Структурообразование, свойства и применение смешанных водных растворов желатина с гуматом и поливинилпирролидоном (стр. 3 )

Установили, что относительная вязкость растворов желатины линейно снижается с увеличением концентраций гумата натрия при всех рН. Более высокое значение вязкости систем желатина-гумат натрия в кислой и щелочной областях обусловлены увеличением асимметрии макромолекул. По мере увеличения доли ПВП в смеси вязкость разбавленных растворов и прочность гелей увеличивается.

Таблица 4 - Относительная вязкость 0,5 % водных смешанных растворов желатины с ПВП и гуматом натрия в зависимости от состава и рН, t = 20°C

желатина-гумат (желатин-ПВП), объем.. %	Относительная вязкость, ηотн,при рН:
желатина-ПВП	желатина-гумат натрия
3	5	3	5	9
100:0	1,66	1,54	1,66	1,54	1,53
85:15	1,72	1,59	1,58	1,49	1,49
75:25	1,77	1,61	1,56	1,48	1,47
50:50	1,85	1,70	1,48	1,41	1,42

Таблица 5 - Зависимость максимальной прочности 7 % смешанных студней желатина-гумат натрия и желатина-ПВП от состава, рН при 20°C

Состав смеси (желатина-гумат натрия, желатина-ПВП), об. %	Предельное напряжение сдвига, Рm, кг/м2, при рН:
желатина-ПВП	желатина-гумат натрия
3	5	3	5	9
100:0	150,0	250,0	286,1	500,1	472,1
85:15	154,2	255,0	267,8	475,2	450,8
75:25	156,9	257,5	257,4	450,0	438,0
50:50	164,0	264,0	228,8	415,0	392,9

Увеличение содержания гумата натрия для всех концентраций приводит к ухудшению прочностных характеристик образованных студней. С увеличением содержания гумата натрия при всех рН предельные напряжения сдвига снижаются. Присутствие в системе гумата натрия не меняет практически влияние рН желатина на предельное напряжение сдвига: максимальное значение наблюдается с рН желатина 5 и минимальное при рН 3. Параллельно измерениям прочности в тех же студнях определялась их температура плавления (таблица 6).

Результаты показывают заметное изменение температур плавления с увеличением содержания ПВП и гумата натрия, что доказывает их участие в стабилизации интерполимерных комплексов. Наличие вторичных сил, стабилизирующих сетчатую структуру геля, доказывается отчетливостью температуры плавления при измерении. Необходимо отметить, что зависимость температур плавления от концентрации является более плавной, чем зависимость времени структурирования. Это объясняется замедленной кинетикой образования новых фаз в более разбавленных растворах, достижением студнем определенного упорядочения при плавлении.

Полученные данные по температурам плавления не противоречат результатам по прочности и подтверждают ранее сделанные выводы по влиянию состава, концентрации смеси и рН на структурирование желатины.

Для определения влияния второго полимера на форму макромолекул желатина в образующемся комплексе исследовали изменение формы макромолекул желатины в растворе для различных смесей с гуматом натрия. На основе теории разбавленных растворов асимметричных частиц и данных по удельной вязкости смешанных растворов желатина и гумата натрия рассчитали соотношение полуосей макромолекул в растворе. Данные свидетельствуют о том, что макромолекула комплекса менее симметрична, чем исходная.

Таблица 6 - Зависимость температуры плавления 7 % смешанных гелей желатин-ПВП и желатин-гумат натрия от состава и рН, t = 20°C

Желатин-гумат (желатин-ПВП), объем.. %	Температура плавления, t,°С, при рН:
желатин-ПВП	желатина-гумат натрия
3	5	3	5	9
100:0	31,50	35,60	31,5	35,6	33,6
85:15	32,42	36,20	29,5	33,8	32,0
75:25	33,00	36,60	28,3	32,7	31,2
50:50	34,50	37,60	25,2	29,5	28,7

Студнеобразование не всегда является конечной стадией изменений, происходящих в застудневающей системе. Изучено влияние состава смешанного студня, рН на старение смешанных гелей. Установлено, что по мере возрастания содержания гумата натрия в смешанном студне старение ускоряется независимо от рН желатины.

