Поливинилпирролидон является виниловым полимером. В основном его получают методом радикальной виниловой полимеризации из мономера винилпирролидона.

Начало применения поливинилпирролиона

Поливинилпирролидон можно найти во многих таких местах, где вы вовсе не ожидали найти полимеры. Например, поливинилпирролидон был основной составляющей первых лаков для волос, получивших действительно большой коммерческий успех в начале 1950-х годов. Огромные прически, похожие на пчелиные ульи, которые потом появились в шестидесятых годах двадцатого века были обязаны своим происхождением поливинилпирролидону. Этот полимер работал в качестве лака для волос, поскольку он растворим в воде. Это означало, что его можно было смыть, когда вы моете голову. Но это был и его недостаток. Поливинилпирролидон адсорбировал воду из воздуха, придавая волосам клейкий вид. Это удалось исправить при помощи другого полимера, силикона, под названием полидиметилсилоксан. Для того, чтобы понять, почему этот силикон был более хорошим лаком для волос, надо во-первых понять, как вообще работает лак для волос. Когда вы распыляете поливинилпирролидон на волосы, он создает на них тонкую пленку. Эта пленка довольно жесткая и она не дает волосам двигаться и растрепываться. В большинстве случаев разные виды полимеров не смешиваются. Поэтому, если мы добавим немного силикона в лак для волос, то силикон и поливинилпирролидон разделятся по фазам, как только они окажутся на волосах. Силикон образует слой поверх слоя поливинилпирролидона, и этот слой отталкивает воду, что придает волосам более естественный вид.

Поливинилпирролидон спасает жизни

Но это далеко не все то, что может делать поливинилпирролидон. Он встречается в клее, которым склеена многослойная фанера. Но если вы хотите услышать что-нибудь более замечательное, я могу сказать вам, что этот полимер может на самом деле спасать жизнь. Кто-то когда-то в первой половине двадцатого века сообразил, что пациенту, который потерял много крови, можно делать переливание кровяной плазмы, и эта плазма продлит жизнь пациенту, пока не появится возможность перелить ему цельную кровь. Но иногда было трудно найти даже плазму крови, и пришлось придумать, как растянуть запас плазмы подольше. Одним из таких мест является поле боя. Водно-солевой раствор, содержащий 6 % низкомолекулярного поливинилпирролидона (относительная молекулярная масса 12 600+2700) и ионы натрия, калия, кальция, магния, хлора, или гемодез, используется в качестве заменителя плазмы крови. Поливинилпирролидон (ПВПД) хорошо растворим в воде. Гемодез - прозрачная жидкость желтого цвета; относительная вязкость 1, 5 - 2, 1; рН 5, 2 - 7, 0. Применяют для дезинтоксикации организма при токсических формах острых желудочно-кишечных заболеваний (дизентерия, диспепсия, сальмонелезы и др.), ожоговой болезни в фазе интоксикации, послеоперационной интоксикации, инфекционных заболеваниях, токсикозах беременных и других патологических процессах, сопровождающихся интоксикацией. Препараты, аналогичные гемодезу, выпускаются за рубежом под названиями: Neocompensan, Реristan Н и др. Механизм действия гемодеза обусловлен способностью низкомолекулярного поливинилпирролидона связывать токсины, циркулирующие в крови, и быстро выводить их из организма. Препарат быстро выводится почками (до 80 % за 4 ч) и частично через кишечник. Он усиливает почечный кровоток, повышает клубочковую фильтрацию и увеличивает диурез. При острых желудочно-кишечных заболеваниях и интоксикациях обычно достаточно 1 - 2 вливаний. При ожоговой болезни в фазе интоксикации (1 - 5-й день болезни) и в фазе интоксикации острой лучевой болезни производят 1 - 2 вливания, при гемолитической болезни и токсемии новорожденных - от 2 до 8 вливаний (ежедневно или 2 раза в день). Гемодез может дать хороший дезинтоксикационный эффект при сепсисе, но в связи с возможным понижением артериального давления, необходимо тщательное наблюдение за состоянием больного. При медленном введении гемодез обычно осложнений не вызывает. Введение с повышенной скоростью может вызвать понижение артериального давления, тахикардию, затруднение дыхания и потребовать введения сосудосуживающих и сердечных средств, кальция хлорида. Во время второй мировой войны и Корейской войны плазму крови разбавляли поливинилпирролидоном, чтобы большему количеству раненых можно было помочь, имея ограниченный запас кровяной плазмы.

