Скорохода Володимир Йосипович. Теоретичні основи технологій одержання функціонально активних кополімерів полівінілпіролідону

brief description

Скорохода Володимир Йосипович. Теоретичні основи технологій одержання функціонально активних кополімерів полівінілпіролідону : Дис... д-ра наук: 05.17.06 2007

Скорохода В.Й.Теоретичні основи технологій одержання функціонально активних кополімерів полівінілпіролідону. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.17.06 технологія полімерних і композиційних матеріалів. - Національний університет Львівська політехніка”, Львів, 2007.
Дисертація присвячена розробленню теоретичних основ технологій одержання функціонально активних гідрофільних кополімерів полівінілпіролідону з (мет)акриловими естерами у вигляді плівок, формових виробів та дрібнодисперсних частинок правильної форми.
Приводяться результати досліджень закономірностей синтезу кополімерів полівінілпіролідону з (мет)акриловими естерами в умовах дії постійного магнітного поля, ультразвуку чи йонів металів змінного ступеня окиснення методами суспензійної, блочної та полімеризації в розчині і виявлено вищу реакційну здатність полівінілпіролідонвмісних композицій порівняно з гомополімеризацією метакрилатів незалежно від способу полімеризації. Встановлено взаємозв'язок способів та режимів синтезу, структури та властивостей (ко)полімерів і на цій основі розроблено ефективні напрямки керованих виробництв.
Розроблено технології одержання (ко)полімерів ПВП та виробів на їхній основі, зокрема матеріалів для ультратонких коригувальних контактних лінз, гідрогелевих мембран для капсулювання ліків та дрібнодисперсних полімерних частинок для створення систем направленого і контрольованого вивільнення ліків, носіїв різного типу хроматографічних процесів, полімерних емульсій для капсулювання насіння, високоефективних дублювальних еластогелевих композитів для протезування у стоматології.

