Модификация биологически активными системами синтетического полиизопрена

Директивная пропорционалность между крутящим моментом и

жесткостью не может быть ожидаемой, при всех условиях теста. Амплитуда

колебаний составляет 1,

Аппаратура прибора состоит из следующих основных частей:

1 . амперметр

2. матричная полость(штамп)

3. матричный затвор (перегородки)

4. диск из прочной стали

5. дисковый колебатель (виброметр)

6. вращающаяся измерительная система, которая включает в себя отдельные

части: измеритель, перо, температурный измеритель

7. колибрация крутящегося преобразующего датчика и записыватель Такие

приборы применяют для определения скорости вулканизации

вместо определения физико-механических свойств по серии образцов,

вулканизованных разное время. Применение реометров позволяет довольно точно

выявить изменения концентрации агента вулканизации или состава

вулканизующей системы, определить время достижения оптимума и вид плато

вулканизации, изменения вулканизата при перевулканизации.

[pic]

Рис. 4.2 Вибрационный сдвиговый реометр фирмы "Монсанто"

5. Экспериментальная часть

5.1. Влияние липидов на свойства СКИ-3 и резиновых смесей

на их основе

Представляло интерес исследовать влияние липидного остатка Rh. Caps

на когезионные свойства СКИ-3 в сравнении с НК. Липидный остаток биомассы

Rh. Caps вводили в СКИ-3 в виде раствора в хлороформе в количестве 0,03,

0,075 и 0,120 мас. ч. Показано, что при введении липидного остатка в

каучук условное напряжение при 100%-ом растяжении уменьшается с увеличением

его содержания (табл. 5.1).Также наблюдается уменьшение условной прочности

при растяжении с возрастанием содержания липидного остатка в каучуке СКИ-

3. При этом, относительное удлинение имеет экстремальный характер поведения

с изменением содержания липидного остатка: максимальное значение

соответствует образцам с содержанием 0,075 мас. ч. Также заметно, что

относительное удлинение у образцов с введённым липидным остатком выше, чем

у исходного СКИ-3. Таким образом, введение данного липидного остатка не

способствует увеличению когезионной прочности резиновых смесей на основе

СКИ-3 до уровня НК.

Таблица 5.1

Влияние липидного остатка биомассы Rh. Caps на когезионные свойства СКИ-3.

|Каучук |Содержание |Условное |Условная |Относитель-но|

| |липидного остатка|напряжение при |прочность при |е удлинение, |

| |в каучуке, мас. |100%-ом |растяжении, |% |

| |ч. |растяжении, МПа |МПа | |

|НК |- |0,33 |1,15 |650 |

|СКИ-3 |- |0,23 |0,22 |225 |

|СКИ-3 |0,03 |0,21 |0,20 |350 |

|СКИ-3 |0,075 |0,20 |0,19 |400 |

|СКИ-3 |0.120 |0,18 |0,16 |300 |

На основе, модифицированного липидами СКИ-3 были приготовлены

резиновые смеси, состав которых приведен в таблице 3.13 .Смешение

проводилось на лабораторных вальцах. Вулканизацию резиновых смесей

осуществляли при температурах 150 оС, 155 оС. На вибрационном роторном

реометре фирмы “Монсанто” оценивали комплекс вулканизационных свойств

резиновых смесей.

Введение липидного остатка биомассы Rhodobacter capsulatus существенно

повлияло на вулканизационные характеристики резиновых смесей. Снижается

индукционный период вулканизации с увеличением содержания липидного остатка

в каучуке, также снижается время достижения оптимума вулканизации по

сравнению с СКИ-3 (рис. 5.1). При введении в каучук 0,03 мас. ч.,

минимальный крутящий момент несколько уменьшается, однако при дальнейшем

увеличении содержания липидного остатка наблюдается рост минимального

крутящего момента. Введение в каучук 0,03 и 0,075 мас.ч. липидного остатка

несколько увеличивает максимальный крутящий момент по сравнению с СКИ-3

(табл. 5.2). Кроме того, введение липидного остатка в количестве 0,120

мас. ч. приводит к существенному увеличению максимального крутящего

момента, что приближает его к максимальному моменту резин на основе НК.

Также наблюдается рост степени вулканизации и скорости вулканизации.

