Исследование способів запровадження білкових компонентів в синтетичний полиизопрен

Министерство Освіти Російської Федерации.

Московська Державна Академия.

Тонкої Хімічної Технологии.

Їм. М. У. Ломоносова.

Кафедра Хімії і фізики полімерів і процесів їх переработки.

Бакалавриат в напрямі 551 600 «Матеріалознавство й технологія нових материалов.

Кваліфікаційна робота на ступінь бакалавра:

Дослідження способів запровадження білкових компонентів в синтетичний полиизопрен Зав. каф. ХФП і ПП д.х.н. проф. Шершнев В.А.

Научный керівник ас. к.х.н. Гончарова Ю.Э.

Студентка групи МТ-46.

Киркина.О.В.

Москва 2003.

1. Запровадження. 2. Літературний огляд. 2.1. Будова і склад натурального каучуку. 2.2. Структура латексу гевеї. 2.3. Дослідження впливу білкових компонентів на властивості НК, гумових сумішей і вулканизатов з його основе.

3. Аналітична частина. 3.1. Запровадження білкових модифікаторів на стадії виготовлення каучука.

3.2. Модифікація СПИ біологічними мембранами чи його моделями, методом звернених мицелл.

3.3. Модифікація білковими сполуками СПИ шляхом іммобілізації їх у попередньо активовану матрицю каучуку реакционно-способными сполуками. 4. Висновки. 5.

Список литературы

.

1.

Введение

.

Нині в гумової промисловості застосовують широкий, спектр каучуков, проте більшу частину промислового споживання становлять натуральний і синтетичний полиизопрены. До цього часу натуральний каучук (НК) залишається еталоном каучуку загального призначення, які мають комплексом властивостей. Високий рівень властивостей виробів із НК значною мірою обумовлений наявністю у складі білкових веществ.

З технічних параметрів, як-от когезионная міцність, термомеханическая стабільність, опірність раздиру та інших., НК поколишньому немає аналогів, й забезпечення потреб багатьох областей техніки та східної медицини, Україна змушена одержувати там натуральний каучук і латекс натурального каучука.

Основними споживачами НК сьогодні є шинна промисловість, авіація, медицина і медична промышленность.

Відсутність біля нашої країни кліматичних зон, придатних для проростання каучуконосных рослин, робить найперспективніших пошук шляхів спрямованої модифікації синтетичних каучукоподобных полімерів з з метою отримання матеріалу, що може замінити НК по технічно важливим фізико-хімічним параметрам.

Модифікація синтетичного каучуку мають забезпечувати поліпшення властивостей сумішей і гум за цілою низкою показників: когезионных властивостей сумішей, упруго-гистерезисных, адгезионных і усталостных властивостей гум. Тому, модифікація СПИ білковими фрагментами, представляється, однією з найперспективніших способів поліпшення споживчих властивостей СПИ. Це підтверджується наявними, поки недостатніми для практичної реалізації спробами модификации.

Метою нашого дослідження, була оцінка, низки способів запровадження білкових фрагментів СПИ і властивостей отриманих эластомерных композиций.

2. Літературний обзор.

1.. Будова і склад НК.

Натуральний каучук (НК) — биополимер изопреноидной природи, типовий представник широкого класу изопреноидов рослинного походження, він виробляється в рослинах, які ростуть у регіонах світу (бразильська гевея, американська гваюла, середньоазіатський кок-сагыз)(1), є на 98 — 100% стереорегулярный циз-полиизопрен. По даним Танакі (2) будова природного НК то, можливо представлено як наступній формулы:

— кінець молекули дуже високого молекулярного ваги представлений аллильным й трьома транс-изопреновыми ланками, далі йде протяжний цисполиизопреновый ділянку ланцюга, молекула закінчується аллильной спиртової групою накінці, що у ході біосинтезу пов’язані з пирофосфатной групою, отщепляемой із приєднання наступного циз-изопренового ланки чи ж після закінчення биосинтеза.(3,4).

У природних латексах з гевеї і гваюлы завжди, ще, присутні пирофосфаты мономерів і олигомеров пренолов — попередники полиизопрена (5,6).

Біосинтез каучуку в рослинних клітинах пов’язані з мембранами, які переважно побудовано з ліпідів і білків. Основний компонент мембранних ліпідів в рослинних клітинах є лецитин (фосфатидилхолин):

СН2ОСОR R, R — нормальна ланцюг С15 — С17 разной.

CHOCOR ступеня не насыщенности.

CH2OP-OCH2CH2N-CH3.

. CH3.

З білків, присутніх в латексе НК, найбільша увага дослідників приваблює полимераза каучуку — фермент, провідний полімеризацію, який присутній як і що з каучуком стані, і у розчині. Зв’язок із полиизопреновой ланцюжком здійснюється може бути через пірофосфат накінці зростання ланцюга чи зланці через приєднання на подвійну зв’язок (7). У патенті США (8) описані виділення очищення цього ферменту, його молекулярна маса виявилася порядку 44−36 кДа. Швидше за все, саме його присутність серед НК пов’язаного білка і становить той залишковий білок у кількості 1%, який знаходять у НК марки RSS, например.

Про структурі інших компонентів НК нічого достовірного на молекулярному рівні не известно.

2. Структура латексу гевеи.

