Aniontová polymerace e -kaprolaktamu
J. Roda, J.BroŽEK
Ústav polymerů, Vysoká škola
chemicko-technologická v Praze, Technická 5,
166 28 Praha 6, Česká republika, e-mail: Jan.Roda@vscht.cz
e -Kaprolaktam (CL) lze převést v polymer iontovým a hydrolytickým mecha-nismem. Již v roce 1939 se hydrolytická polymerace stala průmyslovou technologií pro výrobu poly(e -kaprolaktamu) – PCL - polyamidu 6. Po 2. světové válce, byť ve výrazně menším měřítku, se začala využívat i aniontová polymerace CL.
Mechanismus aniontové polymerace CL se liší výrazně od klasické aniontové polymerace a proto kopolymeraci CL lze provádět pouze s dalšími laktamy a nečekaně i s laktony.
Kopolymerace CL s průmyslově dostupným e -kaprolaktonem (CLO) je relativně jednoduchou cestou pro přípravu poly(ester-amidů). Obsahem zabudovaných esterových CLO jednotek je možné ovlivňovat nejen mechanické vlastnosti materiálu, ale též jeho citlivost k biodegradaci.
Rozdílné optimální polymerační teploty (PCLO lze snadno syntetizovat při 20°C, polymerace CL probíhá rozumnou rychlostí nejméně o 100°C výše) a rozdílný mechanismus tvorby polyamidových a polyesterových řetězců způsobují, že na začátku kopolymerace CL s CLO převažuje tvorba PCLO řetězců. Na druhé straně rychlé ester-amidové výměnné reakce (transacylace) preferují statistickou strukturu vznikajícího polymeru.
Polymerační odlévání směsi
CL a CLO bylo iniciováno
e
-kaprolaktammagnesium bromidem, aniontovým iniciátorem
s relativně nízkou bazicitou. Polymerační teplota zřetelně
ovlivňuje mechanické vlastnosti i Tg kopolymeru. Přesto kopolymery CL/CLO
vykazují jednu teplotu tání, což podporuje představu o
statistickém charakteru kopolymeru.
Výše uvedené předpoklady o mechanismu tvorby CL/CLO kopolymeru vyvolaly studium řady dílčích problémů, viz. též následující příspěvek.
Urychlení tvorby PCL vedle prokázané rychlé tvorby PCLO lze zajistit přídavkem rychlých aktivátorů. Polymerace směsi CL/CLO (PCLO) v přítomnosti N-acetyl-ε-kaprolaktamu umožňuje přípravu kvalitních kopolymerů při nezvykle nízkých teplotách, přesto participace transacylací vedoucí ke statistickému kopolymeru je značná.
Omezení transacylačních reakcí je možné fázovou separací PCL a PCLO. Roztoková srážecí polymerace CL/CLO v toluenu, ve kterém je rozpustný pouze PCLO, by mohla vést až ke tvorbě blokového kopolymeru. Experimenty prozatím naznačily, že kopolymerací se tvoří směs homopolymerů.
Tato práce je součástí řešení výzkumného záměru MSM 223100002
Poly(ester-amidy) – příprava a vlastnosti
J. Brožek, A. Bernášková, D. Chromcová, J. Roda
Ústav polymerů, Vysoká škola
chemicko-technologická v Praze, Technická 5,
166 28 Praha 6, Česká republika, e-mail: Jiri.Brozek@vscht.cz
Poly(ester-amidy) představují skupinu polymerních materiálů se širokým spektrem fyzikálně-chemických vlastností díky variacím typu a zastoupení esterové a amidové složky v polymerních řetězcích. Aniontovou (ko)polymerizací laktamů v přítomnosti vhodných esterů/polyesterů lze též dospět k poly(ester-amidům).
Estery a polyestery mají aktivační účinky na aniontovou polymerizaci laktamů, neboť působí v bazickém prostředí jako účinná acylační činidla a v polymerizačním systému se vytváří N-acyllaktamová růstová centra. Aktivační účinky esterů a polyesterů jsou patrné v širokém rozsahu koncentrací, modifikace vlastností polyamidů se projeví při koncentracích vyšších než 5 hmot.%.
Práce navázala na dříve
studovanou kopolymerizaci e -kaprolaktonu
(CLO) s e -kaprolaktamem (CL)
iniciovanou e -kaprolaktammagnesiumbromidem (CLMgBr).
CLO se již při přípravě polymerizační násady přeměňuje
na poly(e -ka-prolakton) (PCLO) a oligomery a poté
se teprve stává součástí kopolymeru. Proto jsme studovali
vlastnosti materiálů vznikajících při polymerizaci CL v přítomnosti
odděleně vytvořeného PCLO. K modifikaci byly použity vzorky
PCLO o různé molární hmotnosti a její distribuce. Technikou
polymerizačního odlévání byly při 150°C připraveny materiály
obsahující 5-25 hm.% PCLO, k iniciaci polymerizace byl využit CLMgBr. Teploty tání a mechanické
vlastnosti takto připravených vzorků byly prakticky shodné
s materiály připravených simultánní kopolymerizací CL a
CLO při obdobném experimentálním uspořádání. Jedna
teplota tání a skelného přechodu závislá na obsahu CLO jednotek v kopolymeru svědčila o jeho
statistické struktuře. V systému musí probíhat řada výměnných
reakcí, výsledkem je spíše statistický než blokový
kopolymer, jak by vyplývalo z mechanismu polymerizace.
To nás dále nasměrovalo k
detailnějšímu studiu aktivačních účinků CLO
a PCLO. Studovali jsme kinetické zákonitosti polymerizace CL
v přítomnosti
0,5-5 hm.% CLO při 150-190°C a porovnali s průběhem
polymerizace CL v přítomnosti PCLO. I když u studovaných
polymerizací byly zjištěny jisté rozdíly v jejich rychlosti a dosahovaných polymeračních
stupních, aktivační energie a řád reakce byly po obě srovnávané
polymerizace shodné.
Tato práce je součástí řešení výzkumného záměru MSM 223100002
Časové závislosti vážkové konverze aktivované CLO i PCLO jsou lineární do vysokých stupňů přeměny (~80%) a polymerizace vykazují kinetiku nultého řádu vzhledem ke koncentraci monomeru. Rychlost polymerizace roste s koncentrací CLO i PCLO a s teplotou polymerizace. Závislosti polymerizačních stupňů na vážkové konverzi jsou lineární do cca 80% konverze polymeru, což lze přisoudit pseudoživému charakteru polymerizace.Polymerizační stupně klesají nárůstem obsahu použitých aktivátorů (CLO i PCLO). V případě PCLO je závislost polymerizačních stupňů na konverzi při konstantní koncentraci PCLO prakticky nezávislá na polymerizační teplotě. V průběhu polymerizace se u PCLO vždy dosahuje ve srovnání s CLO nižších polymerizačních stupňů a tedy i vyššího počtu růstových center přepočtených na polymerační násadu. Tyto rozdíly lze vysvětlit nižší reaktivitou cyklických sloučenin vznikajících při polymerizaci v přítomnosti CLO.
KAPALNÉ POLYBUTADIENY KRASOL
J. PYTELA
Technický servis a vývoj kapalných kaučuků, Kaučuk, a. s., O. Wichterleho 810, 278 52 Kralupy nad Vltavou
Nízkomolekulární polybutadieny Krasol jsou průmyslově vyráběné produkty, které lze zařadit do kategorie polymerních specialit. V sortimentu těchto tzv. kapalných kaučuků jsou jak typy bez koncových funkčních skupin, tak typy s funkčními skupinami na koncích polymerního řetězce.
Základem výroby polybutadienů Krasol je aniontová polymerace butadienu umožňující přípravu dobře definovaných polymerů se specifickou mikrostrukturou, lineárním řetězcem, přesně nastavenou molární hmotností a polydisperzitou blízkou hodnotě 1. Na polymeraci může navazovat funkcionalizace, při níž jsou na polymer zavedeny koncové hydroxylové skupiny. Následnou modifikací těchto telechelických hydroxylovaných polybutadienů se připravují další typy reaktivních polymerů, tj. isokyanátové prepolymery a maleinizované polybutadieny.
Kapalné polybutadieny Krasol nacházejí uplatnění v různých oborech. Nízkomolekulární polybutadieny bez koncových funkčních skupin se používají v gumárenském průmyslu jako koaktivátory peroxidické vulkanizace a zpracovatelské přísady. Hydroxylem končené typy a isokyanátové prepolymery jsou vhodnými složkami polyurethanových systémů. Maleinizované typy lze využít pro modifikaci epoxidových pryskyřic či pro vodou ředitelné antikorozní nátěry a laky.
Definovaná struktura, vysoká kvalita a současně dostupnost těchto speciálních polymerů je dobrým předpokladem pro další rozvoj současného sortimentu. Spolupráce a. s. Kaučuk s výzkumnými ústavy, akademickými pracovišti a vysokými školami probíhá na tomto poli již po několik let. Tak byla získána řada cenných poznatků o možnostech modifikace struktury polymerů (kopolymerace, hydrogenace), o použitelnosti nízkomolekulárních polybutadienů jako makro-iniciátorů nebo jako polymerních nosičů pro skupiny se specifickými funkcemi.
