Радиационный синтез и свойства материала для сорбционных мягких контактных линз на основе N-винилпирролидона, метилметакрилата, дивинилового эфира диэтиленгликоля и ионообменных смол тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.09 ВАК РФ

9 15-2/114

На правах рукописи

Ле Виолета Мироновна

РАДИАЦИОННЫЙ СИНТЕЗ И СВОЙСТВА МАТЕРИАЛА ДЛЯ СОРБЦИОННЫХ МЯГКИХ КОНТАКТНЫХ ЛИНЗ НА ОСНОВЕ ]Ч-ВИНИЛПИРРОЛИДОНА, МЕТИЛМЕТАКРИЛАТА, ДИВИНИЛОВОГО ЭФИРА ДИЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ И ИОНООБМЕНЫХ СМОЛ

Специальность 02.00.09 "Химия высоких энергий"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Кемерово 2015

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетное образовательном учреждении высшего профессионального образования Кемеровском Аэсударственном универси-

тете.

Научный руководитель:

Научные консультанты:

Доктор химических наук, Ананьев Владимир Алексеевич

Доктор химических наук, профессор,

Невоструев Валериан Антонович

Кандидат химических наук, доцент, Пак Валерий Хинсурович

Официальные оппоненты: Еремин Леонид Петрович, доктор химических наук,

профессор, ФГБОУВПО "Томский государственный педагогический университет"

Гончаров Владимир Борисович, доктор химических наук, ФГБУН Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, ведущий научный сотрудник

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образова-

тельное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)", г. Санкт-Петербург.

Защита состоится « 9 » октября 2015 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.088.03 при ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный университет» по адресу: ул. Красная 6, г. Кемерово, 650043.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный университет» и на сайте: http://www.kemsu.ni/pages/d03_dis_new

Автореферат разослан «_»_2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.088.03, доктор физико-математических наук, профессор

А.Г. Кречетов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время синтезированы различные материалы, которые используются для производства лечебных мягких контактных линз (лечебные МКЛ), позволяющие эффективно доставлять лекарства в глаза. В то же время, зачастую возникает необходимость быстро удалять из глаз токсичные вещества, попавшие туда в результате несчастного случая. В настоящее время эта задача решается за счет применения либо инсталляционного метода введения лекарственных препаратов в глаз, либо глазных индивидуальных вкладышей. Общим недостатком обоих методов является то, что во время их применения пациент полностью теряет работоспособность. Таким образом, синтез материала, обладающего высокой сорбционной способностью к веществам, токсичным для тканей глаза, позволяющего изготовить из него сорбционные мягкие контактные линзы (МКЛс) для ношения в течение сравнительно длительного времени является актуальной задачей.

Цель работы. Исследовать влияние у-излучения 60Со на деформационно-прочностные (прочность на разрыв и удлинение при разрыве) и физико-химические (водосодержание, содержание гель-фракции и сорбционные свойства) параметры материала на основе радиационно-сшитых метилметакрилата, Ы-винилпирролидона и дивинилового эфира диэтиленгликоля, содержащего ионообменную смолу в качестве гетерогенной добавки, и определение минимальной поглощенной дозы у-излучения, позволяющей изготовить из него литые сорбционные мягкие контактные линзы, которые обладают высокой сорбционной емкостью по отношению к сильным кислотам и основаниям.

В связи с этим, были поставлены и решались следующие задачи:

1. Методом радиационно-химического синтеза получить новые материалы на основе Ы-винилпирролидона и метилметакрилата, а также сшивающего агента - дивинилового эфира диэтиленгликоля, и гетерогенной добавки в виде слабокислотных ионообменных смол КБ-2Э, КБ-4, 13 с разным размером фракций и массовым содержанием, пригодные для изготовления мягких контактных линз.

2. Исследовать зависимость деформационно-прочностных (прочность на разрыв и удлинение при разрыве) и физико-химических (водосодержание, содержание гель-фракции и сорбционные свойства) параметров новых гетерогенных материалов от поглощенной дозы у-излучения.

3. Установить минимально возможную поглощенную дозу у-излучения для изготовления литых сорбционных мягких контактных линз из указанного выше материала, которые по своим деформационно-прочностным (прочность на разрыв и удлинение при разрыве) и физико-химическим (водосодержание и кислородопроницаемость) параметрам будут сравнимы с таковыми для мягких контактных линз длительного ношения, но значительно превышать их сорбционную емкость по отношению к сильным кислотам и основаниям.

