WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Структурообразование водных растворов гумата с крахмалом, казеинатом и поливиниловым спиртом, свойства и применение поликомплексов на их о с нове

УДК 547.233:547.299:547.94 На правах рукописи





ВАЛИТОВ ДЕНИС АНАТОЛЬЕВИЧ


Структурообразование водных растворов гумата с крахмалом, казеинатом и

поливиниловым спиртом, свойства и применение поликомплексов на их основе

02.00.06 – Высокомолекулярные соединения







Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Республика Казахстан

Караганда, 2010

Работа выполнена в ТОО «Институт органического синтеза и углехимии

Республики Казахстан» и в Северо-Казахстанском государственном

университете имени М. Козыбаева

Научные руководители: доктор химических наук,

профессор Жолболсынова А.С.

доктор химических наук,

Аккулова З.Г.

Официальные оппоненты: доктор химических наук,

профессор Асаубеков М.А.


кандидат химических наук,

доцент Любченко Н.П.


Ведущая организация АО «Институт химических

наук им. А.Б. Бектурова»

Защита диссертации состоится 21 декабря 2010 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета ОД 14.07.01 при Карагандинском государственном университете имени Е.А. Букетова по адресу: 100028, г. Караганда, ул. Университетская, 28, химический факультет, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Карагандинского государственного университета имени Е.А. Букетова.

Автореферат разослан «___» ноября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ОД 14.07.01

доктор химических наук, профессор Салькеева Л.К.

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. В последнее время пристальное внимание исследователей различного профиля - химиков, физиков, биологов и других специалистов привлекают вопросы получения и изучения смесей полимеров. Этот интерес связан с явлением самоорганизации полимеров и образованием новых структур, обладающих повышенными ценными в сравнении с исходными полимерами характеристиками или даже совершенно новыми свойствами. Типы самоорганизованных структур связаны с эффективной конкуренцией разных типов взаимодействий, прежде всего, дальнодействующих кулоновских сил и гидрофобных взаимодействий.

В процессе структурообразования смеси полимеров в водных растворах могут образовывать водорастворимые и нерастворимые полиэлектролитные комплексы. Они обладают устойчивостью из-за кооперативного характера взаимодействия макромолекул, приводящих к образованию в системе макромолекулярной сетки. Физико-механические свойства таких гелей зависят не только от густоты сетки и температуры, но и от рН и ионной силы раствора, что дает дополнительные возможности регулирования свойств гидрогеля.

Известно широкое применение гидрогелей, студней из синтетических и природных полимеров в качестве самых разнообразных функциональных материалов, занимающих промежуточное положение между жидкостями и твердыми телами. Гидрогели обладают уникальными механическими, оптическими и электрическими свойствами, что определяет их различное применение в промышленности, быту, сельском хозяйстве. Многообразие трехмерных фрагментов и соответствующих каркасных структур пленок позволяет регулировать в почвозащитных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур процессы растворения, порообразования, газообмена диффузии, совместимости компонентов; поверхностно- активные свойства и влагоудержание почв. Кроме того, введение модифицирующих добавок в полимерные композиции приводит в процессе пленкообразования к формированию структуры различного типа и изменению свойств покрытий, влияющих на ростовые свойства семян и развитие корневой системы. При капсулировании семян композицией из модифицированных полимеров и пестицидов при набухании образовавшейся пленки происходит посте­пенное проникновение препарата внутрь семени, что способствует более длительной защите прорастающих семян от негативного воздействия патогенной микрофлоры и возбудителей болезней.

Изменение структурообразующей и сорбционной способности основных полимерных компонентов является одной из основных задач в ряде технологических процессов. В настоящее время широко изучаются закономерности и условий стабилизации и структурообразования в водных растворах и дисперсиях различных полимеров. Особенно активно в этой области ведутся исследования для смесей ионсодержащих синтетических и природных полимеров. К ионсодержащим полимерам относятся гуминовые кислоты, представляющие собой продукты окисления углей.

Гуминовые кислоты – уникальные природные полимеры переменного и неопределенного состава, которые содержат конденсированное ядро ароматических и гетероциклических соединений и боковые ответвления, насыщенные кислородсодержащими группами разной природы. Они проявляют свойства коллоидных веществ, обладают поверхностно-активными и электроповерхностными свойствами, относятся к самоорганизующимся анионным полифункциональным полиэлектролитам. Полифункциональность гуминовых кислот определяет способность их вступать в реакции ионного обмена, переноса электрона (окислительно-восста­новительные реакции) и комплексообразования. Кроме того, гуминовые кислоты (ГК) участвуют в донорно-акцепторных, гидрофобных и сорбционных взаимодействиях. Это означает, что ГК могут связывать практически все виды экотоксикантов, включая ионы переходных металлов, радионуклиды, нефтяные и хлорированные углеводороды, пестициды, нитроароматические соединения и т.д.



Представляет высокий научный и практический интерес исследования смесей водных растворов гумата с различными природными и синтетическими полимерами, переходящих в процессе структурообразования компонентов в смешанные гидрогелевые структуры. Уже известно, что гуматы в смеси с полимерами могут проявлять самый разнообразный синергетический эффект по различным видам активности. Так, известны различные смеси гуминовых кислот, которые применяются в медицине, животноводстве, птицеводстве и технических отраслях (цементной, керамической, нефтедобывающей промышленности и т.д). Известен ряд фармацевтических препаратов и кремов с добавкой гуматов, биологическая активность которых также связана, прежде всего, с проявлением ценных свойств гуматов. С действием гуминовых гелевых веществ обусловлены многие природные процессы.

В настоящее время в Республике Казахстан внедряются ресурсосберегающие, почвозащитные технологии возделывания сельскохозяйственных культур, поэтому перспективы по использованию в них гуминовых водорастворимых полиэлектролитных комплексов, обладающих повышенными структурообразующими, ростстимулирующими, удобряющими и другими свойствами, очень велики.

Для Республики Казахстан перспективность таких исследований определяется также большими ресурсами малоиспользуемых и окисленных углей, являющихся отходами угледобычи и дешевой доступной базой для получения гуминовых кислот – этого уникального по свойствам и широкому практическому применению природного полимера. Создание нового поколения доступной, нетоксичной и эффективной гуминовой продукции путем взаимодействия местных гуминовых кислот с другими, широко используемыми природными полимерами типа крахмала, казеина, желатина, имеет актуальное научное и практическое значение для региона и республики в целом. Одновременно решается проблема утилизации экологически опасных отходов угледобычи региона.