POKROKY V SYNTÉZE FUNKCIONALIZOVANÝCH POLYISOBUTYLENŮ
L. TOMAN, P.VLČEK , J. SPĚVÁČEK, M. JANATA, P. HOLLER
Ústav makromolekulární chemie AV ČR,162 06 Praha 6, Česká republika
Polyisobutylenové (PIB) elastomery převyšují ostatní polyolefiny svými vlastnostmi jako jsou vynikající odolnost proti chemikáliím, výborná ohebnost i při nízkých teplotách, mimořádná odolnost proti kyslíku a ozonu. Za tyto vlastnosti vděčí řetězci, který neobsahuje žádné defekty, není větvený a jen na jednom jeho konci se může nacházet nenasycená skupina –C(CH3)=CH2 (A), respektive –CH=C(CH3)2 (B) nebo skupina –C(CH3)2Cl (C), případně i jiná nedávno prokázaná nenasycená skupina.1 Kationtové polymerizace isobutylenu patří mezi nejrychlejší řetězové reakce a připravované polyisobutyleny převážně obsahují koncovou skupinu B, která je však málo reaktivní. Teprve na počátku 80. let se podařilo syntetizovat telechelický α,ω-dichlor-PIB (Cl-PIB-Cl), kterύ po následné dehydrochloraci poskytoval α,ω-nenasycenύ PIB s koncovými skupinami A a mohl být dále přeměněn na α,ω-dihydroxy-PIB (HO-PIB-OH). Telechelické (nenasycené či dihydroxyPIB) se pak staly výchozími látkami pro syntézu dalších reaktivních PIB nebo blokových kopolymerů IB za využití příslušných funkčních skupin.2
Na rozdíl od přípravy HO-PIB-OH, kde koncové skupiny se postupně vyměňovaly v několikastupňové syntéze z výchozího Cl-PIB-Cl, byla nedávno objevena přímá kationtová kopolymerizace IB s 3-isopropenyl-α,α-dimethylbenzylisokyanαtem vedoucí k multifunkcionalizovanému PIB s isokyanátovými skupinami podél řetězce [(PIB(NCO)n, kde n~3–10].3 Vzniklý nový reaktivní elastomer nabízí široké využití:
i) v oblasti urethanové chemie, ii) při přípravě nových kompozic typu polyamid/PIB,4 iii) při přípravě PIB s methakrylátovými skupinami PIB(MA)n. Posledně jmenovaný prepolymer, který lze radikálově kopolymerizovat s hydrofilními monomery5, může nalézt významné uplatnění při vývoji nových amfifilních biomateriálů.
Literatura
PRÍPRAVA A VLASTNOSTI ZOSIETENÝCH POLYSTYRÉN-POLYBUTYLAKRYLÁTOVÝCH DISPERZIÍ ZA PRÍTOMNOSTI AKRYLAMIDOV
Ľ.ČERNÁKOVÁ, V.CHRÁSTOVÁ, P.VOLFOVÁ
Katedra plastov a kaučuku, Fakulta chemickej a potravinárskej technológie, Slovenská technická univerzita, Radlinského 9, 812 37 Bratislava, Slovenská republika, e-mail ludmila@chtf.stuba.sk
Jedným zo spôsobov na prípravu polymérnych disperzií s požadovanými vlastnosťami je ich sieťovanie za využitia reaktívnych skupín, ktoré boli zavedené do polymérnych reťazcov už počas syntézy Reakcie sieťovania môžu prebiehať medzi polymérnymi reťazcami navzájom, alebo na medzifázovom povrchu častíc, ak sú funkčné skupiny situované na ich povrchu .
V našej práci boli pripravené reaktívne polystyrén-polybutylakrylátové disperzie dvojstupňovou emulznou polymerizáciou za prítomnosti N-metylolakrylamidu(NMA). V závislosti od spôsobu jeho dávkovania boli aktívne monometylolové skpiny umiestnené v jadre alebo obale častíc.
Na charakterizáciu štruktúry častíc bola použitá NMR metóda, ktorá potvrdila dvojfázovú štruktúru jadro-obalových častíc. Prítomnosť presietených štruktúr sa zisťovala dynamicko-mechanickou analýzou a stanovením nerozpustných podielov v polyméroch, odoberaných počas oboch stupňov syntézy, extrakciou v metyletyl- ketóne. Vo vzorkách funkcionalizovaných s NMA sa zistili vyššie hodnoty elastických modulov ako v nefunkcionalizovaných vzorkách. Zo stanovenia nerozpustných podielov vyplynulo, že prevažná časť monometylolových skupín zosieťuje už počas syntézy.
Na objasnenie mechanizmu sieťovania bola použitá ATR-FTIR spektroskopia, ktorá umožnila priamo analyzovať filmy z funkcionalizovaných i nefunkcionalizovaných disperzií. Rozdiely v absorbčných píkoch sa pozorovali v oblasti 1100-1200 cm –1, kde sa nachádzajú typické absorbčné pásy C-O väzieb, ktoré sú prítomné v butylesterovej skupine butylakrylátu i v zosietenom produkte cez metylolové skupiny. Spektroskopická analýza ukázala, že počas sieťovania reagujú metylolové skupiny navzájom , pričom časť nezreagovaných funkčných skupín môže najmä pôsobením tepla vstupovať do reakcií i s butylesterovou skupinou butylakrylátu.V závislosti od umiestnenia funkčných skupín môže dôjsť k presieteniu jadra, obalu i jadra s obalom navzájom.
RADIKÁLOVÁ POLYMERIZÁCIA kyseliny akrylovej vo voDE: Rýchlostná konštanta propagácie
I. LACÍK
Ústav polymérov SAV, Dúbravská cesta 9, 842 36 Bratislava (igor.lacik@savba.sk)
Poznanie rýchlostných konštánt radikálovej polymerizácie je nutné z pohľadu pochopenia mechanizmov polymerizácie ako aj modelovania a optimalizácie technologických procesov v priemysle. Prekvapujúco donedávna známe rýchlostné konštanty propagácie, kp, bežných monomérov (napr. styrén, metylmetakrylát) boli určené s neakceptovateľným rozptylom [1]. Riešenie tohoto problému poskytla IUPAC Working Party ”Modeling of polymerization kinetics and processes”, ktorá poskytla presné (benchmark) kp hodnoty pre rôzne olejovorozpustné monoméry [2]. Metodika zabezpečujúca vysokú presnosť v kp hodnotách vyvinutá Prof. Olajom [3] je založená na kombinácii polymerizácie fotoiniciovanej pulzným laserom a následnou analýzou polyméru gélovou permeačnou chromatografiou (PLP-GPC). Keď sa dosiahnu také podmienky polymerizácie, že pulz lasera je určujúci pre iniciáciu aj termináciu rastu reťazca, potom čas t medzi dvomi následnými pulzami určuje počet propagačných krokov a najpravdepodobnejšia dĺžka reťazca Pn (určená z GPC) je daná ako Pn=kp[M]t, kde [M] je koncentrácia monoméru.
Prezentované výsledky predstavujú najnovšie poznatky z problematiky kp kyseliny akrylovej (AA) vo vodnom prostredí získané v rámci projektu sponzorovanom BASF Ludwigshafen. Obtiažnosť spojená s týmto systémom spočíva vo výnimočne vysokých kp hodnotách dosahujúcich hodnoty vyše 105 L·mol-1·s-1 pri 25 ºC [4], vysokej konštante prenosu na monomér, vplyve prostredia na kp vzhľadom na koncentráciu monoméru, stupeň ionizácie monoméru, pH a prítomnosť rôznych aditív. GPC kyseliny polyakrylovej (pAA) vo vodnej fáze s priamou kalibráciou na pAA štandardy sa javí ako výhodnejší spôsob charakterizácie stupňa polymerizácie oproti esterifikácii pAA na polymetylakrylát a následnú charakterizáciu organickou GPC s univerzálnou kalibráciou [4]. Získané kp hodnoty predstavujú najpresnejšie doteraz publikované výsledky tohoto druhu a poskytujú všeobecnú informáciu o komplexnosti polymerizácie vo vodnom prostredí.
RADIKÁLOVÁ POLYMERIZÁCIA kyseliny akrylovej vo voDE: Rýchlostná konštanta propagácie
I. LACÍK
Ústav polymérov SAV, Dúbravská cesta 9, 842 36 Bratislava (igor.lacik@savba.sk)
Poznanie rýchlostných konštánt radikálovej polymerizácie je nutné z pohľadu pochopenia mechanizmov polymerizácie ako aj modelovania a optimalizácie technologických procesov v priemysle. Prekvapujúco donedávna známe rýchlostné konštanty propagácie, kp, bežných monomérov (napr. styrén, metylmetakrylát) boli určené s neakceptovateľným rozptylom [1]. Riešenie tohoto problému poskytla IUPAC Working Party ”Modeling of polymerization kinetics and processes”, ktorá poskytla presné (benchmark) kp hodnoty pre rôzne olejovorozpustné monoméry [2]. Metodika zabezpečujúca vysokú presnosť v kp hodnotách vyvinutá Prof. Olajom [3] je založená na kombinácii polymerizácie fotoiniciovanej pulzným laserom a následnou analýzou polyméru gélovou permeačnou chromatografiou (PLP-GPC). Keď sa dosiahnu také podmienky polymerizácie, že pulz lasera je určujúci pre iniciáciu aj termináciu rastu reťazca, potom čas t medzi dvomi následnými pulzami určuje počet propagačných krokov a najpravdepodobnejšia dĺžka reťazca Pn (určená z GPC) je daná ako Pn=kp[M]t, kde [M] je koncentrácia monoméru.
