|
Реферат: Моделирование процессов разряда-ионизации серебра на поверхности твердого электрода (Химия)
Московский Государственный Университет
Химический факультет
Моделирование процессов разряда-ионизации серебра на поверхности твердого
электрода
Курсовая работа
по аналитической химии
студента 213 группы
Ляхова Антона Борисовича.
Научный руководитель -
к. х. н., доцент А. И. Каменев.
Преподаватель -
к. х. н., старший преподаватель
А. Г. Борзенко.
Москва, 1997.
Введение
Метод инверсионной вольтамперометрии позволяет изучать процессы
разряда-ионизации металлов. Основные теоретические положения
вольтамперометрии были изложены в работах Делахея - Берзинса и Никольсона -
Шейна. Брайниной был предложен ряд теоретических соотношений, позволяющих
оценить степень обратимости и скорость процессов разряда-ионизации. Для
проверки этих теоретических соотношений в качестве модельного примера
обратимого процесса использовано серебро (I), но аппаратурное оснащение не
позволяло накопить большой массив данных для получения надежных оценок
кинетических параметров. Для изучения кинетики электрохимического
растворения металлов предложены различные твердые электроды, однако в
литературе отсутствуют данные по изучению электродных процессов с
применением углеситалловых электродов.
В литературе приведены различные модели, описывающие обратимое
растворение металла с поверхности твердого электрода. Однако сравнительный
анализ этих моделей не проводился. Между тем, представляло интерес сравнить
эти модели и экспериментально полученные вольтамперные кривые, а также
рассмотреть особенности процесса разряда-ионизации серебра на
углеситалловом электроде.
Целью работы было проведение сравнительного анализа моделей обратимого
растворения металла с поверхности твёрдого электрода, а также сравнение
этих моделей с экспериментально полученными вольтамперными кривыми.
Литературный обзор
Процессы электрохимического растворения металлов
Электродный процесс состоит из ряда последовательных стадий:
1. Подвод вещества из объема раствора в зону реакции.
2. Электрохимическая реакция.
3. Отвод продуктов.
Поэтому скорость электрохимического процесса может лимитироваться либо
массопереносом вещества - обратимый процесс, либо разрядом-ионизацией -
необратимый процесс, либо тем и другим.
Предположим, что перенос электрона происходит быстро и процесс
контролируется только скоростью диффузии (конвекцией и миграцией можно
пренебречь). В случае использования плоского электрода массоперенос
вещества к электроду можно считать линейным. Поэтому основное уравнение
диффузии ( второй закон Фика [2] ) можно записать, как
[pic]для окисленной формы и
[pic]для восстановленной формы.
Для описания токов, связанных с электродными реакциями, необходимо
решить уравнения (1), (2). Впервые эту задачу решили Шевчик и Рендлс.
Рендлс применил для решения графический метод. Аналитический метод,
избранный Шевчиком, заключается в применении преобразования Лапласа. После
обратного преобразования получается выражение для потока вещества Ox от
поверхности электрода.
[pic] [pic]
В окончательной форме интегральное уравнение (3), после перехода к
безразмерным координатам z = t/b, выглядит следующим образом:
[pic]
Решение (5) дает зависимость c(bt) от bt при данном xq. Эта функция
определяет форму вольтамперных кривых для обратимого процесса. bt связано с
потенциалом
[pic]
т.е. c(bt) можно представить как c([E - E0]n) или i(E).
Из уравнения (5) следует, что
[pic]
Уравнения (3) и (5) решали различными способами.
Мацуда и Аябе [1] получили следующее аналитическое решение уравнения
(5)
[pic]
Гохштейн [6] решил уравнение (15) также в аналитическом виде
[pic]
Интегралы в функциях (8), (9) авторы работ [1,6] раскрыли как
интегральное уравнение Абеля и вычислили его значения по формуле Маклорена.
Никольсон и Шейн [7] решили уравнение (5) численным методом в виде
интеграла Римана-Стилтжета
[pic]
Рейнмут [8] выразил (5) в виде ряда:
[pic]
Найденная любым из приведенных способов функция определяет форму
вольтамперных кривых в случае обратимого электродного процесса. Уравнение
тока пика легко получили на основе уравнения (7) и графика функции (8 -
11). Это выражение известно как уравнение Рендлса - Шевчика:
[pic]
В случае xq > 6 во всех решениях cmax = 0.447. Для температуры 25 °С
это выражение сводится к зависимости
[pic]
Левая полуширина пика, используемая как критерий обратимости, в этой
модели для обратимого процесса составляет 0.056/n, В.