Як відомо, біосинтез НК відбувається у латексе каучуконосных рослин, причому полімеризація мономера ИППФ протікає лежить на поверхні дрібних структур, оточених мембраною, що з білків і ліпідів (9). Передбачається, що зросла гидрофобная ланцюг каучуку проникає всередину мембранної структури, а гидрофильныйкінець звернений назовні, у серум де відбувається взаємодію Космосу з ИИПФ з допомогою що за мембрані білкового каталізатора — ферменту полимеразы каучуку. В міру накопичення каучуку всередині мембранних структур вони збільшуються у вигляді і перетворюються на великі каучукові глобулы (10). Огортаючи каучукову глобулу, речовини мембрани (ліпіди, білки) виконують додаткову функцію стабілізації латексу, запобігають злипання глобул (коагуляцию латексу). Показано, більшість ліпідів, які у латексе НК, пов’язані з глобулами каучука (9).

Інший аспект у тому, що фосфоліпіди може бути найважливішими чинниками для каучуковою полимеразы у її функціонуванні у процесі зростання частинок, і фосфоліпіди можуть бути присутні у складі латексных частинок як складової частини апарату біосинтезу каучука (11,12). У зв’язку з цим цікаво, що виділення частинок, провідних активний біосинтез каучуку з латексу гаваюлы успішно використовували гель-фильтрацию, як крок очищення при виділенні каучук — синтезують глобул латексу (7).

У специфічному будову каучукових глобул, попередніх формуванню коагулированного латексу НК, закладено, очевидно, ключі до поясненню його унікальних фізико-механічних параметрів як матеріалу для шинних резин (13,14).

Потрапляючи всередину НК і будучи рівномірно розподіленими за обсягом каучуку, речовини мембран мусять надавати певного впливу різноманітним параметрам цього унікального природного матеріалу. Правильно підібрати склад добавок, їх природу і рівень диспергирования в полиизопрене — ось завдання, яку, з погляду, слід було ставити під час розробки методу модифікації синтетичного полиизопрена із єдиною метою наближення властивостей, до властивостями НК.

У першому етапі роботи було виконано якісний скринінг по речовин, що їх у латексе НК було встановлено і будова що досить достовірно доведено. Як таких речовин було обрано: гидрофобный білок з латексу гевеї, сума розчинних білків серума тієї самої латексу, лецитины різного походження, синтетичні олигопренолфосфаты і пирофосфаты, і навіть гидрофобные білки, й липиднобілкові суміші мікробіологічного та тваринного происхождения.

2.3. Дослідження впливу білкових компонентів на властивості НК, гумових сумішей і вулканизатов з його основе.

Модифікація СПИ білковими фрагментами, представляється, однією з найперспективніших способів поліпшення споживчих властивостей СПИ. Це підтверджується наявними, поки недостатніми для практичної реалізації спробами модификации (15,16). Отримані у «справжній роботі дані, свідчать, що модифікація може бути ефективною, якщо переважна більшість макромолекул міститимуть білкові фрагменти, міцно пов’язані з цепью (17). У цьому середня молекулярна маса може бути нижчі, ніж в серійного промислового полиизопрена СКИ-3.

Зміст білка для шинних каучуков має становити 0,2% мас. і вище, але певне, трохи більше (1,5−2,0)% масс.

Депротеинизацию торгових сортів НК (вихідних, не піддавалися пластификации) проводили в розбавлених розчинах (розчинники — гексан, толуолу) шляхом обробки активними добавками з наступним відділенням білкової компоненти методом препаративного ультрицентрифугирования, потім депротеинизированный каучук виділяли сушінням під вакуумом в м’яких условиях (18). Про змісті білка судили з визначення азоту з використанням приладу Кельдаля та аналізу ИК-спектров.

Изомеризацию здійснювали в розчині толуолу та блоці шляхом обробки каучуку оксидом сірки, варіюючи тривалість і температуру. Про зміни микроструктутры судили по появі сигналів, відповідних поглинання протонів trans — конфігурації ланки изопренов в спектрах ЯМР, прилад Bruker — 500.

ММР характеризували методом ГПХ з допомогою універсальної калібрування, прилад Waters — 200 (колонки — микростирагель, 106 105 104 103 Ао).

Вивчалося вплив молекулярної є і зміст зв’язкового білка на властивості НК і сажевых сумішей. Для цього він отримано фракції, виділені з торгових сортів НК. За змістом білка досліджені зразки можна розділити втричі групи: два типу фракцій з низьким змістом білка — 0,3% < Б і 0,5< Б10%;молекулярные маси фракцій з низьким змістом білка було визначено методом ГПХ. Слід зазначити, що у способу отримання фракції вже о них зберігся «нативний» характер зв’язку білка з углеводородом.

Гумові суміші готували на микро-вальцах з допомогою 5−20 р каучуку; рецепт каучук -100, техуглерод -50, ZnO-5, сера-2, сульфенамид Ц- 0,8, стеаринова кислота -2,0 .

Таблиця 2.3.1.

Пластичні і молекулярні параметри фракцій НК.

|№ |Зразок |білок,% |Мw10−5 |Мп10−5 |Пласт./восст|М500, | |п/п | |мас. | | |а |МПа | |1 |CSV-20исх |- |- |- |0,22/2,35 |- | |2 |CSV-201фр |.