Средство борьбы с алкогольными токсинами

Однако применение поливинилпирролидона не ограничивается вышеперечисленным. Его исследование ведется и сейчас, изыскиваются способы его применения в различных областях медицины: стоматологии, офтальмологии, токсикологии. Например, в Институте биохимии им.О.В.Палладина под руководством академика М.Ф.Гулого был создан многокомпонентный препарат Медихронал-Дарница-- современное патогенетическое средство для снятия алкогольной интоксикации, лечения алкогольной зависимости и ее последствий. Этот препарат обладает комплексом ценных свойств, и детоксикационное, гепатопротекторное и метаболическое действие этого препарата целесообразно использовать при лечении печеночной патологии на фоне злоупотребления алкоголем. Рекомендован к применению Межведомственным центром клинической и экспериментальной наркологии МЗ и НАНУкраины при Украинском НИИ социальной, судебной психиатрии и наркологии. В состав препарата входят формиат натрия, глюкоза, аминоуксусная кислота и низкомолекулярный поливинилпирролидон. Его роль в препарате - связывание токсинов и способствование их выведению из организма, кроме того, поливинилпирролидон предотвращает обратное всасывание алкоголя в просвете кишечника и нейтрализует самый токсичный метаболит этанола-- ацетальдегид.

Лечение слепоты

Поливинилпирролидон применяется и в офтальмологии.Одним из наиболее серьезных осложнений операций при катаракте у пациентов с критической исходной плотностью эндотелиальных клеток роговицы является отек стромы роговицы с переходом в тяжелых случаях в эпителиально-эндотелиальную дистрофию (ЭЭД). Для лечения этого осложнения используется комплекс препаратов, улучшающих трофику тканей, стимулирующих пролиферацию эндотелиальных клеток, а также средства с осмотическим действием. Учитывая роль свободнорадикального окисления в патогенезе заболевания, оправдано применение антиоксидантов. В комплексное лечение синдрома отечной роговицы был включен природный антиоксидант гистохром в виде подконъюнктивальных инъекций, а также как глазные капли, где за основу брался гемодез (1 мл гистохрома + 9 мл гемодеза). Гемодез был выбран как препарат, основным компонентом которого является поливинилпирролидон (ПВПД). ПВПД инертен к биологическим тканям, обладает высокой гидрофильностью, и его масса не позволяет проникать через поры биомембран.

Производство зубной пасты

Поливинилпирролидон используется также в производстве зубных паст. Он применяется как высокоэффективное поверхностно-активное средство, способствующее очистке зубов от зубного налета и предотвращающее его появление, в качестве пенообразующего вещества. Он входит в состав таких профилактических зубных паст, как «Детский жемчуг комплекс», «Новый жемчуг экстра» и другие. Каждая из этих паст одобрена Министерством здравоохранения разных стран.

ВЛИЯНИЕ АДСОРБЦИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НА МОЛЕКУЛЯРНУЮ ПОДВИЖНОСТЬ ПОЛИМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ В ГРАНИЧНЫХ СЛОЯХ

Адсорбционное взаимодействие полимерных молекул с поверхностью, которое имеет место в наполненных системах, можно рассматривать как процесс, приводящий к перераспределению межмолекулярных связей в системе и к образованию дополнительных узлов физической структурной сетки вследствие взаимодействия сегментов с поверхностью. Образование дополнительных узлов должно снижать молекулярную подвижность как результат структурирования системы. Можно ожидать, что в зависимости от условий получения наполненного полимера и типа взаимодействия цепей с поверхностью число дополнительных узлов будет различно, а, следовательно, и свойства поверхностного слоя полимера также будут отличаться. Первым актом образования поверхности и пленки (лакового, покрытия, клеевого соединения и т. п.) является адсорбция молекул полимера поверхностью. В зависимости от характера адсорбции и формы цепей в расплаве или растворе свойства поверхностных слоев будут различными.

Исследование релаксационных процессов в полимерах, находящихся на границе раздела с твердыми телами, представляет теоретический и практический интерес в связи с проблемой создания конструкционных наполненных полимерных материалов и нахождения оптимальных условий переработки и эксплуатации.

Установлено, что наличие границы раздела приводит к существенному изменению релаксационного поведения полимера в граничном слое, изменению температур стеклования и ширины интервала стеклования, изменению средних времен релаксации и пр. Это связано с изменениями плотности молекулярной упаковки, а также с уменьшением подвижности сегментов полимерных цепей и более крупных кинетических элементов вследствие их взаимодействия с твердой поверхностью.

Таким образом, можно заключить, что изменения молекулярной подвижности связаны с уменьшением гибкости цепи в граничном слое вследствие конформационных ограничений, накладываемых геометрией поверхности. При этом не имеет значения, вызвано ли изменение конформаций только наличием поверхности или некоторой степенью связывания молекул поверхностью Последний фактор, весьма существенный с точки зрения прочности адгезионной связи, не имеет существенного значения при уменьшении молекулярной подвижности, поскольку эти процессы не связаны с нарушением связей на границе раздела.

Исследования адсорбции паров полимерами позволяет рассчитать изменение термодинамических функций при сорбции. Сделанные учеными расчеты показывают, что это повышение не может быть обусловлено сорбцией паров на поверхности твердого тела, а вызвано только изменениями структуры. Если в качестве сорбента берется растворитель данного полимера, то можно рассчитать, пользуюсь обычными термодинамическими соотношениями, изменение парциальной свободной энергии при сорбции и при условии, что система является атермической, и изменение парциальной удельной энтропии полимера, находящегося в объеме и на поверхности.

