhouse (France). - 2001. - Short Abstr. - P. 207.

12. Гузенко Н.В., Воронина О.Е., Пахлов Е.М. Исследование влияния воды на адсорбцию поливинилпирролидона на аэросиле // 3-я Междунар. конф. “Химия высокоорг. веществ и научн. основы нанотехнологии. Автореф. докл.” С.-Петербург. – 2001. - С. 214-215.

13. Gun’ko V.M., Zarko V.I., Voronin E.F., Turov V.V., Gerashchenko I.I., Concharuk E.V., Pakhlov E.M., Guzenko N.V., Leboda R., Skubiszewska-Zieba J., Janusz W., Chibowski S. Impact of some organics on structural and adsorbtive characteristics of fumed silica in different media // VI Ukr.-Pol.Symp.”Teor. and Exp.Stud.of Interfac. Phenom. & Technol. Appl.” Coll. Abstr. – Odessa. –2001. - P.93-94.

14. Voronin E.F., Guzenko N.V., Pakhlov E.M., Mironiuk I.F., Malysheva M.L., Vlasova N.N. IR-spectral study of adsorption of macromolecules onto pyrogenic silicas by different surface textures // VI Ukr.-Pol.Symp.”Teor.and Exp.Stud.of Interfac.Phenom.& Technol.Appl.” Coll. Abstr. – Odessa. –2001. - P.276.

15. Guzenko N.V., Voronin E.F., Pakhlov E.M., Chuiko A.A. Effect of water and ethanol on interaction of high disperse silica with polyvinylpyrrolidone // VI Ukr.-Pol.Symp.”Teor. and Exp.Stud.of Interfac. Phenom. & Technol. Appl.” Coll. Abstr. – Odessa. –2001. - P..93-94.

16. Malysheva M.L., Voronin E.F., Pakhlov E.M., Guzenko N.V. The study of PVP and POE adsorption on the surface of highly dispersed silica by IR-spectroscopy // The Second International Conference “Interfaces against pollution” and NATO Advanced Research Workshop “Role of Interfaces in Environmental Protection” Abstracts. – Hungary. – 2002. - Р.136.

17. Гузенко Н.В., Воронина О.Е., Малышева М.Л., Пахлов Е.М., Воронин Е.Ф. Исследование взаимодействия водорастворимых полимеров с поверхностью высокодисперсных оксидов // Матеріали міжнародного симпозіуму “Сучасні проблеми фізичної хімії”. – Донецьк, 2002. - С. 90.

18. Guzenko N.V., Pachovchyshin S.V., Voronin E.F., Kapshtyk D.N. Study of the polyvinylpyrrolidone effect on the viscosity of aqueous suspensions of high-disperse silica // XII International conference “Surface forces”. - Zvenigorod (Russia), 2002. – Р. 108.