Делахеем и Берзинсом [9] была найдена функция, определяющая форму
вольтамперной кривой в случае обратимого растворения объемного осадка
металла (активность осадка принимается равной 1). В этом случае краевое
условие принимает вид
[pic]Выражение для тока выглядит как
[pic] , где [pic]
z является вспомогательной переменной. Функция (16) имеет максимум, равный
0.541 при bt = 0.924. Соответствующий ток пика при 25 °С составляет
[pic]
Левая полуширина пика в этой модели для обратимого процесса составляет
0.016n, В.
Никольсон [11] установила зависимость i(E) для растворения отдельного
незаполненного монослоя металла с поверхности плоского электрода. При этом
уравнение Нернста записывается как
[pic]
a = m/ms (19)
a - активность осадка
m - количество металла на электроде,
ms - количество металла на единицу активности,
f - коэффициент активности,
Еp - равновесный потенциал, соответствующий а0 и с0
Активность а является в данном случае функцией времени
[pic]
Схема решения такая же, как и в предыдущем случае. Уравнение вольтамперной
кривой в интегральной форме в этой модели выглядит так:
[pic][pic]
Точки первой производной yў(bt) описывают форму кривой i(E) и
i = nFm0byў(bt) (23)
Это уравнение эквивалентно уравнению
i = q0byў(bt) (24)
При Н > 100 максимум функции yў(bt) определяется как
[-yў(bt)max] = 0.298 ± 0.002 (25)
При yў/yўmax > 0.1 выполняется условие
(bt)2 - (bt)1 = ln ( H2 / H1) (26)
Левая полуширина пика составляет 0.040n, В.
В работах Брайниной [ 3, 4, 12 - 14 ] была решена задача растворения
металла с электрода при следующих допущениях [15]:
1. Раствор содержит избыток фонового электролита, миграцией ионов
можно пренебречь.
2. Подвод ионов металла к поверхности плоского электрода в катодной
стадии и отвод в анодной осуществляется путем полубесконечной конвективной
или естественной диффузии.
3. Поток ионов металла вблизи поверхности электрода зависит от
скорости электродной реакции.
Также было принято предположение о существовании двух энергетических
состояний металла на электроде. Первое энергетическое состояние - микрофаза
- характерно для малых количеств осадка на электроде. В этом случае его
активность а, определяемую общим соотношением
[pic]
при малых Q можно представить как
[pic]
т.е. активность осадка прямо пропорциональна его количеству на электроде.
Во втором энергетическом состоянии - макрофаза - активность перестает
зависеть от Q и равна активности объемной фазы, т.е.
а = ॠ=d/M.
Уравнения (1), (2) были решены со следующими граничными условиями:
[pic]
В каждый момент времени t активность определяется уравнением:
[pic][pic]
Выражение для потенциала электрода выглядит так:
[pic]
d - толщина диффузионного слоя, которая для вращающегося дискового
электрода равна [5]
[pic]
Решение этого уравнения дает зависимость тока электрохимического
растворения металла от времени или потенциала
[pic]
Экспериментальная часть
Аппаратура, реактивы
Использовалась трёхэлектродная ячейка Н-образной формы: индикаторный
электрод - цилиндрический углеситалловый (площадь поверхности 0.126 см2),
может вращаться со скоростью 2000 об/мин, электрод сравнения - платиновая
фольга, площадь поверхности 0,3 см2, вспомогательный электрод - платиновая
проволока, диаметр 0.3 мм, длина 0,5 см.
Концентрация ионов Ag+ во всех опытах составляла 1,8*10-6 M, фоновым
электролитом являлся 1M раствор KNO3, подкисленный азотной кислотой до
pH=2. В ячейку вводили 5 мл фона.
Анодные инверсионные вольтамперные кривые электрохимического растворения
серебра получались с использованием анализатора вольтамперометрического АВА-
1, сопряжённого с компьютером IBM PC (процессор Intel 80386SX) с помощью
интерфейсной платы L-154.
