Модификация целлюлозных материалов полимерами этинилпиперидола и некоторые аспекты их практического применения тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.06 ВАК РФ

На правах рукописи

АБРОРХОНОВ1\АХМАДХОН

МОДИФИКАЦИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПОЛИМЕРАМИ ЭТИНИЛПИПЕРИДОЛА И НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ИХ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

(02. 00. 06 — химия высокомолекулярных соединений)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Душанбе — 1997

Работа выполнена-в лаборатории химии медико-биологических полимеров Института химии им.В.И.Никитина и в Худжаццском научном центре АН Республики Таджикистан.

НАУЧНЫЛ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор химических наук,

член-корреспондент АН Республики Таджикистан, профессор ХАЛИКОВ Д.Х.

гкжггтллтгт 01ГС* ЛГГГТЛСЛГифи•

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ:

М4" * л««-« -.«»««.л »/ •• » ^-ч——

КИМСАНОВ Б.Х.,

кандидат технических наук, доцент

клдаров А.

Душанбинский Государственный педагогический университет им.К.Ш.Дкз(раева •

Защита состоится

и л

¿¿¿^/7.? 1:Э7 г. в // час.

на заседании диссертационного совета К 0I3.C2.02 в Институте химии им.В.И.Никитина АН Республики Таджикистан, по адресу: 734063, г.Душанбе, ул.Айни, 299/2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института химии АН Республики Таджикистан.

Автореферат разослан " ^¿/оЗ- 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук

З.Б.Шарифова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуачыпсть проблемы. Одной из задач химии высокомолекулярных соединений являемся получение полимеров с заранее заданными свойствами, в частности, биологической активностью, удовлетворяющей нужды медицинской практики.

Несмотря на высокую продуктивность исследований в этой области, все еще имеются разнообразные задачи практической направленности, в частности, проблема создания специальных видов волокнистых материалов для лечения открытых ран и обширных ожогов. Многие природные и синтетические материалы применяются при изготовлении различных изделий, но и они без дополнительной модификации не всегда удовлетворит всем требованиям, предъявляемым к полимерам медицинского назначения. В свою очередь, при модификации материалов, в частности, целлюлозных, происходит заметное изменение физико-химических свойств, гигроскопичности, упругости и значительное увеличение диаметра волокна. В результате ухудшения перечисленных; параметров при этом многие ценные свойства материалов, приобретенные за счет модификации, практически не проявляются. Можно'предполоетть, что при использовании модифицирующего полимера, обладающего уже потенциально высокой физиологической активностью, при прочих равных условиях, необходимый эффект достигается при меньших степенях прививки, что способствует сохранению исходных параметров носителя.

В этой связи для модификации целлюлозных материалов весьма перспективным является использование полимеров этинилпиперидо-ла, которые, как было показано проведенными ранее исследованиями, обладают разнообразной биологической активностью.

Целью данной работы является изучение реакции привитой со-полимеризации мономеров этинилпиперидола на целлюлозном носителе и разработка непрерывного способа пвлучекия модифицированных материалов для использования в практической медицине.

Дня достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

- изучение закономерностей химической приьивки полимеров винил- (ВЭТШ и изопропекилэтинилтриметилпиперидола (ИПЭТП) на целлюлозном волокне;

- выявление закономерностей радиационно-химической привитой

сополимеризации ВЭТП на целлюлозном носителе;

- исследование особенности реакции комплекса-образования ионов трийсдкда с привитыми полимерии этинилпиперидола на поверхности модифицированного материала;

- определение технологических аспектров получения модифицированных, в том числе йодсодеркащах, материалов напр'3р*а:-ыи способом.

Диссертационная работа проводилась в соответствии с планами НИР Института химик им.В.К.Никитина АН Республики Таджикистан "Синтез к исследование гемостатических, гемосовместимых полимеров и специфических сорбентов для компонентов крови на основе азотсодержащих мономеров" (помер госрегистрации 01826031969) и "Синтез полимеров производных этинилпиперидола и биорегуляторов, выделение из природных источников пектиновых веществ, а также изучение их £..зико-химических и биологических свойств" (номер госрегистрации 000000356 от 15.03.1996 г.).

Научг^ш новизна. Впервые радиационно-химическим способом получены привитые сополимеры этинилпиперидола и целлюлозы. Показана возможность протекания реакции привитой сополимеризации в разлитых растворителях, в том числе в воде, оптимизирован процесс приЕитой модификации.

- Разработан и реализован в условиях производства радиацион-но-химический способ получения модифицированных полимеров по непрерывной технологии.

-Исследованы закономерности кинетики и термодинамики реакции ионного обмена между привитыми полимерами этинилпиперидола и йоди-дом калия. Установлена двухступенчатость процесса сорбции, что свяэано',о изменением коэффициента диффузии ионов трийодида в среде значительно набухших, и свернутых конформаций привитых цепей, происходящего в результате дегидратации полимерных йодкомпдексов.