Так, для сорбции паров этилбензола полистиролом, содержащим различное количество стекловолокна, найдено, что S повышается с увеличением содержания наполнителя в пленке полимера. В соответствии с классическими представления теории растворов, это означает, что молекулы полимера располагаются в наполненной системе большим числом способов, чем в объеме. Вместе с тем рост сорбции указывает на разрыхление молекулярной упаковки макромолекул в граничных слоях.

С точки зрения теории растворов важной характеристикой свойств полимеров является их набухание. В соответствии с теорией Флори, набухание определяется числом узлов в пространственной сетке полимера и может быть использовано для их определения.

При изучении зависимости степени набухания от содержания полистирола на поверхности стекловолокна установлено, что по мере увеличения толщины слоя полимера на волокне происходит закономерное снижение набухания, которое лишь при содержании полимера около 200% от веса волокна приближается к набуханию полимера в объеме. Эти данные не только подтверждают разрыхление упаковки молекул на поверхности, но и указывают на большое расстояние от поверхности, на котором еще сказывается ее влияние.

Рассматриваемый пример относился к отучаю отсутствия сильного взаимодействия полимера с поверхностью. Если таковое имеет место, картина может быть существенно иной. Как показали исследования зависимости эффективной плотности пространственной сетки полиуретанов трехмерной структуры, нанесенных на подложку, от толщины покрытия, возникают дополнительные связи с поверхностью, приводящие к увеличению плотности сетки. По мере увеличения толщины слоя, эффект падает и на расстоянии от поверхности 200 мкм становится неразличимым. Следовательно, влияние поверхности в случае полимера сказывается на большом от нее удалении.

Таким образом, термодинамические исследования указывают на значительные различия в структуре и свойствах поверхностных слоев.

МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩИЕ ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Металлсодержащие полимерные материалы являются предметом интенсивных исследований в связи с перспективами их использования в различных областях техники и технологии. Для синтеза металлполимерных композитов можно использовать разные методы: обработка полимерных пленок парами металлов, химические реакции солей металлов в полимерных растворах с последующим выделением соответствующего полимера, полимеризация различных металлсодержащих мономерных систем.

Криохимический синтез металлполимерных пленок

Особый интерес представляет твердофазный криохимический синтез металлполимерных пленок. Процедура синтеза включает совместное низкотемпературное осаждение паров металла и мономера на подложку с

последующей низкотемпературной твердофазной полимеризацией образующейся системы. Если для инициирования реакции использовать излучение, то твердофазную полимеризацию некоторых мономеров можно осуществить даже при температуре 15 К. Особенность низкотемпературного синтеза состоит в том, что тепловое движение молекул в полимеризующейся системе «заморожено». В таких условиях в полимерной матрице фиксируются специфические металлорганические структуры и малые кластеры атомов металла, возникающие в результате низкотемпературной конденсации реагентов. При нагревании эти первичные продукты превращаются в металлические нанокристаллы. Важное преимущество рассматриваемого способа синтеза металлполимерного нанокомпозита заключается также в том, что формирование наночастиц металла происходит без участия стабилизаторов, которые адсорбируются на поверхности наночастиц и экранируют их. В данном случае не требуется также образования координационных связей между частицами и полимерным окружением. Ограничение размера частиц и их иммобилизация обусловлены жесткой решеткой полимерной матрицы, внутри которой происходит их зарождение и рост. Криохимический твердофазный синтез позволяет получать композитные пленки с высокой (до 50 объемных процентов) концентрацией нанокристаллов в полимерных матрицах различного типа, включая гидрофобные и неполярные полимеры. В результате появляется возможность выявления и исследования важных кооперативных эффектов, обусловленных взаимодействием между иммобилизованными наночастицами. В зависимости от природы и содержания, металлических наночастиц проводимость пленок «откликается» на различные соединения. Такие пленки могут «работать» как селективные и чувствительные сенсоры на состояние окружающей среды. Нанокомпозиты ПКС-металл обладают чрезвычайно высокой активностью в реакциях. Рассмотрены структура, физико-химические, сенсорные и каталитические свойства пленочных металлполимерных материалов, полученных совместным низкотемпературным осаждением паров металла и мономера на подложку с последующей низкотемпературной твердофазной полимеризацией соконденсата. В зависимости от природы металла и структуры мономера такой процесс позволяет получать металлсодержащие полимеры различного типа: металлорганические полимеры с атомами или кластерами металла в полимерной цепи, комплексы металл-полимер или частицы металла различного размера, физически иммобилизованные в полимерной матрице. Обсуждается связь между свойствами пленок и их структурой.

Страницы: 1, 2, 3