Жоғары молекулалық химияның кейінгі жылдары қарқынды дамып келе жатқан саласының бірі суда еритін полимерлерді (СЕП) алу, қасиеттерін зерттеу, әсіресе олардың ішінде құрамында әр түрлі гидрофильді ионданатын немесе ионданбайтын функционал топтары бар полиэлектролиттік түрлерін синтездеу, қасиеттерін зерттеуге қаратылған жұмыстар болып есептеледі /1/. Бірақ, полиэлектролиттердің (ПЭ) қасиеттері тек молекулалық массасына, макромолекуланың тізбегінің бойында орналасқан функционал топтардың табиғатына, оның тізбек бойында орналасу тәртібіне, тығыздығына ғана байланысты болып қалмастан, осы функционал топтардың құрамына кіруші қарсы иондарының түрлеріне қарап та өзгереді. Сол себепті қазіргі уақытта полиэлектролиттерді синтездеу олардың қасиеттерін сипаттау және қолдану бағыттарын анықтауда ПЭ функционал тобының қарсы иондарының валенттілігіне, ядроларының көлеміне, гидратталу дәрежесіне қарап өзгеруін зерттеу теориялық, тәжірибелік тұрғыдан аса маңызды мәселелердің біріне айналып келеді. Себебі, буынының құрамына кіруші қарсы иондар полимерлену, сополимерлену үдерісінде радикал түзу қабілетіне, осы радикалдардың өсуіне сонымен қатар макрорадикалдардың үзілуіне әсер көрсететіндігі салдарынан түзілген ПЭ макромолекуласының массасына, конформациялық күйіне, сондай-ақ әр түрлі дисперс фазалардың майда бөлшектері мен әрекеттесу қабілетіне елеулі әсер көрсетеді.
Сондықтан, бұл жұмыста бір буынының өзінде екі дисоциациаланушы карбоксид тобы бар малейн қышқылы (МҚ) мен құрамында әлсіз ионданушы функционал тобы бар акриламидтің (АА) 1,0:4,0 мольдік ара қатынасында алынған сополимерлену өнімінің қасиеттеріне валенттілігі бірдей бірақ, ядросының көлемі мен гидратталу дәрежесі әртүрлі болған катиондарының әсерін зерттеу мақсат етіп қойылды. Ол үшін малейн қышқылының бастапқы рН-тағы сулы ерітіндісіне акриламидтің қажетті мөлшерін қосып, реакцияны бастап беруші калий персульфатының (K2S2O8) қатысында алдын ала анықталған оңтайлы әдіспен сополимерленді. Сополимерлену нәтижесінде түзілген өнімнің шығымы, қышқыл саны, азот мөлшерін анықтау арқылы реакция үшін алынған қоспаның реакция нәтижесіндегі түзілген өнімнің химиялық құрамы мен салыстырылды. Алынған нәтижелер МҚ мен АА осы көрсетілген мольдік ара қатынаста ең жоғары шығымға ие болатын және реакция үшін алынған құрамымен реакция нәтижесінде шыққан сополимерлену өнімінің құрамы сәйкес келетіндігін көрсетті. Сондықтан осы алынған МҚАА–3-Н полиэлектролитін катиондарымен ерекшеленуші, яғни Li немесе Na, К, NH4 гидроксидінің қажетті концентрациялы ерітіндісімен рН көрсеткішіне 8,0-8,5 дейін бейтараптау жолымен МҚАА-3-Li, МҚАА-3-Na, МҚАА-3-К, МҚАА-3-NH4 деп шартты түрде белгіленген үлгілер алынды. Көрсетілген жағдаймен алынған ПЭ үлгілерінің буындарының құрамы, функционал топтарының тізбектегі мольдік ара қатынасымен орналасу тәртібі, сондай-ақ молекулалық массасы бірдей, бірақ карбоксид тобының катиондарымен ғана ерекшеленеді. Өйткені бұл ПЭ қасиеттерінің өзгеруіне таңдалған катиондардың әсерін анықтау үшін осы көрсетілген өлшемдердің тұрақтылығын сақтау ғылыми теориялық және тәжірибелік тұрғыдан анық тұжырымдама жасау үшін қажет. Алынған ПЭ үлгілерінің ерітінділерінің физикалық қасиеттерінің ерекшеліктерін вискозиметрия, фотоэлектрокалориметрия, кондуктометрия,
Полиэлектролит үлгілерінің физикалық және коллоидтық химиялық қасиеттерінің концентрацияға байланысты өзгеруі
| ПЭ конц,% | ηмен | ηкелт | Кмөд | χенш10-4
ОМ-1 См-1 |
χкелт | Кэтөқ | Д | рН | СТТ | |