1. Вирішена науково-технічна проблема, яка має важливе народно-господарське значення - розроблено теоретичні основи технологій одержання малотоннажних рідко структурованих кополімерів полівінілпіролідону з (мет)акриловими естерами в умовах дії постійного магнітного поля, ультразвуку чи йонів металів змінного ступеня окиснення методами суспензійної, блочної та полімеризації в розчині з можливістю направленого регулювання складу, структури та властивостей кополімерів.
2. Кінетичними дослідженнями полімеризації ПВП-(мет)акрилатних композицій виявлено їхню вищу реакційну здатність порівняно з гомополімеризацією (мет)акрилатів незалежно від способу полімеризації; підтверджено перебіг прищепленої полімеризації до ПВП, встановлено вплив умов синтезу на структуру і склад кополімерів і виявлено способи їхнього направленого регулювання.
3.З’ясовано, що магнітне поле з напруженістю понад 28 кА/м проявляє активувальний вплив на полімеризацію та сприяє формуванню кополімерів з вищим ступенем упорядкованості у надмолекулярній структурі і меншою густотою сітки, кращими теплофізичними та механічними властивостями, гідрофільністю і проникністю. Отримані результати дали змогу обґрунтувати технологію одержання блочних кополімерів ПВП без внутрішніх напружень, придатних для виготовлення акомодаційних кришталиків та ультратонких контактних лінз „Гліпокс” з мінімальною товщиною в центрі 0,04 мм.
4. Встановлено, що ультразвук пришвидшує полімеризацію вінільних мономерів, які утворюють з водним розчином ПВП межу фаз, внаслідок вивільнення енергії кавітації та активування реакційної суміші. Порогова інтенсивність ультразвукової полімеризації стиролу становить 1104Вт/м2. Виявлений ефект дав змогу вперше одержати прищеплені та блок-кополімери ПВП з вінільними мономерами за кімнатної температури без використання традиційних ініціаторів радикальної полімеризації. Одержані полімерні емульсії відзначаються доброю плівкоутворювальною здатністю і є ефективними для капсулювання насіння сільськогосподарських рослин.
5. Вперше виявлений ініціювальний ефект комплексу йон металу змінного ступеня окиснення - ПВП у полімеризації (мет)акрилових мономерів і показано, що, залежно від умов, реакція може проходити за йонним або радикальним механізмом. Досліджувані композиції відзначаються підвищеною реакційною здатністю (тривалість тверднення за кімнатної температури 230 хв), низькими активаційними параметрами (ефективна енергія активації композицій ГЕМА-ПВП 37±2 кДж/моль), що обґрунтувало можливість поєднання синтезу (ко)полімерів та формування виробів в одному процесі без складного апаратурного оформлення.
6. З використанням симплекс-ґраткової моделі Шеффе виконано оптимізацію вихідних композиційних складів, що містять солі металів змінного ступеня окиснення, за найважливішими експлуатаційними властивостями гідрогелів та обґрунтовано вибір швидкотвердної композиції Еластогель” на основі ПВП і суміші (мет)акрилових естерів. Розроблена нова спрощена технологія виготовлення високоточних контрформ для протезування у стоматології в амбулаторних умовах, яка дає змогу зменшити тривалість процесу з 10 годин до 0,5...1 години.
7. Встановлено кінетичні та технологічні особливості суспензійної полімеризації композицій на основі ГЕМА-ПВП. На підставі досліджень міжфазового натягу, параметрів розчинності і коефіцієнтів розподілення компонентів у водній і органічній фазах обґрунтовано вибір ефективного дисперсного середовища - суміш деканолу з циклогексанолом у співвідношенні 1:1 мас.ч. Виявлено, що середній діаметр частинок та їхня полідисперсність найбільшою мірою залежать від параметра розчинності реакційної суміші, природи та концентрації стабілізатора та ініціатора. Обґрунтовано оптимальні технологічні умови одержання якісних сферичних частинок з показником полідисперсності 1,121,17: співвідношення ГЕМА:ПВП - 8:2 мас.ч., мономерної і водної фаз 1:5 мас.ч., [ПБ]=1 мас.%, стабілізатор магнію гідроксид(1 мас.%), температура 348 К, швидкість перемішування 150...240 об/хв.
8. Встановлені закономірності сорбції і десорбції модельних речовин і ліків гранульними (ко)полімерами метакрилових естерів з ПВП і показано взаємозв’язок природи функціональних груп кополімерів, їхніх дисперсних характеристик із сорбційною здатністю. Виявлено, що кополімери ПВП проявляють підвищену іммобілізаційну здатність до аніоноактивних речовин і їх подальше пролонговане вивільнення у лужному середовищі, що було використано у технології виготовлення гранульних лікарських форм пролонгованої дії для прогнозованого вибору складу (ко)полімерів для іммобілізації конкретного препарату.
9. Розроблено наукові основи формування мембранних покрить для твердих лікарських форм на основі гідрогелів ПВП та метакрилових естерів і визначено напрями регулювання їхніх властивостей шляхом направленої зміни складу та структурних параметрів сітки кополімерів під час їхнього синтезу. Дослідженнями масоперенесення з твердої фази модельних речовин і ліків через гідрогелеву оболонку встановлено, що проникність для води і низькомолекулярних розчинених речовин зростає із збільшенням вмісту ланок ПВП у кополімері та зменшенням густоти просторової сітки.
10. Розроблено модель масоперенесення з твердої частинки, покритої гідрогелевою оболонкою, яка містить стадії набрякання полімерної оболонки, розчинення твердого компонента, дифузію його до поверхні мембрани і через мембрану, масопередавання розчиненого компонента у навколишнє середовище. Вона дає змогу прогнозувати тривалість вивільнення цільового компонента під час створення на основі розроблених (ко)полімерів капсульних систем пролонгованого і контрольованого вивільнення ліків.
11. Розроблені малотоннажні технології одержання (ко)полімерів ПВП та виробів на їхній основі, які пройшли успішне випробування і рекомендовані для використання:
матеріалів для ультратонких коригувальних контактних лінз Гліпокс” та інтраокулярних Інтрапласт”, які відзначаються підвищеними пружно-деформаційними властивостями та проникністю, завдяки чому комфортніше і довше переносяться оком;
гідрогелевих мембран для капсулювання ліків та дрібнодисперсних полімерних частинок для створення систем направленого і контрольованого вивільнення ліків для медицини та ветеринарії;
носіїв різного типу хроматографічних процесів, зокрема при виділенні білкових факторів з плазми крові, а також носіїв для імунологічних досліджень;
полімерних емульсій для капсулювання насіння;
високоефективних дублювальних еластогелевих композитів для протезування у стоматології з високою точністю відтворення форми та розмірів дубльованих об'єктів.