Таблица 5.2

Вулканизационные характеристики смесей на основе СКИ-3, модифицированного

липидным остатком биомассы Rhodobacter capsulatus (150о)

|каучук |Содержа|Индукци|Время |Крутящий |Степень |Скорость |

| |ние |онный |достижения|момент, ф*дм |вулканизац|вулканизац|

| |Л.О. в |период |оптимума | |ии, ф*дм |ии |

| |каучуке|вулкани|вулкани | |Мmax- Мmin|1 |

| |, мас. |зации, |зации, мин| | |(ТС(90)- |

| |ч. |TS |ТС(90) | | |TS) |

| | | | |Мmin |Мmax | | |

|НК |- |7,5 |12,5 |4,6 |20,8 |16,2 |0,13 |

|СКИ-3 |- |19 |25 |2,8 |17 |15,6 |0,17 |

|СКИ-3 |0,03 |18,4 |24,5 |2,6 |17,6 |16,1 |0,16 |

|СКИ-3 |0,075 |17,3 |23 |3 |17,3 |15,8 |0,17 |

|СКИ-3 |0,120 |16,75 |21,5 |3 |18,3 |16,8 |0,21 |

[pic]

Как видно из рисунка 5.2 вулканизация ускоряется почти в два раза при

увеличении температуры на 5 градусов. Следует отметить усиление влияния

содержания липидного остатка в каучуке на вулканизационные характеристики

резиновых смесей на основе СКИ-3: уменьшился индукционный период

вулканизации, увеличивается значение максимального крутящего момента с

увеличением содержания липидного остатка, самое высокое значение

максимального крутящего момента у каучука СКИ-3 с содержанием 0,120

массовых частей липидного остатка, но минимальный крутящий момент ниже,

нежели чем у других образцов, а следовательно самая высокая степень

сшивания. Однако минимальный крутящий момент выше у образца с минимальным

содержанием липидного остатка. Время достижения оптимума вулканизации

существенно уменьшается, как это можно видеть из рисунка 5.2 и таблицы 5.5.

Степень вулканизации остается неизменной (такая же, как и у СКИ-3) у

образцов с липидным остатком 0,03 и 0,075,а при введении 0,120 масс.ч

степень вулканизации резко возрастает. Наблюдается снижение времени

достижения оптимума вулканизации, с увеличением содержания липидного

остатка в резиновой смеси, однако происходит рост скорости вулканизации.

Таблица 5.3

Вулканизационные характеристики смесей на основе СКИ-3, модифицированного

липидным остатком биомассы Rhodobacter capsulatus (155о)

|каучук |Содержа|Индукци|Время |Крутящий |Степень |Скорость |

| |ние |онный |достижения|момент, ф*дм |вулканизац|вулканизац|

| |липидно|период |оптимума | |ии, ф*дм |ии |

| |го |вулкани|вулкани | |Мmax- Мmin|1 |

| |остатка|зации, |зации, мин| | |(ТС(90)- |

| |в |TS |ТС(90) | | |TS) |

| |каучуке| | | | | |

| |, мас. | | | | | |

| |ч. | | | | | |

| | | | |Мmin |Мmax | | |

|НК |- |4 |7,8 |5 |20 |14,9 |0,26 |

|СКИ-3 |- |13 |17 |3,3 |17,5 |14,3 |0,25 |

|СКИ-3 |0,03 |11,6 |14,3 |3,3 |17,5 |14,3 |0,37 |

|СКИ-3 |0,075 |9,5 |11,8 |2,9 |17,3 |14,3 |0,43 |

|СКИ-3 |0,120 |7,9 |10,5 |2,5 |18,1, |15,6 |0,42 |

[pic]

Рассматривая влияние липидного остатка биомассы Rhodobacter capsulatus

на зависимость напряжения от деформации было установлено, что у всех

образцов резиновых смесей на основе СКИ-3 наблюдается резкий скачок упруго-

прочностных характеристик практически при одном и том же значении

деформации (рис. 5.5), причем, наиболее заметно положительное влияние 0,075

м.ч липидного остатка биомассы Rhodobacter capsulatus на увеличение

условного напряжения.

[pic]

5.2. Исследование свойств резиновых смесей на основе СКИ-3, содержащих

соевый белок.

