Отработка процесса модифицирования формованного углеродного сорбента поливинилпирролидоном и изучение его физико-химических свойств

3. Yijun Shi, Xin Feng, Huaiyuan Wang, Xiaohua Lu The effect of surface modification on the friction and wear behavior of carbon nanofiber-filled PTFE composites // Wear. 2008. Vol. 264. Is. 11-12. P. 934-939.

4. Conte M., Igartua A. Study of PTFE composites tribological behavior // Wear. 2012. Vol. 296. Is. 1-2. P. 568-574.

5.Nguyen X. T. , Panin S. V., Kornienko L. A., Ivanova L. P., Korchagin M. A., Shilko S. V. Mechanical and tribo-technical properties of polymer-polymeric composites based on "UHMWPE-PTFE" blends // International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems (MEACS). 2014. P. 1-7.

6. Mashkov Y. K., Kropotin O. V., Chemisenko O. V., Shilko S. V. Wear-resistant silica-containing PTFE nano-composites for metal-polymeric fictional units // Jornal of Friction and wear. 2015. Vol. 36. № 6. P. 476-480.

7. Deborah D. L. Chung Polymer-Matrix Composites: Mechanical Properties and Thermal Performance. Carbon Composites (Second Edition). 2017. P. 218-255.

8. Rahachou A. V., Rogachev A. A., Yarmolenko M. A., Jiang Xiao-Hong, Liu Zhu Bo. Molecular structure and optical properties of PTFE-based wanocomposite polymer-metal coatings//Applied Surface Science. 2012. Vol. 258. Is. 6. P. 1976-1980.

9. Машков Ю. К., Кропотин О. В., Чемисенко О. В. Разработка и исследование полимерного нанокомпо-зита для металлополимерных узлов трения // Омский научный вестник. 2014. Т. 133 (3). С. 64-66.

10. Кропотин О. В., Егорова В. А. Оптимизация условий спекания композиционного материала методом моделирования контактного взаимодействия с учетом вязкоупругих свойств полимера // Омский научный вестник. 2011. № 3 (103). C. 60-64.

УДК546.26+547.745+543.544-414.7

ОТРАБОТКА ПРОЦЕССА МОДИФИЦИРОВАНИЯ ФОРМОВАННОГО УГЛЕРОДНОГО СОРБЕНТА ПОЛИВИНИЛПИРРОЛИДОНОМ И ИЗУЧЕНИЕ ЕГО ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Л. Г. Пьянова1,2, О. Н. Бакланова2, Н. В. Корниенко2, А. С. Котенко1

'Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия 2Институт проблем переработки углеводородов Сибирского отделения Российской академии наук,

г. Омск, Россия

DOI: 10.25206/2310-9793-2017-5-2-193-196

Аннотация - Физико-химическими методами изучено влияние параметров процесса модифицирования и свойства углеродных формованных сорбентов, модифицированных биологически активным полимером (поли-К-винилпирролидоном). Методом низкотемпературной адсорбции азота установлено влияние времени пропитки на пористую структуру углеродного формованного материала. Полнота протекания реакции полимеризации модификатором на поверхности сорбента оценивалась термическими методами анализа.

Ключевые слова: углеродный формованный сорбент, модифицирование, поли-К-винилпирролидон, низкотемпературная адсорбция, термический анализ.

I. Введение

По-прежнему остро стоит проблема лечения инфекционных заболеваний, несмотря на развитие современной медицины и методов диагностики. Применение неселективных лекарственных препаратов (антибиотиков) привело к развитию антибиотикорезистентности микроорганизмов. Поэтому разработка материалов для сорб-ционной терапии является актуальной задачей. Одними из наиболее эффективных материалов, применяемых для детоксикации организма человека, являются пористые углеродные сорбенты. Модифицирование пористых углеродных сорбентов позволяет создавать селективные материалы с заданными физико-химическими свойствами. Одним из наиболее эффективных модификаторов является поли-Ы-винилпирролидон, который обладает антисептическими свойствами [1]. Для оценки физико-химических свойств углеродных сорбентов используют современные методы анализа (низкотемпературная адсорбция азота, термический анализ).