Прастичсскпя ценность работн. Разработанный непрерывный способ привитой сополимеризации мономеров этинилпиперидола на целлюлозном носителе может быть использован для получения эффективных кровеостанавливающих и антимикробных средств. Способ апробирован на Глуховснол: хлопчатобумажном комбинате (Россия) при получении опытной партии модифицированного материала. Показана высокая эффективность модифицированных перевязочных материалов при процессах заживления ран.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены

на I научной конференции по высокомолекулярным соединениям "Узбекистан Макро-92" (Ташкент, 1992), научной конфенеции, посвященной памяти академика Нуманова И.У. (Душанбе, 1994), Республиканской конференции "Диагностика и хирургическое лечение холецистита и огнестрельны;: ранений" (Турсунсаде, 1994), Международной конференции "Раны и раневш: инфекция" (Узбекистан, Андижан; 19Э5), Международной научно-практической конференции "Научно-технические нововведения и вопросы охраны окружающей среды", посвященной У годовщине независимости Республики Таджикистан и 40-ле-тип образования Таджикского технического университета (Политехнического института) (Душанбе-Худданд, 1996), научной конференции, посвященной 50-леткю Института химии им.В.И.Ник/-,инл АН РГ (Душанбе, 1996) и научной конференции, посвященной 95-летию академика Никитича В.И. (Душанбе, 199?).

Публикации. Пс материала« диссертации опубликовано 4 научные статьи и 7 тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора лиетаруры, экспериментальной части, результатов исследования и их обсуждения,- списка использованной литературы и приложения. Работа из.то?г.ена на ■ страницах малмнописного текста, иллюстрирована 21 рисунком и 10 таблицами. Список цитируемой литературы включает 130 наименований.

Ео введении изложены предпосылки и основные проблем исследования, обосновывается актуальность работы, раскрывается структура диссертации.

В литературном обзоре проведен анализ, работ, посвященных создании полимерных покрытий для лечения ран и ожогов, а также изучению их защитного, адсорбирующего и лечебного действия. Особое внимание уделено разработкам, посвященным получению йодсо-держащих полимеров и изучении их антимикробного действия.

В экспериментальной части, представляющей вторую главу диссертации, приведены характеристики исходных веществ и использованных реагентов, методики анализа и изучения физико-химических и структурных характеристик полученных модифицированных материалов.

В третьей главе изложены и обсуждены данные, полученные в результате проведения исследования в соответствии с целью работы.

В приложении к диссертации представлены актн испытаний мо-

дифицированных материалов в качестве антимикробных' изделий и "оценка их эффективности на репаративнпе процессы.

ОСНОВНОЕ СОДЩАНИЕ РАБОТЫ

Объекты исследования. Винил- (ВЭТП) и изопропенилэтинил-триметилпиперидол (ШЭТП) получали путем конденсации винил- и изопропекилацетияена по реакции Фаворского и очищали перекристаллизацией из раствора диэтилоеого эфира. В качестве целлюлозного материала использовали марлю (ар. .6411), вискозные штапельные ткани и вискозный корд. Ткань предварительно обрабатывали при Ю0°С в 0,5$~нон растворе щелочи для удаления различного рода загрязнений и замаелкеателей до нейтральной среды.

I. Химическая модификация целлюлозы прои?полными этинилпиперидола

Для модификации целлюлозы мономерами этинилпиперидола был использован ряд методов, которые нашли применение для получения привитых сополимеров. В частности, для инициирования привитой сополимеризации используют макрорадикалы, полученные при разложении диазогруппы, формированной путем диазотирования ароматических аминогрупп, предварительно эроденних в макромолекулу цел-лвлозы^ что осуществляется алкилированием целлюлозы сернокислым эфиром 4-^.У -оксизтилсульфонил-2-аминоачизола в слабощелочной среде. Генерирование макрорадикала на поверхности целлюлозы путем разложения диазогруппы осуществляют с помощью двухвалентного железа или церия. Однако, было обнаружено, что в присутствии мономеров этинилпиперидола данная окислительно-восстановительная система практически бездействует, что связано, согласно литературным данным, с конкурентными реакция!.« комплексообразова-ния кс::ов названных металлов с тройными связями мономеров. Сущность второго метода, который был использован для модификации целлюлозы мономерами этинилпип--.чадола, заключалась в предварительной адсорбции ионов двухвалентного железа целлюлозной тканью и последующем взаимодействии с раствором или эмульсией мономера, содержащими персксид водорода. При этом возникает окислительно-восстановительная система + Н^О» которая образует ОН-радикалы. При передаче реакции на целлюлозную ткань происхо-

дит инициирование привитой полимеризации. Привитую ссполимери-зацип проводили в течение различного времени, модифицированный материал освобождали от остатков мономеров и гомополимеров экстрагированием ацетоном и спиртом. Состав привитого материала определяли микроаналитически, определением содержания азота г. методу Кьельдаяя и квачернизацией третичного азота йодистым метилом и последующим анализом ионов йода.

Ка рис Л представлена зависимость содержания привитого по-лиИПЭТП в модифицированной целлюлозной ткани от концентрации пероксида водорода в растворе мономера. Из полученной кривой (а) видно, что данная зависимость имеет экстремальный характер и в области максимума содержание привито л> полимера д^ст^ает около Несколько необычным является уменьшение степени прививки с ростом концентрации Н^О^ в области за максимумом. По-видимому, в этой области происходит значительное возрастание скорости инициирования как привитой, так и гомополимеризации с образованием коротких цепочек. Этому процессу может способствовать также уменьшение локальной концентрации мономера, в результате одновременного роста .едины многочисленных свобод!?«: макрорадикалов. На этом же рисунке представлена зависимость степени прививки от продолжительности реакции. Кривая (б) показывает, что с увеличением времени реакции степень прививки возрастает, что свидетельствует, по-видимому, о диффузионном ограничении реакции привитой сополимеризации.