Степень разработанности проблемы. Процессы гелеобразования растворов природных и синтетических полимеров изучены в многочисленных работах П.А.Ребиндера, С.П. Папкова, А. Вейса, В.Н.Измайловой, П.И.Зубова, В.А.Каргина, Г. Харрингтона, В.Маейра, И. Доннели, С.М.Липатова, В.П.Кулезнева, Л.Р Трапезникова, Г.А.Слонимского и др. Казахстанские работы А.С. Жолболсыновой и Е.Б Бектурова посвящены изучению методов получения и закономерностям процессов гелеобразования различные белковых систем. Несмотря на достаточное количество работ по изучению свойств казеината натрия, крахмала, поливинилового спирта, а также наличию работ, посвященных гелеобразованию данных полимеров в присутствии различных веществ, исследования по модификации их гуматом натрия до настоящего времени не проводились. В работе впервые рассматриваются проблемы возникновения и развития пространственных структур для ряда природных полимеров в смеси с гуматом с целью получения нового поколения модифицированной гуматной продукции с улучшенными сорбционными свойствами.

Cвязь работы с планом государственных научных программ

Работа выполнена в рамках программ фундаментальных исследований Института органического синтеза и углехимии РК по теме «Создание научных основ получения новых перспективных материалов на базе химически модифицированных продуктов угольного сырья (комплексные удобрения, мелиоранты, детоксиканты и структурообразователи почв, сорбенты для очистки сточных вод, ингибиторы коррозии металлов, лекарственные средства, электронные материалы и высококачественное синтетическое жидкое топливо) (2006-2008 гг., гос.рег. № 0106 РК 01031); по теме «Разработка научных основ и технологий получения новых нанокомпозитных катализаторов гидрогенизации углей, самоорганизующихся гуминополимерных и оптоэлектронных материалов, биологически активных веществ и гуминовых препаратов полифункционального назначения на базе продуктов химической переработки углей и углеотходов» (2009-2011 гг., гос. рег. № 0109 РК 00432).

Цели и задачи исследования. Установление модифицирующего влияния гумата натрия на структурообразующее поведение водных растворов природных и синтетических полимеров (крахмала, казеината натрия и поливинилового спирта), изучение условий образования полимерных комплексов на их основе, исследование их реологических, гидродинамических, сорбционных свойств и проведение испытаний их в растениеводстве для предпосевной обработки семенного материала различных сельскохозяйственных культур.

Поставленная цель включала решение следующих основных задач:

- исследование закономерностей и особенностей процесса структурообразования водных растворов ряда полимеров в присутствии гумата натрия в зависимости от рН, концентрации и состава смеси, природы полимера;

- изучение реологических, гидродинамических, кислотных и сорбционных свойств полимерных комплексов гуматов с крахмалом разного состава;

- исследование реологических и гидродинамических свойств гуматов с казеинатом и поливиниловым спиртом;

- проведение вегетационных, мелкоделяночных и полупромышленных испытаний полученных полимерных комплексов гуматов с природными полимерами в растениеводстве на различных сельскохозяйственных культурах.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

- разработаны научные основы процесса структурообразования водных растворов углегуминовых кислот из отходов угледобычи с крахмалом, казеином и поливиниловым спиртом. Изучены оптимальные условия, кинетические закономерности и особенности процесса структурообразования гуматов натрия с выбранными полимерами;

- охарактеризованы реологические, гидродинамические и сорбционные свойства полимерных гелей гуматов с некоторыми природными и синтетическими полимерами;

- обнаружен значительный синергетический эффект повышения кислотных и сорбционных свойств для комплексов гумат-крахмал, более выраженный при малых концентрациях гумата в смеси. Предположен механизм специфического действия малых доз гуматов на свойства крахмально-гуматного комплекса;

- рассмотрена возможность применения в полупромышленных условиях некоторых полученных комплексов в качестве пленкообразователей для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных растений.

Практическая значимость работы. Результаты исследований являются теоретической и практической основой для разработки рациональных систем эффективного применения полученных полимерных гелей, модифицированных гуматом натрия, в качестве пленкообразователей для предпосевной обработки семенного материала сельскохозяйственных культур. Полученные полимерные комплексы с гуматом натрия нетоксичны и экологически безопасны. Эффективность применения полученных полимеров подтвер­ждена испытаниями и получены акты внедрения. Способ получения средства для дражирования семян, а также способ посева обработанных семян защищены патентами РК.

Личный вклад автора заключается в выборе направления и постановке исследований, теоретическом обосновании задач, непосредственном участии в проведении эксперимента, в том числе в опытно-производственных испытаниях, интерпретации и обобщении полученных результатов.

Основные положения, выносимые на защиту:

- установление закономерностей и особенностей процессов гелеобразования в водных растворах гумата с крахмалом, казеинатом натрия и поливиниловом спиртом в зависимости от состава исходной смеси, концентрации и природы полимеров и рН среды;

- результаты изучения кислотных и сорбционных свойств поликомплекса на основе крахмала и гумата;

- результаты изучения реологических и гидродинамических характеристик смешанных полимерных гелей с модифицирующей добавкой гумата,

- испытания полученных гидрогелей в качестве пленкообразователей и стимуляторов роста растений для предпосевной обработки семян.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Международных научных конференциях: «Алдамжаровские чтения -2009» (Костанай, 2009); «Валихановские чтения-14» (Кокшетау, 2009) «Индустриально-инновационное развитие на современном этапе: состояние и перспективы» (Павлодар, 2009), Х Сатпаевские чтения «Стратегический план 2020 Казахстанский путь к лидерству» (Павлодар, 2010), «Наука и её роль в современном мире» (Караганда, 2010), «Теоретическая и экспериментальная химия» (Караганда, 2010); на республиканских научно-практических конференциях: «Козыбаевские чтения - 2009» (Петропавловск, 2009); «Молодежь и наука в современном мире» (Талдыкорган, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, из них 6 статей в журналах, входящих в список рекомендованных ККСОН МОН РК и 7 работ в сборниках материалов международных и республиканских конференций. Получено 2 инновационных патента РК.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 130 страницах компьютерного текста и состоит из четырех глав, приложения, содержащих акты испытаний и внедрения. Список литературы включает 180 источника. Работа иллюстрирована 36 рисунками и содержит 30 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Во введении обоснована актуальность, научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы цель и задачи исследования.

1 Структурообразование, свойства и применение водных растворов и поликомплексов гелеобразующих полимеров

Приведен литературный обзор, где систематизированы сведения по структурообразованию водных растворов природных и синтетических полимеров, свойствам и применению полимерных гелей и комплексов. Основное внимание уделено вопросам структурирования гелеобразующих полимеров (желатина, казеина, крахмала, поливинилового спирта). Отдельный раздел посвящен обзору исследований по гуминовым кислотам, отмечено применение полимеров в растениеводстве.





