|
[ На предыдущий раздел]
1. Свойства полиэлектролитных комплексов
Активизация промышленного использования ПЭК требует более детальных данных об их физических и химических свойствах.
Проведенные исследования показывают, что свойства ПЭК определяются, с одной стороны, свойствами составляющих их полиэлектролитных компонентов, а с другой - являются следствием смешения и взаимодействия на молекулярном уровне цепей полимеров. В общем случае обычно подчеркивается, что ПЭК обладают уникальными свойствами в силу наличия определенного гидрофильно-гидрофобного баланса, который может быть легко изменен путем варьирования состава ПЭК и условий их образования [9, 10].
К наиболее интересным свойствам ПЭК относятся следующие:
- нерастворимость стехиометричных ПЭК в обычных органических и неорганических растворителях, пластифицируемость их водой и электролитами, высокое, но ограниченное водопоглощение;
- хорошая прозрачность материалов;
- селективная сорбция ионов и ионообменные свойства;
- специфические электрические свойства: высокая диэлектрическая константа и фактор диэлектрических потерь, зависящие от влажности материала и содержания в нем ионов;
- уникальные транспортные свойства: высокая водопроницаемость, проницаемость для электролитов и водорастворимых микропримесей, непроницаемость для макрокомпонентов растворов;
- хорошие антикоагуляционные свойства.
Однако, материалы на основе ПЭК характеризуются низкими прочностными характеристиками и размерной нестабильностью.
В табл. 1 приведены данные по механическим свойствам различных ПЭК в сравнении с целлофаном. ПЭК 1-3 образованы парой сильных ПЭ, а ПЭК 4-5 - парой, в которой один из ПЭ является слабым.
Как видно из таблицы, основным фактором, влияющим на механические свойства ПЭК, является содержание воды в материале. При этом прочность на разрыв снижается, в то время как удлинение возрастает прямо пропорционально увеличению влагосодержания, что указывает на пластифицирующую роль воды для ПЭК.
В работе [45] приведены данные, показывающие степень воздействия на прочностные характеристики ПЭК не только влагосодержания, но и природы и структуры образующих ПЭК полиэлектролитов, их молекулярных характеристик, а также состава образующихся комплексов и наличия в них водородных связей наряду с электростатическими взаимодействиями. В качестве объектов исследования в этой работе были использованы пленочные материалы на основе ароматических полиамидов с сульфонатными группами и алифатических полиаминов.
Значительная зависимость механических свойств материалов на основе ПЭК от содержания в них воды имеет достоинства и недостатки: достоинством является возможность их применения, в частности, в качестве датчиков влажности, а недостатком - размерная нестабильность и трудность в воспроизведении механических свойств.
Наиболее распространенным путем преодоления этих проблем является образование в системе ковалентных сшивок [46].
Свойства ПЭК определили сферы их применения: флокулянты, химические детекторы, компоненты лекарственных препаратов, материалы для изготовления биопротезов, микрокапсулы и, наконец, разделительные мембраны. Последняя область применения комплексов является весьма перспективной и во многом именно интерес к мембранным методам разделения и возможность использования ПЭК в качестве материалов для изготовления высокоэффективных мембран стимулировали исследования в области полимер-полимерных комплексов и процессов комплексообразования.
Специфика свойств мембран на основе ПЭК обусловлена, прежде всего, свойствами самих ПЭК как особого класса соединений. Проведенные исследования показали, что ПЭК-мембраны проницаемы для биологических микросолей аналогично биомембранам [47]. Полученные позднее экспериментальные данные позволили утверждать, что они ведут себя как материалы, 'связывающие воду', определяя специфичность ее структуры, аналогично липидным биомембранам, чему, вероятно, служит присутствие многочисленных анионных и катионных участков в ПЭК-мембране. Именно поэтому селективная проницаемость этого типа мембран в отношении растворенных веществ регулируема водой и содержанием микроэлектролитов.
На рис. 1 приведена зависимость между содержанием воды в комплексе полистиролсульфонат натрия - поли-4-винилбензилтриметиламмоний хлорид стехиометричного состава и водопроницаемостью, кислородопроницаемостью, диализной проницаемостью для полисахаридов с молекулярной массой 1000, ионной проводимостью [48].
Значение всех вышеприведенных показателей увеличивается с ростом содержания воды, причем при одинаковом содержании воды водопроницаемость ПЭК практически на порядок превышает аналогичные значения для целлофановых материалов ( рис. 2 [9]).
Существует еще одна особенность ПЭК, делающая их весьма интересными и перспективными для использования в качестве разделительных мембран - это возможность регулирования в широких пределах свойств получаемых материалов только за счет изменения соотношения ПЭ и варьирования условий получения ПЭК.
Имеющиеся литературные данные показывают, что материалы на основе ПЭК нашли свое применение практически во всех областях мембранного разделения :
- диализ и электродиализ,
- обратный осмос, нано- и ультрафильтрация,
- первапорация.
Однако одни из первых патентов, датируемых началом 70-х годов ХХ в., относятся к комплексным мембранам, работающим в качестве диализных материалов.
[ На следующий раздел] [На Содержание]
Copyright ї
|
