CC BY
15• Рассчитаны значения термодинамических функций по значениям констант скоростей обмена ионов на катионите КБ-4п-2. Показано влияние формы катионита на величины
АН* и ДБ*.
Список литературы
1. Пришибл Р. Комплектны в химическом анализе. - М.: ИЛ: 1960.
2. Пимнева Л. А., Нестерова Е. Л. Исследование кинетики сорбции и механизма взаимодействия ионов меди, бария и иттрия в фазе карбоксильного катионита КБ-4п-2. //Ж. Фундаментальные исследования. - 2008. - № 4. - С. 15-20.
3. Эммануэль Н. М., Кнорре Д. Г. Химическая кинетика. - М.: Высшая школа, 1984.
4. Глесстон С., Лейдер К., Эйринг К. Теория абсолютных скоростей реакций. - М., 1948. - 583 С.
5. Кокотов Ю. А., Пасечник В. А. Равновесие и кинетика ионного обмена. - Л.: Химия, 1960.
Сведения об авторах
Пимнева Л. А., д.х.н., профессор, Тюменский государственный архитектурно-строительный университет, тел.:(3452)46-15-33
Нестерова Е. Л., аспирантка кафедры «Общая и специальная химия», Тюменский государственный архитектурно-строительный университет, тел.:(3452)46-15-33
Pimneva L. А., Doctor of Chemistry, Tyumen State Architectural University, phone: (3452)46-15-33, е-mail: chemistry@tgasu.ru
Nesterova E. L., post graduate student of Department «General and Special Chemistry», Tyumen State Architectural University, phone: (3452) 46-15-33, е-mail: chemistry@tgasu.ru
УДК 667.217.06:547.97:622.44.(04)
СТАБИЛИЗАТОРЫ СВОЙСТВ НАТУРАЛЬНЫХ ПИГМЕНТОВ И БУРОВЫХ РАСТВОРОВ
Б. Б. Токтосунова
(Кыргызский технический университет им. И. Раззакова, г. Бишкек, Кыргызская Республика)
Ключевые слова: бетанин, резонансная структура, стабилизация, агрегативная
и кинетическая устойчивость, метоксильная группа, сорбция Keyword: betanine, resonance structure, stabilization, aggregative and kinetic stability,
methoxy group, sorption
Свойства природных карбоксилсодержащих полиэлектролитов позволяют применять их в совершенно новых направлениях химии высокомолекулярных соединений: стабилизации свойств пигментов и улучшении фильтрационных свойств буровых растворов.
В комплекс бетацианинов столовой свеклы входят следующие пигменты: красно-фиолетовый - бетанин, красные - изобетанин, желтые - бетаксантины, причем первый из них по количеству превосходит остальные, являясь ответственным за окраску данной культуры [1, 2].
Как и другие природные пигменты, пигменты столовой свеклы лабильны, неустойчивы к различным физико-химическим факторам. Как природный карбоксилсодержащий полиэлектролит, пектиновые вещества из-за ионогенных групп в структуре молекул относятся к природным адсорбентам. Поэтому есть вероятность того, что красящие вещества в клеточной структуре находятся в сорбированном на пектине виде, косвенным подтверждением чего является сложность очистки коагулята пектина от красящих веществ при его промышленном производстве [3].
Окраска главного пигмента столовой свеклы - бетанина обусловлена сопряжением на концах триметинового мостика, положительно заряженного атома азота, дигидроиндольно-го с неподелённой парой электронов трехвалентного азота дигидропиридинового кольца
[4] (рис.1).
Нефть и газ
Рис. 1. Бетанин (R1=R2=COOH, R3=H)
Согласно такой резонансной структуре устойчиво сохраняется окраска бетанина столовой свеклы (Beta vulgaris) [5] (рис. 2).
Рис. 2. Резонансная структура Бетанина:
И - индольное кольцо; П - пиридиновое кольцо
Молекула пектина состоит из остатков D - галактуроновой кислоты, соединенных а-1^4- гликозидными связями. В нативном пектине часть карбоксильных групп этерифи-цирована метиловым спиртом [6] (рис. 3).
соосн.
соон
соосн.
II ОН Н он н он
Рис. 3. Структурная формула пектина
С целью моделирования клеточного комплекса пектина с красящим веществом проведена сорбция бетанина на образцах пектина с различным значением метоксильных (-ОСН3) и карбоксильных (-СООН) групп (табл.1), а также на пектине различного происхождения (табл. 2).