Prezentované výsledky predstavujú najnovšie poznatky z problematiky kp kyseliny akrylovej (AA) vo vodnom prostredí získané v rámci projektu sponzorovanom BASF Ludwigshafen. Obtiažnosť spojená s týmto systémom spočíva vo výnimočne vysokých kp hodnotách dosahujúcich hodnoty vyše 105 L·mol-1·s-1 pri 25 ºC [4], vysokej konštante prenosu na monomér, vplyve prostredia na kp vzhľadom na koncentráciu monoméru, stupeň ionizácie monoméru, pH a prítomnosť rôznych aditív. GPC kyseliny polyakrylovej (pAA) vo vodnej fáze s priamou kalibráciou na pAA štandardy sa javí ako výhodnejší spôsob charakterizácie stupňa polymerizácie oproti esterifikácii pAA na polymetylakrylát a následnú charakterizáciu organickou GPC s univerzálnou kalibráciou [4]. Získané kp hodnoty predstavujú najpresnejšie doteraz publikované výsledky tohoto druhu a poskytujú všeobecnú informáciu o komplexnosti polymerizácie vo vodnom prostredí.
SELEKTIVNÍ SORBENTY TOXICKÝCH OXOANIONTŮ
M. Beneša, Z. Matějkab
a Ústav makromolekulární chemie AV ČR, 162 06 Praha 6
b Vysoká škola chemicko-technoligická, Ústav energetiky, 166 28 Praha 6
Vedle notoricky známých toxických kationtů (Pb++, Hg++, Cd++, Cu++), představují dnes mnohdy vážné nebezpečí také některé toxické oxoanionty (AsO43-, AsO33-, MoO42-, WO42-, SbO22-. Jednou z variant na jejich odstraňování z pitné i průmyslových odpadních vod je použití sorbentů. Klasické ionexy však nejsou schopné je odstranit na přípustnou mez, zejména v přítomnosti přebytku dalších aniontů. Pro jejich selektivní sorpci se dají použít v zásadě dva mechanizmy. Prvním je tvorba cyklických komplexů s látkami, které obsahují 1,2 diol (případně aminoalkohol) s preferovanou synperiplanární konformací:
Druhým mechanizmem je ligandová výměna v chelátech kationtů přechodných kovů.
V tomto sdělení budou prezentovány nové způsoby přípravy sorbentů, které obsahují ligandy pro tyto mechanizmy sorpce. Používá se jednak navazování hotových ligandů či postupná syntéza na polymerní nosič. Nebo modifikace přírodních materiálů, která již vhodná seskupení obsahují.
POLYMERNÍ BIOMATERIÁLY PRO NÁHRADY A REGENERACI TKÁNÍ
F. RYPÁČEK,a D. KUBIES,a,b L. MACHOVÁ,a V. PROKS,a,b H. DRNOVSKÁ,a,b Š. POPELKAa,b, L. BAČÁKOVÁ c
a Ústav makromolekulární chemie AVČR; b Centrum buněčné terapie a tkáňových náhrad; Heyrovského nám. 2, 162 06 Praha 6; c Fyziologický ústav AVČR, Vídeňská 1083, 142 20 Praha 4; Česká Republika.
Syntetické a semisyntetické polymerní biomateriály jsou studovány jako substráty pro kultivaci kmenových buněk a jako podpůrné struktury pro implantaci buněk při náhradách a regeneraci tkání. Pro tyto aplikace je potřeba aby polymerní materiály byly biodegradovatelné, umožňovaly připravit trojrozměrné porézní struktury s požadovanou architekturou pórů a vykazovaly specifické povrchové vlastnosti.
Trojrozměrné, polymerní matrice lze připravit na bázi biodegradovatelných polymerů hydroxykyselin, jako jsou polylaktid (PLA), polyglykolid (PGA) a polykaprolakton (PCL), a odvozených kopolymerů příslušných laktonů, které jsou již známé v oblasti lékařských aplikací. Naše práce se zaměřuje na přípravu materiálů na bázi polylaktonů, a na specifické modifikace jejich povrchů aplikací amfifilních blokových kopolymerů, tvořených blokem příslušného polylaktonu a blokem funkčního hydrofilního polymeru na bázi polyethylenoxidu, nebo poly(-aminokyselin). Kromě modifikací povrchu zavedením nespecifických funkčních skupin, např. hydroxylových, aminových a karboxylových, se pozornost soustřeďuje na zavedení specifických peptidových struktur, zejména charakteristických fragmentů adhesivních proteinů mezibuněčné hmoty.
Kombinací postupů řízených polymerizací heterocyklických monomerů (N-karboxyanhydridů -aminokyselin, ethylenoxidu a laktonů) a postupů syntézy peptidů na pevné fázi byly vyvinuty variantní strategie přípravy blokových kopolymerů nesoucích peptidické struktury na konci hydrofilních bloků. Vedle postupů syntézy kopolymerů je diskutován vliv vlastností kopolymerů na tvorbu organizovaných ”brush” vrstev na povrchu polymerů a vliv přítomnosti funkčních skupin na adhezi a růst buněk na povrchu biomateriálů.
Poděkování. Výzkum byl realizován s podporou grantu GA AVČR, č. A4050202 a Programu výzkumných center MŠMT, č. LN00A065.
POLYMERNÍ KONJUGÁTY PROTIRAKOVINNÝCH LÉČIV SMĚROVANÉ PROTILÁTKAMI
T. ETRYCHa, J. STROHALMa, D. PLOCOVÁa, M. JELÍNKOVÁb, M. KOVÁŘb, B. ŘÍHOVÁ2, K. ULBRICHa
aÚstav makromolekulární chemie, AV ČR, Heyrovského n. 2, 162 06 Praha 6
bMikrobiologický ústav, AV ČR, Vídeňská 1083, 142 20 Praha 4
Konjugáty syntetických vodorozpustných polymerů s protilátkami jsou v posledních letech často studovány jako potenciální nosičové systémy pro cílený transport a řízené uvolňování léčiv. V naší laboratoři jsou studovány jako nosiče léčiv s protinádorovou aktivitou konjugáty kopolymerů N-(2-hydroxypropyl) methakrylamidu (HPMA) s polyklonálními nebo monoklonálními protilátkami, které by měly zajistit nasměrování léčiva do postižených částí organismu. Zde popisujeme syntézu a vlastnosti dvou typů protilátkami směrovaných polymerních kancerostatik obsahujících léčivo (doxorubicin) navázané k polymeru přes labilní hydrazonovou vazbu. V prvém z těchto systémů, tzv. orientovaném, jsou aldehydové skupiny oxidovaných protilátek (mírná oxidace NaIO4) použity pro reakci s hydrazidovými skupinami zakončujícími boční řetězce kopolymerů HPMA. V druhém, tzv. můstkovém, systému jsou protilátky na polymerní nosič navázány reakcí thiolových skupin (zavedených do molekuly protilátky reakcí s 2-iminothiolanem) s pyridyldisulfidovými nebo maleinimidovými skupinami polymerního řetězce. Hlavní polymerní řetězec je opět modifikován bočními řetězci, které jsou zakončeny molekulami léčiva a protilátky. Při přípravě konjugátů z oxidovaných protilátek nedochází ke snížení vazebné aktivity protilátek, ale počet navázaných polymerních řetězců je limitován počtem aldehydových skupin vzniklých oxidací. Můstkový systém umožňuje přípravu konjugátu s vyšším obsahem polymeru (a tedy i léčiva), ale při konjugační reakci se zvyšuje pravděpodobnost poklesu vazebné aktivity konjugované protilátky.
V tomto sdělení popisujeme podrobnou syntézu a výsledky studia fyzikálně-chemických a biologických vlastností uvedených systémů s důrazem na vliv struktury těchto systémů na výsledné biologické vlastnosti.
Poděkování: Tato práce byla podporována Grantovou agenturou České republiky (grant 305/02/1425A).
Diffusion process of biopolymer dissolution as a tool of polymer sample characterization
L. LAPČÍKa, K. BENEŠOVÁb, R. KUBAb, P. KUBOVÁb, L. LAPČÍK, Jra, O. ZMEŠKALb, P. KUBÍČEKa, M. BUCHNÍČEKb
a Institute of Physics and Material Engineering, Faculty of Technology, Tomas Bata University in Zlin, Nám. T.G.M. 275, CZ-762 72 Zlín, Czech Republic
b Institute of Physics and Applied Chemistry, Faculty of Chemistry, Brno University of Technology, Purkyňova 118, CZ-812 00 Brno, Czech Republic
Diffusion process of polymer dissolution seems to be a simple tool of solid biopolymer characterization. The process parameters – swelling time tQ, velocity of dissolution uOC, mean value of apparent mutual diffusion coefficient – and appropriate activated parameters of – swelling , dissolution , diffusion – are reflecting molecular and structural properties of the studied samples (hydoxyethylcellulose, Na-carboxymethylcellulose, oxycellulose and hyaluronic acid). As the solvent were used water and its solutions of binary electrolytes (NaF, KBr, LiI) and tensides (cetylpyridinium bromide, sodium laurylsulphonates). Strong influence of electrolyte and tenside concentration on tQ, uOC and especially on the expansion work of polymer under influence of internal pressure RA,i (i=s,d) has been observed.
