Модификация биополимеров полимерными или полифункциональными соединениями позволяет создавать новые материалы с регулированными свойствами, разрабатывать экологически безопасные технологии производства полимеров…

 

Получение полиуретановых сеток на основе микробного полисахарида ксантана (полимера с молекулярной массой от 2 до 12 млн.) и «блокированных» полиизоцианатов (ПИЦб), способных при повышенных температурах расщепляться с образованием свободной NCO-группы, является перспективным для решения ряда актуальных задач. А именно: использование естественно возобновляемого гидроксилсодержащего сырья, улучшение ряда характеристик полученного продукта, применение экологически безопасной формы реагентов и продукта. Как мы рассказывали в «Полимеры–Деньги»  1(15)/февраль/2006, благодаря уникальным реологическим и структурным особенностям ксантан и подобные микробные экзополисахариды широко используются в самых разных областях промышленности — нефтедобывающей и буровой, пищевой, текстильной, косметической, при разработке лекарственных препаратов, в сельском хозяйстве. Однако в литературе полностью отсутствуют сведения об использовании таких полимеров в качестве реагентов химического синтеза, в том числе в полимерных реакциях.

Блокированные изоцианаты используются для получения широкого спектра материалов функционального назначения. Синтез полиуретановых сеток с регулированным содержимым гидроксильных и уретановых групп на основе микробных экзополисахаридов и блокированных полиизоцианатов — перспективный и экологически безопасный метод. Он позволит решить следующие задачи:
• заменить продукт нефтепереработки на биологическое сырье за счет использования в качестве гидроксилсодержащего компонента ксантана и его аналогов, содержащих первичные и вторичные гидроксильные группы;
• устранить токсичное действие изоцианатов, одновременно улучшая технологичность применения и удлиняя сроки жизнеспособности композиции благодаря использованию для синтеза полиуретанов экологически безопасной латентной формы NCO-содержащего реагента;
• исчезает необходимость использовать растворитель, так как ПИЦб и ксантан порошкообразные реагенты;
• легко регулировать содержание гидроксильных и уретановых групп и густоту сшивки таких полиуретановых сеток.

Кроме того, продукт взаимодействия — сетчатый полиуретан, который по химическому строению можно назвать поликсантануретаном, имеет как гидрофильные (-ОН) так и гидрофобные (-N(H)-C(O)-O-) группы, что может оказаться перспективным для использования в разных областях промышленности.

В отделе молекулярной физики полимеров Института химии ВМС НАН Украины (Киев) разработан синтез полиуретановых сеток, который проводился на основе микробных полисахаридов ксантана, этаполана и полиизоцианата.
Полиуретановые сетки, содержащие различное количество уретановых и гидроксильных групп, образуются путем реакционного формирования при температурах на 20–40oС выше температуры деблокирования полиизоцианата прессованием порошковидных реагентов.

Блокированный ПИЦ, согласно оценке молекулярно-массового распределения, содержит такую смесь гомологов разной функциональности в зависимости от соотношения соответствующих изоцианатных гомологов в исходном ПИЦ (рис. 1):
• от 40 до 70% димерного соединения;
• от 20 до 60% тетрамера;
• от 5 до 30% гексамера;
• от 1 до 5% три- и пентамеров.

Полученные пленки не растворяются в диметилформамиде и воде при нормальных условиях и при кипячении. Они являются стойкими к воздействию кислот и щелочей при выдерживании до нескольких недель при нормальных условиях. Пленки набухают в щелочных растворах при нагревании в течение 20–200 мин. в зависимости от количества ОН-групп в системе. Тонкие образцы сеток характеризуются наличием сквозных открытых пор, количество которых коррелирует с долей полисахарида в композиции. При взаимодействии блокированого полиизоцианата с полисахаридом происходит уплотнение и структурирование композиции. Одновременно визуально становится заметным уменьшение среднего размера пор при увеличении доли уретановой компоненты в системе.

Полученные полиуретановые сетки с разным соотношением гидроксильных/уретановых групп от 20/80 до 0/100 на основе биополисахаридов и блокированного полиизоцианата характеризуются улучшенной водо- и термостойкостью, стойкостью к агрессивным щелочным и кислотным средам. Количество сорбированной влаги и характер термоокислительной деструкции таких систем существенно зависит от соотношения гидроксильних и уретановых групп в них.
Способность полимеров экзополисахаридов к комплексообразованию с ионами металлов и наличие в полученных пленках как гидрофильных, так и гидрофобных групп, стойкость к влаге, агрессивным средам и температуре, а также возможность регулировать их пористость делает интересным исследование применения таких систем для очистки промышленных и сточных вод.
Полученные по экологически благоприятной технологии (порошки, нетоксичные компоненты, отсутствие растворителя) полиуретановые сетки содержат биологически деградируемые фрагменты и представляют интерес для создания биодеструктируемых материалов.

Наталия КОЗАК, к. х. н., Юрий НИЗЕЛЬСКИЙ, д. х. н.,
Институт химии высокомолекулярных соединений НАН Украины

Источник: Полимеры-Деньги