ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УФ-ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ВОДОУСТОЙЧИВОСТЬ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК ТИПА ПАН/ПВС

Введение. Сначала 60-х годов прошлого столетия, внимание ученых привлекли так называемые полимерные гидрогели, которые в силу своего гидрофильного характера, механических и эластических свойств, близких к свойствам живых тканей, и целого ряда других уникальных характеристик могут обширно применятся [2].

Существует большое количество определений понятия «гидрогель». Чаще всего под гидрогелями принято называть сшитые полимерные сетки синтетических и природных полимеров, способных к набуханию в воде.

Объемы воды, сорбируемой такими макромолекулярными системами, сильно различаются – от 10-20% до значений в тысячи раз превышающих массу гидрогеля, без содержания молекул воды.

Существует два вида гидрогелей, химически устойчивые и неустойчивые переходящие в раствор. Такие гели имеют различные названия: «обратимые», «физические гели», «гели 2-го рода». В таких случаях сетка гидрогеля зафиксирована за счет переплетения молекул и/или ионных, водородных связей и гидрофобных взаимодействий [1, 3].

Экспериментальная часть. В рамках реализации экспериментального исследования нами были получены полимерные пленки на основе поливинилового спирта (ПВС) и органического вещества 1-(2-пиридилазо)-2-нафтола (ПАН). Выбор данных реагентов обусловлен несколькими факторами. Во-первых, поливиниловый спирт относится к безопасным полимерам и применяется в медицине, а также образует прочные полимерные пленки, которые относительно легко отделяются от стеклянной основы. Во-вторых, 1-(2-пиридилазо)-2-нафтол относится к лигандам, образующим прочные яркоокрашенные комплексные соединения с многими тяжелыми металлами, например, ионами цинка (II), железа (III), меди (II), кобальта (II) и т.д [4, 5]. Все это позволяет использовать полимерные пленки типа ПАН/ПВС в качестве основы для тест-систем, для определения ионов тяжелых металлов в объектах окружающей среды. К таким пленкам предъявляется рад требований. Они должны быть: влагоустойчивыми, не сильно изменять свою окраску в ходе получения, обладать высокими сорбционными свойствами.

Результаты и их обсуждение. При осуществлении эксперимента на первом этапе нами были получены исходные образцы пленок при комнатной температуре, процесс гелеобразования протекал в течении 24 часов. Для полученных образцов были сняты спектры поглощения (рис.1) и проанализирована водоусточивость.

Рисунок 1. Спектр поглощения полимерной пленки ПАН/ПВС, полученной при комнатной температуре в течении 24 часов; а) – внешний вид пленки, полученный методом сканирования.

Анализ полученного спектра поглощения показывает наличие двух максимумов поглощения при длинах волн 282 и 476 нм, а также двух плеч при длинах волн 224 и 360 нм, что определяет красно-оранжевую окраску полученной пленки.

Водоустойчивость полученного образца очень маленькая: существенная дефформация пленки наступает в течении первых 10 секунд, а через 3 минуты пленка полностью растворялась.

Низкая водоустойчивость обусловила необходимость в модификации пленки. Процесс модификации должен заключаться в увеличении числа сшивок между полимерными звеньями в структуре ПВС. Согласно литературным данным существует несколько способов такой модификации, в том числе и воздействие УФ-излучением.

При выполнении экспериментального исследования нами были получены три образца полимерных пленок, в зависимости от времени воздействия: 10 минут, 30 минут и 120 минут. Внешний вид пленок приведен на рисунке 2.

Рисунок 2. Внешний вид пленок, модифицированных УФ-излучением: а) – время воздействия излучения 10 минут; б) – время воздействия излучения 30 минут; в) – время воздействия излучения 120 минут; г) – исходный образец.

В соответствии с изменением окраски пленок, ожидаемо изменение в спектрах поглощения (рис. 3).

Рисунок 3 Сравнительный анализ спектров поглощения пленок, полученных под действием УФ-лучей.

Для удобства анализа, полученные экспериментальные данные, по положению максимумов поглощения в спектрах поглощения нами помещены в таблицу 1.

Таблица 1.

Сравнительный анализ положения максимумов в спектрах поглощения пленок ПАН/ПВС, полученных при комнатной температуре и под воздействием УФ-излучения

* - положение плеча на спектре поглощения

Сравнительный анализ спектров поглощения показывает, что воздействие УФ-излучения приводит к следующим изменениям:

• чем дольше время УФ-излучения, тем больше значение коэффициента экстинкции;
• увеличение времени воздействия УФ-излучения приводит к смещению в коротковолновую часть спектра положения первого и второго максимума поглощения;
• максимум поглощения в видимой части спектра, наоборот смещается в длиноволновую часть спектра и при этом происходит существенное его уширение.

Полученные данные можно объяснить несколькими причинами. Во-первых ПАН относится к хромогеннам, и под воздействием излучения с большой энергий внутри молекулы может происходить перегрупировка химических связей, и во-вторых, за счет наличия в структуре ПАНа гидроксо-групп, он может участвовать в образовании сшивок между молекулами ПВС, что приводит к изменению спектров поглощения.

Нами была проверена водоустойчивость полученных полимеров (рис. 4).

Рисунок 3. Динамика изменения влагоустойчивости пленок ПАН/ПВС.

Построенная диаграмма наглядно показывает, что чем время воздействия УФ-излучения, тем выше влагостойкость полимерных пленок на основе гидрогеля поливинилового спирта.

Выводы. Проведенное исследование позволяет сделать следующие выводы:

• На современном этапе развития одним из перспективных направлений технологии является разработка полимерных материалов на основе гидрогелей, данные материалы могут быть модифицированы различными компонентами и поэтому имеют широкую область применения.
• Полимерные пленки типа ПАН/ПВС могут быть использованы в качестве основы для разработки тест-систем, по определению ионов тяжелых металлов в объектах окружающей.
• Для увеличения водостойкости полимерных пленок типа ПАН/ПВС можно использовать УФ-излучение, при этом происходит увеличение числа сшивок в структуре полимера, но при этом необходимо учитывать, что воздействие излучения приводит к изменению спектров поглощения.

Список литературы:

1. Дмитренко, С.Г. Сорбционно-фотометрические и тест-методы анализа с применением пенополиуретанов / С.Г. Дмитренко. - М: МГУ, 2003. – С. 30.
2. Меркушев, В.А. Возможности и перспективы применения тест-систем / В.А. Меркушев, Е.И. Моросанова // Партнеры и конкуренты. 2005. — № 9. - С. 23-29
3. Садова, А.Н. Технология получения полимерных пленок специального назначения и методы исследования их свойств: учебное пособие /А.Н. Садова; М-во образ. и науки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань: Изд-во КНИТУ, 2014. - 180 с.
4. Фарус, О.А. Разработка тест-систем для определения ионов цинка в обектах окружающей среды на основе наноструктурированного силиката / О.А. Фарус // Международный научно-исследовательский журнал. - 2016. №4-6(46). 156-160.
5. Фарус О.А. Исследование влияния типа катализатора на процессы гелеобразования золь-гель систем на основе тетраэтоксисилана // Интернет-журнал «Науковедение» Том 7, №4 (2015)-М.: Науковедение, 2015.