Рассматривая влияние соевого белка на когезионные свойства резиновый

смесей на основе СКИ-3, было установлено, что условное напряжение при 100%-

ом удлинении растет с увеличением содержания белка в смеси; однако при

увеличении дозировки соевого белка свыше 10 мас. ч. условное напряжение в

смеси остается на постоянном уровне (табл. 5.4). Условная прочность при

растяжении несколько снижается, при большом содержания соевого белка в

каучуке. Также наблюдается рост относительного удлинения с увеличением

содержания массовых частей соевого белка в каучуке.

Таблица 5.4

Влияние соевого белка на когезионные свойства резиновой смеси на основе СКИ-

3.

|Каучук |Содержание |Условное |Условная |Относитель-но|

| |соевого белка в |напряжение при |прочность при |е удлинение, |

| |каучуке, мас. ч. |100%-ом |растяжении, |% |

| | |растяжении, МПа |МПа | |

|СКИ-3 |- |0,14 |0,06 |410 |

|СКИ-3 |1 |0,14 |0,07 |340 |

|СКИ-3 |3 |0,13 |0,05 |410 |

|СКИ-3 |6 |0,15 |0,06 |375 |

|СКИ-3 |10 |0,16 |0,06 |390 |

|СКИ-3 |15 |0,16 |0,05 |480 |

Сравнивая вулканизационные характеристики смесей на основе СКИ-3

модифицированные соевым белком с вулканизационными характеристиками СКИ-3

можно отметить что индукционный период вулканизации снижается с увеличением

содержания масс.ч. соевого белка. Однако введение дозировки свыше10 масс.ч.

нецелесообразно, т.к индукционный период остается на прежнем уровне.

Существенно снижается время достижения оптимума вулканизации при введении в

каучук 1 массовой части соевого белка, но при введении 3 массовых частей

время достижения оптимума вулканизации резко возрастает и постепенно

начинает снижаться с увеличением содержания соевого белка. Минимальный

крутящий момент уменьшается с введением 1 и 3 мас. ч. соевого белка, а с

увеличением содержания начинает возрастать. Максимальный крутящий момент

несущественно увеличивается с увеличением содержания соевого белка в

резиновой смеси, также растет степень вулканизации. Однако скорость

вулканизации возрастает с содержанием 1 мас. ч. соевого белка, а при

дальнейшем увеличении дозировки начинает, снижается.

Таблица 5.5

Вулканизационные характеристики резиновых смесей на основе СКИ-3,

модифицированного соевым белком. (150оС)

|каучук |Содержан|Индукци|Время |Крутящий |Степень |Скорость |

| |ие |онный |достижен|момент, |вулканизац|вулканизац|

| |соевого |период |ия |ф*дм |ии, ф*дм |ии |

| |белка в |вулкани|оптимума| |Мmax- Мmin|1 |

| |каучуке,|зации, |вулкани | | |(ТС(90)- |

| |мас. ч. |TS |зации, | | |TS) |

| | | |мин | | | |

| | | |ТС(90) | | | |

| | | | |Мmin |Мmax | | |

|СКИ-3 |- |17,3 |20,5 |4,8 |18,5 |16,2 |0,31 |

|СКИ-3 |1.мас.ч |15,9 |18,5 |1,7 |17,5 |16 |0,38 |

|СКИ-3 |3.мас.ч |14,4 |17,8 |1,6 |17,9 |16,3 |0,29 |

|СКИ-3 |6.мас.ч |12,5 |16,3 |2,2 |19 |17,2 |0,26 |

|СКИ-3 |10.мас.ч|11 |14,8 |2 |20 |18,1 |0,26 |

|СКИ-3 |15.мас.ч|11 |15 |2 |20,3 |18,3 |0,25 |

[pic]

Анализируя влияние различного содержания соевого белка на условное

напряжение при 500%-ом удлинении (рис. 5.5), видно что с увеличением масс.

ч. соевого белка в резиновой смеси, условное напряжение возрастает и

достигает максимума при содержании 10 мас. ч., после чего наблюдается

падение данной характеристики. Однако условная прочность резин на основе НК

с разным содержанием соевого белка падает, с увеличением его содержания.

[pic]

5.3. Изучение влияния соевой муки на свойства резиновых смесей на основе

СКИ-3

Рассматривая влияние соевой муки на когезионные свойства резиновый

смесей на основе СКИ-3, было установлено, что условное напряжение при 100%-

ом удлинении растет с увеличением содержания соевой муки в смеси; (табл.