Вычисления на ЭВМ
В процессе сравнительного анализа теоретических моделей обратимого
электрохимического растворения металла необходимо было составить подробные
таблицы функций, описывающих эти модели. Большинство из этих функций
содержат интегралы, которые, как известно из математического анализа, не
могут быть представлены в аналитическом виде. Поэтому эти интегралы
вычисляли приближённо с помощью ЭВМ. Все определённые собственные (в смысле
Римана) интегралы вычисляли по формуле Симпсона [10]. Все вычисления
производили на компьютере IBM PC по программам, написанным на языке Borland
C++.
Модели процессов обратимого электрорастворения серебра
Модель Делахея-Берзинса описывает форму вольтамперной кривой в случае
обратимого растворения объемного осадка металла (активность осадка
принимается равной 1) (уравнения (15), (16)).
Была составлена таблица значений этой функции. Максимум (=0.541 при
bt=0.924. График этой функции приведен на рис. 1:
[pic]
Рис. 1. Нормированная вольтамперная кривая обратимого электрохимического
растворения металла (модель Делахея-Берзинса).
Модель Никольсона-Шейна описывается уравнением (9). Модель не учитывает
образования новой фазы на поверхности электрода. Графики этой функции при
различных (( приведены на рис. 2. Можно заметить, что при ln((() ( 6.5
форма кривой не зависит от значения ((. Потенциал при увеличении ((
смещается в область больших по величине значений.
[pic]
Рис. 2. Нормированные по высоте пиков графики функции (9) при следующих
значениях ln(((): 1(1), 6.5(2), 7.5(3), 11.8(4), 13.8(5).
Модель М. Никольсон описывает форму вольтамперной кривой при растворении
монослоя металла с поверхности твердого электрода. Кривая описывается
уравнением (21) в интегральной форме. Форму вольтамперной кривой описывает
первая производная функции ((bt).
Были составлены таблицы значений (((bt) при разных значениях H. На рис.
3 приведены нормированные (все максимумы сведены в точку (0;1)) графики
функции (((bt) при H=0.1, 1, 3, 10, 100, 1000, 10000, 170000. Из этого
рисунка видно, что при больших H форма кривой становится постоянной. Высота
максимума при H(100 почти не меняется (0.298(0.002), а потенциал максимума
смещается в область более положительных значений согласно уравнению (26):
[pic]
Рис. 3. Нормированные графики функции (((bt) при следующих значениях H:
0.1(1), 1(2), 3(3), 10(4), 100(5), 1000(6), 10000(7), 170000(8).
Модель Брайниной основывается на предположении о существовании двух
энергетических состояний металла на электроде. Первое энергетическое
состояние - микрофаза - характерно для малых количеств металла на
электроде, активность зависит от его количества. Во втором состоянии -
макрофазе активность перестает зависеть от количества металла и равна
активности объемной фазы.
На рис. 4 приводится вольтамперная кривая, полученная при подстановке в
уравнение (34) следующих значений параметров: n=1, F=96485 Кл/моль, A=0.126
см2, D=1.54*10-5 см2/c, c0 = 1.8*10-9 моль/см3, (=1,3*10-3 см, (=10-6 Кл-1,
(Q=1, R=8,314 Дж/моль*К, T=298 K, v=0.1 В/с, соответствующих условиям
эксперимента.
[pic]
Рис. 4. Вольтамперная кривая, полученная при подстановке в уравнение (34)
параметров, соответствующих условиям эксперимента.
В табл. 1-3 приведены некоторые параметры, характеризующие форму
пиков для следующих моделей: 1 (Делахея-Берзинса), 2.1 - 2.5 (Никольсона-
Шейна), 3.1 - 3.8 (М. Никольсон), 4 (Брайниной), 5 (эксперимент).