The dependence of tQ and uOC on molecular weight can be used for its determination:
where the K and are characteristic empirical constants for each partner polymer/solvent.
Vliv uspořádání polymerních systémů na jejich dynamiku
RNDr. Petr Štěpánek, DrSc.
Mnoho běžně používaných materiálů se vyznačuje organizovanou strukturou na mezoskopické úrovni; jde například o kapalné krystaly nebo roztoky surfaktantů a jiných amfifilních látek. Rozhraní vytvořená v těchto samoorganizovaných strukturách ovlivňují molekulární dynamiku jednotlivých složek systému, především difuzi molekul či makromolekul a kolektivní dynamiku.
Dvojblokové kopolymery tvoří kromě vyskokoteplotní iztropní fáze též uspořádané a mikrofázově separované struktury se symetrií obvykle kubickou, hexagonální nebo lamelární, v závislosti na objemovém zlomku jednoho bloku. Vzhledem k vyšší molární hmotnosti polymerních řetězců je na těchto systémech vliv uspořádání na dynamiku dobře patrný.
V tomto příspěvku jsme studovali dynamické vlastnosti uspořádaných systémů modelových dvojblokových kopolymerů získané dynamickým rozptylem světla a metodou pulzní NMR v gradientovém poli. Ukázali jsme, že proces sledifuze je dobře pozorovatelný v tavenině dvojblokových kopolymerů, a že není příliš ovlivněn uspořádáním v případě lamelární struktury. Na druhé straně uspořádánaí do hexagonální a kubické strukltury selfdifuzi významně zpomaluje. Kolektivní mód rovněž pozorovaný dynamickým rozptylem světla doznává velkých změn při všech typech uspořádání.
CHARACTERIZATION OF BRANCHED POLYMERS BY GEL PERMEATION CHROMATOGRAPHY COUPLED WITH A MULTI-ANGLE LIGHT SCATTERING DETECTOR
T. VLČEKa, Š. PODZIMEKb
aSYNPO, a.s., S. K. Neumanna 1316, CZ-532 07 Pardubice, Czech Republic, tomas.vlcek@synpo.cz
bSYNPO, a.s., S. K. Neumanna 1316, CZ-532 07 Pardubice, Czech Republic, stepan.podzimek@synpo.cz
The work deals with the elution behavior of branched macromolecules during their separation by size exclusion chromatography (SEC). The elution behavior of branched polymers has been investigated using samples of randomly branched polystyrene of different level of branching and star branched polybenzylmethacrylate by means of a SEC chromatograph coupled with a multi angle light scattering detector. Abnormal SEC elution behavior has been found to be typical for highly branched polymers. After a normal elution at small elution volumes the molar mass and root mean square radius of the eluting molecules increased with increasing elution volume. Several SEC experiments have been carried out in order to find out explanation of this effect and the SEC separation has been compared with the separation by thermal field flow fractionation.
Various methods of the data processing, which can reveal the presence or absence of branching, allow sample comparison, and branching versus properties studies, have been compared.
It was found that the entanglement of large highly branched molecules in the column packing explains the abnormal SEC elution behavior.
CHARAkTERIZACE VĚTVENÝCH POLYMERŮ GELOVou PERMEAČNÍ CHROMATOGRAFií S VÍCEÚHLOVÝM ROZPTYLem světla
T. VLČEKa, Š. PODZIMEKb
aSYNPO, a.s., S. K. Neumanna 1316, CZ-532 07 Pardubice, Czech Republic, tomas.vlcek@synpo.cz
bSYNPO, a.s., S. K. Neumanna 1316, CZ-532 07 Pardubice, Czech Republic, stepan.podzimek@synpo.cz
Práce se zabývá charakterizací větvených polymerů pomocí gelové permeační (SEC) chromatografie kombinované s víceúhlovým rozptylovým detektorem (MALS). Bylo studováno eluční chování větvených makromolekul během jejich separace metodou SEC. Pro studium elučního chování při separaci metodou SEC byly připraveny vzorky náhodně větveného polystyrenu různého stupně větvení a hvězdicovitě větveného poly(benzyl methakrylátu). V případě vysoce větvených polymerů byly zjištěny odchylky od normálního elučního chování, projevující se vzrůstem molární hmotnosti a gyračního poloměru v oblasti vysokých elučních objemů. Příčiny tohoto anomálního chování byly studovány provedením řady experimentů. Separace metodou SEC byla následně porovnána se separací frakcionací tokem v teplotním poli (thermal field flow fractionation, TFFF).
Bylo zjištěno, že k abnormálnímu SEC elučnímu chování dochází vlivem mechanického zaplétání velkých vysoce větvených molekul v pórech náplně kolony.
Dále byly porovnány různé metody vyhodnocení experimentálních dat umožňující identifikaci větvení, vzájemné porovnání vzorků a nalezení vztahů mezi větvením a aplikačními vlastnostmi polymerů.
CHARAKTERIZACE POLYMERŮ S ÚZKOU DISTRIBUCÍ MOLEKULOVÉ HMOTNOSTI POMOCÍ SEC S DUÁLNÍ DETEKCÍ
MILOŠ NETOPILÍK
Ústav makromolekulární chemie, Akademie věd České republiky, 162 06 Praha 6, Česká republika
Při charakterizaci polymerů rozměrově vylučovací chromatografií (gelová permeační chromatografie), jejichž distribuce molekulové hmotnosti a tedy i eluční křivky (chromatogramy) jsou relativně úzké, se začíná silně uplatňovat jev, zvaný axiální disperze čili podélné rozmytí. Důsledkem podélného rozmytí je chybné určení experimentální distribuční funkce, jež je pak širší, než odpovídá skutečnosti.1 Pokud jsou použity k detekci dva detektory, nejčastěji jsou to detektor rozptylu světla a koncentrace, je přesné určení lokální kalibrace, tj. kalibrace určené pouze z duálních záznamů, komplikováno dále nutností přesně určit mezidetektorový objem, neboť i nepatrná chyba v jeho určení vede k chybné hodnotě směrnice lokální kalibrace a ke zúžení experimentální distribuční funkce. Tyto problémy byly řešeny teoreticky pro distribuce popsané log-normální funkcí2-3 a nyní jsou výsledky ověřovány experimentálně.4
Autor děkuje firmě Wyatt Technologies za zapůjčení fotogoniodifusometru Dawn DSP-F a dále Akademii věd České republiky za podporu (grant K4050111).
Literatura
POLYURETHANE ELASTOMERS FROM POLYOLS OBTAINED BY CHEMICAL RECYCLING OF PET
RAYMOND ASUQUO
ZEOPOL, s.r.o., Division of Strategic Development, J.Opletala 3143, 69002, Břeclav, Czech Republic
E-mail: ray.asuquo@tiscali.cz
About 50 000 MT of PET bottles was introduced into the Czech market in 2001. Silon recycled about 4000 Mt of PET bottles. A few thousand tons has been exported to China or to Western Europe in the unwashed form. The interest in the processing of used PET bottles is currently concentrated on the natural transparent colour.
One of the ways of the recycling of PET has been chemical recycling by the decomposition of the material into oligomers by the reaction with glycols. The product of the glycolysis process is a polyol carrying at least two hydroxyl groups and capable of reacting with isocyanates to form a polyurethane.
The first experimental work in this area in the Czech republic was started in Gumotex a.s. where the possibility exist for the use of the PET polyol as an alternative raw material for polyurethane foams production. This author introduced the idea and concluded the research work in Gumotex, based on the use of natural clear used PET bottles.
>From available information about 50% of the total PET waste is made up of coloured material and their use is more problematic.
The possible application possibilities of recyclate of coloured PET material are: PET film, binding straps and production polyol for the polyurethane industry
This contribution is a continuation of the work I have done on this subject for Gumotex, Břeclav. It describes the use of coloured PET material for glycolysis and the use of the polyol for the production of thermoplastic polyurethane Elastomer (TPE).
VÝZNAM REGENERACE PRYŽE PRO RECYKLACI POLYMERNÍHO ODPADU
V. DUCHÁČEK
Ústav polymerů, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Technická 5, CZ-l66 28 Praha 6
ČSN 64 0003 definující recyklaci plastů navozuje dojem, že recyklace polymerního odpadu se týká pouze plastů a je záležitostí posledního desetiletí. Její kořeny jsou však o více než řád starší a netýkají se plastů, ale pryží.
Snaha o využití pryžového odpadu se totiž projevila velmi brzy po objevu vulkanizace a byla korunována vyvinutím procesů nazvaných regenerace pryže.