Цель данной работы заключается в изучении влияния параметров (время пропитки сорбента, температура термообработки) процесса модифицирования формованного углеродного сорбента поли-Ы-винилпирролидоном на его физико-химические свойства.

Постановка задачи: обоснованный выбор модификатора углеродного формованного сорбента и установление оптимального времени пропитки сорбента поли-Ы-винилпирролидоном, изучение физико-химических свойств.

II. Теория

Углеродный формованный сорбент представляет собой наноструктурированный мезопористый углеродный материал в виде полого цилиндра черного цвета с одним внутренним каналом (рис 1). Диаметр цилиндра 3 мм, длина 15.. .25 мм. Удельная площадь поверхности по методу БЭТ исходного углеродного сорбента 247 м2/г.

Рис. 1. Углеродный формованный сорбент

Поли-Ы-винилпирролидон (ПВП) - водорастворимый полимер получаемый методом радикальной полимеризации мономера ^винилпирролидона (рис. 2). Относится к высокомолекулярным линейным полимерам с молекулами линейной структуры длиной около 100 мкм. Основная особенность поли-Ы-винилпирролидона способность образовывать комплексы, в том числе и с токсинами и их дальнейшее удаление из организма [2].

Ы-винилпирролидон

поли-Ы-винилпирролидон

Рис. 2. Схема получения поли-Ы-винилпирролидона методом радикальной полимеризации

Ы-винилпирролидона

Свойства поли-Ы-винилпирролидона, отвечающие всем требованиям материалов для медицины, способствуют его широкому применению во многих областях медицины. Поли-Ы-винилпирролидона используют в качестве кровезаменитель Гемодез-Н, входит в состав энтеросорбента Энтеродез и т.д. [3].

III. Результаты экспериментов и их обслуживание

Модифицирование сорбента поли-Ы-винилпирролидоном

К навеске инициатора (динитрил азоизомасляная кислота) т=0,2000±0,0002г, добавляем 20 мл Ы-винилпирролидона и размешиваем до полного растворения инициатора. Помещаем в стакан сорбент (2.3 шт.). Оставляем на 24, 30, 40 часов соответственно, периодически перемешивая.

По истечении времени пропитки сливаем ^винилпирролидон. Промываем углеродный формованный сорбент 0,1 Н раствор №2С03 в течение 5.10 секунд, затем сливаем раствор. Далее даем сорбенту высохнуть на воздухе 10.30 минут.

Полимеризацию сорбента проводим на водяной бане в конической колбе при температуре 68-70°С. Нагрев на водяной бане продолжаем в течение 9 часов. [4].

Заключительная стадия модифицирования углеродного сорбента - термообработка в инертной среде (аргон) при температуре 150°С продолжительностью 90 минут.

После термообработки для каждого времени пропитки методом низкотемпературной адсорбции азота определена удельная площадь поверхности. Удельную площадь поверхности рассчитывали по методу БЭТ из данных изотермы адсорбции-десорбции азота, полученной на газо-адсорбционном анализаторе Gemini 2380. Данные представлены в табл. 1.

ТАБЛИЦА 1

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИССЛЕДУЕМЫХ ОБРАЗЦОВ

№ Шифр Время пропитки, ч. $БЭТ, м2/ч

1 ФУС - 247

2 ФУС-ПВП- 24 24 154

3 ФУС-ПВП- 30 30 95

4 ФУС-ПВП- 40 40 42

ФУС - углеродный формованный сорбент, ФУС-ПВП- 24, 30, 40 - углеродный формованный сорбент, модифицированный поли-Ы-виниллпирролидоном при времени пропитки 24, 30 и 40 ч соответственно.

Представленные данные позволили установить, что оптимальное время пропитки углеродного формованного сорбента раствором модификатора составляет 40 ч. Удельная площадь поверхности при этом снижается в 6 раз по сравнению с исходным сорбентом. Наибольшее снижение поверхности обеспечивает нанесение максимального количества поли-Ы-винилпирролидона, необходимого для проявления требуемых антибактериальных свойств модифицированного сорбента во времени (пролонгированное действие).