2 Экспериментальная часть включает методы получения и физико-хими­ческого анализа исходных полимеров и полимерных комплексов на их основе, методики изучения процессов структурообразования, определения кислотных, гидродинамических, реологических и других характеристик гуминовых полимерных комплексов разного состава, методики проведения испытаний поликомплексов в растениеводстве.

  1. Особенности структурообразования, свойства и применение водных растворов и поликомплексов гумата натрия с крахмалом, казеинатом натрия и поливиниловым спиртом

В разделе рассмотрены вопросы структурообразования и изучены свойства водных растворов и полимерных комплексов гумата натрия с водорастворимыми полимерами с крахмалом, казеинатом натия и поливиниловым спиртом (ПВС). Выбор полимеров был обусловлен их высокими гелеобразующими свойствами, наличием в составе функциональных групп, способствующих образованию межмолекулярных связей с функциональными группами гуминовых кислот, а также их промышленной доступностью. Изучено модифицирующее влияние гумата на процесс структурообразования и на реологические и гидродинамические свойства образующихся полимерных поликомплексов. Наиболее подробно охарактеризованы поликомплексы гумата с крахмалом. Представлены результаты полупромышленных испытаний полученных смешанных полимерных гелей.

3.1 Получение и исследование полимерных комплексов гуматов с крахмалом

Гуминовые кислоты извлечены щелочной экстракцией из окисленных углей Шубаркольского месторождения – отходов угледобычи. Характеристики гумата натрия: сумма кислотных групп - 5,00 мг-экв/г, в том числе, карбоксильных групп- 3,74 мг-экв/г, влажность – 11 %, зольность - 7,0 %. Аминогуминовые кислоты для комплексов с крахмалом получены впервые в лаборатории путем аминирования окисленных углей различными аминами. Крахмал содержит в своем составе гидроксильные и эфирные связи, способствующие образованию межмолекулярных связей с функциональными группами гуминовых кислот (СООН, ОН, О). Характеристика крахмала: влажность – 13 %, зольность 0,3 %, рН – 7,5. Крахмал представляет собой смесь двух полисахаридов: линейного - амилозы и разветвленного — амилопектина (до 78%) общей формулы (C6H10O5)n. Амилоза имеет более упорядоченную линейную структуру ее молекул, благодаря чему возможна более компактная упаковка ее цепи, чем разветвленных цепочек амилопектина. Разветвленная структура амилопектина обеспечивает растворимость его в воде.

Поликомплексы получали смешиванием 0,5-5 % -ных водных растворов крахмала и гумата (аминогумата) разного состава при температуре 20 - 60оС и времени выдержки смеси от 0,5 до 1 суток. Во всех случаях образуются гомогенные устойчивые смеси, не расслаивающиеся и со временем структурирующиеся с образованием студней. Высокая устойчивость их к расслаиванию обусловлена действием межмолекулярных сил и образованием водородных связей между функциональными группами исходных макромолекул. Исследуемые смеси, содержащие достаточную концентрацию полярных неионизованных и ионизованных функциональных групп (карбоксильные, фенольные, метоксильные, гидроксильные, эфирные), способны к различным акцепторно-донорным и гидрофобным взаимодействиям, в результате которых могут возникнуть внутренние пространственные сетки. Введение гуматов в растворы крахмала приводит к образованию прозрачных, достаточно прочных, гидролитически стойких и нерастворимых пленок. Гумат прочно связан с крахмалом и не вымывается водой. Крахмал обеспечивает равномерное распределение гумата по всему объему. Предположено, что все это способствует сохранению или повышению активности реакционных центров и сорбционной способности гуматов.

Кислотно-основные свойства полученных комплексов исследованы методами кондуктометрии и потенциометрии. Титрование раствора гумата раствором крахмала сопровождается снижением удельной электропроводности и снижением значений рН, что свидетельствует о протекании реакции комплексообразования между компонентами. По перегибу на кривых титрования было предположено образование комплекса гумат – крахмал стехиометрического состава 1:1.

Рисунок 1 - Зависимость содержания кислотных групп крахмал-гуматного и крахмал-аминогуматного поликомплекса от содержания гумата в смеси.

Графические зависимости (рисунок 1) показывают, что кислотно-основной функциональный состав поликомплексов существенным образом отличается от исходного состава компонентов. На рисунке четко наблюдается синергетический эффект повышения кислотных свойств комплексов разного состава, особенно выраженный в области малых концентраций гумата (аминогумата) в смеси. Экспериментальные данные потенциометрии и кондуктометрии удовлетворительно совпадают. Повышение кислотных свойств гумато-крахмальных комплексов должно способствовать возрастанию их сорбционной активности.

Проведено изучение ионообменных свойств новых нерастворимых гуматных комплексов в виде пленок при извлечении ионов меди, никеля и свинца из их водных растворов различной концентрации в статических условиях. Содержание ионов металлов в равновесных растворах определено комплексонометрическим методом. Показано, что значения статической обменной емкости (СОЕ) колеблются в пределах 2,0 – 4,8 мг-экв/г в зависимости от состава исходной смеси, концентрации растворов солей металлов и природы ионов металлов, что выше значений сорбционных показателей исходных компонентов. Крахмал обладает невысокой сорбционной емкостью в пределах 0,03-0,07 мг-экв/г, гумат имеет СОЕ 1,5 -2,6 мг-экв/г по ионам металлов. С повышением концентрации растворов солей металлов и в ряду ионов металлов Ni (II) < Cu (II) < Pb (II) сорбционная емкость комплексов возрастает.

Рисунок 2 – Зависимость сорбционной емкости крахмал-гуматного комплекса по ионам Ni2+ (1), Cu2+ (2) или Pb2+ (3) от содержания гумата натрия в исходной смеси (Ссоли 0,025 моль/л)

Из рисунка 2 следует, что СОЕ возрастает по мере снижения концентрации гумата натрия в исходной смеси. Максимальная сорбция наблюдается для низких концентраций гумата (2 – 4 мол. %) в исходной смеси. Возрастание СОЕ происходит симбатно изменению кислотных свойств гуматно-крахмальных комплексов (рисунок 1).