Rte Л. Влияние концентра-I, час ции Н^ОтСа) и про-

- ч

должительности реакции (б) на количе

v> с.о во

ю\ r.i>iûi], %

- б -

2. Радиапионно-химическая прививка мономеров этинилпиперидола к целлюлозной ткани

Радиационную прививку под действием У -облучения осуществляли в запаянных ампулах, используя в качестве источника Со при мощности дозы 0,5 Ырад/час. В связи с тем, что растворимость ВЗТП у ИПЗТП в воде ограничена, процесс прививки проводили в этаноле . или его смеси с водой в соотношении 1:1.

На рис.2 представлена зависимость количества привитого поли-ВЗТП от дозы у -облучи-ля и концентрации мономера в растворе .отаола и его смеси с водой в соотношедаи 1:1. При мощности дозы 0,Ь Мрэд/час процесс, в зависимости от величины соответствующих параметров, протекает в течение нескольких часов, приводя к получению модифицированного материала со степенью прививки 3-8?. Степень прививки материала линейно возрастает с увеличением дозы облучения и концентрации мономеров. Состав реакционной среды при разбавлении этанола водой до соотношения 1:1 практически не приводит к изменению степени прививки. Примечательно, что в этих условиях физико-химические характеристики исходного материала после модификации практически остаются без изменений.

г а а ¡с 1! ja_Jm.il 'Л Рис.2. Зависимость процента

прививки юли-ВЭТП от интегральной дозы облучения (а) и концентрации ВЭТП в растворе (б).

Однако, приаенелпо 1-ак химического метода модификация, так и. воздействия •сблучс-.шя при низкой могцности дозы требует использования этилового спирта в качестве^шстворителя и значительна". продолжительности процесса, что являемся невыгодным с течки зрек".:,! технологии. При Этом заметное количество мономера расходуется на реакгки гомополимеризации, что спосооствуе? падению Эффективности привитой сопслимеризации.

В связи с этим представляется важным сравнительное изучение "тоцесса модификации в водно-спиртовой и водной среде и усти-юв-лсние степени влаимосвяти исходных параметров - степени прививки (.Л) и степени полезного использоьапия (СПИ) «ономера в реакции привитой сополимериэации - с мощностью и интегральной дозой облучения, (В данной работе под эффективностью или СПИ подразумевается отношение количества мономера, израсходованного на реакцию привитой сополимериэации, к сумме всех реакций с участием мономера - гомополимериэации, побочных реакций и т.д.). Для этой цели были использованы ускоренные электроны с мощностью дозы 96 Мрад/ час, что позволяет осуществлять процесс по непрерывному способу и завершить реакцию в течение нескольких минут. Для увеличения эффективности процесса прививки в отдельных случаях наряду с ВЭТП и ИПЭТП был использован бифункциональный мономер - N,пометилен-бис-акриламид (БИС).

Для растворения мономера и осуществления прививки в водном растворе процесс проводили в кислой среде путем добавления в реакционную смесь серной кислоты. В каждом опыте использовали по 40 мл раствора. Образец марли пропитывали раствором ВЭТП и отжимали на плюсовочной машине (фирмы "Benz" , ФРГ) до содержания раствора в образце, равного массе исходной марли. Пропитанный раствором образец марли облучали ускоренными электронами при постоянном значении мощности (96Мрад/час), изменяя интегральную дозу. 3 зависимости от дозы облучения продолжительность опыта составляла от 1,5 до 6,0 мин. Привитой материал промывали ьодой до полного удаления гомополикера и непрореагировавшего мономера и сушили на воздухе. После stoi- исходный и модифицированный материалы выдерживали в эксикаторе над 65%-ноЙ серной кислотой до постоянной массы и по вышеописанным методикам устанавливали СП и СПИ мономера в реакции привитой сополимеризации.

Влияние интегральной дозы и концентрации мономера.На рис.3 представлены зависимости СП и СПИ мономера от интегральной дозы облучения при различных концентрациях мономера, из которых видно, что с увеличением дозы облучения линейно возрастают как СП, так и СПИ мономера. Увеличение концентрации мономера приводит к возрастанию СП, однако при этом уменьшается СПИ мономера. Сравнение э^их данных с вьшепридставленными результатами показывает, что в лй-

Рис.3. Зависимость процента прививки целлюлсзного материала из водно-спиртового раствора (а) и степени полезного использования (СДИ) ВЭТП (б) от интегральной дозы облучения. ВЭТП = 100 (I); 150 (21; 200 (3); 250 г/л (4); растворитель - вода г.ри pH = I и ВЭТП = 15и г/л (5); ВЭТП = 150 г/л + БИС = 15 г/л (6).