Таблица 1
Зависимость сорбции пигмента от количества функциональных групп пектиновыш веществ
Образец К-оснз,% К-соон,% Количество красящих веществ в растворе по Со804-7И20, г/л Количество красящих веществ в фильтрате по Со804-7И20,г/л
ПК-1 - 17,22 2,62 2,097
ПК-2 2,32 16,72 2,62 2,093
ПК-3 2,98 15,81 2,62 2,080
ПК-4 4,30 14,90 2,62 2,078
ПК-5 9,52 10,84 2,62 1,047
ПК-6 10,35 7,77 2,62 1,020
С увеличением числа метоксильных групп увеличивается сорбция красящих веществ, и максимальная сорбция пигмента с одновременным повышением его устойчивости достигается на образце свекловичного пектина (ПК-6) с максимальным количеством метоксильных и минимальным количеством карбоксильных групп (см. табл.1).
80
Нефть и газ
№ 1, 2011
С увеличением в молекуле пектина числа метоксильных групп создаются условия для образования водородных связей между пектином и бетанином, что приводит к сохранению резонансной структуры бетанина, вследствие чего устойчивая окраска бетанина сохраняется.
Уменьшение устойчивости пигмента на пектине с большим количеством карбоксильных групп объясняется созданием условий протонирования трехвалентного атома азота, повлекшего разрушение резонансной структуры пигмента.
Приведены данные сорбции красящих веществ на образцах пектина с приближенными к нативному пектину свойствами и соответствующими значениями метоксильных и карбоксильных групп (см. табл. 2).
Таблица 2
Сорбция бетанина на различных образцах пектиновых веществ
Образцы пектина К-оснз,% К- соон,% Поли-уронид (ПУ), % Количество красящих веществ в водно-спиртовом растворе по Со804-7И20, г/л Количество красящих веществ в фильтрате по Со804-7И20, г/л
Свекловичный 11,86 8,57 83,5 2,62 0,93
Яблочный 9,80 2,50 51,2 2,62 1,51
Цитрусовый 11,78 4,40 67,0 2,62 2,37
ПКБ (пектин из плодов боярышника понтийского) 5,43 8,67 54,0 2,62 1,68
Приведенные данные показывают, что сорбция красящих веществ на цитрусовом пектине, имеющем почти одинаковое со свекловичным пектином число -ОСН3 - групп, происходит в минимальной степени, в противоположность ожидаемому результату.
Видимо, установленная зависимость сорбции красящих веществ на пектине от числа метоксильных групп распространяется только на образцы свекловичного пектина. Свою роль при этом, возможно, играет общность сырьевого источника (свекла) пектина и бетанина. Состав и структура пектиновых веществ являются основой проявления множества других технологических свойств. В частности, нами для улучшения фильтрационных свойств буровых растворов в качестве стабилизирующего реагента коллоидных частиц глинистых минералов использован пектин из плодов дикорастущего плодового дерева Боярышника понтийского (Crataegus pontica c.Koch)(nKE), при этом буровой раствор имеет следующие характеристики (табл. 3).
Таблица 3
Физико-химические показатели буровых растворов на основе пектина из плодов боярышника понтийского
Соотношение компонентов Параметры бурового раствора с реагентом
№ п/п Вода Глина ПКБ Водоотдача, см3/ 30 мин Вязкость, т с Плотность, г/см3 рн Толщина глинистой корки, мм
1 100 6 0,3 26,8 15,0 1,030 8,33 1,0
2 100 6 0,5 12,0 16,5 1,030 8,33 1,5
3 100 6 0,8 09,0 16,0 1,045 8,33 2,0
4 100 6 1,0 05,5 16,0 1,045 8,33 1,0
5 100 6 1,3 05,8 16,0 1,045 8,33 1,0
№ 1, 2011
Нефть и газ
81
Соотношение компонентов Параметры бурового раствора с реагентом
№ п/п Вода Глина ПКБ Водоотдача, см3/за 30 мин Вязкость, т с Плотность, г/см3 рН Толщина глинистой корки, мм
6 100 6 1,5 05,8 16,5 1,045 8,33 -
7 100 6 1,8 05,3 17,5 1,050 8,33 2,0
8 100 6 2,0 05,0 18,2 1,052 8,33 1,5
9 100 6 2,3 05,8 26,0 1,052 8,33 1,1
10 100 6 2,5 06,0 32,0 1,058 8,33 1,2
11 100 6 2,8 06,0 240 1,050 8,33 1,2
12 100 6 3,0 06,0 240 1,050 8,33 1,5
Лучшим соотношением компонентов для получения буровых растворов с минимальным значением показателя водоотдачи является 100:6:1 (вода: глина: пектин соответственно) (см. табл. 3, рис.4). При данном соотношении компонентов полученный буровой раствор агрегативно и кинетически устойчив. Значение рН среды сдвинуто в щелочную сторону среды, что благоприятствует проявлению бактерицидных свойств раствора.