Предположено, что иммобилизация гумата в ячейках крахмальной сетки и сорбция на гумате ионов меди происходит по следующей схеме. Гумат натрия оказывает гидролитическое влияние на крахмал, деструктируя сильно разветвленные структуры амилопектина до линейных амилозных цепей и, одновременно, разрушая имеющиеся водородные связи между гидроксильными группами крахмала. Это приводит к значительному снижению вязкости, что доказано эксперментально. Образующиеся линейные амилозные цепи, содержащие достаточное количество гидроксильных групп, способны к самоструктурированию посредством образования большего количества новых водородных связей, что ведет к возникновению новой более упорядоченной, регулярной и прочной структуры. Упрочнение и уплотнение структуры крахмала продолжается также за счет образования новых более прочных водородных связей между кислотными группами макромолекул гуминовых кислот и гидроксильными группами крахмала. В результате сшивок между цепями макромолекул крахмала образуются свободные пространства (ячейки), в которых макромолекулы гуматов равномерно распределяются (диспергируются). При этом повышается удельная поверхность гумата, становятся стерически доступными многие кислотные центры гумата. В результате создаются благоприятные условия для протекания различных химических процессов в микрообъеме с участием гумата. Под действием крахмала и воды кислотные группы макромолекул гуминовых соединений активизируются. Все эти процессы, в совокупности, приводят к синергетическому эффекту повышения кислотных и сорбционных свойств гумата в крахмале. Варьируя концентрацией гумата, можно целенаправленно изменять свойства гуматно-крахмальных композиций для расширения областей их применения.

Доказательством образования водородных связей между СООН, фенольными ОН-группами гуматов и ОН-группами крахмала служили ИК-спектры исходных соединений и полученных поликомплексов. Для ИК- спектров поликомплексов гумата с крахмалом характерно наличие широкой полосы в области 3500-3200 см-1, которая свидетельствует о наличии гидроксильных групп, связанных водородными связями. Области 1660-70 см-1 относятся к ионизованным карбоксилатным ионам. Колебания акцепторной группы С=О смещаются на 5-25 см-1 в сторону меньших волновых чисел, что также говорит в пользу участия ее в образовании водородной связи. В средней области ИК- спектра влияние водородных связей проявляется в смещении частоты валентного колебания ОН группы 1300-1000 см-1 в сторону меньших волновых чисел, в возрастании интегральной интенсивности полосы и ее уширение. Имеющиеся пики на широкой полосе в области 3500-3200 см-1 можно также отнести к различным типам водородных связей. Полученные данные доказывают, что исследуемые смеси, содержащие достаточную концентрацию полярных неионизованных и ионизованных функциональных групп (карбоксильные, карбоксилатные, фенольные, метоксильные, гидроксильные, эфирные), способны к различным акцепторно-донорным и гидрофобным взаимодействиям, в результате которых возникают внутренние пространственные сетки.

Методами потенциометрии и кондуктометрии по изменению содержания карбоксильных, фенольных и аминных групп в полимерных комплексах гуминовых соединений проведена сравнительная оценка влияния температуры и соотношения исходных компонентов, природы гуминовых соединений на процесс комплексообразования. Отмечено, что повышение в составе гуматной составляющей, температуры и времени процесса приводит к снижению содержания кислотных и аминных групп в составе всех изученных систем, что подтверждает образование полимерных комплексов гуминовых соединений с крахмалом посредством водородных связей между функциональными группами компонентов.

Для составов аминогумат- крахмал соблюдаются те же закономерности изменения кислотно-основных свойств, что и для крахмала с гуматом (рисунок 1). Атомы азота, в отличие от атомов кислорода, имеют более высокую поляризуемость и, следовательно, азотпроизводные гуминовых кислот более склонны к образованию комплексов, нежели гуминовые кислоты. Кроме того, полиамфолитная природа аминогуминовых кислот предполагает большее разнообразие комплексообразующих процессов в исследуемых системах. Системы аминогумат – крахмал в сравнении с исходными соединениями, имеют более высокое содержание функциональных групп, чем при применении гуматов. В таблице 1 показаны более высокие показатели сорбции поликомплексов гумата и аминогумата с крахмалом в сравнении с исходными соединениями.

Таблица 1 – Сорбционные свойства исходных гуматов и их поликомплексов

Гуминовый образец Сорбция, %
Cu (II) Ni (II) Pb (II)
Гумат натрия 55,0 48,0 78,2
Крахмал-гумат Na 93,8 51,0 99,2
Аминогуминовая к-та 77,1 56,0 96,2
Крахмал – АГК 93,8 56,0 99,2

Исследован процесс набухания крахмал-гуматных пленок во времени. Установлено, что степень набухания зависит от состава комплекса. Относительно быстрое водопоглощение связано с химическим сродством пленок к воде. Водопоглощение составляет от 2,3 до 4,3 г /г сорбента. Набухшие пленки поликомплексов крахмала с гуматом способны длительное время удерживать до 60 -70% связанную воду, что должно способствовать улучшению прочностных и эластичных свойств пленок. За счет удерживания воды полученные гуматные пленки приобретают пониженную горючесть. Такие гидрогели особенно полезны в сельском хозяйстве как ростстимулирующие и влагоудерживающие препараты для почв. Полученные комплексы не растворимы в воде, устойчивы к действию минеральных кислот и щелочей, проявляют более высокие сорбционные свойства. Повышенные кислотные свойства гумата и аминогумата в поликомплексах в сравнении с исходными компонентами, представляют значительный интерес для получения эффективных, доступных, экономных и водостойких сорбентов многофункционального назначения.

Исследована нефтеемкость некоторых полимерных комплексов по керосину. Определение велось гравиметрическим методом. Новые сорбенты обладают средней нефтеемкостью от 0,8 до 4,0 г керосина на 1 г сорбента. Наилучшие результаты показывает гумат натрия и аминогуминовая кислота. Комплексы гумата с природными полимерами показывают более низкие результаты.

3.2 Влияние гумата натрия и поливинилового спирта на гелеобразование крахмала

Изучено влияние гумата натрия на структурообразование крахмала и поливинилового спирта (ПВС). С этой целью получены смешанные растворы гумата и ПВС разного состава в 10% растворе крахмала. Содержание гумата и ПВС варьировали от 0 до 10% по отношению к крахмалу. Процесс структурообразования изучали по изменению реологических характеристик поликомплексов во времени. Получены данные по влиянию концентрации гумата на предельное напряжение сдвига, температуру плавления, время структурирования и относительную вязкость. Показано, что образование студней с практически измеримой прочностью происходит при концентрации смешиваемых растворов, равной 10% и при содержании гумата в смеси 10% от крахмала. При повышении концентрации гуматов в смеси время структурирования крахмала увеличивается. Это означает снижение вероятности упорядочения макромолекул гумата натрия относительно макромолекул крахмала. Однако, несмотря на это смесь остается однородной и длительное время не расслаивается. Результаты увеличения относительной вязкости 0,5%-ных растворов крахмала во времени подтверждают продолжающийся процесс структурирования в смешанных водных растворах гуматов с крахмалом и образование ассоциатов. С повышением концентрации гумата в смеси относительная вязкость снижается линейно, в среднем на 8-8,5 % для любого соотношения компонентов в смеси. Предположено, что наличие в составе гуминовых кислот значительного числа разнообразных функциональных групп способствует определенному упорядочению гуматов относительно крахмала и их межмакромолекулярному взаимодействию. Для системы крахмал – гумат установлено, что предел прочности и формирование пространственного каркаса достигается через 4 суток. В таблице 2 сведены реологические характеристики для всех изученных полимеров, модифицированных гуматом, в зависимости от концентрации гумата, что позволяет провести сравнительную оценку влияния гумата на каждую смешанную систему и полимерный комплекс. Так, из таблицы 2 следует, что увеличение содержания гумата в смеси с крахмалом от 2 до 10% приводит к снижению предельного напряжения сдвига крахмала на 6-26%, температуры плавления на 6-29%, то есть реологические характеристики крахмала в смеси с гуматом ухудшаются. Снижение характеристик связано с разрушением гуматом установившихся связей крахмала и вступлением полифункционального гумата в конкурентную борьбу за свои более прочные со временем межмолекулярные связи с крахмалом.