тиссимости от вида облучения при щ^мх равных условиям СП боль-яге при проведении процесса с'помощью ^ -облучения. Причины та-клч> несоответствия заключаются не в различии видов облучения, а в различии мощности дозы облучения, которая, по-видимому, п„.1 прочих равных условиях определяет длину привитых цепочек модифицированного материала. Поскольку при облучении ускоренгаин слехт-ронами на систему воздействует облучение значительно большей интенсивности, то уменьшение степени прививки связано не с уменьшением количества привитых молекул, а с уменьшением в них числа звеньев, т.е. молекулярной массы привитых цепей. При возрастании мощности дозы в результате одновременного роста дл.:ны многочисленных свободных радикалов, вблизи них может значительно падать локальная концентрация мономера, которая приводи! к уменьшения скорости роста привитых цепей при неизменной скорости обрыва. Перечисленные процессы приводят к падении эффективности реакции прививки.- Для увеличения СПИ моно^чера при реакции привитой сопо-яимеризации необходимо создание таких условий, которые изменят соотношение реакции прививки и гонополимерйзации в пользу первой. При постоянных значения* общей дозы и се мощности следующий параметр, приводящий к возрастании СП - концентрация мономера. Однако с увеличением этого параметра происходит уменьшение СПИ мономера в реакции привитой сополимеризации, что, по-видимому, связано с возрастанием вклада элементарной реакции инициирования го-мополимеризации, в результате возрастания числа активных центров в объеме раствора, СПИ мономера можно значительно увеличить,если в реакции привитой сополимериза^ги наряцус ^нефункциональным мономером использовать бифункциональный мономер (рис.3, кривая б).

Таким образом, при прививке мономеров производных этинилпиперидола на целлвлозные материалы способы оптимизации процесса ограничены и сводятся в основном к регулировании трех парметров: мощности и интегральной дозы облучения, концентрации мономера. При атом для получения модифицированного материала со степенью прививки порядка 10* максимальное значение СПИ мономера в рег:.-;-ции привитой сополимеризации составляет не более 40$.

Прививка.в водной среде. В общем случае для увеличения эффективности процесса прививки необходимо регулировать вклад отдельных элементарных скоростей инициирования, рос а.и обрыва це-

пей. В данном случае при заданных значениях всех вышеперечисленных параметров дальнейшее воздействие на эффективность процесса прививки можно с уществлять, изменяя природу мономера, переводя его в водорастворимое состояние путем кватернизации атома азота пиперидольного цикла. При этом помимо кзменения природы мономера и растущего макрорадикала имеется возможность дополнительного воздействия на процесс прививки путем изменения pH и ионной cirnt рэстчора. На рис.Г (кривая 5) представлена зависимость СП от дозы облучения при проведении модификации "целлюлозы в водн05Г"растворе ВШИ, где процесс прививки проте- — кает более эффективно, чем в водно-сгшртовом растворе. При этой .

СП увеличивается почти на порядок по сравнению с еодно-спиртовым раствором. Отличие первого процесса от второго также заключается в vom, что в водных растворах представленная зависимость- билес кручам и при больших доз их облучения величина проходит чгрез максимум. Появление максимума в зависимости СП от дозы облучения имеет место в ряде систем и по-видимому, обусловлено наличием предельного значения числа прививаемых цепей на поверхности материала и возрастанием вероятности деструкции привитых цепей под действием облучения высокой энергии, по мере достижения конечного значения СП.

Поскольку как в водной, так и в водно-спиртовой среде облучение было идентичнкм, значительное возрастание эффективности прививки в первом случае следует отнести к изменению соотношения элементарных реакций прививки и гомополкиериэации, обусловленной ионизацией мономера. Присоединение очередного мономера к растущему макрорадиколу И их обрыв, в первом приближении, не зависит от того, что цепочка свободная или привитая к материалу, наблюдаемое возрастание эффективности прививки, по-видимому, обусловлено изменением соотношения элементарных реакций инициирования. Действительно, количество активных центров на поверхности материала и присоединение первого мономера при заданной величине цозы облучении не зависит от ионизации мономера, в то время как инициирование гомополимеризации в результате присоединения двух одинаково заряженных ионогенных мономеров может быть затруднено. Это приводит к падении доли реакции гомополимериэации, что равносильно возрастанию эффективности привитой сополимериэации.

* X I

3 1

го

3

с 2

10

CNq^OO ,г/л

Рис.4. Зависимость процента прививки (а) и СПИ мономера (б) от концентрации i«a2S04 при модификации целлюлозы в водном растворе при различных рН. [_Ю1П] = 150 г/л; Д = 2,0 Мрад; рИ = 3 (I); рН = 5,0 (2).

Влияние рН и ионной силы раствора. На рис.4 представлена взаимосвязь СП и СПИ мономера с концентрацией сульфата натрия при двух значениях рН раствора. Из графика следует, что при постоянных значениях дозы облучения и концентрации мономера с ростом ионной силы раствора (концентрации Na2so4 ) закономерно увеличивается как СП, так.и СПИ мономера в реакции привитой со-полимеризацки. При этом, хотя действие рН раствора незначительно, все же имеется тенденция к возрастанию обоих параметров с падением значения рН, что,- по-видимому, является следствием небольшого увеличения ионной силы в результате возрастания концентрации Kn2soA,,так как в исследованной области рН мономер и растущие радикалы находятся в ионизированном состоянии. Принимая во внимание вышесказанное предположение о существенной роли реакции инициирования в увеличении эффективности процесса, еледу-эт отметить, что при возрастании концентрации неорганических со-1ей в растворе следовало бы возрастать эффективности иницииро- . зания реакции гомополимеризации. Наблюдаемый обратный эффект юзрастания СПИ мономера с ростом ионной силы раствора следует )бъяснить возрастанием локальной концентрации мономера в набух-ikx областях целлюлозных волокон. Действительно, в'отсутствие

низкоиолокулярной соли в результате взаимного отталкивания ионо-генных звеньев, линейные размеры как растущего макрорадикала, так я "мертвых цепей" значительно увеличены. При этом лока.*"-ная концентрация мономера в относительно гидрофильных, заряженных клубках макромолекул может оказаться больше, чем их концентрация в растворз. При увеличении ионной силы раствора происходит компактичация макромолекул и освободившийся из клубка мономер может увеличивать среднюю его концентрацию в объеме и в том числе вблизи поверхности материала, что способствует возрастанию скоростей как прививки, так и гомополимеризации. Результирующая эффективность реакции целиком зависит от соотношения вкладов втих двух процессов. Полученные нами данные о возрастании эффективности пр;шивки с ростом ионной силы показывают, что для системы ВЭТП и целлюлоза вклад первого процесса больше вклада второго. ...... ..........