Таблица 1
КООРДИНАТЫ МАКСИМУМОВ ФУНКЦИЙ:
|N |Модель |bt |знач. |коэфф. |i, мкА|
| | | |функ. | | |
| 1 |Модель Делахея-Берзинса |0.92 |0.541 |3.312 |1.792 |
|2 | Модель Никольсона-Шейна при |
|2.1| ln((()=1 |1.99 |0.465 |2.962 |1.376 |
|2.2| ln((()=6.5 |7.61 |0.446 |2.962 |1.322 |
|2.3| ln((()=7.5 |8.61 |0.446 |2.962 |1.322 |
|2.4| ln((()=11.8 |12.91 |0.446 |2.962 |1.322 |
|2.5| ln((()=13.8 |14.91 |0.446 |2.962 |1.322 |
|3 | Модель М. Никольсон при |
|3.1|H=0.1 |0.23 |0.703 |1.974 |1.387 |
|3.2|H=1 |0.99 |0.456 |1.974 |0.900 |
|3.3|H=3 |1.79 |0.363 |1.974 |0.717 |
|3.4|H=10 |2.87 |0.321 |1.974 |0.634 |
|3.5|H=100 |5.12 |0.300 |1.974 |0.592 |
|3.6|H=1000 |7.42 |0.298 |1.974 |0.588 |
|3.7|H=10000 |9.72 |0.296 |1.974 |0.584 |
|3.8|H=170000 |12.55 |0.296 |1.974 |0.584 |
| 4 | Модель Брайниной |13.90 |1.150 |--- |1.150 |
| 5 | Эксперимент |13.11 |1.611 |--- |1.611 |
Таблица 2
ПОЛУШИРИНЫ ПИКОВ:
| N | левая | правая | прав/лев | общая |
| 1 | 1.240 | 0.639 | 0.5153 | 1.879 |
| 2.1| 5.555 | нет | нет | нет |
| 2.2| 5.731 | 2.202 | 0.3842 | 7.933 |
| 2.3| 5.731 | 2.202 | 0.3842 | 7.933 |
| 2.4| 5.731 | 2.202 | 0.3842 | 7.933 |
| 2.5| 5.731 | 2.202 | 0.3842 | 7.933 |
| 3.1| нет | 0.92 | нет | нет |
| 3.2| 0.82 | 1.25 | 1.5244 | 2.07 |
| 3.3| 1.24 | 1.32 | 1.0645 | 2.56 |
| 3.4 | 1.49 | 1.36 | 0.9128 | 2.85 |
| 3.5 | 1.57 | 1.37 | 0.8726 | 2.94 |
| 3.6 | 1.59 | 1.36 | 0.8553 | 2.95 |
| 3.7 | 1.59 | 1.37 | 0.8616 | 2.96 |
| 3.8 | 1.59 | 1.37 | 0.8616 | 2.96 |
| 4 | 1.461 | 0.984 | 0.6735 | 2.445 |
| 5 | 1.49 | 1.01 | 0.6779 | 2.50 |
Таблица 3.
КАСАТЕЛЬНЫЕ В ТОЧКАХ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ
ПОЛУШИРИНУ (все функции нормированы):
| N | правая | левая |
| 1 | Y = -1.5258*X + 1.4744 | Y = 0.3176*X + 0.8937 |
| 2.1| нет | Y = 0.0451*X + 0.7505 |
| 2.2| Y = -0.3242*X + 1.2140 | Y = 0.0421*X + 0.7412 |
| 2.3| Y = -0.3242*X + 1.2140 | Y = 0.0421*X + 0.7412 |
| 2.4| Y = -0.3242*X + 1.2140 | Y = 0.0421*X + 0.7412 |
| 2.5| Y = -0.3242*X + 1.2140 | Y = 0.0421*X + 0.7412 |
| 3.1| Y = -1.0830*X + 1.4964 | нет |
| 3.2| Y = -0.4684*X + 1.0855 | Y = 1.4535*X + 1.6919 |
| 3.3| Y = -0.4618*X + 1.1096 | Y = 0.6127*X + 1.2597 |
| 3.4| Y = -0.4840*X + 1.1582 | Y = 0.4316*X + 1.1431 |
| 3.5| Y = -0.4918*X + 1.1738 | Y = 0.3770*X + 1.0919 |
| 3.6| Y = -0.4966*X + 1.1754 | Y = 0.3650*X + 1.0804 |
| 3.7| Y = -0.4924*X + 1.1746 | Y = 0.3689*X + 1.0866 |
| 3.8| Y = -0.4924*X + 1.1746 | Y = 0.3689*X + 1.0866 |
| 4 | Y = -0.8394*X + 1.3266 | Y = 0.3834*X + 1.0601 |
| 5 | Y = -0.589*X + 1.060 | Y = 0.253*X + 0.876 |
[pic]
Рис. 5. Приводимые в таблицах параметры пиков (условно).