МҚАА-3-Н |
||||||||||
| 0,010
0,025 0,050 0,100 0,250 0,500 |
0,11
0,18 0,28 0,49 1,29 3,45 |
11,00
7,20 5,60 4,90 5,16 6,90 |
1,59
1,04 0,81 0,71 0,74 1,00 |
0,270
0,440 0,600 1,030 1,800 3,400 |
27,00
17,60 12,00 10,30 7,20 6,80 |
3,97
2,58 1,76 1,51 1,05 1,00 |
0,00
0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 |
5,40
3,80 3,50 3,20 2,80 2,50 |
15,00
21,50 26,00 31,00 40,55 41,00 |
|
| МҚАА-3-Li | ||||||||||
| 0,010
0,025 0,050 0,100 0,250 0,500 |
0,45
0,86 1,67 2,76 6,30 13,84 |
45,00
34,40 33,40 27,60 25,20 27,68 |
1,62
1,24 1,20 0,99 0,91 1,00 |
0,082
0,212 0,398 0,720 1,700 3,200 |
8,20
8,48 7,96 7,20 6,80 6,40 |
1,28
1,32 1,21 1,12 1,06 1,00 |
0,00
0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 |
6,85
7,15 8,20 8,20 8,36 8,30 |
27,80
39,80 46,80 51,50 64,00 74,00 |
|
| МҚАА-3-Na | ||||||||||
| 0,010
0,025 0,050 0,100 0,250 0,500 |
0,36
0,76 1,50 2,15 5,38 11,27 |
36,00
30,40 30,00 21,50 21,52 22,54 |
1,59
1,34 1,33 0,95 0,95 1,00 |
0,130
0,290 0,460 0,840 1,580 2,910 |
13,00
11,60 9,20 8,40 6,32 5,82 |
2,23
1,99 1,58 1,44 1,08 1,00 |
0,00
0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 |
7,75
7,95 8,25 8,30 8,40 8,55 |
30,50
42,20 49,60 57,40 69,20 81,60 |
|
МҚАА-3-K |
||||||||||
| 0,010
0,025 0,050 0,100 0,250 0,500 |
0,37
0,69 1,41 2,32 5,46 10,13 |
37,00
27,60 28,20 23,20 21,84 20,26 |
1,82
1,36 1,39 1,14 1,07 1,00 |
0,110
0,210 0,360 0,600 1,350 2,400 |
11,00
8,40 7,20 6,00 5,40 4,80 |
2,29
1,75 1,50 1,25 1,12 1,00 |
0,00
0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 |
7,40
7,55 7,80 8,15 8,30 8,45 |
29,60
39,70 45,80 50,60 66,50 78,40 |
|
| МҚАА-3-NH4 | ||||||||||
| 0,010
0,025 0,050 0,100 0,250 0,500 |
0,54
1,10 2,10 3,70 7,60 14,20 |
45,00
36,00 35,00 30,00 25,40 23,40 |
1,90
1,54 1,47 1,30 1,07 1,00 |
0,100
0,249 0,463 0,808 1,860 3,630 |
10,00
9,96 9,26 8,08 7,44 7,26 |
1,37
1,37 1,27 1,11 1,02 1,00 |
0,00
0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 |
8,51
8,68 8,84 8,80 8,35 8,35 |
21,50
29,50 38,60 49,80 54,70 72,20 |
|
ПАА |
||||||||||
| 0,010
0,025 0,050 0,100 0,250 0,500 |
0,16
0,33 0,55 0,97 2,57 6,75 |
16,50
13,20 11,08 9,70 10,30 13,50 |
1,18
0,97 0,81 0,78 0,76 1,00 |
0,54
1,02 1,86 3,34 6,84 12,00 |
54,00
40,80 37,20 33,42 27,20 24,00 |
2,25
1,70 1,55 1,39 1,14 1,00 |
0,00
0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 |
6,75
6,90 7,05 7,25 7,45 7,55 |
6,30
16,40 30,30 44,20 58,40 72,80 |
|
рН-метрия әдісімен тұтқырлығын (η), оптикалық тығыздығын (Д), электр өткізгіштігін (æ), рН көрсеткішін өлшеу арқылы сипатталса, ал коллойдтық-химиялық қасиеттерін түйіршіксіз топырақтың осы ПЭ ерітінділерінің әр түрлі концентрацияларының қатысында суға төзімді түйіршіктелген (СТТ) мөлшерін анықтау арқылы бағаланды. Тәжірибе нәтижелері ПЭ үлгілерінің меншікті тұтқырлығы (ηменш) концентрация артуымен өсетінін көрсетсе, келтірілген тұтқырлығы (ηкелт) керісінше ерітінді концентрациясы азайған сайын көбейіп баратындығымен ерекшеленеді. Бұл заңдылық негізінен барлық үлгілер үшін біркелкі сақталғанмен олардың бірдей концентрациядағы сандық мәндері біршама айрмашылқтарға ие болады. Осындай айырмашылықтар ПЭ үлгілерінің меншікті және келтірілген электр өткізгіштіктерін (æменш, æкелт) анықтағанда да байқалды. Сонымен қатар бұл ПЭ үлгілерінің жоғарыда көрсетілген қасиеттеріндегі ерекшеліктер әдебиетте белгілі теңдеулер арқылы [2] есептеліптабылған молекуланың өзгеру дәрежесін (Кмөд) сипаттаушы, сондай-ақ электр тогын өткізу қабілетін концентрацияға қарап өзгеруін көрсететін (Кэтоқ) мәндеріне де белгілі дәрежеде әсер етеді (кесте). Бірақ, бұл қасиеттердің сандық мәндерінің концентрацияға байланысты өзгеруі біркелкі болғанмен, карбоксид функционал тобының катиондарының