Рис.4. Изменение параметров бурового раствора в зависимости от пектинового реагента
Выводы
• При стабилизации бетанина образцами пектиновых веществ максимальная сорбция пигмента происходит на свекловичном пектине с максимальным значением метоксильных групп, в то же время минимальная сорбция бетанина происходит на цитрусовом пектине с таким же значением метоксильных групп.
• При стабилизации буровых растворов пектином из боярышника понтийского оптимальным соотношением компонентов (вода: глина: пектин соответственно) является 100:6:1.
Список литературы
1. Nilson, 1996. Horticultura, 20(10)139.
2. Piatelli M., Minale L., 1964, Phytochemistry, 3, №5, 547.
3. Фишман Г. М. Пектиновые вещества некоторых промышленных видов субтропических плодов // Субтропические культуры. - 1986.- №4. - С. 127-131.
4. Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. - М.: Мир, 1986.-С.251.
5. Гордон П., Грегори П. Органическая химия красителей - М.: Мир, 1987. - С.247 - 252.
6. Шелухина Н. П., Ногойбаева З. Р., Аймухамедова Г. Б. Исследование фракционного состава пектинов сахарной свеклы. Фрунзе: Илим, 1980. - С.4.
82
Нефть и газ
№ 1, 2011
Сведения об авторе
Токтосунова Б. Б., к. х. н., доцент, заведующая кафедрой «Химия и химическая технология», Институт горного дела и горных технологий им. академика У. Асаналиева, Кыргызский технический университет им. И. Раззакова
Toktosunova B. B., Candidate of Sciences in Chemistry, assistant professor, Head ofDepartment «Chem-istry and chemical technology», Mining Institute named after the academician U.Asanaliev, Kyrgyz State Technical University named after I.Razzakov, phone.: 0312 61-31-62, е -mail: b.badirova @gmail.com
УДК 678.048
КИНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ФОТООКИСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕСТРУКЦИИ МОДИФИЦИРОВАННОГО ТРИАЦЕТАТА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Б. О. Полищук, А. Ж. Каздыкпаева, Л. Б. Полищук
(Тюменский государственный нефтегазовый университет)
Ключевые слова: триацетат целлюлоза, фотоокислительная деструкция, стабилизация производными формазана Keyword: сellulose triacetate, photooxidation destruction, stabilization by formazan derivatives
Триацетаты целлюлозы (ТАЦ) - это основа этролов (пластических масс), а также волокнистых и пленочных материалов, применяемых в машино- и приборостроении, строительстве, для производства изделий медико-технического назначения. Эти отрасли промышленности являются жизненно важными особенно для северных районов Западно-Сибирского топливно-энергетического комплекса.
Вместе с тем, ТАЦ характеризуются невысокой устойчивостью к действию света, тепла и кислорода при переработке и в условиях эксплуатации готовых изделий, что сокращает их долговечность.
Для ингибирования фотоокислительной деструкции ТАЦ материалов предлагается ис-
пользовать соединения гетарилформазанового типа
-N=N-C=N-NH-Ar
имеющие у N атома формазильной группировки хиноксалильный цикл [1, 2].
В нашем исследовании потенциальными светостабилизаторами ТАЦ являлись Ы-тетразилсодержащие формазаны, которые условно обозначили соединения I и II соответственно.
Их синтез, строение и химические свойства подробно описаны в работе [3]1.
В технологии модифицированных ТАЦ (МТАЦ) пленок, обладающих повышенной светостойкостью, на первый план выступает определение оптимального содержания антиокси-данта в полимере. Это можно осуществить эмпирическим путем, то есть проведением испытаний образцов с последующей разработкой аппроксимирующих уравнений, отражающих процесс их фотоокислительного распада при строго ограниченных параметрах эксперимента.
Пленки для испытаний получали в лабораторных условиях следующим образом. Предварительно готовили профильтрованные и обезвоздушенные концентрированные растворы ТАЦ в бинарном растворителе - метиленхлорид-этаноле (9:1 в объемном соотношении), содержащие расчетные количества соединений I и II. Пленки формовали из этих растворов при комнатной температуре через плоскую щелевую фильеру на тщательно подготовленную стеклянную поверхность. Удаление оставшихся растворителей и снятие возникших внутренних напряжений в полученных пленках достигалось длительным прогревом их в сушильном шкафу. Концентрация введенных соединений в полимерной матрице составляла 0 - 0,625 % (от массы ТАЦ).
Последовательность проведения опытов устанавливали по таблице случайных чисел. Дисперсию (Б2) воспроизводимости экспериментальных результатов вычисляли из 3-х серий опытов (по 3 испытания в каждой); однородность дисперсий оценивали по критерию Кочрена при статистической надежности Р=95 %. Во всех случаях коэффициент вариации
1 Авторы благодарны д.х.н., проф. В.П. Щипанову за предоставленные соединения I и II.
№ 1, 2011 -Нефть и газ- 83