Исследовано влияние ряда неионогенных (ОП-7) и анионных поверхностно-активных веществ (олеинат, пальмитат и стеарат натрия) на структурирование водных растворов желатина в зависимости от концентрации и природы ПАВ. Определены время структурирования, прочности на сдвиг и относительные вязкости смесей желатина с разными добавками ПАВ. Показано, что модифицирующее действие анионных ПАВ усиливается с возрастанием их концентрации. Увеличение молекулярной массы и усложнение строения анионных ПАВ приводит к усилению их модифицирующего действия. Анионногенные ПАВ являются моделями для гумата натрия

3.4 Примеры практического использования результатов исследования

Полученные результаты работы позволили реализовать возможность применения желатина, поливинилпирролидона, гумата натрия и поликомплексов желатин-гумат натрия, желатин-поливинилпирролидон в птицеводстве как кормовой добавки. Установлено положительное влияние их на рост, развитие и сохранность цыплят и утят. Доступность и эффективность, показатели живой массы и среднесуточного прироста наибольшие в случае применения системы желатин-гумат натрия. Полученные полимерные комплексы желатина с гуматом и нитрогуматом представят практический интерес для получения эффективных, доступных, экономичных, водо - и огнестойких сорбентов для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и нефтепродуктов.

Заключение

1 Впервые методом совмещения растворов желатина с гуматом натрия и поливинилпирролидоном получены и охарактеризованы новые полимерные комплексы. Методами потенциометрии, кондуктометрии и ИК-спектроскопии установлено, что стабилизация поликомплексов осуществляется совокупным действием гидрофобных взаимодействий, водородных и электростатических связей между функциональными группами макромолекул желатина и гуматов.

2 Изучена кинетика процесса и установлены закономерности структурообразования в смешанных водных растворах желатина с гуматом натрия и поливинилпирролидоном, установлены условия образования поликомплексов. Кинетическое изучение проведено по изменению предельной прочности на сдвиг и относительной вязкости растворов при различных рН, концентрации и состава смеси. Показано, что структурирование смешанных систем – процесс кинетический, замедляющийся в присутствии гумата натрия и поливинилпирролидона, завершающийся к 4 суткам.

3 Изучены реологические свойства образующихся поликомплексов. Показано снижение предельного напряжения сдвига с увеличением содержания гумата натрия в смеси при всех рН. Максимальное значение его наблюдается при рН желатина 5 и минимальное при рН 3. Наблюдаемые отчетливые температуры плавления гелей подтверждают наличие вторичных сил, стабилизирующих сетчатую структуру геля. Время структурирования определяет меру упорядоченности и прочности студня. ПВП оказывает противоположное гумату влияние на характеристики поликомплексов.

4 Данными вискозиметрии показано, что гумат натрия в смеси с желатином приводит к образованию менее симметричных форм макромолекул желатина, уменьшению прочности смешанных гелей и ускоряет процесс их старения. Действие ПВП противоположно.

5 Показано, что введение гуматов в раствор желатина приводит к образованию достаточно прочных гидролитически стойких и нерастворимых в воде негорючих пленок, обладающих по сравнению с исходными компонентами более высокой сорбционной активностью по отношению к ионам металлов.

6 Проведенные испытания позволяют рекомендовать полученные комплексы в качестве кормовой добавки в птицеводстве и представят практический интерес для получения эффективных, доступных, экономичных, водо - и огнестойких сорбентов для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов.

Оценка полноты решения поставленных задач. Полученные в диссертации результаты целиком отражают полноту решения поставленных задач и подтверждают целесообразность методов, использованных для достижения намеченной цели, начиная от выбора соединений и заканчивая данными по их практическому применению. Сформулированные выводы по результатам работы подтверждают решение поставленных задач.

Рекомендации по конкретному использованию полученных результатов. Полученные в работе научные данные о получении, механизме образования, физико-химических и реологических свойствах поликомплексов могут быть использованы для решения некоторых задач в птицеводстве.

Полученные полимерные комплексы гумата и его производных с желатином представят практический интерес для получения эффективных, доступных, экономичных, водо - и огнестойких сорбентов для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и сорбции нефтепродуктов.

Оценка научного уровня выполненных исследований в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Анализ патентной информации научно-методической литературы показал. что структурообразование желатины в присутствии гуминовых производных и ПВП является малоизученной темой, механизм, состав и природа связей в образованных структурах ранее не изучался. Использование комплекса современных физико-химических методов анализа в разных средах, в жидких, твердых и фазе сорбента, позволяет впервые объяснить механизм структурирования подобных комплексов.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1 , , О гидродинамических свойствах макромолекул в смешанных системах желатины и гумата натрия. // Известия НАН РК. Сер. хим№1. - С.43-47.