УДК 617.7
Влияние модификатора и условий синтеза на сорбционные свойства модифицированных полимерных гидрогелей
Ле В. М.,
Кафедра аналитической химии КемГУ
anchem@kemsu. ru
Задача модифицирования полимерного гидрофильного материала «Кемерон-1» связана с расширением терапевтического применения мягких контактных линз (МКЛ) на его основе. В частности, для лечения химических ожогов глаз необходимо придание МКЛ способности к сорбции и нейтрализации обжигающих химических веществ, что может быть осуществлено при синтезе введением модификаторов – нетоксичных полимерных материалов, обладающих ионообменными свойствами.
Первые эксперименты с использованием в качестве модификаторов слабокислотного карбоксильного катионита КБ-4 и сильнокислотного сульфокатионита КУ-2-8 в Н-форме (2-5% от массы мономерной смеси) показали принципиальную возможность увеличения сорбционной емкости МКЛ из модифицированных материалов (соответственно, из материалов «Кемерон-ИС» и «Кемерон-ИS»). Однако «Кемерон-ИS» с 2% катионита КУ-2-8 незначительно улучшает сорбционные свойства материала «Кемерон-1», а при увеличении количества модификатора до 5% «Кемерон-ИS» становится недостаточно эластичным. Показано также, что «Кемерон-ИС» обладает более высокой обменной емкостью к кислоте и щёлочи, по сравнению с «Кемероном-ИS» [1,2].
Цель данной работы – определить влияние условий радиационно-химического синтеза и типа модификатора на сорбционные свойства полимерных гидрогелей на основе материала «Кемерон-1», получаемого радиационной сополимеризацией (γ-излучение Co60) мономеров метилметакрилата и N-винилпирролидона в присутствии сшивающего агента - дивинилового эфира диэтиленгликоля. В качестве модификаторов в работе использованы отечественные слабокислотные катиониты: КБ-2Э (основное сырье – МАК, ДВБ); КБ-4 (ММК, ДВБ) и импортные: Д-113; Д-113-170. Выбранные иониты нетоксичны, отличаются стойкостью к биологическим средам.
Введение твердого измельченного модификатора при синтезе (протекание радиационной прививочной полимеризации требует дополнительного подтверждения) проводилось по двум схемам: I – введение в гель, II – введение в «мономер» (точнее в смесь мономеров и сшивающего агента для получения «Кемерона-1»). При этом изменяли последовательность операций при g- облучении, варьировали фракции и количество модификатора.
При синтезе в геле получен мутный, неоднородный материал (что не является препятствием для МКЛ терапевтического назначения), а при введении модификатора в смесь мономеров получается более прозрачный, эластичный, однородный материал. Кроме того, установлено, что увеличение массы модификатора выше 5% от массы основы при синтезе и в геле, и в мономере сопровождается образованием жестких структур (при 7,5% смолы).
Для образцов модифицированных материалов определяли поглощение щелочи из 0,02 М раствора NaOH и кислоты из 0,02 М раствора HCl методом кислотно-основного титрования. Взвешенные образцы помещали в последовательно сменяемые объемы раствора на определенное время при постоянном встряхивании. После извлечения образца устанавливали количество оставшегося электролита, и по разности содержаний в исходном и конечном растворе определяли количество сорбированной кислоты или щелочи (ммоль/г). Соответствующие кривые поглощения представлены на рис. 1-3.
Наилучшие результаты по поглощению кислоты (рис. 1) и щелочи (рис. 2) получились для материалов, модифицированных катионитами Д-113-170 и КБ-2Э (7,5%, фракция <0,25 мм) при их введении в гель. Однако жесткость этих материалов делает их непригодными для дальнейших исследований. Среди эластичных исследуемых образцов с содержанием смолы 5% (фракция <0,25 мм) более высокой емкостью по кислоте обладают материалы, модифицированные смолой Д-113-170 (введение в гель) (рис. 1) и смолой КБ-4 (введение в мономер) (рис. 3а), для которых СОЕ по сравнению с «Кемероном-1» возрастает в 5-6 раз.
|
|
Рис. 1. Кривые поглощения кислоты модифицированными гидрогелями на основе материала «Кемерон-1» после насыщения щелочью. Фракция модификатора ≤ 0,25 мм введена в гель. | Рис. 2. Кривые поглощения щелочи модифицированными гидрогелями на основе материала «Кемерон-1». Фракция модификатора ≤ 0,25 мм введена в гель. |
Сравнение приведенных на рис. 1-3 зависимостей указывает на различие в ходе кривых поглощения кислоты и щелочи. Это может быть связано с меньшим набуханием гидрогеля в кислой среде и, как следствие, с замедлением диффузии электролита в гидрогель, проявляющимся в форме кривых «с насыщением».
На образцах с 5% модификатора КБ-4 изучалось влияние размера частиц смолы и способа ее введения на сорбционные свойства материала (рис. 3а и 3б). Полученные результаты указывают на значительно меньшее влияние фракционного состава смолы на сорбционные свойства материала при введении модификатора в мономер, по сравнению с его введением в гель. Это может быть связано с меньшей однородностью распределения частиц смолы в вязкой среде.
|
|
Рис. 3. Кривые поглощения кислоты (а) и щелочи (б) (после насыщения кислотой) гидрогелями модифицированного карбоксильным катионитом КБ-4 материала «Кемерон-1». |
Результаты проведенного эксперимента свидетельствуют о целесообразности отработки технологических приемов получения модифицированных материалов на основе материала «Кемерон-1» для лечения химических ожогов глаз с использованием ионообменных смол КБ-2Э, КБ-4 и Д-113-170.
Литература
1. Жевняк, полимерного оптического гидрогеля ионообменными смолами / , , В. М. Ле // Актуальные проблемы химии высоких энергий: Материалы IV Всеросс. конф., Москва, 2009. - С. 34.
2. Пак, ионообменные гидрогели для лечения химических ожогов глаз / , , // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. – Барнаул: Изд-во Алтайского ГТУ. – 2008. – №3. – С. 25-27.
Научные руководители – к. х.н., доцент , .н. с. ПНИЛ