Letos je tomu právě 144 let od zjištění H.L. Halla, že mletý pryžový odpad lze měkčit dlouhodobým působením přímé páry. Toto zjištění sice zpracování staré pryže plně neřešilo, protože tehdejší odpad tvořila převážně obnošená obuv, takže obsahoval značné množství textilu, který použitelnost regenerátu omezoval, ale vyprovokovalo další výzkumné úsilí. Následovaly patenty a realizace kyselé (1881) a alkalické (1889) regenerace pryžového odpadu, která se udržela až do roku 1940, kdy k regeneraci začalo přicházet větší množství odpadu ze syntetického kaučuku a převahu získal neutrální postup. Ve všech případech se ze současného hlediska jednalo vlastně o sekundární, nikoli však ve smyslu citované ČSN chemickou recyklaci, i když při ní chemické reakce (destrukce prostorové sítě vulkanizátu a eventuálně degradace textilu) probíhají. Primární recyklace pryže je téměř neuskutečnitelná, podobně jako u reaktoplastů.
Důvod je prostý. Žádným z regeneračních postupů nelze získat z pryžového odpadu původní kaučuk ani jiné gumárenské suroviny, jak by se z termínu regenerace dalo usuzovat. Proto se používá “pouze” jako přísada do kaučukových směsí a jeho spotřeba se ustálila na 10%, počítáno na spotřebu surového kaučuku.
O primární recyklaci tedy můžeme mluvit pouze v případě některých výrobků z termoplastů, které lze, pochopitelně, recyklovat nejen fyzikálně, ale i chemicky. Situaci však komplikuje jejich třídění a také výrobky z kompozitních materiálů. Jaký podíl polymerního odpadu má tedy na základě téměř stopadesátiletých zkušeností naději na recyklaci? Určitě více než 10%, těžko však více než 30%. Významnou úlohu jistě sehraje surovinové zhodnocení, vše nasvědčuje tomu, že padesátiprocentní, se kterým byly první zkušenosti získány také v oblasti odpadů pryžových.
Příspěvek souvisí s řešením výzkumného záměru MŠMT ČR č. CEZ:MSM:223100002.
STARNUTIE FOTOPOLYMERIZOVANÝCH METHAKRYLÁTOVYCH SIETÍ A ICH CHEMILUMINISCENČNÁ ODOZVA
J. PAVLINEC, J. RYCHLÝ, J. PLAČEK
Ústav polymérov, Slovenská Akadémia Vied, Dúbravská cesta 9, SK-842 36 Bratislava , Slovenská republika
Rýchla fotochemická iniciácia radikálovej polymerizácie multifunkčných monomérov spôsobuje skorý vznik gélu spojený so stuhnutím systému, retardáciou terminácie radikálov od samého počiatku polymerizácie, nekompletným zreagovaním vinylových skupín a nahromadením vysokej koncentrácie dlhožijúcich radikálov. Vysoká koncentrácia voľných radikálov po ukončení fotopolymerizácie pretrváva v polymérovej sieti dlhý čas. Pri laboratórnej teplote a vo vákuu ich zánik môže trvať mesiace aj v prítomnosti nezreagovaného monoméru, alebo dvojitých väzieb v štruktúre siete. Príčinou je výrazné spomalenie translačnej difúzie reaktantov. Reakčná difúzia prevažuje v transporte voľného radikálu na vzdialenosť umožňujúcu rekombináciu.
Rýchlosť transportu radikálu závisí od reaktivity okolia, spravidla je to proces veľmi pomalý pri porovnaní s fotopolymerizáciou. Polymérová sieť si zachováva latentnú aktivitu pre radikálové reakcie po dlhý čas. Pokračovanie radikálových reakcií po prerušení fotoiniciácie je závislé od pôsobenia chemických a fyzikálnych vplyvov okolia.
V početných prácach zaoberajúcich sa transformáciou dlhožijúcich radikálov v polymérových sietiach sa len zriedka venuje pozornosť rozvinutiu oxidačného procesu vplyvom vzdušného kyslíka. Oxidáciu polymérovych sietí spolu s nahromadením peroxidických skupín v post-fotopolymerizačnej perióde sme analyzovali sledovaním chemiluminiscenčnej odozvy pripravených sietí pri plynulom zohrievaní do 200 oC. Narastajúce množstvo CL emitovaných fotónov ukazuje na nárast koncentrácie peroxidov v zosietených polyméroch počas starnutia na vzduchu a v tme.
V polymérovej sieti sa hromadia peroxidy v dôsledku putovania radikálov mechanizmom reakčnej difúzie za účasti vzdušného kyslíka. Zo stanovených koncentrácií peroxidov, ktoré prevyšujú po 3. mesiacoch od skončenia fotoiniciácie až 50 násobne vyššiu koncentráciu radikálov na počiatku tmavej periódy, predpokladáme, že na rekombináciu páru radikálov je potrebný viacnásobok molekúl kyslíka.
ZABARVOVÁNÍ POLYOLEFINŮ STABILIZOVANÝCH FENOLY
J. PospÍŠIl, J. PilaŘ, S. NeŠPŮREK
Ústav makromolekulární chemie, Akademie věd České republiky, 162 06 Praha, Česká republika
Uhlovodíkové polymery podléhají v průběhu skladování, zpracování a aplikace termicky a fotochemicky indukované oxidaci. V jejím důsledku dochází k nevratným chemickým, fyzikálním a mechanickým změnám. Nezbytnou ochranu před degradací poskytují stabilizační systémy obsahující antioxidanty a světelné stabilizátory. Přestože byla v nedávné době ke stabilizaci použita nebarvící aditiva na basi N,N-dialkylhydroxylaminu a 1-benzofuran-2(3H)-onu a rozšířila se oblast použití fotoantioxidantů typu HAS, zůstávají základem většiny stabilizačních systémů fenolické antioxidanty a UV absorbéry, z nichž některé jsou jednou z příčin zvyšování indexu žloutnutí polyolefinů. Moderní fenolická aditiva ve své původní chemické struktuře a ani v technické formě nezabarvují při použitých koncentracích polyolefiny. Antioxidanty se však v důsledku reakcí s alkylperoxyly oxidují a UV absorbéry podléhají pomalým fotochemicky indukovaným oxidačním změnám. Důsledkem je přeměna fenolické struktury vedoucí k přechodné tvorbě peroxycyklohexadienonů, a v UV-VIS oblasti spektra absorbujících chinonmethidů (QM), benzochinonů a difenochinonů. Pozornost byla věnována vysvětlení transformační chemie 2,6-di-terc.butyl-4-methylfenolu a oktadecyl 3-(3,5-di-terc.butyl-4-hydroxyfenyl)propanoátu s ohledem na zabarvování polyolefinů.
Jsou uvedeny látky izolované v modelové oxidační studii, následné přeměny primárních transformačních produktů a složení extraktů zestárlého stabilizovaného PP. Je ukázán vliv tvořících se chinoidních látek na index žloutnutí PP a PE. Složitý proces ovlivnění zabarvení fotooxidovaného PP a squalenu zahrnuje fotovybělování QM za aktivní účasti uhlovodíkové matrice. Mechanismus tohoto reversibilního fotoprocesu je závislý na struktře QM vzniklého přeměnou fenolu a byl vysvětlen identifikací většiny vznikajích fotoproduktů
Poděkování. Autoři děkují za finanční podporu grantem CZE 01/025 MŠMT ČR a granty 202/01/0518 a 203/02/1243/A GA ČR.
CHEMILUMINISCENCIA PRI TERMICKEJ OXIDÁCII CELULÓZY; VPLYV REAKČNÝCH PODMIENOK NA IZOTERMICKÉ A NEIZOTERMICKÉ PRIEBEHY
J. RYCHLÝ, L. RYCHLÁ
Ústav polymérov Slovenskej akadémie vied, Bratislava, Dúbravská cesta, SK-842 36, Slovenská republika
e-mail: upoljory@savba.sk
Rýchlostné konštanty prvého rádu určené z neizotermických kriviek intenzita chemiluminiscencie – teplota sa zhodujú s konštantami charakterizujúcimi rýchlosť poklesu polymerizačného stupňa počas degradácie celulózy za podobných podmienok.
Porovnanie odpovedajúcich priebehov z neizotermických chemiluminiscenčnych meraní a viskozimetrických meraní polymerizačného stupňa celulózy Whatman je na Obr. 1.
Uskutočnila sa štúdia vplyvu jodistanu sodného, síranu železnatého, uhličitanu horečnatého a vápenatého, maltózy a želatíny na rýchlosť degradácie celulózy, pričom sa súčasne porovnával účinok týchto aditív na sulfátovú buničinu a na bavlnu. Uhličitan horečnatý napr. výrazne urýchľuje degradáciu celulózy, ale len veľmi málo degradáciu sulfátovej buničiny. Porovnávacie štúdie sa urobili aj na modelových polysacharidoch pululán a dextrán.