Термическими методами оценили полноту протекания реакции полимеризации на поверхности ФУС-ПВП- 40 (рис. 3). Термический анализ исследуемого образца проводили на приборе DTG-60H Shimadzu. Сорбент подвергался нагреву до 600°С в атмосфере воздуха.

DrTGA mg/min 0.20"

0.00-

-0.20

-0.40-

модифицированного поли-Ы-винилпирролидоном

Рис. 3. Термограмма углеродного формованного сорбента,

На термограмме присутствует экзотермический пик в области температур 300-400°С, что соответствует окислительному разложению поли-Ы-винилпирролидона, пики других веществ при этом отсутствуют (инициатора, мономеров поли-Ы-винилпирролидона) [6]. Это свидетельствует о полноте протекания реакции полимеризации на поверхности сорбента. Количество нанесенного полимера составляет 3.0 % масс.

IV. Выводы и заключение

Методом низкотемпературной адсорбции азота определены оптимальные условия модифицирования углеродного формованного сорбента - время пропитки 40 ч. Термическими методами подтверждено образование на поверхности сорбента в процессе модифицирования поли-Ы-винилпирролидона в количестве 3.0 % масс.

Благодарности

Авторы выражают благодарность сотрудникам лаборатории синтеза функциональных углеродных материалов и лаборатории физико-химических методов исследования ИППУ СО РАН.

Список литературы

1. Николаева Л. Л., Гулякин И. Д., Оборотова Н. А., Бунятян Н. Д. Анализ поливинилпирролидона в лекарственных формах // Фармация и фармакология. 2016. Т. 4, № 2 (15). C. 88-94.

2. Андреев В. А., Касанов К. Н., Сбойчаков В. Б., Степанов Н. В. Сравнительная оценка некоторых антисептиков, полученных на основе нанотехнологий // Проблемы медицинской микологии. 2015. Т. 17, № 3. С. 54-58.

3. Халиков А. А., Фрисс С. А. Морфологические изменения, вызываемые отдельными синтетическими полимерами. Уфа: ГБОУ ВПО Башкирский государственный медицинский университет Минздравсоцразвития РФ, 2011. С. 141-145.

4. Сидельковская Ф. П. Химия Ы-винилпирролидона и его полимеров. М.: Наука, 1970. 160 с.

5. Kuo S. W., Chang F. C. Significant thermal property and hydrogen bonding strength increase in poly(vinylphenol-co-) copolymer // Polymer. 2003. № 44. Р. 3021-3030.

УДК546.26+661.183+661.12.01

ВЫБОР УСЛОВИЙ ПРОПИТКИ ФОРМОВАННОГО СОРБЕНТА РАСТВОРОМ МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ

Л. Г. Пьянова 12, М. С. Дроздецкая 2, Ю. А. Сюсина \ Е. Ю. Главатских 1

1 Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия 2Институт проблем переработки углеводородов Сибирского отделения Российской академии наук,

г. Омск, Россия

DOI: 10.25206/2310-9793-2017-5-2-196-198

Аннотация - Определены оптимальные условия пропитки формованного углеродного сорбента раствором молочной кислоты с последующей термообработкой (продолжительность, концентрация). Для контроля процесса модифицирования формованного сорбента в заданных условиях использован метод низкотемпературной адсорбции азота.

Ключевые слова: формованный углеродный сорбент, молочная кислота, модифицирование.

I. Введение

Приоритетным направлением является использование углеродных сорбентов с антибактериальными свойствами для вульнеросорбции (аппликационной медицины) [1]. Для придания нужных свойств материалу проводят модифицирование углеродной поверхности.

Целью данной работы является выбор оптимальных параметров пропитки формованного сорбента раствором молочной кислоты.

Постановка задачи: обоснованный выбор модификатора формованного сорбента и определение оптимальных условий его пропитки раствором молочной кислоты.

II. Теория

Молочная кислота (а-оксипропионовая кислота, 2-гидроксипропановая кислота) - одноосновная, двухатомная карбоновая кислота, имеющая формулу CH3CH(OH)COOH (рис. 1).