Защищаемые положения.

1. Полученные с использованием у-излучения новые материалы на основе Ы-винилпирролидона, метилметакрилата, дивинилового эфира диэтиленглико-

ля и гетерогенной добавки в виде ионообменных смол КБ-2Э, КБ-4, БПЗ, деформационно-прочностные (прочность на разрыв и удлинение при разрыве) и физико-химические (водосодержание и кислородопроницаемость) параметры которых соответствуют таковым для гомогенного материала, применяемого для изготовления мягких контактных линз, но обладают значительно большей сорбционной емкостью по отношению к сильным кислотам и основаниям.

2. Изготовление с использованием у-излучения литых сорбционных мягких контактных линз на основе нового материала, содержащего в качестве гетерогенной добавки ионообменную смолу Б113 (7.5 масс.%, размер фракции 0.25-0.35 мм), деформационно-прочностные (прочность на разрыв и удлинение при разрыве) и физико-химические (водосодержание и кислородопроницаемость) параметры которых сравнимы с таковыми у мягких контактных линз с повышенным водосодержанием, но сорбция сильных кислот и оснований более чем на порядок выше.

Научная новизна.

1. Впервые установлено, что низкие дозы у-излучения (до 35 кГр) приводят к 2-2.5 кратному увеличению сорбционной обменной емкости ионообменных смол 13, КБ-2Э и КБ-4 в Ка-форме.

2. При воздействии поглощенных доз у-излучения в диапазоне 30-35 кГр на смесь из мономеров К-винилпирролидона (70 об.%) и мегилметакрилата (30 об.%), сшивающего агента - дивинилового эфира диэтиленгликоля (12 об.% от суммарного объема мономеров) и ионообменной смолы (5-7.5 масс.%), образуется гетерогенный материал, деформационно-прочностные (прочность на разрыв и удлинение при разрыве) и физико-химические (водосодержание и кислородопроницаемость) параметры которого соответствуют таковым для материала, применяемого для изготовления мягких контактных линз.

3. Впервые установлено, что введение в мягкие контактные линзы из материала на основе Ы-винилпирролидона и метилметакрилата небольшого количества ионообменной смолы (5-7.5 масс.%) позволяет более чем на порядок увеличить их сорбционную емкость по отношению к концентрированным водным растворам соляной кислоты и гидроокиси натрия.

Практическая значимость.

1. Впервые радиационно-химически синтезирован новый гетерогенный материал на основе смеси мономеров (М-винилпиролидон и метилметакрилат), сшивающего агента (дивиниловый эфир диэтиленгликоля) и ионообменной смолы БПЗ, и изготовлены из него литые сорбционные мягкие контактные линзы, которые сочетают в себе свойства эффективного сорбента и мягких контактных линз. Такие линзы могут использоваться для лечения химических ожогов глаз и инфекционных заболеваний.

2. Радиационно-химическая технология производства позволяет изготавливать гидрогелевый гетерогенный материал, содержащий различные ионообменные смолы и обладающий высокими сорбционными свойствами, который может применяться для изготовления медицинских повязок различной

толщины и размеров, стержней и полых трубок, что делает перспективным его применение в общей медицинской практике.

3. Предлагаемый в работе подход может быть использован для изготовления сорбционных гидрогелевых материалов, которые в виде изделий различных размеров и форм могут применяться для удаления загрязнений (ионы тяжелых металлов, токсичные органические вещества и пр.) из водных растворов. Небольшой вес изделий в негидратированной форме, простота подготовки к эксплуатации и утилизации после употребления, делают такие материалы весьма перспективными при использовании для этой цели.

Личный вклад автора заключается в общей постановке задачи, в проведении экспериментальных работ, анализе, интерпретации и оформлении к представлению полученных данных. Приведенные в диссертации результаты получены либо самим автором, либо при его активном участии.