Сурет 1. ПЭ үлгілерінің тұйіршік түзу қабілеті (ТТҚ) мен түйіршіктеуге қажетті мөлшерінің (ТҚМ) концентрацияға қарап өзгеруі.а. МҚАА-3-Na;б. МҚАА-3-Н
түрлеріне қарап біршама айырмашылыққа ие болады. Дегенмен ПЭ үлгілері зерттелген концентрация аралығында термодинамикалық тұрақты гомоген ерітінді түзеді. Ал рН көрсеткішінің концентрацияға қарап өзгеруі МҚАА-3-Н үлгісінде концентрацияның кемуімен рН көрсеткіші өссе, ал басқа ПЭ үлгілерінде бірте–бірте кемитіндігін көру қиын емес. Нақтыланған айырмашылықтар ПЭ үлгілерінің әтүрлі концентрациясының қатысында түзілген СТТ мөлшеріне (кесте), сонымен бірге белгілі теңдеу /2/ арқылы есептеліп табылған түйіршік түзу қабілетіне (ТТҚ) және келтірілген теңдеумен есептелген түйіршіктеуге қажетті мөлшердің (ТҚМ) сандық мәндеріне де біршама әсер ететіндігін байқауға болады.
ТҚМ= К*СТТзерт/mСТТ
Мұндағы: ТҚМ–ПЭ бірдей топырақ массасын түйіршіктеуге қажетті мөлшер; Сзерт– зерттелген концентрация; mСТТ–топырақтың ПЭ қатысында түзілген СТТ массасы; К–бірдей массалы топырақ мөлшері.
Негізінен ПЭ үлгілерінің концентрациясының кемуімен түзілген СТТ-ның де кемуі байқалғанмен, ТТҚ-ның артып баруы салдарынан бірдей массаға тең болған СТТ-ге қажетті ПЭ мөлшерінің кеміп баратындығын көруге болады (Сурет 1). Мұны Кмөд-пен Кэток-тың концентрацияға қарап өзгеруін ескере отырып түсіндіру қиын емес. Өйткені концентрация кемігенде ерітіндінің ион күшінің азаюы салдарынан макромолекуланың бойындағы еркін диссоциациялану қабілеті жеткілікті болған белсенді функционал топтардың артуымен макромолекуланың ұзындық өлшемі де өседі. Бұл өз кезегінде ПЭ макромолекулаларының топырақ майда бөлшектерімен әрекеттесу қабілетін күшейтіп қоймастан осы майда бөлшектер арасында макромолекуланың көпірше түзу мүмкіндігінің де өсуіне себепші болады. Соның салдарынан ПЭ үлгілерінің түйіршік түзу қабілеті өсіп, бірдей массалы суға төзімді түйіршіктер түзуге қажетті мөлшер кемиді (Сурет 2).
Сурет 2. Полиэлектролит үлгілерінің бірдей концентрациядағы СТТ және ТҚМ мәндерінің өзгеруі
Мұндағы: 1— МҚАА-3-Н; 2— МҚАА-3-Li; 3-МҚАА-3-Na; 4-MҚАА-3-K; 5-МҚАА-3-NH4
Зерттелген ПЭ үлгілерінің суға төзімді түйіршіктер түзу қабілеті олардың карбоксид тобының катиондарының түрлеріне қарап та біршама ерекшеленеді. Оны СТТ-ның полиэлектролиттердің бірдей концентрацияларының қатысындағы түзілген СТТ/2*10 деп қабылданған сандық мәндерінің карбоксид тобының катиондарының түрлеріне қарап өзгеруінен көруге болады. (Сурет 2.а). Яғни, зерттелген ПЭ үлгілерінің карбоксид тобының катионы натрий ионы болғанда түйіршік түзу қабілеті ең жоғары болатындықтан, осы үлгінің қатысында бірдей массалы топырақтың суға төзімді түйіршіктерін түзуге қажетті ПЭ мөлшері де ең аз (Сурет 2.б). Мұны карбоксид тобының қарсы иондары ядроларының көлемі және гидратталу қабілетімен байланысты болған гидрат қабықшасының қалыңдығының әр түрлілігінен /3/ келіп шығатын ерекшеліктермен түсіндіруге болады.
Әдебиеттер
- Николаев А.Ф., Охраменко Г.И. Водорастворимые полимеры. – Л.: Химия, 1979.
- Асанов.А., Сарыбаева Ж.Х. Полиметакрил қышқылының қасиеттеріне алыну әдісінің әсері. – Ж. М.Х.Дулати атындағы ТарМУ Хабаршысы, Тараз 2003. №1(9) 195-199 бет
- Воюцкий С.С. «Курс коллоидной химии».М.: Химия, 1964,-с. 167-168