Obr. 1
KS18
CHEMILUMINISCENCIA PRI TERMICKEJ OXIDÁCII CELULÓZY; VPLYV REAKČNÝCH PODMIENOK NA IZOTERMICKÉ A NEIZOTERMICKÉ PRIEBEHY
J. RYCHLÝ, L. RYCHLÁ
Ústav polymérov Slovenskej akadémie vied, Bratislava, Dúbravská cesta, SK-842 36, Slovenská republika
e-mail: upoljory@savba.sk
Rýchlostné konštanty prvého rádu určené z neizotermických kriviek intenzita chemiluminiscencie – teplota sa zhodujú s konštantami charakterizujúcimi rýchlosť poklesu polymerizačného stupňa počas degradácie celulózy za podobných podmienok.
Porovnanie odpovedajúcich priebehov z neizotermických chemiluminiscenčnych meraní a viskozimetrických meraní polymerizačného stupňa celulózy Whatman je na Obr. 1.
Uskutočnila sa štúdia vplyvu jodistanu sodného, síranu železnatého, uhličitanu horečnatého a vápenatého, maltózy a želatíny na rýchlosť degradácie celulózy, pričom sa súčasne porovnával účinok týchto aditív na sulfátovú buničinu a na bavlnu. Uhličitan horečnatý napr. výrazne urýchľuje degradáciu celulózy, ale len veľmi málo degradáciu sulfátovej buničiny. Porovnávacie štúdie sa urobili aj na modelových polysacharidoch pululán a dextrán.
Obr. 1
ELECTROLUMINESCENCE IN POLYMERS
V. CIMROVÁ, D. VÝprachtickÝ
Institute of Macromolecular Chemistry, Academy of Sciences of the Czech Republic, Heyrovského nám. 2, CZ-162 06 Praha 6, Czech Republic
Electroluminescence (EL) of conjugated polymers has attracted a great deal of attention since the first light-emitting diodes (LEDs) based on poly(1,4-phenylenevinylene) (PPV) were fabricated. This research is particularly stimulated by potential applications in large-area light-emitting devices and displays. Recent advances in the design and fabrication of polymeric LEDs (color tuning, microcavity effects, control of polarisation) and different ways of the EL efficiency enhancement in single-layer polymer LEDs will be discussed. The control of the polarisation of light emission in LED devices can be achieved directly via the defined stacking of molecules during device preparation. EL efficiency in single-layer devices can be enhanced by the formation of optimized microcavity structures or by introducing ionic moieties into luminescent polymer and also by optimizing the parameters of the medium trough mixing several compounds. Using polymer blends, the charge injection and transport can be controlled, similarly to that in multilayer devices, which use hole and electron transporting layers.
An important issue under investigation is the development of efficient and stable blue light-emitting materials. In this area conjugated polymers with large bandgap such as poly(1,4-phenylene)s (PPP) and poly(2,7-fluorene)s (PF) are of particular interest due to their high photoluminescence (PL) efficiency in blue spectral region. One problem associated with the realization of blue LEDs using these polymers is their tendency to aggregate and form excimers in solid state resulting in the appearance of an additional emission in the long wavelength region of the spectrum. We have shown that the aggregation of molecules could be avoided in polymer blends. PL and EL of LEDs based on novel polymer blends composed of electroluminescent polymers (PPP, poly(p-terphenyl-vinylene)s, PF) and transport polymers (polysilanes) will be presented.
We would like to acknowledge support of the Grant Agency of the Czech Republic (Grants No. 102/98/0696 and 203/01/0512) the Volkswagen Foundation and the Academy of Sciences of the Czech republic (AVOZ 4050913).
TRENDY VÝVOJE STABILIZACE POLYOLEFINŮ
Jiří TOCHÁČEK
POLYMER INSTITUTE BRNO, spol. s r.o.
Tkalcovská 2, 656 49 BRNO, Česká republika
Abstrakt
Požadavek zachování fyzikálních a chemických vlastností polyolefinů za podmínek expozice vlivům okolního prostředí vyvstal souběžně s první syntézou těchto plastů. Historie vývoje průmyslové výroby polyolefinů je tak těsně spjata s vývojem ochranných stabilizačních systémů, majících za úkol zpomalovat rozkladné procesy v matrici iniciované absorpcí světelné, tepelné nebo mechanické energie. Účinky většiny stabilizačních systémů jsou založeny na principu konkurenčních reakcí s rozkladnými produkty oxidačního štěpení, kde tvorbou stabilnějších meziproduktů retardují nevratný destrukční proces v polymerní matrici.
Dle typu použití lze rozlišit stabilizátory zpracovatelské a stabilizátory dlouhodobé. Toto dělení však není zcela přesné, neboť mnohé stabilizátory částečně plní funkce oboje. V oblasti stabilizátorů zpracovatelských prošel vývoj od jednoduchých stéricky bráněných fenolů k synergickým směsím výšemolekulárních fenolů s méně nebo více hydrolyzovatelnými fosfity Novější vývoj přinesl do této oblasti benzofuranonové struktury, které buď v použití s nimi nebo pouze se samotnými fosfity poskytují velmi silné procesní systémy.
V oblasti dlouhodobé termooxidační stability, kde dříve dlouhou dobu dominovaly fenoly nebo jejich synergické směsi s thioestery se během let začaly uplatňovat i stéricky bráněné aminy (HALS), jejichž hlavní sférou aplikace je jinak stabilita světelná. V oblasti dlouhodobé světelné stability prošel vývoj od UV-absorbérů přes Ni-soli zcela jednoznačně ke stabilizátorům HALS, které v současnosti představují vývojový vrchol stabilizační chemie v této oblasti. Od jejich uvedení na trh na počátku 70. let i ony prošly značným vývojem, od modifikace jejich sekundární struktury až po změny substituce aktivní aminové funkce. Změna substituce piperidinového dusíku od >NH přes >N-R (methyl, alkyl) až po >N-O-R přinesla snížení bazicity aminu a tím i jeho nižší náchylnost k nežádoucím bočním reakcím s kyselými chemikáliemi, ke kterým může docházet např. při použití HALS v přítomnosti s halogenovaných retardérů hoření nebo při kontaktu s pesticidy při stabilizaci agrofólií.
Celkově je vývoj stabilizačních struktur a jejich systémů veden k lepší kompatibilitě s polymerní matricí, nižší míře nežádoucích bočních interakcí, vyšším účinnostem a nižším celkovým hladinám dávkování. Z hlediska jednodušší aplikace v průmyslu jsou nabízeny tzv. ”no-dust-blends” (NDB) - snadno dávkovatelné mikrogranuláty, obsahující celou recepturu v jednom. Povolení pro styk s potravinami se u stále více aplikací stává nezbytností. Rozhodujícím faktorem však stále zůstává ekonomika produkce plastů, která i přes existenci dokonalejších a vyspělejších struktur v mnoha případech preferuje systémy méně účinné, avšak z hlediska poměru výkon/cena výhodnější.
VPLYV SURFAKTANTOV NA VLASTNOSTI VODIVÝCH POLYMÉROV
M. OMASTOVÁa, M. TRCHOVÁb, J. PROKEŠb, J. KOVÁŘOVÁc, J. STEJSKALc
a Ústav polymérov, Slovenská akadémia vied, Dúbravská cesta 9, 842 36 Bratislava, Slovenská republika, E-mail: upolmaom@savba.sk
b Univerzita Karlova v Praze, Matematicko-fyzikální fakulta, V Holešovičkách 2,
CZ-180 00 Praha 8, Česká republika
c Ústav makromolekulární chemie, Akademie věd České republiky, Heyrovského
nám. 2, CZ-162 06 Praha 6, Česká republika
Medzi najvýznamnejšie vodivé polyméry patria polyacetylén, polypyrol, polytiofén, polyanilín a ďaľšie. Elektrická vodivosť týchto polymérov sa pohybuje v oblasti jednotiek S cm–1, na úrovni charakteristickej pre polovodiče. Polypyrol (PPy) patrí k najštudovanejším polymérom tejto skupiny vďaka svojej vysokej elektrickej vodivosti, jednoduchej elektrochemickej, alebo chemickej syntéze a dlhodobej stabilite na vzduchu. Spôsob prípravy vodivých polymérov výrazne ovplyvňuje ich výsledne elektrické i mechanické vlastnosti.
V rámci štúdia vplyvu reakčných podmienok na vlastnosti a stabilitu vodivých polymérov sa PPy chemicky syntetizoval z vodného roztoku monoméru za prítomnosti oxidačného činidla, Fe2(SO4)3, a aniónového, katiónového alebo neiónového surfaktantu. Výsledky elementárnej analýzy a IČ spektroskopie ukázali, že iba aniónový surfaktant sa zabudováva do štruktúry polypyrolových reťazcov podobne ako anión oxidačného činidla, čím sa dosiahne vodivosť o 1–2 rády vyššia v porovnaní s vodivosťou PPy pripraveného s inými surfaktantami alebo bez nich. PPy pripravený za prítomnosti dodecylbenzénsulfonátu sodného alebo kyseliny dodecylbenzénsulfónovej je zo všetkých vzoriek najstabilnejší z hľadiska testovania elektrickej vodivosti v procese cyklického ohrievania a ochladzovania. Zvýšenú stabilitu a naopak zníženú afinitu k vzdušnej vlhkosti potvrdili u vzoriek PPy pripravených v prítomnosti aniónových surfaktantov tiež merania termogravi-metrickej analýzy. Štúdium morfológie pomocou rastrovacieho elektrónového mikroskopu ukázalo, že aniónový surfaktant počas chemickej syntézy významne ovplyvňuje mikroštruktúru PPy.