Из приведенных данных видно, что наиболее близко эксперименту по
потенциалам соответствуют модели 4, 3.8, 2.4 (табл. 1) . По высотам
наиболее близки к экспериментальным данным модели 1, 4 (табл. 1). Исходя из
полуширин пиков и уравнений касательных в точках, определяющих полуширину,
форму экспериментальной кривой лучше описывают модели 3.8, 4 (табл. 2, 3).
Из всего вышесказанного следует, что наиболее точно эксперимент описывают
модели 1, 2.4, 3.8, 4, представленные на рис. 6-8. Соответствующие
параметры пиков представлены в табл. 4.
[pic]
Рис. 6. Теоретические вольтамперные кривые моделей: 1(1), 2.4(2), 3.8(3),
4(4), и экспериментальная кривая(5).
[pic]
Рис. 7. Теоретические вольтамперные кривые моделей: 1(1), 2.4(2), 3.8(3),
4(4), и экспериментальная кривая(5), максимумы совмещены.
[pic]
Рис. 8. Нормированные теоретические вольтамперные кривые моделей: 1(1),
2.4(2), 3.8(3), 4(4) и экспериментальная кривая(5).
Таблица 4
|Некоторые параметры пиков, иллюстрирующие их | |
|соответствие экспериментальным данным. | |
|Модель |3.8 |4 |эксп. |1 |
|Высота пика, мкА |0.584 |1.150 |1.611 |1.792 |
|Левая полуширина пика, ((, bt |1.37 |0.984 |1.01 |0.639 |
|Правая полуширина пика, (+, bt |1.59 |1.461 |1.49 |1.240 |
|Отношение левой/правой полуширин |0.862 |0.673 |0.677 |0.515 |
Таким образом, на основании проведенного сравнительного анализа можно
сделать предположение, что процесс разряда-ионизации Ag на углеситалловом
электроде близок к обратимому. Рассмотренные теоретические зависимости
показали, что нельзя однозначно описать эксперимент ни моделью монослойного
покрытия, ни моделью объёмного осадка, поэтому можно предположить, что на
поверхности электрода одновременно присутствуют две фазы: адсорбированный
монослой и объёмные зародыши металла.
Выводы
1. Проведен сравнительный анализ моделей Делахея-Берзинса, Никольсона-
Шейна, М. Никольсон и Брайниной, описывающих обратимое
электрохимическое растворение металла с поверхности твёрдого
электрода.
2. Получены экспериментальные анодные инверсионные вольтамперные кривые
растворения серебра и проведено их сравнение с существующими
теоретическими моделями.
3. Высказано предположение, что процесс разряда-ионизации серебра,
протекающий на углеситалловом электроде, существенно не отличается от
обратимого.
Список литературы
1. Matsuda H., Ayabe Y. // Z. Elektrochem. 1955. B.59. №2. P.494.
2. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Электрохимия. М.: Химия. 1987. 265 с.
3. Брайнина Х. З., Ярунина Г. В. // Электрохимия. 1966. Т.2. №7. С.781.
4. Брайнина Х. З. // Электрохимия. 1966. Т.2. №8. С.901.
5. Галюс З. Теоретические основы электрохимического анализа. М.: Мир.
1974. 552с.
6. Гохштейн Я. П. // Докл. АН СССР. 1959. Т.126. №3. С. 598.
7. Nicholson R. S., Shain I. // Anal. Chem. 1964. V.36. №3. P.706.
8. Reinmuth W.H. // Anal. Chem. 1962. V.34. №7. P.1446.
9. Делахей П. Новые приборы и методы в электрохимии. М.: Инлитиздат.
1957. 510 с.
10. Ильин В. А., Садовничий В. А., Сендов Бл. Х. Математический Анализ, Т.
1. М.: Изд-во Моск. Ун-та. 1985. 662 с.
11. Nicholson M. M. // J. Am. Chem. Soc. 1957. V.79. №1. P.7.
12. Брайнина Х. З., Кива Н. К., Белявская В. Б. // Электрохимия. 1965. Т.1.