5.6). Условная прочность при растяжении начинает расти при увеличении

содержания соевой муки в смеси свыше 5 мас. ч. Однако относительное

удлинение начинает снижаться с увеличением содержания соевой муки в

резиновой смеси на основе СКИ-3.

Таблица 5.6.

Влияние соевой муки на когезионные свойства резиновой смеси на основе СКИ-

3.

|Каучук |Содержание |Условное |Условная |Относитель-но|

| |соевой муки в |напряжение при |прочность при |е удлинение, |

| |каучуке, мас. ч. |100%-ом |растяжении, |% |

| | |растяжении, МПа |МПа | |

|СКИ-3 |- |0,14 |0,06 |410 |

|СКИ-3 |1 |0,12 |0,05 |450 |

|СКИ-3 |3 |0,13 |0,05 |430 |

|СКИ-3 |6 |0,13 |0,07 |320 |

|СКИ-3 |10 |0,14 |0,07 |355 |

|СКИ-3 |15 |0,15 |0,05 |450 |

Рассматривая влияние соевой муки на вулканизационные характеристики

смесей на основе СКИ-3, можно отметить что индукционный период вулканизации

снижается с увеличением содержания масс.ч. соевой муки. Время достижения

оптимума вулканизации имеет неоднозначный характер как видно из таблицы

5.7. С увеличением содержания соевой муки в каучуке минимальный крутящий

момент снижается. Максимальный крутящий момент увеличивается с введение 1

мас.ч., однако при введении 3 и 6 мас.ч снижается, и при дальнейшем

увеличении содержания соевой муки в резиновой смеси начинает снова

возрастать. Степень вулканизации также растет с увеличением содержания

соевой муки в резиновой смеси на основе СКИ-3.С введением в резиновую смесь

1 мас. ч. соевой муки скорость вулканизации существенно возрастает, а

дальнейшее введение соевой муки снижает данную характеристику.

Таблица 5.7

Вулканизационные характеристики резиновых смесей на основе СКИ-3,

модифицированного соевой мукой. (150оС)

|каучук |Содержа|Индукци|Время |Крутящий |Степень |Скорость |

| |ние |онный |достижения|момент, |вулканизац|вулканизац|

| |соевой |период |оптимума |ф*дм |ии, ф*дм |ии |

| |муки в |вулкани|вулкани- | |Мmax- Мmin|1 |

| |каучуке|зации, |зации, мин| | |(ТС(90)- |

| |, мас. |TS |ТС(90) | | |TS) |

| |ч. | | | | | |

| | | | |Мmin |Мmax | | |

|СКИ-3 |- |16,8 |19,5 |4,8 |18,5 |16,2 |0,37 |

|СКИ-3 |1.мас.ч|13,8 |15,5 |2,7 |19,3 |16,6 |0,59 |

|СКИ-3 |3.мас.ч|14 |16 |2,3 |18,8 |16,6 |0,5 |

|СКИ-3 |6.мас.ч|11,3 |14 |2,2 |18,8 |16,7 |0,37 |

|СКИ-3 |10.мас.|9,8 |16,5 |2,1 |19,2 |17 |0,14 |

| |ч | | | | | | |

|СКИ-3 |15.мас.|8 |13 |2 |19,5 |17,5 |0,2 |

| |ч | | | | | | |

[pic]

Рассматривая влияние различного содержания соевой муки на условную

прочность, видно, что данная величина снижается с увеличением содержания

соевой муки в резиновой смеси на основе СКИ-3. Однако условное напряжение

при 500%-ом удлинении возрастает и достигает максимального значения при

содержании соевой муки 10 мас. ч., но не достигает уровня НК, после чего

наблюдается незначительное падение.

[pic]

6. Обсуждение результатов

В настоящее время эталоном для каучуков общего назначения

является натуральный каучук. В нашей стране большое распространение получил

его аналог – синтетический ПИ, который, однако, уступает НК по ряду важных

свойств: когезионной прочности, сопротивлению раздиру, теплостойкости и

другим. Необходимость улучшения свойств СПИ требует поиска новых путей его

модификации. Поскольку, в природном ПИ важная роль принадлежит не

каучуковым веществам, таким как связанный и несвязанный белок и липиды,

введение в СПИ белковых фрагментов представляется одним из наиболее

перспективных способов улучшения его потребительских свойств.