• Оптимизация процесса прививки и апробация в условиях производства Для осуцестатения процесса прививки по непрерывному способу лимитирующей стадией является врегя облучения, которое измеряется десятками секунд. Поэтому возникает необходимость в подчинен;:.'! значен;;,1 других параметров условиям непрерывности. При заданной степени прививки эффективность процесса, как уже отмечалось, увеличивается с падением концентрации мономера и рН и возрастанием ионной силы раствора. Однако, каждый из этих параметров имеет определенные области изменения, в пределах которых проводилась оптчмизацик процесса прививки. По результатам экспериментальных данных был разработан технологический регла- ■; мент, на основании которого непосредственно в условиях производ-ствана линии ЛРХ-1*:0 Глуховского хлопчатобумажного комбината выпущена опытные партчи модифицироваин-х материалов целлюлозы и поли-ВЭТП. Сравнение показ ел о достаточно хорошее соответствие полученных результатов с лабораторными ценными (рис.5).

Таким образом, порученные в данной работе закономерности изменения эффективности прививки локазысают, что конечный эффект не только зависит от природы материала я прививаемого мономера, но и от возможности изменения вклада отдельных элементарных рз-актлй гомополимеризации и привитой еополимеризацяи под действием различных условий проведения процесса.

Рис.5. Взаимосвязь процента прививки и СПИ мономера в оптимальной области изменения параметров: рН « I; £ВЗТП] « 150 г/л; Д * 2,4 Мрад.

3. Комплексообразованке йода

с модифицированными материалами

Изучении взаимодействия макромолекул полимеров с малыми молекулами посвящено значительное -число работ,- Эти исследования проводились как в аспекте определения природы связывания малых молекул и ионов, так и в аспекте изучения механизма изменения кс.'формации макромолекул под действием этих веществ. Наряду с теоретическим 'интересом к проблеме связывания малых молекул полимерами, образующиеся производные имеют большое количество сфер применения. Наличие в мономерных звеньях полимеров этинилпилери-дола ряда отличающихся по природе функциональных групп (тройная связь, гидроксильная группа и третичный атом.азота), не одинаково проявляющих злектронодс'.'орные свойства, способствует образованию различных полимерных комплексов с низкомолекулярными соединениями и ионами. Среди низкомолекулярных: соединений особое внимание в связи с необходимостью создания антимикробных материалов заслуживают йод и ионы трийодида. Для рассматриваемых систем наличие нескольких видов связывающих центров делает возможным получение комплексов полимеров этинилпкперидола различно-

го состава, отличающихся не только своей активностью, но и стабильностью.

Набухаемость и ионизация полимеров этинилпиьеридола. Сорбция и ионный обмен,-протекающий в полимерах, сопровождаются переносом растворителя между фазами, в результате которого происходит изменение концентрации резинатов и активности растворителя. Учет »тих факторов представляет собой ватную задачу, поскольку вноси', определенный вклад в изменение свободной энергии системы и, соответственно, в избирательность сорбента. Исследование этих вопросов непосредственно на модифицированных материалах кз-эа малой степени прививки затруднительно. Поэтому в качестве модель::.я соединений были использованы сетчатые полимеры зтинилпиперидола, синтезированные сополкмеризацией мономеров отинилпиперидола с бифункциональным мономеров метиленбисакрил-амидом. Полученные полимеры ВЗТЛ и ИЛЭТП имели степень сетчссс-сти от 2 до 20%. Изотерма сорбции вопы пля ятиг систем имеля 5-образную форму и в широкой области относительной влажности . ссрбция воды составляет 1-2 молекулы на мономерное звено. В облает!. относительной влажности больше 0,9 сорбция воды приобретает кооперативный характер и центры адсорбпии становятся взаимозависимы, что вытекает на основании анализа термодинамических параметров и ЙК-спектров соответствующих полимеров. При достижении 100% влажности на набухаемость сетчатых полимеров елиявт степень сшивкч и ионизации макромолекулы, а такке концентрация внешнего раствора. При изменении природы противоиона в кватери-зованных образцах в ряду С", J Г>о|~ и СОд" величина эквивалентного объема набухшего полимеро-оменьшается. Значительное влияние на набухаемость сетчатого полимера оказывает ионная сила внешнего раствора. В частности, для сетчатых полимеров ВЭТП со степенью сшивки 4% в 0,5 М растворе набухаемость по сравнен!® с водным раствором снижается более чем в 5 раз.

Полученные результаты позволяют обоснованно выбрать приемы кватернизации привитых полимеров этг.нилпиперидола, регулировать набухаемость образцов для оптимального протекания диффузии соответствующих агентов к сорбциошшм центрам.