Испытания изделий проводились на предприятии ООО «Лиомед», что подтверждается соответствующими актами.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на VIII Международной научной школе-конференции "Фундаментальное и прикладное материаловедение" (Барнаул, 2011 г.); VIII Международной конференции "Ядерная и радиационная физика" (Алматы, Казахстан, 2011 г.); 12й1 Tihany Symposium on Radiation Chemistry (Zalakaros, Hungary, 2011 г.); II-ой Международной Казахстанско-Российской конференции по химии и химической технологии (Караганда, Казахстан, 2012 г.); XII Международной школе-семинаре "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах" (Барнаул, 2012 г.); 3rd and 4th International Congress on Radiation Physics and Chemistry of Condensed Matter, High-Current Electronics and Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows (Томск, 2012 г. и 2014 г.); ю"1 (Krakow, Poland, 2012 г.) and 11th (Jeju Island, R. Korea, 2014 r.) Ionizing Radiation and Polymers Symposium; 17th International Conference on Radiation Effects in Insulators (Helsinki, Finland, 2013); 3rd International Conference on Radiation and Applications in Various Fields of Research (Budva, Montenegro, 2015 г.).

Публикации

Основное содержание диссертации отражено в 25 печатных работах, из них 3 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Достоверность полученных результатов

В ходе исследования использовалось современное экспериментальное оборудование. Автором выполнен большой объем экспериментальных исследований. Достоверность полученных результатов обеспечена использованием соответствующих статистических методов. Полученные результаты не противоречат литературным данным и описываются в рамках современных теоретических представлений химии высоких энергий.

На "Способ получения ионообменных полимерных гидрогелей для лечения химических ожогов глаз" получен патент № 2428988 от 20.09.2011 г. На

"Технологию производства глазных лечебных ионообменных линз. Техническая документация" оформлено ноу-хау (приказ № 14 от 30 декабря 2013 г.).

Работа выполнялась в рамках следующих программ:

"Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса" (У.М.НЛ.К.) 2011 г. по теме "Разработка технологии изготовления глазных лечебных ионообменных линз";

"Старт-2012", контракт №11223р/14845 от 18.12.2012 г. "Разработка технологии изготовления глазных лечебных ионообменных линз методом литья".

Работа поддержана стипендией Президента Российской Федерации для молодых ученых и аспирантов, осуществляющих перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики на 2013-2015 годы. Направление: Медицинские технологии, прежде всего диагностическое оборудование, а также лекарственные средства. Тема работы: "Радиационный синтез и свойства полимеров на основе Ы-винилпирролидона, метилметакрилата и ионообменных смол". Приказ №136 от 28.02.2013 г.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, списка литературы из 107 наименований, 30 таблиц, 29 рисунков и занимает 102 с.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи диссертационного исследования, защищаемые положения, определены научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе содержится обзор литературных данных о материалах для контактных линз и требования к ним, о химических свойствах поли-Ы-винилпирролидона и полиметилметакрилата. Описаны структура и свойства ионообменных смол (ИОС). Рассмотрены основные принципы радиационной полимеризации и модификации полимеров, экспериментальные результаты, касающиеся радиационной полимеризации поли-Ы-винилпирролидона и полиметилметакрилата, их сополимеризации. Представлены имеющиеся в литературе данные о радиационной химии ИОС.

Во второй главе описаны используемые химические реагенты, методы определения физико-химических и деформационно-прочностных характеристик материала для МКЛс и непосредственно МКЛс, представлена используемая экспериментальная техника. Описана процедура проведения дозиметрии установки РХМ-у-20. Проведен расчет поглощенной образцами дозы ионизирующего излучения. Для получения литых МКЛс была спроектирована и изготовлена соответствующая форма, в которой проводилось облучение.

Для получения исходного материала смешивали 70 объем.% Ы-винилпирролидона и 30 объем.% метилметакрилата. В качестве сшивающего агента использовали дивиниловый эфир диэтиленгликоля в количестве 1.2 объем.% от суммарного объема смеси мономеров. При его облучении образуется гомогенный полимер (в дальнейшем - основной материал). Для получения материала для МКЛс к исходному материалу добавляли ИОС, массовая

доля которого во всех случаях, кроме специально оговоренных, составляла 5 масс.%. Для получения МКЛс этот гетерогенный материал перемешивали и облучали.

В третьей главе описаны экспериментальные результаты.

В таблице 1 представлены данные о степени водосодержания в облученных ИОС. Из представленных данных видно, что облучение практически не приводит к изменению этого параметра.