Модификация СПИ белковыми фрагментами, представляется, одним из

наиболее перспективных способов улучшения потребительских свойств СПИ. Это

подтверждается имеющимися, пока недостаточными для практической реализации

попытками модификации.

Ведение в каучук белковых веществ позволило несколько повысить

когезионные свойства, модуль упругости, сопротивление раздиру. Однако, для

большинства образцов при различных условиях введения белковых фрагментов

наблюдалось повышение структурирования каучуков, что приводило к ухудшению

технологических свойств.

Эффективным способом модификации синтетического цис-1,4 полиизопрена

может являться химическая иммобилизация на эластомерной матрице белковых

фрагментов.

Белки могут вступать в реакцию радикальной полимеризации с мономерами

типа стирола, метилметакрилата, акрилонитрила и другими. Известна привитая

сополимеризация кератина с винильными соединениями. Данные примеры

совместной полимеризации относятся к типу привитой сополимеризации

мономеров на белки.

Однако непосредственное химическое взаимодействие полиизопрена с

аминокислотами и белка осуществить не удается, вследствие отсутствия

реакционноспособности относительно друг друга. Подобного рода

взаимодействия могут

быть реализованы различными косвенными путями. При введении в каучук

биологически активных систем на основе гидрофобизированного белка,

являющегося продуктом переработки вторичного сырья мясомолочной, пищевой и

фармацевтической промышленности, можно существенно улучшить свойства

смесей на основе модифицированного таким образом каучука, кроме того,

данный способ является экологически и экономически перспективным

способом модификации.

Таким образом, для модификации СПИ биополимерами целесообразно

использовать микробные белки и липиды, являющиеся источником комплекса

липидов и белков.

Целью работы было изучение влияния микробных липидов и белковых

фрагментов на свойства СПИ и полученных эластомерных композиций на его

основе. В качестве объектов исследования были выбраны биологически

активные соединения:

- Липидный остаток биомассы Rhodobacter capsulatus.

Из биомассы Rhodobacter сapsulatus (представитель аноксигенных

фотосинтезирующих микроорганизмов) направленно получают бактериопурпурин

для медицинских целей. Кроме того, биомасса Rhodobacter capsulatus может

быть источником других ценных биологически активных соединений:

каротиноидных углеводородов - 3.9%, токоферолов - 5%, кислородосодержащих

каротиноидов и высших жирных кислот - 65.5% , ВЖК - 5%, ВЖК и фитолов -

19.7%. Выделение фракции, кислородосодержащих каротиноидов показало,

что преимущественно преобладают в липидном остатке сфероидены. Общий

выход, которого от липидного остатка составил 14%. Процентный состав

ВЖК от липидного остатка биомассы Rhodobacter capsulatus:

миристиновой – 0,98%, пальмитиновой - 3,5%, пальмитолеиновой – 3,9%,

стеариновой – 2,2%, олеиновой – 90,1%,

- Соевый белок, имеющий близкий состав с белком НК и соевая мука:

Соевый белковый изолят PROFAM 9704.

Профам 974 – изолированный соевый белок – растворимый диспергируемый

продукт, разработанный для использования в пищевых системах, где требуется

высокофункциональный белок.

- Мука соевая дезодорированная полуобезжиренная

Мука соевая дезодорированная полуобезжиренная (ГОСТ 3898-56)

производится из генетически немодифицированной сои, с целью повышения

биологической и питательной ценности любого продукта, обогащая его белками,

витаминами A, B1, B2, РР, жиром, лецитином.

Исследования влияния биологически активных соединений на когезионные

свойства СКИ-3 и смесей на его основе, показало, что при введении

липидного остатка биомассы Rhodobacter capsulatus в каучук условное

напряжение при 100%-ом растяжении уменьшается с увеличением его содержания

(табл. 5.1).Также наблюдается уменьшение условной прочности при растяжении

с возрастанием содержания липидного остатка в каучуке СКИ-3. При этом,

относительное удлинение имеет экстремальный характер поведения с изменением

содержания липидного остатка: максимальное значение соответствует образцам

с содержанием 0,075 мас. ч. Также заметно, что относительное удлинение у

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6