Кинетика и термодинамика обмена ионов тркйозица противо-ионами привитых полимеров этинюгпипорицола. Для придания бивло-гической активности модифицированным материалам необходимо по-

следующее введете гацеств, обладающих определенными терапевтическими свойствами. В этой связи изучение закономерности сорбции ионов трийодида модифицированными материалами является вая-нш для разработки технологии получения антимикробных изделий.

Изучение кинетики сорбции ионов трийодида проводили на модифицированной целлюлозе в виде марли, содержащей привитой гиц-регульфат полиъинилэтинилтриметилпиперидола (цел-полиВЗТП) в количестве 5,1%, полученный радкациокнэ-химическим методом. Процесс сорбции проводили в статических условиях из неограниченного объема при различных концентрациях, рН и ионной счле раствора.

Расчет кажущегося коэффициента диффузии 5 проводили, используя уравнение, полученное при точном решении задачи о нестационарном процессе сорбция при линейных процессах, используя данные количественного анализа о содержании йода в модифицированном материале. Показано, что концентрация исходного раствора существенно влияет на скорость протекания ионного обмена. При этом важным является тот факт, что предельная величина сорбция зависят от концентрации, что свидетельствует о возможности достижения динамического равновесия в каждом конкретном условии сорбции

Другой особенностью кинетических кривых является их двух-ступенчатость, причем предельная емкость материала на первой ступени достигается в течение нескольких секунд и остается постоянной в пределах одной минуты. Примечательно, что емкость црл-полиВЭТП на первом этапе сорбции также зависит от концентрации исходного-раствора. Область плато во временном масштабе значительно укорачивается при увеличении концентрации раствора выше I г/л. При дальнейшей увеличении времени сорбции величина адсорбции значительно возрастает н достигает своего предельного значения примерно через два часа.

Представленные результаты свидетельствуют о том, что сорбция ионов трийодида модифицированными материалами цел-прлиВЭТП во временном масштабе, по-видимому, происходит в два этапа. В начальном периоде времени, когда величина адсорбции находится в облвсти 15*40% от предельной емкости, сорбция происходит в объеме достаточно набухших привить* макромолскулярннс клуОков пояи-БЗТП, путем электростатического взаимодействия ионов'трийодида и достаточно гидратированногэ четвертичного азота пиперидолько-

го цикла с последующей дегидратацией образовавшегося комплекса. Это? процесс приводит к значительному снижению степени набухания ыакромолекулярного клубка привитых полиВЭТП. В результате такого конформационного изменения привитьос полиВЭТП происходит резкое снижение коэффициента диффузии, что приводит :с уменьшению скорости сорбции. Степень сворачивания клубков привитых полиВЭТП, по всей вероятности, зависит от концентрации раствора, что подтверждается симбатнссгью изменения величины "о от С (рис.6). Другим подтверждением взаимосвязи скорости сорбции и конформационного состояния привитых полиВЭТП является зависимость величины 'в от рН раствора (табл.1).

¿Й./С1' Рис.6. Изотерма сорбции

ионов трийодида (1} цел-полиВЭТП и зависимость величины 'б от концентрации раствора в начальной (2) и конечной (3) областях сорбции. Степень прививхи-5,'15ь; Т = 25°С; рН - 5.2.

1 . А

1 <Ь),

У

г/л

Зависимость величины и

(С

Таблица I от рН раствора

I г/л; С( « 3 г/л; Т « 25сС)

рН : э*Ю10 с^/сек рН в-Ю10 см2/сек

2,0 5,8 7,3 0,95

3,2 4,2 7,8 0,75

7,2 3,0 0,57

На рис.6 представлена также изотерма сорбции ионов трийодида прнвитын материалом цея-полкЗЭТП, Даннрч изотерма представляет собой типичную кривую с насыщением, причем более 80% своей

емкости привитые цепочки достигав? при концентрациях раствора . до I г/л.

Оценка величины константы равновесия (К) в начальной прямолинейной области дает ве^ичнку 172^8. Максимальная емкось цел-полиВЭТП находится в области Г,5 молекул йода на мономерное звено привитого полимера и соответствует ранее полученным цаннкм для сетчатых полимеров этинилпиперидола.

Таким образом, количественная оценка параметров сорбции ионов трийодида модифицированными материалами целлюлозы свидетельствует о том, что процесс прививки не приводит к изменению проницаемости исходного волокнистого материала, а привитой полимер сохраняет присущую ему высокую способность в связыванию ионов трийодида. Процесс ионного обмена в начальном периоде протФекает с высокой скоростью, что позволяет проводить сорбцию непрерывным способом. Последнее является существенно важным моментом при разработке технологии получения йодсодержацкх материалов.

4. Некоторые технологические аспекты производства и применения модифицированных материалов

Технологическая схема производства модифицированного материала разработана на примере прививки ВЭТП на целлюлозную основу и включает стации: пропитки материала раствором ВЭТП (I), отжима на плвссвочной машине (2), облучения ускоренными электрон-ми (3), промывки водой го полного удаления гомополимера и оставшегося моюмера (4) и сушки (5). Для получения йоцсодсржажих материалов включаются аце стадии адсорбции Йода из раствора трийодида калия; (6) и промывки .материала (7). Последний этап может быть заменен цругки разработанным нами способом, заключающимся в пропитке модифицированного материала раствором (8) и последующей обработке его пероксидом водорода (91.