POĎAKOVANIE
Autori ďakujú Vedeckej grantovej agentúre Ministerstva školstva SR, Slovenskej akadémii vied, VEGA grant č. 2/1060/21, a Akademii věd ČR, výzkumný zámer AVOZ 405 0913, za finančnú podporu výskumu.
SPEKTRÁLNA CHARAKTERISTIKA ZLOŽITÝCH POLYMÉRNYCH ŠTRUKTÚR TYPU VZÁJOMNE PRENIKNUTÝCH SIETÍ (IPN) VOLNÝMI A VIAZANÝMI FLUORESCENČNÝMI ZNAČKAMI
Pavol HRDLOVIČ, Martin DANKO, Eberhard BORSIG
Ústav polymérov, Slovenská akadémia vied, Dúbravská cesta 9, 842 35 Bratislava, SR
Fluoresenčná spektroskópia, ktorá sa široko využíva v makromolekulovej vede,1,2, sa v poslednej dobe používa aj na charakterizáciu zložitých polymérnych systémov využijúc aromatické uhlovodíky hlavne pyrén ako značky2. V našom prípade sme touto metódou študovali pomerne zložitý polymérny systém, ktorý je opticky transparentný a je podobný systémom typu vzájomne preniknutých sietí (IPN). Typický systém je zložený z dvoch sietí v molárnom pomere 1:1 z nízkohustotného polyetylénu a kopolyméru styrén-co-butylmetakrylát v pomere monomérov 7:3 (PE/P(S-co-BMA))3-6.
Pripravili sa polymerizovateľné monomérne značky obsahujúce pyrén7,8, antracén a fenantrén ako chromofóry a ich spektrálne vlastnosti (absorpcia, fluorescencia a jej zánik) sa porovnali v roztoku a) v polymérnej matrici IPN (dopované alebo viazané). Obe siete sa označili so značkou monomérneho typu očkovaním na PE alebo terpolymerizáciou so styrénom a butylmetakrylátom. Absorpčné a emisné spektrá značiek odvodených od pyrénu vykazujú typické rysy tohto chromofóru. V prípade IPN s očkovaným PE je absorbancia mierne batochromne posunutá (cca10 nm). Značky s pyrénom ako chromofórom očkované na PE vykazujú fluorescenčné spektra značne závislé od vlnovej dlžky excitácii. Pomer intenzity vibračných pásov fluorescencie pyrénu I1/I3 (I1 je pás 377 nm a I3 je pri 388 nm) je indikátor polarity prostredia a ukazuje viazanie značky do kopolyméru S-co-BMA alebo PE. Relatívne kvantové výťažky fluorescencie pyrénu v IPN matrici sú nižšie v porovnaní s inými typmi matríc pre všetky typy značiek v dôsledku chemickej modifikácie pyrénového chromofóru v procese prípravy IPN. Doby života fluorescencie pre viazané a volné značky sú v intervale 100 – 200 ns, čo je výrazne kratšie ako samotný pyrén za rovnakých podmienok. Očkované značky pyrénového typu v PE alebo v IPN matrici, vykazujú fluorescenciu, ktorá zaniká komplexne, pričom hlavná zložka zániku žije krátko (cca 10 ns).
Di-(1-pyrenylmetyl)éter (DiPyM), ktorý vykazuje excimérnu emisiu v izotrópnom, nízkoviskóznom prostredí 9, môže monitorovať pevnosť polymérnej matrice10. Táto značka sa použila ako prídavok pri príprave IPN alebo sa nechala penetrovať do pripravených IPN blokov z toluénového roztoku. Pomer excimérnej a monomérnej intenzity Ie /Im bloku IPN vzrastá pri napučiavaní v závislosti od rozpúšťadla, hustoty siete a spôsobu dopovania značky. Zmena pomeru Ie /Im pri dopovaní značky pri príprave je pomerne malá pri napučiavaní v toluéne a je zanedbateľná v cyklohexáne aj po 250 min. Nárast pomeru Ie /Im je značný pre DiPyM, ktorý bol penetrovaný do bloku IPN. Nepozoroval sa rozdiel v rýchlosti napučiavania na základe pomeru Ie /Im IPN bloku s 0.5, 1 a 3 mol % sieťovadla, pretože rýchlosť vnikania rozpúšťadla do IPN bloku je značne vysoká. Monitorovanie excimérnej emisie DiPyM v reálnom čase pri l em = 495 nm pri jeho desorpcii z napučaného IPN udávae, že DiPyM sa uvoľňuje pomalšie z blokov IPN o vyššej hustote siete.
IPN značené s polymerizovateľnou fluorescenčnou značkou s chromofórom fenantrénom alebo antracénom sa použil na štúdium prenosu singletnej energie v tejto špeciálnej polymérnej zmesi11. Prenos singletnej energie v tomto systéme prebieha len obmedzene medzi fenantrénom ako donorom viazanom v kopolymeri a antracénom ako akceptorom očkovanom na PE. Na druhej strane, prenos singletne energie je účinný, ak sú donor aj akceptor viazané v kopolyméri, čo poukazuje na značnú heterogenitu systému.
1. Morawetz H., J Polym. Sci.,:Part A: Polym. Chem., 37, 1725 (1999).
2. Duportail G., Lianos P., Vesicles (Ed. M. Rosoff), Marcel Dekker, 1996, Ch. 8, p. 29
3. Sperling L. H., Interpenetrating Polymer Networks and Related Materials, Plenum Press, New York and London, 1981.
4. Borsig E., Hrouz J., FiedlerovÁ A., Ilavský M., J. Macromol. Sci. – Chem., A27 (13&14), 1613–1620 1990.
5. Schulze U., Pompe G.,. Meyer E., Janke A., Pionteck j., Fiedlerová a., Borsig E., Polymer, 36 (17),. 3393–3398, (1995).
6. Greco R., Fiedlerová A., Schulze U., Borsig E., J.M.S. – Pure Appl. Chem., A32(12), 1957–1972 (1995)
7. Danko M., Hrdlovič P., Borsig E.: J. Macromol Sci, Pure Appl. Chem. A38, 467 (2001).
8. Kósa C., Danko M., Fiedlerová A., Hrdlovič P., Borsig E., Weiss R.G., Macromolecules, 34, 2673 (2001).
9. Hrdlovič P, Lukáč I., J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 133, 73-82 (2000)..
10. Danko M., Hrdlovič P., Borsig E., Polymer, in print.
11. Danko M., Hrdlovič P., Borsig E., J. Photochem. Photobiol. A: Chem. submitted.
NMR SPEKTROSKOPIE POLYPENTAPEPTIDŮ ELASTINOVÉHO TYPU
D. KURKOVÁa, J. KŘÍŽa, P. SCHMIDTa, J. DYBALa, J. C. RODRÍGUEZ-CABELLOb , M. ALONSOc
aInstitute of Macromolecular Chemistry, Academy of Sciences of the Czech Republic, Heyrovský sq. 2, CZ-162 06 Prague 6, Czech Republic
bDepartment of Condensed Matter/E.T.S.I.I., University of Valladolid, 470 11 Valladolid, Spain
cDepartment of Analytical Chemistry, University of Valladolid, 470 14 Valladolid, Spain
Použitím mnoha NMR technik jsme získali informace o chování polypentapeptidů poly(G1V1G2V2P) a poly(AV1GV2P) ve vodných roztocích při zvyšující se teplotě. V různých teplotních oblastech byly rozlišeny čtyři fyzikální stavy obou polymerů: stav I pod teplotou přechodu (~ 299 K) - plně hydratovaný polymer s převážně přímými řetězci; stav II - předagregační stav s náhodně se vyskytujícím svinutím řetězců typu “b -turn”, 299 – 303 K u poly(AV1GV2P) a v širším rozmezí u poly(G1V1G2V2P); kompaktní stav III (303 – 313 K) s těsněji sbalenými řetězci; agregovaný a sedimentující stav IV (> 313 K). Stavy II až IV koexistují v různých proporcích v celém teplotním rozmezí nad 299 K. Ve stavech II a III jsou polymery postupně více zbaveny svého hydratačního obalu, ale ponechávají si molekuly vody prostorově omezené a relativně znehybněné ve svých smyčkách.
Různé techniky poskytují dodatečné detaily k této obecné charakteristice. Podle míry změn intenzit 1H NMR signálů, odrážejících změny ve vnitřní pohyblivosti polymerů je poly(AV1GV2P) podroben náhlé změně většiny polymeru (I ® II), v poměrně úzkém rozmezí 299 – 303 K; pak následuje plynulejší změna (II ® III) v širším teplotním intervalu; poly(G1V1G2V2P), díky svému méně hydrofobnímu Gly na místě Ala, vykazuje mnohem plynulejší změnu.
1H-1H NOESY poly(AV1GV2P) ukazuje na přítomnost “b -turn” v pozici Pro-Ala ve stavu II při 301 K.
Samo-difusní pohyblivost zkoumaná technikou PGSE ukazuje na překvapující pokles hydrodynamického poloměru polymerního klubka ve stavu II a III, hlavně v případě poly(AV1GV2P). Tato změna může být způsobena ztrátou hydratačního pláště, ale pravděpodobně je to také důsledek těsnějšího svinutí dehydratovaného polymeru.
