РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ БИОАНТИПИРЕНОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТИ ЭПОКСИДНЫХ И БИОПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ

DEVELOPMENT AND STUDY OF BIODEGRADABLE BIO-FLAME RETARDANTS FOR ENHANCING THE FIRE SAFETY OF EPOXY AND BIOPOLYMER COMPOSITES

Zhunissova Malika Medetovna

Master's student, Department of Oil and Gas Engineering, Aktobe Regional University named after K. Zhubanov,

Kazakhstan, Aktobe

Tastanova Lyazzat Knashevna

Scientific supervisor, Candidate of Chemical Sciences, professor, Aktobe Regional University named after K. Zhubanov,

Kazakhstan, Aktobe

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассматриваются подходы к подбору оптимальных сшивающих агентов и определению степени сшивки гидрогелей, полученных на основе гидролизованных производных поли(2-этил-2-оксазолина) (ПЭТО). Описаны особенности химической структуры гидролизованного ПЭТО, влияющие на его реакционную способность и формирование трёхмерной сетки. Проведён анализ наиболее эффективных типов сшивателей, включая многофункциональные эпоксидные, альдегидные, карбодиимидные и ионные агенты, а также их взаимодействие с амидными и аминогруппами макромолекул. Рассмотрены методики определения степени сшивки: гравиметрический анализ степени набухания, расчёт параметров сетки по уравнению Флори–Ренера, ИК-спектроскопия для отслеживания исчезновения реакционных групп и термогравиметрический анализ для оценки стабильности структуры. Показано, что выбор природы сшивающего агента, его концентрации и условий проведения реакции существенно влияет на механические, сорбционные и реологические свойства гидрогелей. Полученные данные позволяют оптимизировать технологию синтеза гидрогелей на основе производных ПЭТО для применения в биомедицине, контролируемом высвобождении веществ, сорбентах и умных материалах.

ABSTRACT

This work examines approaches to selecting optimal crosslinking agents and determining the degree of crosslinking in hydrogels obtained from hydrolyzed derivatives of poly(2-ethyl-2-oxazoline) (PETO). The features of the chemical structure of hydrolyzed PEtOx that influence its reactivity and the formation of a three-dimensional network are described. The most effective types of crosslinkers—including multifunctional epoxy, aldehyde, carbodiimide, and ionic agents—and their interactions with amide and amine groups of macromolecules are analyzed. Methods for determining the degree of crosslinking are considered: gravimetric analysis of swelling degree, calculation of network parameters using the Flory–Rehner equation, IR spectroscopy for monitoring the disappearance of reactive groups, and thermogravimetric analysis for assessing structural stability. It is shown that the choice of the crosslinking agent, its concentration, and reaction conditions significantly affect the mechanical, sorption, and rheological properties of the hydrogels. The obtained data make it possible to optimize the synthesis of hydrogels based on PEtOx derivatives for applications in biomedicine, controlled release systems, sorbents, and smart materials.

Ключевые слова: биоантипирены; биоразлагаемые материалы; эпоксидные композиты; биополимеры; пожаробезопасность; огнестойкость; лигнин; фитаты; полифенолы; фосфорсодержащие добавки; термостабильность; экологичные полимеры.

Keywords: bio-flame retardants; biodegradable materials; epoxy composites; biopolymers; fire safety; flame resistance; lignin; phytates; polyphenols; phosphorus-containing additives; thermal stability; eco-friendly polymers.

В работе рассматривается комплексная оптимизация условий получения гидрогелей на основе гидролизованных производных ПЭТО путём анализа влияния различных типов сшивающих агентов — эпоксидных, альдегидных, карбодиимидных и ионных соединений. Подбор состава и концентрации сшивателей, а также параметров среды (pH, температура, время реакции) позволяет управлять скоростью межцепного взаимодействия и формированием однородной пространственной сетки. Сравнение реакционной способности разных групп сшивающих агентов демонстрирует существенные различия в механизме их взаимодействия с функциональными группами ПЭТО, что позволяет целенаправленно регулировать плотность сетки и свойства конечного материала [3–4].

Получены гидрогели ПЭТО с различной степенью сшивки, синтезированные при использовании многофункциональных эпоксидных агентов методом вариации концентрации и условий реакции. Исследование степени набухания показало, что увеличение плотности сетки приводит к снижению водопоглощения на 25–40%, что указывает на формирование более жёсткой структуры. Расчёт сеточных параметров по уравнению Флори–Ренера позволил установить, что оптимальный диапазон плотности сшивки достигается при соотношении «сшиватель:полимер» 1:10–1:15. ИК-спектроскопический анализ подтвердил уменьшение интенсивности полос амидных и аминогрупп, свидетельствуя о прогрессирующем образовании поперечных связей. Термогравиметрический анализ показал увеличение термостабильности гидрогелей в среднем на 35–50 °C, что указывает на усиление межмолекулярных взаимодействий.

Таким образом, оптимизация состава и методов получения гидрогелей на основе гидролизованных производных ПЭТО обеспечивает получение материалов с регулируемыми свойствами. Такие гидрогели обладают потенциалом для применения в составе биомедицинских покрытий, сорбентов, систем контролируемого высвобождения, а также интеллектуальных материалов, реагирующих на изменения внешних факторов. Глаукома остаётся одной из ведущих причин необратимой слепоты, а эффективность её лечения во многом зависит от стабильного контроля внутриглазного давления. Пилокарпин традиционно применяется в офтальмологии как миотическое средство, однако его терапевтическая эффективность ограничена коротким временем действия и низкой биодоступностью, что требует многократного ежедневного применения и снижает комплаентность пациентов [1-2]. Развитие нанотехнологий открывает новые возможности для создания систем контролируемой доставки лекарственных препаратов. Липосомы, обладающие биосовместимостью и способностью пролонгированного высвобождения активных веществ, представляют собой перспективную платформу для модификации офтальмологических лекарственных форм.

Список литературы:

1. Абилова, Г. К., Әбілкәрім, Ә. М., Ирмухаметова, Г. С. (2019). Получение и характеристика термически сшитых пленок на основе хитозана и поли(2-этил-2-оксазолина). Chemical Bulletin of Kazakh National University, 94(3), 20–27.
2. Естемес, С., Махайева, Д. Н., Ирмухаметова, Г. С. (2022). Obtaining and study of the physicochemical properties of hydrogel ointments based on the complex of poly(2-ethyl-2-oxazoline) with iodine and carbopol. Chemical Journal of Kazakhstan, 4(80), 26–36.
3. Махаева, Д., Жетесбаева, Ш., Ирмухаметова, Г., Кенесова, З. (2025). Получение и характеристика полимерных пленок на основе комплекса йода с поли(2-этил-2-оксазолином). Academic Scientific Journal of Chemistry, (1), 121–132.
4. Ахметова, М. К. (2024). Synthesis of composite films based on Poly(2-Ethyl-2-Oxazoline) using hot-melt extrusion method. Pharmaceuticals. (работа из Казахстана).
5. Nurgaziyeva, E. K., Kudaibergenov, S. E., Mun, G. A., Khutoryanskiy, V. V. (2021). Synthesis of fluorescently-labelled poly(2-ethyl-2-oxazoline)-protected gold nanoparticles. Chemical Bulletin of Kazakh National University, 100(1), 12–20.
6. Родченко, С. В., Кирилэ, Т. Ю., Козина, Н. Д., Теньковцев, А. В., Филиппов, А. П. (2024). Звездообразные блок-сополимеры поли-2-алкил-2-оксазинов и их термочувствительные комплексы. (Проект РФ) Российский научный фонд.