При изучении реологических характеристик смеси крахмал – ПВС найдена обратная картина. В присутствии поливинилового спирта время структурирования водных растворов крахмала уменьшается, что является результатом проявления сил межмолекулярного притяжения между сближающимися частицами крахмала и ПВС, содержащего значительное количество гидроксильных групп по цепи, ведущие к возникновению водородных связей между ними. С увеличением содержания ПВС в 10 % гелях крахмала происходит повышение прочностных характеристик. Поливиниловый спирт способствует структурированию крахмала, что сказывается на увеличении вязкости системы при добавлении ПВС. Таким образом, реокинетические исследования позволили сделать вывод, что введение в крахмал линейного гидрофильного полимера ПВС, содержащего значительное количество гидроксильных групп, позволяет уменьшить время гелеобразования крахмала, увеличить вязкость его растворов и получить более прочную трехмерную структуру. Сложная структура гумата натрия, в отличии от достаточно простой линейной структуры ПВС, не способствует гелеобразованию крахмала. Время структурирования увеличивается, а прочность структур и вязкость растворов в присутствии гумата натрия, напротив, уменьшаются (таблица 2).

Таблица 2 – Сравнительное влияние гумата натрия на реологические характеристики полимеров

Модифицирующее вещество Содержание гумата натрия в смеси, % от массы полимеров:
0 2 4 6 8 10
Предельное напряжение сдвига, Рm, кгм-2
Крахмал, 10% 50 47 45 42 40 37
ПВС, 18 % 230 235 239 246 260 265
Желатин, 7% 472 451 430 402 387 366
Казеинат Na, 20% 1400 1343 1287 1218 1179 1120
Время структурирования,, час
Крахмал, 10% 37 42 48 53 58 64
ПВС, 18 % 24 24 23 22 22 21
Желатин, 7% 30 33 36 39 42 44
Казеинат Na, 20% 49 54 59 65 70 75
Температура плавления, оС
Крахмал, 10% 55 52 49 46 43 39
ПВС, 18% 33 33 33 34 34 35
Относительная вязкость для 0,5% растворов полимеров
Крахмал 1,37 1,35 1,33 1,31 1,29 1,26
Казеинат Na 1,29 1,27 1,24 1,22 1,20 1,18
Желатин 1,53 1,50 1,48 1,45 1,43 1,40
ПВС 1,48 1,69 1,73 1,77 1,81 1,87

3.3 Структурирование и реологические свойства водных растворов

казеината натрия, модифицированных гуматом натрия

Проведено изучение влияния гумата натрия на структурообразование и реологические свойства казеината натрия – молочного белка, содержащего до 22% карбоксильных групп. Смешанная система казеината натрия с гуматом состоит из двух одинаково заряженных полимеров и при выбранных концентрациях однородны и не расслаивается. Как видно из таблицы 2, поликомплексы имеют самые высокие прочностные показатели (по предельному напряжению сдвига). Установлено, что введение гумата натрия в 20%-ные растворы казеината увеличивает на 9 – 53% время структурирования, снижают на 4-20% прочность и на 1,5-8,5% относительную вязкость казеината в зависимости от содержания гумата. То есть, закономерности влияния гумата на гелеобразующие свойства независимо от природы полимера (кроме ПВС) одинаковы. Имеющееся отличие системы казеинат –гумат от других заключается в том, что вязкость разбавленных водных растворов казеината натрия в присутствии гумата уменьшается со временем, что по-видимому, связано с одинаковой степенью заряженности полимеров. С увеличением содержания гумата в смеси снижается также соотношение полуосей, что обусловлено протекающим процессом комплексообразования натрий - казеината с гуматом натрия. Также уменьшение полуосей свидетельствует о том, что комплекс приобретает более симметричную форму по сравнению с макромолекулой казеината натрия. Таким образом, результаты исследования показывают о незначительных межмакромолекулярном взаимодействии макромолекул казеината с гуматом натрия.

В таблице 2 приведены данные для сравнения по гелеобразованию гумата с желатином. Найдено, что гумат натрия замедляет гелеобразование водных растворов желатины, повышает критическую его концентрацию и ослабляет структуру. Влияние гумата натрия усиливается с возрастанием его содержания в поликомплексе.

3.4 Влияние гумата натрия на гелеобразование поливинилового спирта

Проведено исследование влияния гумата натрия на структурообразование поливинилового спирта (ПВС) по изменению реологических характеристик поликомплексов с гуматом. Концентрация раствора ПВС составляла 18%, содержание гумата в растворе ПВС - от 2 до 10%. Показано изменение предельного напряжения сдвига, времени структурирования, относительной вязкости (0,5% -ных растворов) и температуры плавления от содержания гумата в поликомплексе. В данной системе, гумат, в отличие от других систем, улучшает все реологические характеристики ПВС. Увеличение содержания гумата натрия в смеси от 2 % до 10 % приводит к повышению предельного напряжения сдвига от 2,1 % до 13 %, повышению температуры плавления от 1,2 % до 6 %. Это свидетельствует о формировании прочных интерполимерных комплексов между макромолекулами ПВС и гуматом натрия за счет образования значительного количества водородных связей. Относительная вязкость водных растворов поливинилового спирта увеличивается при введении гумата натрия, линейно возрастая с его концентрацией, что обусловлено взаимодействием карбоксильных, карбонильных, спиртовых и фенольных групп гумата натрия с гидроксильными группами поливинилового спирта. Формирование пространственной структуры ПВС с гуматом завершается через 6 суток.

Таким образом, реокинетические исследования показали, что макромолекулы гидрофильного гумата натрия принимают активное участие в формировании сетчатой структуры в водных растворах поливинилового спирта. Можно предполагать, что образование межмолекулярных водородных связей приводит к формированию более сложных структур.