№3. С.311.
13. Брайнина Х. З. // Электрохимия. 1966. Т.2. №9. С. 1006.
14. Брайнина Х. З. Инверсионная вольтамперометрия твердых фаз. М.: Химия.
1972. 192 с.
15. Брайнина Х. З., Нейман Е. Я. Твердофазные реакции в
электроаналитической химии. М.: Химия. 1982. 264 с.
Реферат на тему: Модификация биологически активными системами синтетического полиизопрена
Федеральное агентство по образованию по Российской Федерации
Московская Государственная Академия
Тонкой Химической Технологии
им. М.В. Ломоносова
Факультет: Химии, физики и технологии переработки
полимеров.
Специальность: 071000 "Материаловедение и технология
новых материалов"
Кафедра: Химия, физика полимеров и полимерных
материалов
им. Б. А. Догаткина.
На правах рукописи
Квалификационная работа
Модификация биологически активными системами синтетического полиизопрена.
Заведующий кафедрой ХФП и ПМ, проф., д.х.н. Шершнев
В.А.
Руководитель
к.х.н. Гончарова Ю.Э.
Консультанты:
по охране труда и промышленной ст. преп.
Вареник О.Н.
экологии,
по экономической части, доцент
к.т.н. Аристов O.В.
Студентка гр. ПС-64
Киркина О.В.
МОСКВА 2005 г.
Содержание
1. Введение………………………………………………………..…………….3
2. Литературный обзор………………………………………..………………..4
2.1. Строение и состав НК………………………………………..….…………4
2.2. Структура латекса гевеи.……………………………………......…………6
2.3. Роль липидной компоненты в структуре и свойствах натурального
каучука………………………………………………………………………….8
2.4. Модификация синтетических каучуков биологически активными не
каучуковыми компонентами НК и их аналогами…………………………...10
3. Объекты исследования………………………………………………..……..17
4. Методы исследования…………………………………………….…………26
5. Экспериментальная часть…………………………………………………...30
5.1. Влияние липидов на свойства СКИ-3 и резиновых смесей на их
основе………………………………………………………….………………...30
5.2. Исследование свойств резиновых смесей на основе СКИ-3, содержащих
соевый белок…………………………………………………………….…36
5.3. Изучение влияния соевой муки на свойства резиновых смесей на основе
СКИ-3…………………………………..…………………………………..40
6. Обсуждение результатов…………………………………………………….44
7. Охрана труда…………………………………………………..……………..50
8. Промышленная экология……………………………………………………71
9. Экономическая часть………………………………………………………...81
10. Выводы………………………………………………………………………92
11. Список литературы…………………………………………………………94
1. Введение
В настоящее время в резиновой промышленности применяют широкий спектр
каучуков, однако большую часть промышленного потребления составляют
натуральный и синтетический полиизопрены. До сих пор натуральный каучук
(НК) остается эталоном каучука общего назначения, обладающим комплексом
свойств. Высокий уровень свойств изделий из НК в значительной степени
обусловлен наличием в его составе белковых веществ.
По ряду технических параметров, таких, как когезионная прочность,
термомеханическая стабильность, устойчивость к раздиру и др., НК по-
прежнему не имеет аналогов, и для обеспечения потребностей многих областей
техники и медицины, наша страна вынуждена приобретать за рубежом
натуральный каучук и латекс натурального каучука.
Основными потребителями НК сегодня являются шинная промышленность,
авиация, медицина и медицинская промышленность.
Отсутствие на территории нашей страны климатических зон, пригодных для
произрастания каучуконосных растений, делает наиболее перспективным поиск
путей направленной модификации синтетических каучукоподобных полимеров с
целью получения материала, могущего заменить НК по технически важным
физико-химическим параметрам
Модификация синтетического каучука должна обеспечивать улучшение
свойств смесей и резин по целому ряду показателей: когезионных свойств
смесей, упруго-гистерезисных, адгезионных и усталостных свойств резин.
Поэтому, модификация СПИ белковыми фрагментами, представляется, одним из
наиболее перспективных способов улучшения потребительских свойств СПИ. Это
подтверждается имеющимися, пока недостаточными для практической реализации
попытками модификации.