Таблица 1

Водосодержание облученной ИОС D113 (W, %)_

ИОС Поглощенная доза, кГр W ±AW, %

0 51.2±1.1

КБ-2Э 35 50.1±0.9

45 50.8±ЗЛ

50 49.7±1.7

0 49.9±0.8

КБ-4 35 50.4±1.3

45 50.2Ю.9

50 48.7±1.7

0 49.8 ±1.2

D113 35 48.8 ± 0.4

45 50.3 ± 4.8

50 48.8 ± 1.5

На рис. 1 представлены данные о значениях полной сорбционной обменной емкости (СОЕ) ИОС D113 относительно щелочи (NaOH) и кислоты (HCl). Как видно, при поглощенной дозе 35 кГр наблюдается ее небольшое увеличение (-10%) в первом случае. Дальнейшее повышение дозы облучения приводит к ее снижению на -10% ниже значения для необлученной ИОС.

О, кГр

Рис. 1. Полная СОЕ ИОС 0113 в Н- (1) и Ма-форме (2).

Облучение ИОС Э113 до 35 кГр приводит к 2.5 кратному увеличению полной СОЕ во втором случае. Дальнейшее увеличение дозы облучения до

50 кГр приводит к ее 20% уменьшению от максимального значения. Облучение ИОС КБ-2Э и КБ-4 приводит к подобным же результатам, но изменения на 10-15% меньше.

В таблице 2 представлены данные о водосодержании и содержании гель-фракции в материалах для МКЛс в зависимости от поглощенной дозы. Измерение водосодержания проводили после достижения максимального набухания. Как видно из представленных данных, для всех исследованных материалов увеличение поглощенной дозы приводит к возрастанию степени превращения мономеров при одновременном уменьшении водосодержания.

На рис. 2. представлены зависимости водосодержания и содержания гель-фракции, а на рис. 3 зависимости деформационно-прочностных характеристик (предел прочности при растяжении и удлинение при разрыве) материала для МКЛс с ИОС 0113 в зависимости от поглощенной дозы. Для других ИОС получены аналогичные зависимости. Как видно из представленных данных, увеличение поглощенной дозы приводит к увеличению прочности и уменьшению эластичности материала, увеличению содержания гель-фракции и уменьшению водосодержания. С учетом требований к высокогидрофильному материалу для МКЛ можно утверждать, что для получения материала для МКЛс оптимальным является диапазон поглощенных доз 30-35 кГр. Представленные ниже экспериментальные результаты получены для материала для МКЛс, синтезированного при облучении дозой 35 кГр.

Таблица 2

Водосодержание ((Г) и содержание гель-фракции (X) в материалах для МКЛс

синтезированных при разных поглощенных дозах

Состав ИОС Поглощенная доха, кГр X ± С, % %

Основной материал - 25 87.6±3.8 72.2±2.1

30 93.1 ± 23 70.8±1.9

35 97.5 ±1.5 70.0±2.0

40 983 ±0.8 68.7±13

Гетерогенный материал для МКЛс КБ-4 25 74.9 ± 5.5 74.6±1.8

30 78.5 ±5.8 70.4±2.4

35 853 ±5.7 67.4±1.2

40 87.0 ±3.2 65.0±0.7

Гетерогенный материал для МКЛс 0113 25 70.1 ±0.9 72.1±1.9

30 85.2 ± 4.6 69.2±2.1

35 88.0 ±5.0 68.0±1.6

40 90.0 ±4.8 68.0±0.8

Гетерогенный материал для МКЛс КБ-2Э 25 80.1 ± 1.7 70.2±2.0

30 863 ±2.7 69.5±2_3

35 88.4 ±3.1 68.7±1.8

40 89.0 ±4.2 68.Ш.1

2426ЖЭЭ3234ЖЗВ4342

РкП)

Рис. 2. Зависимость водосодержания и содержания гель-фракции в материале для МКЛс с ИОС Б113 от поглощенной дозы._

. . | . | . | . | . | . | . . ■ | ■ и

маваиняяяа

Ч1«Гр

Рис. 3. Зависимость деформационно-прочностных характеристик материала для МКЛс с ИОС 0113 от поглощенной дозы._

Основной материал и гетерогенный материал для МКЛс имеет слабое желтое окрашивание. На рис. 4 представлен спектр оптического поглощения материала для МКЛс, содержащего ИОС Ш13 (1 = 2 мм). Спектры поглощения материала с ИОС КБ-2Э и КБ-4 идентичны. В видимой области спектра регистрируется значение оптической плотности -0.3. Спектр поглощения основного материала качественно подобен, однако оптическая плотность в области фона несколько ниже.