4 Применение полимергуматных гидрогелей в растениеводстве

Проведены исследования по применению поликомплексов на основе крахмала, казеината натрия и ПВС, модифицированных гуматом натрия, при посевной обработке различных сельскохозяйственных культур (пшеницы разных сортов, ячменя, гороха, гречихи, подсолнечника, картофеля). Применение полученных полимеров основано на способности их растворов при определенных условиях образовывать пленки, обладающие прочностью. На этот процесс большое влияние оказывает гумат натрия как модифицирующая добавка. Она способствует формированию структуры, изменению свойств покрытий по равновесной степени набухания, растворения, величине разрушающего напряжения, что оказывает положительное влияние на ростовые свойства семян и развитие корневой системы. Благодаря содержанию в составе поликомплекса гумата натрия проявляются ростостимулирующие свойства. Кроме того, при капсулировании семян композицией из модифицированных полимеров при набухании образовавшейся пленки происходит посте­пенное проникновение препарата внутрь семени, что будет способствовать более длительной защите прорастающих семян от негативного воздействия патогенной микрофлоры и возбудителей болезней. Предлагаемые пленкообразователи –стимуляторы роста растений можно рекомендовать для различных климатических зон Республики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  1. Впервые изучены закономерности и особенности процесса совмещения и структурообразования в смешанных водных растворах гумата натрия с крахмалом, казеинатом и поливиниловым спиртом и установлены условия образования новых поликомплексов. Кинетическое изучение проведено по изменению предельной прочности на сдвиг и относительной вязкости растворов во времени при различных концентрациях гумата и состава смеси.
  2. Методами потенциомерии, кондуктометрии и ИК-спектроскопии установлено, что стабилизация поликомплексов осуществляется совокупным действием водородных и гидрофобных взаимодействий между функциональными группами макромолекул полимеров и гумата.
  3. Изучены реологические и гидродинамические свойства новых поликомплексов гуматов с гелеообразующими полимерами в зависимости от концентрации гумата. Проведено сравнительное исследование влияния природы полимера и концентрации гумата на реологические характеристики поликомплексов. Показано снижение реологических характеристик поликомплексов с повышением концентрации гумата в поликомплексе.
  4. Получены и охарактеризованы кислотно-основные и сорбцинные свойства поликомплексов гумата и аминогумата с крахмалом разного состава. Показано образованию достаточно прочных гидролитически стойких и нерастворимых в воде пленок и композиций, обладающих по сравнению с исходными компонентами более высокой сорбционной активностью по отношению к ионам металлов. Впервые обнаружен значительный синергетический эффект повышения кислотных и сорбционных свойств для полученных комплексов, который более выражен при малых концентрациях гумата в смеси. Предположен механизм специфического действия малых доз гуматов на свойства крахмально-гуматного комплекса. Отмечена высокая способность поликомлексов к набуханию и удерживанию в массе до 15-30% воды, что повышает их огнестойкость, к сорбции нефтепродуктов.
  5. Проведены вегетационные и полупромышленные испытания некоторых гуминовых поликомплексов в растениеводстве в качестве пленкообразователей при предпосевной обработке семян различных сельскохозяйственных культур и стимуляторов роста растений, получены акты внедрения. Полученные успешные результаты позволяют рекомендовать поликомплексы к применению в сельском хозяйстве в качестве средств для дражирования семян различных сельскохозяйственных культур.

Оценка полноты решения поставленных задач. Полученные в диссертации результаты целиком отражают полноту решения поставленных задач научной проблемы и подтверждают целесообразность предложенной стратегии и тактических приемов, использованных для достижения намеченной цели, начиная от выбора полимерных композиций и заканчивая данными по их внедрению в производство. В результате проведенных исследований изучены реологические, гидродинамические, кислотные, сорбционные свойства, гуматов с крахмалом, казеинатом натрия и поливиниловым спиртом. Проведены вегетационные и полупромышленные испытания полученных полимерных комплексов в качестве дешевых и эффективных средств для дражирования семян различных сельскохозяйственных культур.

Рекомендации по конкретному использованию полученных результатов.

Полученные в работе научные результаты вносят определенный вклад в теорию и практику высокомолекулярных соединений. Полученные поликомплексы могут быть рекомендованы к углубленным испытаниям с целью применения их в качестве пленкообразователей, ростостимуляторов, структурообразователей почв, почвоулучшателей в сельском хозяйстве, что подтверждено актами испытаний.Кроме того они могут быть рекомендованы в качестве связующих и сорбентов в металлургической, угольной, нефтедобывающей и цементной промышленностях.

Оценка научного уровня выполненных исследований в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Исследованию гуматов, крахмала, казеината натрия и поливинилового спирта, как самостоятельных полимеров, посвящено достаточное количество работ. Однако смешанные системы на их основе с применением в качестве модифицирующего компонента гумата малоизучены. В работе впервые показано положительное влияние гумата на реологические, гидродинамические и сорбционные свойства поликомплексов. Впервые показана возможность получения простым методом смешения гуматов (отходов угледобычи) с промышленными полимерами новых эффективных сорбентов для очистки воды, пленкообразователей и стимуляторов роста растений для сельского хозяйства.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1 Амирханова А.К., Аккулова З.Г., Валитов Д.А. Крахмал-гуматные полимерные комплексы // Известия НТО "Кахак". - 2010. - №3 (28). - С.15-19.

2 Валитов Д.А., Саликова Н.С., Жолболсынова А.С., Аккулова З.Г., Амирханова А.К. Структурирование и реологические свойства водных растворов казеината натрия, модифицированного гуматом натрия // Изв. НАН РК, сер. хим. -2010. - № 4. - С. 6-9.

3 Валитов Д.А., Жолболсынова А.С., Саликова Н.С. Влияние гумата натрия на гелеобразование поливинилового спирта // Вестник КарГУ - 2010. - №2(58). - С. 71-74.

4 Валитов Д.А., Жолболсынова А.С., Шейко Т.А. Управление структурированием водных растворов поливинилового спирта с помощью поверхностно-активных веществ //Материалы междун. науч.-практ. конф. "Математическое и компьютерное моделирование экологических проблем и актуальные проблемы современного образования", посвященной 60-летию Б.Бакирбаева. – Тараз, 2010. - Т.1. – С.119-122.

5 Жолболсынова А.С., Аккулова З.Г., Валитов Д.А. Эффективность применения гумата натрия при возделывании гречихи сорта «Сумчанка» //Новости науки Казахстана. - 2009. - № 3. - С. 122-126.

6 Жолболсынова А.С., Аккулова З.Г., Баязитова К.Н., Валитов Д.А. Влияние гумата натрия на рост и развитие пшеницы //Новости науки Казахстана. - 2009. - № 1. - С.114-117.