Адсорбция йода из раствора». При взаимодействии трийодида калия с привитыми материалами происходит ионообменная реакция

где X - НОНЫ С1~, Бг" , Л" , БО^- И т^ц., Е-Нш -СН3. В табл.2 представлены некоторые результаты взаимосвязи времени контакта модифицированного материале и концентрации с адсорбцией йода.

Таблица 2

Влияние концентрации кл^ и времени контакта целлюлозного материала, привитого гидросульфитом поли-ВЭТП, на адсорбцию йода (содержание привитого полигицросу^ьфата БЭТА в исходном материале - 9,5«)

Время контакта;Концентрация;Содержание привитого¡Содержание ткани, с : раствора ¡трийоцида поли-ВЭТП,: йода, раствором, { и % ; :% %

* , сек : :

8 05 8*29 9,51 4,99 3,22 7,08

«л/ и 1 . , а ^

15 5 19,71

5 5 20,71 5 I

5 0,5

15 0,1

Из этих данных видно, что во всех случаях достигается максимальная емкость привитых материалов по Коду и поэтому данная технологическая стадия может быть подключена в общий процесс непрерывного получения антимикробного материала.

Сорбция йода в момент его образования из Гюдистого калия. В основу способа при использовании сульфогидрата привитого поли-

ВЭТП положена следующая реакция:

' ? Н

С 1« + ') гБО^" + £Н202 « 2>ЛГ + К2304 + 4К0Н с К3 " СН3

На рис.8 представлена взаимосвязь адсорбции йода и СПИ от времени обработки материала в растворе ®ти Результаты,

свидетельствующие о возможности получения йодсодержащего материала с высокой эффективностью.

Рис.8. Зависимость содержания йода (I, 2) в трийоцице цел-поли-ВЭТП в эффективность использования М (2а, 2а) от времени обработки материала в растворе ^С^. Содержание привитого гидросульфата поли-ВЭТП в исходном материале 5.09Х кт =50 (I и 1а); 10% (2 и 2а); Н202 =4,6%.

Таким образом, благодаря высокой проницаемости модифицированных материалов и больярй комплексообразущей способности привить* полимеров этинилпиперидола становится возможным с хороаей эффективность исполь? орать для получения йодсодержащих

изделий.

Применимость модифицированных материалов. Привитые поли-ВЭГП в кватернизованнсм состоянии сохраняют биологическую активность, присущую многим поликатионам, и проявляет специфическое антигепариновсе действие. а также гемостатическуп^ и антимикроб-пуз705 активность. Кровоостанавливающее действие у йодметалата привиты полиБЭТП по своей активности превосходит почти в два

^Исгп..гания на. гемостатическую активность модифицированных материалов проведено в Институте гастроэнтерологии АН РТ Д.м.н. Нуралиезым Ю.Н,

^^Испытание на антимикробную активность модифицированных материалов и их ?/одсодер*пщих производных проведено-в Институте профилактической медицины МЗ РТ к.м.н. ''ейтус И.Е.

раза известный геыостатический материал - карбокскметилцылюло-зу. Скорость остановки кровотечения из печки и печени составляет соответственно 30,0^4,1 и 42,0^4,1 сек против 56,0±4,5 и 74,Otó,7 сек, наблюдаемого у контроля.

Гидросульфатное производное привитых полиВЭТП было испытано в качестве перевязочного материала и обнаружило высокую эффективность при репаративных процессах*. На основании цитологических исследования выявлены особенности заживления гнойных ран под воздействием привитого полимера этинилпиперцаола, проявлявшиеся меньшей выраженностью воспалительной реакции, сокращением времени процесса ссзреьания грьнуляцаокной ткани и более ракша/ рубцеванием раны.

йодсодержацио привитые полиВЭТП и полйШЭИ! при содержании йода более обладают широки;,! антибактериальным спектром, характерным для йода, и по своей активности превосходят аналогичные материалы с привитым поли-/И-пирвдином и 2-метил-5-винатпи-р»тД»шим. В чшйгНии-Т-И, iipn »láMeñemiH сиде^имшпл йода ь иродптыл гидросульфатах полиВЭТП от 3 до 5% зона задержки роста бактерий находится соответственно от 3 до 9 мм.

Таким образом, некотор: э технологические параметры радиа-ционно-химического способа модификации целлюлозы полимерами эти-нилпиперидсла, свидетельствуют о возможности получения материалов с различными видами биологической активности по единому циклу непрерывного процесса.

ВЫВОДЫ

I. Впервые радиационно-химическим способом модифицированы целлюлозные материалы полимерами винил- и изопропенилэтииштри-метилпшервдола и йодсодержацие производные, которые иогут быть использованы в качестве высокоэффективных средств для практической медицины.

*Ъти исследования прозодилксь в центральной научно-исследовательской лаборатории (ЦНИЛ) Таджикского медицинского университета им.Абуали ибн Сино под руководством д.м.н. Шарипова Й.Х,

2. Изучены закономерности прилитой сополимеризации мономеров отинилпкперидола при химическом генерировании свободных радикалов на пссерхности целлюлозных волокон с использованием окислительно-восстановительной системы.

3. Исследованы реакции привитой сополимерздвции мономеров зти-нилпиперидола на целлюлозном материале под действием у -облучения. Изучена взаимосвязь степени прививки и степени полезного использования мономера с ого концентрацией и интегральной дозой облучена в спиртовой и водно-спиртовой средах. Показана возможность получения модифицированного материала с заданной степенью пр^лвки и сохранением физико-механических характеристик исходного изделия.