А

4

3

2

0 -т-.-.-1-г-.-г--1-1

200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Д.ИШЭ волны, нм

Рис. 4. Спектр поглощения материала для МКЛс, содержащего ИОС Б113.

В таблице 3 представлены данные о величинах сорбционной емкости (СЕ) материала дня МКЛс, полученного с использованием различных ИОС. Как видно из представленных данных, введение ИОС приводит к кратному увеличению СЕ материала для МКЛс относительно основного материала.

Таблица 3

Влияние типа ИОС на величину СЕ (30 мин) материала для МКЛс

ИОС СЕ, ммоль/г

0.02 М N8011 0.02 М НС1

Основной материал 0.13±0.06 0.06±0.05

КБ-2Э 035±0.10 0.18±0.08

0113 0J0i0.ll 0.42±0.13

КБ-4 0.29±0.08 038±0.08

В таблицах 4 и 5 представлены данные о СЕ относительно кислоты и щелочи, соответственно, материалом для МКЛс, модифицированным ИОС с

различным размером фракций.

Таблица 4

_ СЕ материала для МКЛс относительно 0.02 М НС1_

Время, мин Фракция, мм СЕ, ммоль/г

КБ-2Э КБ-4 Ш13

15 <0.25 0.15±0.07 0.30±0.09 0.31±0.09

0.25-035 0.12±0.08 033±0.11 0.44±0.10

30 <0.25 0.18±0.06 038±0.08 0.42±0.08

0.25-035 0.16±0.08 0.42±0.10 0.50±0.09

90 <0.25 0.20±0.07 0.41±0.09 0.49±0.11

0.25-035 0.19±0.09 0.46±0.10 034±0.11

Таблица 5

СЕ материала для МКЛс относительно 0.02 М №ОН

Время, мин Фракция, мм СЕ, ммоль/г

КБ-2Э КБ-4 0113

15 <0.25 0.21±0.06 0.1&=0.05 0.19±0.0б

0.25-035 0.12±0.07 0.14±0.05 032±0.05

30 <0.25 035±0.06 0.29*0.08 030±0.0б

0.25-035 0.22±0.09 0.23±0.07 0^1±0.08

90 < 0.25 0.48±0.06 0.44±0.05 0.47±0.06

0.25-035 0.28±0.05 035±0.06 0.80±0.08

Как видно, применение фракции ИОС 13 0.25-0.35 мм приводит к наилучшим результатам, чем в случае использования других ИОС.

В таблице 6 представлены данные о значении СЕ относительно НС1 и ЫаОН (для 30 мин насыщения) материалами для МКЛс с содержанием ИОС 7.5% для фракции 0.25-0.35 мм.

Таблица 6

ИОС СЕ, ммоль/г

0.02 М НС) 0.02 М N8011

КБ-4 0.41±0.18 0.48±0.18

КБ-2Э 038±0.11 0.40±0.16

ОИЗ 0.68±0.09 0.57±0.Ю

Как видно, СЕ материалом для ИОС в этом случае выше, чем при использовании 5% ИОС, при этом наилучший результат получен для БПЗ. В дальнейшем для изготовления линз использовали именно этот тип ИОС.

Как было показано ранее, для получения материала для МКЛс оптимальным является диапазон поглощенных доз 30-35 кГр. Так как с точки зрения экономики (временные затраты) использование меньших доз при получении литых МКЛс более целесообразно, то представляется необходимым определить минимально возможную дозу облучения, при которой характеристики литых МКЛс остаются удовлетворительными. Оказалось, что содержание гель-фракции в МКЛс при облучении дозами 25 и 35 кГр равно 87.8±3.9% и 88.0+3.8%, соответственно, то есть практически одинаково.

В таблице 7 представлены данные о водосодержании, содержании гель-фракции, прочности на разрыв и удлинении при разрыве литых МКЛс, синтезированных с использованием поглощенной дозы 25 кГр.