7 Жолболсынова А.С., Валитов Д.А., Дощанов Д.Е. Влияние гумата натрия на рост и развитие гороха сорта «Неосыпающийся-1» // Вестник КарГУ. - 2009. - № 4(56). - С. 55-59.

8 Жолболсынова А.С., Валитов Д.А., Дощанов Д.Е. О предпосевной обработке семян подсолнечника композицией из поливинилового спирта и гумата натрия. // Материалы междун. науч.- практ. конф. «Индустриально-инновационное развитие на современном этапе: состояние и перспективы»- Павлодар, 2009.- Т. 1.- С. 197-201.

9 Жолболсынова А.С., Валитов Д.А., Саликова А.С., Бектемисова А.У., Шейко Т.А. Влияние гумата натрия на гелеобразование водных растворов желатины. // Материалы междун. науч.-практ. конф. «Алдамжаровские чтения -2009». - Костанай, 2009. - Т. 2. - С. 128-131.

10 Жолболсынова А.С., Валитов Д.А., Бектемисова А.У., Аккулова З.Г. Экологические аспекты применения полимеров при выращивании сельскохозяйственных культур // Материалы междун. науч.- практ. конф. «Наука и её роль в современном мире». – Караганда: Болашак-Баспа, 2010. - Т. 6. - С. 413-416.

11 Валитов Д.А., Жолболсынова А.С., Аккулова З.Г. О композиции поливиниловый спирт – гумат натрия для предпосевной обработки семян. // Материалы IV междун. науч.- практ. конф. «Теоретическая и экспериментальная химия», посвященной 80-летию профессора М.И. Бакеева. – Караганда, 2010. – С. 278-280.

12 Жолболсынова А.С., Валитов Д.А., Саликова Н.С., Бектемисова А.У., Шейко Т.А. Применение гумата натрия в сельском хозяйстве. // Материалы республ. науч.-практ. конф. «Козыбаевские чтения» - Петропавловск, IV, 2009. С.113-115.

13 Валитов Д.А., Жолболсынова А.С., Саликова Н.С., Дощанов Д.Е. Эффективность препаратов гумат натрия и «Байкал-ЭМ-1» для предпосевной обработки семян яровой твердой пшеницы // Матер. междун. науч. конф. «Х Сатпаевские чтения «Стратегический план 2020 Казахстанский путь к лидерству». - Павлодар, 2010. - С. 386-392

14 Жолболсынова А.С., Валитов Д.А., Саликова Н.С. Влияние гумата натрия на рост и развитие картофеля // Материалы междун. науч.- практ. конф. «Валихановские чтения-14». - Кокшетау, 2009. - С. 9-11.

15 Инновационный патент 22960 РК. Средство для дражирования семян сельскохозяйственных культур /Жолболсынова А.С., Валитов Д.А.; опубл. 15.10.2010, Бюл. №10.

16 Имеется положительное решение от 23.09.2010 12-3/3142 о выдаче инновационного патента «Сошник для подпочвенно-разбросного посева» / Валитов А.Г., Валитов Д.А., Жолболсынова А.С.

Валитов Денис Анатольевич

ГУМАТТАРДЫ СУЛЫ ЕРІТІНДІЛЕРІНІ КРАХМАЛМЕН, КАЗЕИНАТПЕН, ПОЛИВИНИЛ СПИРТІМЕН РЫЛЫМ ТЗУІ ЖНЕ ОЛАРДЫ НЕГІЗІНДЕГІ ПОЛИКОМПЛЕКСТЕРДІ АСИЕТТЕРІ МЕН ОЛДАНЫЛУЫ

«02.00.06 – жоары молекулалы осылыстар»

мамандыы бойынша химия ылымдарыны кандидаты ылыми дрежесін алу шін дайындалан диссертация авторефератына

ТЙІН

Зерттеу объектілері. Гумат жне натрийді аминогуматы, крахмал, натрийді казеинаты, поливинил спирті, рылым тзу рдістері, оларды негізіндегі поликомплекстерді асиеттері жне сімдік шаруашылыында олданылуы.

Жмысты масаты. Табии жне синтетикалы (крахмалды, натрий казеинатыны жне поливинилспиртіні) полимерлерді сулы ерітінділеріні рылым тзуіне натрий гуматыны модифирлеуші серін анытау, оларды негізіндегі полимерлі комплекстерді тзілу жадайларын анытау, реологиялы, гидродинамикалы жне сорбциялы асиеттерін зерттеу, сімдік шаруашылыында оларды ртрлі ауыл шаруашылы сінділерді тымды материалдарын егу алдындаы деуде олдану шін зерттеулерді жргізу.

Жмысты дістері. Крахмал-натрий гуматы сулы ерітініділеріні физика-химиялы асиеттерін зерттеу шін И-спектрлік, потенциометрлік, кондуктометрлік, комплексонометрлік, визкозиметрлік дістер, реологиялы сипаттамаларын (озалысты шекті кші, гельдерді балу температурасы) анытау шін ребиндер-Вейлер, Ребиндер-Измайлов дістері олданылды.

Жмысты нтижелері. Теориялы жне тжірибелік зерттеулерді орындауда алынан негізгі ылыми зерттеулер, тжірибелік орытындылар тмендегідей:

- алаш рет модифицирлеуші оспа натрий гуматыны кмегімен крахмалды, натрий казеинатыны, поливинилспиртіні жаа полимерлі комплекстері алынды жне зерттелді. Потенциометрлік, кондуктометрлік жне И-спектрлік дістермен поликомлекстерді тратандырылуы крахмал мен натрий гуматыны макромолекулаларыны функционалды топтарыны арасындаы гидрофобты рекеттесулерді, сутекті жне электростатикалы байланыстарды жиынты серінен жзеге асады.

- крахмалды, натрий казеинатыны жне поливинилспиртіні натрий гуматымен рылым тзу задылытары аныталды жне рдісті кинетикасы зерттелді, поликомплекс тзілу жадайлары аныталды. Кинетикалы зерттеу озалыса атысты шекті беріктікті згерісі жне ртрлі рН, концентрация жне оспа рамында ерітінділерді салыстырмалы ттырлыы бойынша жргізілді. Аралас жйелерді рылымдалуы – натрий гуматыны атысында баяулайтын кинетикалы рдіс екені крсетілді.

- тзілген поликомплекстерді реологиялы асиеттері зерттелді. Зерттелген рН барлы мнінде оспадаы натрий гуматыны млшерін арттыранда озалысты шекті жктемесіні тмендейтіні крсетілді. Гельдерді баыланан наты балу температурасы гельді торлы рылымын тратандыратын екіншілік кштерді болуын длелдейді. рылымдану уаыты іркелдек беріктік жне реттілік дрежесін анытайды.