VYUŽITÍ MIKROSKOPIE ATOMOVÝCH SIL K CHARAKTERIZACI POVRCHŮ HYBRIDNÍCH ORGANICKO–ANORGANICKÝCH NÁTĚRŮ
M. ŠPÍRKOVÁ
Ústav makromolekulární chemie Akademie věd České republiky, Heyrovského
nám. 2, 162 06 Praha 6, Česká republika
Analýza povrchů náleží k významným metodám charakterizace dvojrozměrných systémů. Poskytuje cenné informace při studiu nově syntetizovaných vícesložkových, např. nanokompozitních materiálů. Jednou z možností studia morfologie povrchů ve vysokém rozlišení je využití mikroskopie atomových sil (AFM).
V našem případě byla AFM (v kontaktním i bezkontaktním režimu) použita ke studiu povrchových vlastností hybridních organicko–anorganických (O-I) nano-kompozitních nátěrů připravených z [3-(glycidyloxy)propyl]trimethoxysilanu, diethoxy[3-(glycidyloxy)propyl]methylsilanu a poly(oxypropylenu) o různé molekulové hmotnosti reakcí s oligomerními aminy o různé funkčnosti (Jeffamine D-230, D-400 a T-403). V některých případech byl do reakčního systému přidán koloidní oxid křemičitý (SiO2). AFM mikroskopie prokázala, že všechny připravené nátěry mají velmi pravidelný a hladký povrch – reliéf průřezu stanovil výškové diference řádově v jednotkách nm. Morfologie povrchu však výrazně závisí na tom, zda produkt obsahuje částice SiO2 či nikoliv. Přítomnost nanočástic SiO2 v povrchové vrstvě je zřetelně patrná – jednotlivé nanočástice jsou v ní rozloženy rovnoměrně, bez zřetelné tvorby aglomerátů a do O-I matrice jsou velmi dobře zabudovány. Srovnání výsledků analýzy distribuce nanočástic na povrchu a s teoretickou průměrnou vzdáleností vyplývající ze stechiometrie ukazuje, že povrchová vrstva je obohacena oxidem křemičitým. Porovnáním výsledků analýz v kontaktním a bezkontaktním režimu stejného vzorku bylo ověřeno, že lze oběma způsoby dosáhnout identických výsledků, jsou-li v kontaktním režimu přítlačné síly hrotu na povrch vzorku minimalizovány. Pokud se však přítlačné síly hrotu na analyzovaný povrch dostatečně zvýší, je možné přejít od nedestrukční analýzy (studium morfologie povrchu) k analýze destrukční (“škrábání” povrchu hrotem). Tímto způsobem lze stanovit mikrotvrdost nátěrů a zároveň i určit typ mechanismu poškození1.
1 W. Shen, S.M. Smith, F.N. Jones, C. Ji, R.A. Ryntz , M.P. Everson: J. Coat. Technol. 69, 123-135 (1997)
Poděkování: Autorka příspěvku děkuje Grantové agentuře České republiky (203/01/0735) za finanční podporu.
ROZDEĽOVANIE POLYMÉRNYCH REŤAZCOV V ROZTOKU DO ŠTVORCOVÝCH KANÁLOV: MRIEŽKOVÉ MONTE CARLO SIMULÁCIE
P. CIFRAa, I. TERAOKAb
aÚstav polymérov, Slovenská akadémia vied,
Dúbravská cesta 9, 842 36 Bratislava, Slovenská republika
bHerman F. Mark Polymer Research Institute, Polytechnic University
333 Jay Street, Brooklyn, New York 11201, USA
Uskutočnili sa mriežkové Monte Carlo simulácie za účelom vyšetrenia vplyvu geometrického obmedzenia zriedených a nezriedených roztokov polymérnych reťazcov v kanáloch so štvorcovým profilom. V zriedených roztokoch závislosť rozdeľovacieho koeficientu Kc pri penetrácii do kanálu od hrúbky kanálu d je v zhode s predpoveďou škálovacej teórie a je blízka štvorcu rozdeľovacieho koeficientu Ks do štrbiny o tej istej hrúbke d. Reťazce s gyračným polomerom menším ako ~d/2 sa ukladajú pozdĺž kanálu a s klesajúcou hrúbkou kanálu konce reťazcov smerujú smerom von. Konformácia reťazcov v širších kanáloch je stlačené klbko. Kc rastie s rastúcou koncentráciou polyméru f E vo voľnom roztoku, ktorý je v rovnováhe s roztokom v kanáli. Pre slabé obmedzenia Kc sleduje tesne hodnoty Ks2 pre rovnaké hodnoty f E a d. Pri vyšších koncentráciách sa reťazce kontrahujú podobne ako vo voľnom roztoku. Pri silnom obmedzení je Kc menšie ako Ks2 pri rovnakom f E v polozriedenom roztoku a pri vyšších koncentráciách ostro rastie k hodnotám blízko Ks2. Unikátny penetračný prechod charakteristický pre úzke kanály a dlhé reťazce, ktorý nie je prítomný pri obmedzeniach v štrbine, videný tu pomocou simulácií bol neskôr potvrdený aj z teórie. Tento ostrý prechod môže nájsť svoje aplikácie v separačných technikách makromolekúl, takých ako je napríklad kvapalinová chromatografia pri vysokých osmotických tlakoch.
PARTITIONING OF POLYMER CHAINS IN SOLUTION WITH A SQUARE CHANNEL: LATTICE MONTE CARLO SIMULATIONS
P. CIFRAa, I. TERAOKAb
aPolymer Institute, Slovak Academy of Sciences
Dúbravská cesta 9, 842 36 Bratislava, Slovak Republic
bHerman F. Mark Polymer Research Institute, Polytechnic University
333 Jay Street, Brooklyn, New York 11201
Cubic lattice Monte Carlo simulation studies were conducted to examine the effect of confinement of dilute and non-dilute solutions of polymer chains in a channel with a square cross section. In dilute solutions, the partition coefficient Kc with channels of different widths d followed the scaling-law prediction, and was close to the square of the partition coefficient Ks with a slit of the same d. The chain with its bulk radius of gyration greater than ~d/2 adopted a conformation extending along the channel and, with a decreasing channel width, the chain ends were forced to face outside. The chain conformation in broader channels was a compressed random coil. The Kc increased with an increasing polymer concentration E in the exterior solution equilibrated with the channel. In a weak confinement, Kc closely followed Ks2 of the same E and d. The chains contracted at higher concentrations as they do in the bulk solutions. In a strong confinement, Kc was smaller than Ks2 at the same E in the semidilute regime, and, at higher concentrations, sharply increased to the value close to Ks2. The unique penetration transition seen here from simulations and characteristic of narrow channels and long chains, which is absent in slits, was subsequently confirmed also by theory. This transition may find its use in separation techniques for macromolecules such as high osmotic pressure chromatography.
SEM ŠTÚDIUM KOMPOZITOV NA BÁZE LDPE PLNENÝCH ORGANICKÝMI PLNIVAMI
I. JANIGOVÁa, F. LEDNICKÝb
aÚstav polymérov Slovenská akadémia vied, Dúbravská cesta 9, 842 36 Bratislava, Slovenská republika, upoljani@savba.sk
bÚstav makromolekulární chemie Akademia věd České republiky, Heyrovského nám. 2, 162 06 Praha, Česká republika
Práca je zameraná na štúdium vplyvu dvoch spôsobov modifikácie na morfológiu kompozitov LDPE/organické plnivo (časticové - drevná múčka, mletá tráva, vláknité - recyklovaný papier, osikové vlákno) metódou SEM.
Prvý spôsob zlepšenia interakcie medzi plnivom a polymérnou matricou je peroxidom iniciované sieťovanie (1). Druhý spôsob je spojený so zavedením kopolyméru poly(etylén-kyselina metakrylová) ako kompatibilizátora (2). Vzhľadom na zlepšenie mechanických vlastností kompozitov v obidvoch spôsoboch modifikácie (1,2) zaujímalo nás, či sa predpokladané zvýšenie adhézie polymér - plnivo potvrdí na mikrografoch lomových plôch daných kompozitov. Sledovali sa dva druhy lomov - húževnatý lom (prebiehajúci pri izbovej teplote) a krehký lom (prebiehajúci pri teplote tekutého dusíka).
Mikrografy lomových plôch potvrdili pri obidvoch spôsoboch modifikácie zvýšenie adhézie medzi LDPE matricou a plnivom pre všetky typy plnív v porovnaní s nemodifikovanými kompozitmi. Zvýšenie adhézie sa prejavilo pokrytím povrchu plniva vrstvou polymérnej matrice, mikrografy nevykazujú odmáčanie LDPE matrice od povrchu organického plniva.
Húževnatý lom je podľa predpokladu sprevádzaný výraznou plastickou deformáciou matrice, ktorá skresľuje jednoznačnosť pozorovania.
Literatúra
Poďakovanie
Autori ďakujú Vedeckej grantovej agentúre SAV (VEGA grant č. 2/7044/20 a 2/1060/21) za finančnú podporu.