Таблица 7

Деформационно-прочностные и физико-химические характеристики МКЛс

(доза облучения 25 кГр) и основного материала (доза облучения 35 кГр)

Образец Водосодержание, \¥, % Содержание гель-фракции, % а, кПа 8,%

МКЛс 72.5±1.6 87.8±3.9 374±6 140±7

Основной материал 70.0±2.0 97.5±1.5 760±3 !80±5

Как видно из представленных данных, полученные характеристики для МКЛс отличаются от характеристик основного материала, однако, по-прежнему соответствуют таковым для МКЛ с высоким водосодержанием. Следовательно, предпочтительнее с технологической точки зрения для получения МКЛс использовать дозу 25 кГр.

На рис. 5 представлены зависимости концентрации кислорода, прошедшего через основной материал и МКЛс, от времени, а в таблице 8 рассчитанные, исходя из этих данных, значения кислородопроницаемости.

Таблица 8

Кислородопроницаемость основного материала для МКЛс и собственно линзы

Параметры С(02), ммоль (т = 60 сек) 1)кх10'

МКЛс 1.28 72.9

Основной материал 1.00 63.2

Как видно, кислородопроницаемость для МКЛс выше, чем для основного материала, что объясняется большим водосодержанием МКЛс.

На рис. 6 и 7 представлены данные о значениях СБ относительно 0.02 М

Как видно из представленных данных, СЕ для МКЛс по кислоте в 15 раз и по щелочи более чем в 10 раз выше, чем для основного материала.

В четвертой главе обсуждаются полученные результаты.

Изменение полной СОЕ относительно кислоты для облученных дозой 35 кГр ИОС можно объяснить увеличением их активной поверхности за счет увеличения степени доступа к активным функциональным группам при разрыве сшитых полимерных цепей. Уменьшение водосодержания в материале для МКЛс при увеличении поглощенной дозы свидетельствует о том, что возрастает степень сшивки полимерных цепей в основном материале.

Как было показано выше, введение ИОС в основной материал приводит к снижению его деформационно-прочностных характеристик, по-видимому, за счет слабых связей между сшитыми с поверхностью ИОС полимерными цепями основного материала. Об этом же свидетельствует и значение СЕ материала для МКЛс, исходя из которой следует, что диффузия ионов через поверхность зерен ИОС остается достаточно высокой.

Расчет коэффициентов распределения щелочи и кислоты (К0) между раствором и материалом для МКЛс проводили по формуле:

^Ь - С г,

г/Са

* ¡> " гид рог/ '-расг,

где сметериала - содержание щелочи или кислоты в материале (Спщрог = сисх - с,); Сраст - содержание щелочи или кислоты в растворе.

В таблице 9 представлены коэффициенты распределения кислоты и щелочи материалом для МКЛс, модифицированным различными ИОС. Эти данные еще раз подтверждают, что наилучшими сорбционными свойствами обладает материал, модифицированный ИОС Ш13 с фракцией 0.25-0.35 мм.

Таблица 9

ИОС Фракция, мм Ко (НС1) ЛГс№ОН)

РИЗ <0.25 0.50 0.41

0.25-0-35 0.65 0.98

КБ-2Э <0.25 0.17 0.36

0.25-0.35 0.12 0.19

КБ-4 <0.25 039 0.26

0.25-0.35 0.52 0.25

На рис. 8 и 9 представлены значения сорбции кислоты и щелочи, соответственно, материалом для МКЛс, построенные в координатах (М,!М)2 - /. Как видно, начальные участки практически линейны для всех использованных ИОС.

I 1

Рис. 8. Зависимость (М,/М)2 от ? для Рис. 9. Зависимость (М,/М)2 от / для кислоты материалом для МКЛс, со- щелочи материалом для МКЛс, содержащем ИОС Б113 (1), КБ-4 (2) и держащем ИОС Э113 (1), КБ-4 (2) и КБ-2Э (3). _КБ-2Э (3)._

В таблице 10 представлены, рассчитанные на основании данных рис. 8 и 9 для 15 мин, значения коэффициентов диффузии, для основного материала и материала для МКЛс.

Таблица 10

Значения коэффициентов диффузии ионов для материала для МКЛс

ИОС 101вм2/с

N8+ Н+

0113 1.0 4.6

КБ-2Э 2.0 3.0

КБ-4 1.4 7.0

Основной материал 0.9 3.0

Вода 50.28* 93.1*

* Данные приведены для 25 С.