- крахмал ерітіндісіне гуматтарды енгізу бастапы компоненттермен салыстыранда металл иондарына атысты сорбциялы белсенділігі жоары, берік гидролитті траты жне суда ерімейтін жанбайтын, жабындарды тзілуіне келеді.

- жргізілген сынатар алынан комплекстерді сімдік сіру шаруашылыында тымдарды тйіршіктеу заттары ретінде олдануа сынуа ммкіндік береді жне аынды суларды ауыр металлдар иондарынан тазарту шін суа жне ота траты, тиімді, ол жеткізерлік, немді, сорбенттерді алуда тжірибе жзінде ызыушылы тудырады.

олданыса егізу дрежесі. Алынан поликомплекстерді ауыл шаруашылы сінділерді тымды материалдарын егу алдындаы деуде олданылатын жабын тзушілер ретінде сынатан ткізу оларды олдану стимульдеуші эффект крсететіні аныталды, ауылшаруашылы сінділерді німділігін, саталуын, тіршілік етуін жне сапасын арттыруа ммкіндік береді. Бл сынатар ндіріске егізу актілерімен длелденген. Ауылшаруашылы сінділерін тйіршіктеу шін арналан заттарды алу дісі Р патентімен оралан. Тйіршіктелген тымдарды топыраасты-шашырату жолымен егу дісі Р патентімен оралан. Гумат пен оны туындыларыны крахмалмен полимерлі комплекстері аынды суларды ауыр металл иондарынан жне мнай німдерінен тазалауда олданылатын тиімді, ол жеткізерлік, немді, суда жне ота траты сорбенттерді алу шін тжірибелік ызыушылы тудырады.

олданылу аймаы. Диссертациялы жмысты алынан нтижелері оларды ауыл шаруашылыында, атап айтса сімдік шаруашылыында ауылшаруашылы сінділеріні тымды материалдарын егу алдындаы деуде олданылатын жабын тзушілер ретінде, жер шаруашылыында су жне жел эрозиясына шыраан топыраты рылым тзушісі ретінде пайдалануа ммкіндік береді. Поликомплекстерді ісінуге жне массасында суды стап алуа жоары абілеттіліктері оларды ылалды стап алушы компоненттер ретінде олдануа ммкіндік береді. Алынан крахмал рамды полимерлі комплекстер аынды суларды ауыр металл иондарынан жне мнай німдерінен тазалайтын сорбциялы материалдар ретінде пайдаланылуы ммкін.


Valitov Denis Anatolevich

STRUCTURAL FORMATION OF WATER SOLUTIONS OF HUMATES WITH STARCH, CASEINATES AND POLYVINYL ALCOHOL; THE USE OF POLYCOMPLEXES ON THEIR BASIS

Abstract of the dissertation on award of Candidate Degree in Chemistry Sciences on a specialty "02.00.06 - high-molecular compounds"

SUMMARY


Objects of research. Sodium humate and sodium aminohumate, starch, sodium caseinate, polyvinyl alcohol, structure formation processes, properties and the use of polycomplexes on their basis in plant cultivation.

The goal of research. The establishment of modifying influence of sodium humate on structural behavior of water solutions of natural and synthetic polymers (starch, sodium caseinate, gelatin and polyvinyl alcohol), the study of conditions of formation of polymeric complexes on their basis, investigation of their reological, hydrodynamic and sorption properties and testing them in plant cultivation for preseed processing of seed materials of various agricultural crops.

Methods of researches. Following methods have been used for investigation of physicochemical properties of water solutions of sodium starch-humate: IR - spectroscopy, potentiometry, conductometry, complexonometry, viscosimetry, and for determination of reological characteristics such methods as limited shift tension, temperature of fusion of gels (Rebinder-Veiler’s and Rebinder-Izmajlova’s methods).

Main results of research. The main scientific results, practical conclusions obtained while carrying out theoretical and experimental investigations, consist in following:
- for the first time novel polymer complexes of starch, sodium caseinate and polyvinyl alcohol were obtained with the help of the method of modifying additives. It is established that stabilization of complexes takes place by joint effect of hydrophobic interaction, hydrogen and electrostatic bonds between functional groups of macromolecules of starch and sodium humate by methods of potentiometry, conductometry.

- Kinetics and regularities of structure formation of water solutions of starch, sodium caseinate and polyvinyl alcohol with sodium humate. The conditions of formation of polycomplexes have been established. Kinetic study was carried out depending on structure of an initial mix, concentration and the nature of polymers, рН and concentration of a mix are established environments;
- The mechanism of gelling are established and the nature of the communications stabilizing received polycomplexes of starch with humate, IR-spectroscopy methods, with using of potenciometria, conductometria;
- Results of studying acid and sorption properties of polycomplex on the basis of starch and humate sodium, starch and aminohumid acids are generalised;
- Results of reologists and hydrodynamic characteristics of polymeric gels of starch, caseinate of sodium and polyvinyl spirit with the modifying additive humate of sodium are studied;

- Results of test of the received hydrogels in quality, filmmakers for preseeding seeds of agricultural crops rendering stimulating effect on growth and development of plants are resulted.

The practical importance of research work. Carrying out integrated tests of obtained polycomplexes as film-forming materials for preseed processing of a seed material of agricultural crops have shown that their application renders stimulating effect which allows to raise the efficiency, preservation and survival rate of agricultural crops and finally to increase productivity and quality of plant cultivating production. Testing data were proved by testing acts. Efficiency of application of the obtained polymers in plant growing is confirmed by certificates of tests. The obtaining method of for preseeding seeds of agricultural crops is protected by patent of RK. Polymeric complexes of humate and its derivatives with starch represent practical interest for obtaining of effective, accessible, economic, water-and fire-resistant sorbents for sewage water treatment from ions of heavy metals and oil products.

Fields of application. The obtained results of work allowed to make it possible to use the objects of research in agriculture in particular in plant cultivation as filmmakers used for preseeding processing of a seed material of agricultural crops. It is established that application of film-forming compositions of polymers modified by sodium humate provides reception of stable productivity of high quality with the maximum indicators of economic efficiency. Received starching polymeric complexes also can be used in quality sorption materials for sewage treatment from ions of heavy metals and mineral oil. High ability of polycomplexes to swell and keep water in their mass gives opportunity to use them as water-keeping components. Obtained starch-containing polymeric complexes can be used as sorption materials for sewage water treatment from ions of heavy metals and oil products.


Подписано в печать 18.11.2010. Формат 60х84

Бумага офсетная. Тираж 100 экз. Заказ № 063

ИП Устинов ПОЛИГРАФИСТ

г. Караганда, ул. Язева 2




 





<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.