4. Впервые под действием ускоренных электронов при мощности дозы 96 Мрад/час разработан непрерывный способ модификации целлюлозы мономерами этинклпиперидола в водной среде. Продемонстрирована возможность регулирования соотношения реакции привитой сополимеризации и гомополимеризации путём изменения концентрации мономера, интегральной дозы облучения, рН к ионной силы раствора. Найдены условия получения модифицированного материала по непрерывному способу при количественном использовании мономера в реакции привитой сополимеризации и минимальной доли побочных процессов.

5. Изучена кинетика реакции ионного обмена с участием противо-ионоб привитого сополтаера этинилпиперздола с ионом трийоди-да. Установлена двухступенчатость процесса образования йод-комплексных производных модифицированного материала, отли-чаотцейся скоростью сорбции йода, причём на первом этапе скорость значительно эьпе, что позволяет вести процесс по непрерывной схеме. Показано, что последующее снижение скорости диффузионных процессов связано с кооперативными кон-формоц::сннкми изменениями привитых цепей в результате дегидратации йодкомплексних звеньев.

6. Изучена изотерма сорбции ионов трийодида модифицированными материалами и рассчитаны константы адсорбционного взаимодействия, которые свидетельстзуят о высокой ёмкости и образовании устойчивых комплексов различных, в том числе эквимолекулярного, составов.

7. Разработана технология получения модифицированных целлюлозных материалов полимерами этинилпипервдола и их йодсодержа-щих производных непрерывным способом. Способ апробирован в условиях производства при выпуске опытной партии модифицированного материала. Изучена применимость кодифицированных материалов в качестве геыостатического и антимикробного перевязочного материала, а также эффективного средства при репа-ративнкх процессах.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Халиков Д.Х,, Карпова З.М., Шаркфова З.Б., Дброрхонов А. Взаимодействие сетчатых пол:2.«еров этинилпиперидола с водой // I научная конференция ло высокомолекулярным соединениям• Узбекистан Макро-92: Тез.докл. - Ташкент, 1992. С.195-197.

2. Халиков Д.Х,, Карцева З.М., Шарифова З.Б., Сафиуллина Ф.Х., Аброрхоков А. Взаимодействие сетчатых полимеров отинилште-ридола с водой //' Изв. АН г.Таддиымтт. Сгд.фпз.-мн,!.» иц наук. - 1993. - » 1(9). - С.30-34.

3. Халиков ДД., Аброрхонов А., Плиева I X., Махкамов К.15. Модификации целлюлозы производными этинилпиперидола // Дэпл. АН РТ. - 1994. - Т.37, » 7-8, - С,24-28.

4. Мансуров Ф.Т., Аброрхонов А. Влияние вульнеросорбции на показателей клеточного иммунитета при гнойных ранах У/ Актуальные вопроси диагностики и хирургического течения оспотялкого >'о -лциетита и огкзегрельных ранений. Материалы Республиканской конференции хирургов Таджикистана 13-15 о;<г. 1994. Турсунзаде-1994. С.181-182.

5. Нурханов Б.М., Халиков Д.Х., Мансуров и).Т., Аброрхонов А. Вульнеросорбции при лечении гнойных ран // Республиканская конферегщия с мездшародным участием "Раны и ранения иадикция Узбекистан, Ацдикаи - 1995.

6. Аброрхонов А., Плиева Л.Х., Халиков Д.Х. Кинетика сорбции тркйодцдов материалами, модифицированными полимерами этинилпиперидола // Материалы научной конференции, посвяцённой 50-леткго Института химии им.В.И.Никитина АН РТ: Тез.докл. - Душанбе, 1996. - С.7.

7. Аброрхонов А. Модификация целлюлозных материалов полимерных зтннилшпервдола // Научно-техничесхие нововведения и вопросы охраны окружающей среды: Тез.докл. Международной научно-гграгсткческоЯ конференции, посвященной У годовщине независимости Республики Таджикистан к 40-летию образования Таджикского технического университета (Политехнического инсии-тута), - Дупанбе-Худкаед, 1996, - С.42-43.

8. Холмсов Д.Х., Аброрхонов А., Плкоза Л.Х., Орехов В.Д. Радиационнея прививка псливинилэтинилтриметилпиперидола на поверхности целлюлозных материал в // Докл. АН РТ. - 1596. -- Т.39, ?? 1-2, - С.б-13.

9. Халиков Д.Х., Аброрхонов А., Хаккмходжаев С.Н. Особенности сорбции ионов трийодида материалами, модифицированными полимерами этинилпиперидола // Докл. АН РТ. - 1996. - Т.39,

г? 1-г. - с. 16-22.

10. Аброрхонов А., Хаккмходжаев С.Н., Халиков Д.Х. Ионный обмон в системе поливпнилэтинилтриметилпипервдол-трийодвд калия // Юбилейная научная конференция, посвященная 95-летию со дня рождения академика /Л РТ В.Н.Никитина: Тез.докл. - Душанбе, 1997, - С.

11. Хакимходжаез С.Н., Абрср::онов А., Халиков Д.Х. Изучение сорбции Пода модифицкрэсглпп.чи материалами в момент его образования из Подпетого калия // Юбилейная научная конференция, посвященная 95-летию со дня рондения академика АН ГГ В.И.Кетятина. - Душанбе, 1597. - С.

заказ р 1565 тираж 60 объем 1,5.пл.

Подписан« к печати 19.05.97 г.

дмшбе первая типография