Как видно, для Н+ они близки между собой и соответствуют таковым для других ИОС (5.4x10"'° для гК225 и З.ОхЮ"10 м2/с для Бо\уех НСЯ-МХ8) и примерно на порядок ниже, чем в воде, что характерно для гидрогелей с высоким водосодержанием.

Основные результаты и выводы

1. Впервые установлено, что при облучении ионообменных смол 13, КБ-2Э и КБ-4 в №-форме дозой у-излучения равной 35 кГр наблюдается 22.5 кратное увеличение сорбционной емкости.

2. Изучены деформационно-прочностные (прочность на разрыв и удлинение при разрыве) и физико-химические (водосодержание, кислородопро-ницаемость и содержание гель-фракции) параметры гетерогенных материалов на основе мономеров Ы-винилпирролидона (70 об.%) и метилметакрила-та (30 об.%), сшивающего агента — дивинилового эфира диэтиленгликоля (1.2 об.% от суммарного объема мономеров) и различных ионообменных смол (57.5 масс.%, размер фракций >0.25 мм и 0.25-0.35 мм), полученных под действием у-излучения. Установлено, что при поглощенной дозе 30-35 кГр они соответствуют таковым для гомогенного материала, применяемого для изготовления мягких контактных линз.

3. Установлено, что сорбционные свойства относительно сильных кислот и оснований новых гетерогенных материалов более чем на порядок превышают таковые для гомогенного материала, применяемого для изготовления мягких контактных линз с высоким водосодержанием на основе N1-винилпирролидона и метилметакрилата.

4. Минимально возможной дозой облучения необходимой для получения литых сорбционных мягких контактных линз, при которой их деформационно-прочностные (прочность на разрыв и удлинение при разрыве) и физико-химические (водосодержание и кислородопроницаемость) параметры соответствуют таковым для мягких контактных линз с высоким водосодержанием, является 25 кГр.

5. Сорбционная емкость литых сорбционных мягких контактных линз, содержащих 7.5 масс.% ионообменной смолы 0113 с размером фракции 0.250.35 мм, полученных с использованием поглощенной дозы 25 кГр, относительно щелочи составляет 0.6 ммоль/г, а сильной кислоты 0.7 ммоль/г, что в -15 и -10 раз выше, соответственно, чем в случае гомогенного материала без ионообменной смолы.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях: Статьи из рекомендованного ВАК РФ списка

1. Jle, В. М. Радиационная устойчивость ионообменных смол, используемых в синтезе биосовместимых полимерных ионообменных гидрогелей / В. М. Ле, В. Д. Жевняк, В. X. Пак, В. А. Невоструев // Фундаментальные проблемы современного материаповедения.-2012.-Т.9.-№4-2.-С.624-628.

2. Ле, В. М. Влияние общей поглощенной дозы облучения на содержание гель-фракции в полимерных ионообменных гидрогелях / В. М. Ле, В. Д. Жевняк, В. Пак, В. А. Невоструев // Вестник Кемеровского государственного университета,- 2014.- № 2(58).-Т.2.-С.223-226.

3. Ле, В. М. Радиационный синтез и свойства сополимера на основе N-винилпирролидона, эфира метакриловой кислоты и синтетических ионооб-менников / В. М. Ле, В. Д. Жевняк, В. X. Пак // Известия ВУЗов. Физика. 2014.-Т. 57.-№ 10-3.-С.181-185.

Статьи в рецензируемых журналах

4. Жевняк, В. Д. Радиационно-термический синтез полимерных ионообменных гидрогелей / В. Д. Жевняк, В. X. Пак, В. М. Ле // Известия ВУЗов. Физика.-2011.-Т.54.-№1/2.-С.252-255.

5. Ле, В. М. Новые сорбционные материалы для лечения химических ожогов глаз / В. М. Ле, В. Д. Жевняк, В. X. Пак, Ю. Ф. Хатминский // Журнал для офтальмологов и оптометристов "ГЛАЗ".-2012.-№2.-С.8-10.

6. Ле, В. М. Исследование физико-химических свойств радиационно-сшитых полимерных ионообменных гидрогелей / В. М. Ле, В. Д. Жевняк, В. X. Пак, В. А. Невоструев // Известия ВУЗов. Физика.-2013.-Т.56.-№1/2.-С.187-190.

7. Le, V. M. Synthesis of polymer ion-exchange hydrogels under y-irradiation MCo / V. M. Le, V. D. Zhevnyak, V. Kh. Рак, V. A. Anan'ev , U. V. Borodin // IOP Conf. Sériés: Materials Science and Engineering. 81 (2015) 012079. - 7 p.

Прочие публикации

8. Пак, В. X. Радиационная модификация биосовместимых оптических полимерных материалов / В. X. Пак, В. Д. Жевняк, Т. В. Дикунова, П. Д. Халфина, В. М. Ле // Труды VI Международной научной конференции "Ра-диационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах", Томск, Россия.-2008.-С.864-867.

9. Рак, V. H. Modification of Polymeric Optical Hydrogel by Ion-Exchange Resins / V. H. Рак, V. D. Zhevnyak, T. V. Dikunova, G. N. Shraibman, V. M. Le // Materials of 9A International Conférence on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows.-Tomsk, Russia.-2008.- P.372-373.

10. Жевняк, В. Д. Радиационно-термический синтез полимерных ионообменных гидрогелей / В. Д. Жевняк, В. X. Пак, В. М. Ле // Материалы X Международной научной конференции "Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах", Томск, Россия. - 2010.- С 569-571.

11. Ле, В. М. Влияние типа катионита, его фракционного состава на сорбционные свойства радиационно-сшитых полимерных ионообменных гидро-

гелей / В. М. Ле, В. Д. Жевняк, В. А. Невоструев, В. X. Пак // Материалы "II Международной Казахстанско-Российской конференции по химии и химической технологии", Караганда, Казахстан. -2012.-С 411-412.

12. Le, V. М. Influence of general absorbed dose on the content of the gel-fraction in the ion-exchange polymer hydrogels / V. M. Le, V. D. Zhevnyak, V. H. Рак, V. A. Nevostruev // Materials "11л International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows", Tomsk, Russia. -2012.- P.386-387.

13. Le, V. M. Synthesis of polymer ion-exchange hydrogels under the action of y-radiation ^Co / V. M. Le, V. D. Zhevnyak, V. H. Рак, V. A. Nevostruev // Book of abstracts "10th Meeting of the Ionizing Radiation and Polymers Symposium", Krakow, Poland.-2012.-P. 154.

14. Zhevnyak, V. Modification of polymer hydrogel by ion exchange resins / V. Zhevnyak, V. Рак, V. Le // Book of abstracts "17th International Conference on Radiation Effects in Insulators", Helsinki, Finland.-2013.-PA-66.

15. Le, V. M. Radiation synthesis and properties of the copolymer based on N-vinilpyrrolidone and methacrylic ester in the presence of synthetic ion exchangers / V. M. Le, V. D. Zhevnyak, V. Pak // Book of Abstracts "International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects", Tomsk, Russia.-2014.-P.324.

16. Le, V. M. Synthesis of polymer ion-exchange hydrogels under y-irradiation ^Co / V. M. Le, V. D. Zhevnyak, V. Pak, V. A. Nevostruev // Book of abstracts "11th Meeting of the Ionizing Radiation and Polymers Symposium", Jeju Island, Republic Korea.-2014.-P.97.

17. Le, V. Influence gamma radiation on physical and chemical properties of radiation sewed the ion-exchange polymer hydrogels / V. Le, V. Zhevnyak, V. Pak, V. Anan'ev // Book of Abstracts "Third International Conference on Radiation and Applications in Various Fields of Research", Budva, Montenegro.- 2015,-P.25.

Автор выражает благодарность д.х.н., профессору В. А. Невоструеву, к.х.н. Г. Н. Шрайбман, вед. инженеру каф. АХ КемГУ Т. В. Дикуновой, главному технологу МИП КемГУ ООО «Лиомед» В. Д. Жевняк за помощь в работе над диссертацией.

Подписано к печати 31.07.2015 г. Формат 60x80/16. Бумага офсетная. Плоская печать. Усл. печ. л. 0.5. Уч.-изд. л. 0,73. Тираж 100 экз. заказ № 183 ИП Сарапулов С.П., ул. Красноармейская, 128, тел. 75-41-80

2015674010

2015674010