Целью нашего исследования, было изучение влияния липидов и белковых
фрагментов на свойства СПИ и полученных эластомерных композиций на его
основе.
2. Литературный обзор
1. . Строение и состав НК
Натуральный каучук (НК) – биополимер изопреноидной природы, типичный
представитель широкого класса изопреноидов растительного происхождения, он
вырабатывается в растениях, произрастающих в разных регионах мира
(бразильская гевея, американская гваюла, среднеазиатский кок-сагыз) [1],
представляет собой на 98 – 100% стереорегулярный циз-полиизопрен. По
данным Танаки [2] строение природного НК может быть представлено в виде
следующей формулы:
[pic]
w – конец молекулы весьма высокого молекулярного веса представлен
аллильным и тремя транс-изопреновыми звеньями, далее идет протяжный цис-
полиизопреновый участок цепи, молекула заканчивается аллильной спиртовой
группой на (-конце, которая в ходе биосинтеза связана с пирофосфатной
группой, отщепляемой при присоединении следующего циc-изопренового звена
или после окончания биосинтеза.[3,4]
В природных латексах из гевеи и гваюлы всегда, кроме того,
присутствуют пирофосфаты мономеров и олигомеров пренолов – предшественники
полиизопрена [5,6].
[pic]
ДМАПФ
ИППФ
[pic]
Морапренол пирофосфат
Биосинтез каучука в растительных клетках связан с мембранами, которые
в основном построены из липидов и белков. Основным компонентом мембранных
липидов в растительных клетках является лецитин (фосфатидилхолин):
R,R – нормальная цепь С15 – С17 разной степени не
насыщенности.
Из белков, присутствующих в латексе НК, наибольшее внимание
исследователей привлекает полимераза каучука – фермент, ведущий
полимеризацию, который присутствует как в связанном с каучуком состоянии,
так и в растворе. Связь с полиизопреновой цепочкой осуществляется
предположительно через пирофосфат на конце растущей цепи или по ?-звену
через присоединение на двойную связь [7]. В патенте США [8] описаны
выделение и очистка этого фермента, его молекулярная масса оказалась
порядка 44-36 кДж. Вероятнее всего, именно наличие в НК связанного белка и
составляет тот остаточный белок в количестве 1 %, который обнаруживается в
НК марки RSS, например.
О структуре других компонентов НК практически ничего достоверного на
молекулярном уровне не известно.
2. . Структура латекса гевеи
Как известно, биосинтез НК происходит в латексе каучуконосных
растений, причем полимеризация мономера ИППФ протекает на поверхности
мелких структур, окруженных мембраной, состоящей из белков и липидов [9].
Предполагается, что растущая гидрофобная цепь каучука проникает внутрь
мембранной структуры, а гидрофильный ?-конец обращен наружу в серум где
происходит взаимодействие с ИИПФ с помощью расположенного в мембране
белкового катализатора – фермента полимеразы каучука. По мере накопления
каучука внутри мембранных структур они увеличиваются в размере и
превращаются в большие каучуковые глобулы [10]. Окружая каучуковую глобулу,
вещества мембраны (липиды, белки) выполняют дополнительную функцию
стабилизации латекса, предотвращают слипание глобул (коагуляцию латекса).
Показано, что большинство липидов, содержащихся в латексе НК, связаны с
глобулами каучука [9].
Другой аспект заключается в том, что фосфолипиды могут быть важнейшими
факторами для каучуковой полимеразы при ее функционировании в процессе
роста частиц, и фосфолипиды могут присутствовать в составе латексных частиц
в качестве составной части аппарата биосинтеза каучука[11,12]. В связи с
этим интересно, что для выделения частиц, ведущих активный биосинтез
каучука из латекса гваюлы успешно использовали гель-фильтрацию, как первый
шаг очистки при выделении каучук - синтезирующих глобул латекса [7].
В специфическом строении каучуковых глобул, предшествующих
формированию коагулированного латекса НК, заложен, по-видимому, ключ к
объяснению его уникальных физико-механических параметров как материала для
шинных резин [13].
Попадая внутрь НК и будучи равномерно распределенными, по объему
каучука, вещества мембран не могут не оказывать определенного влияния на
различные параметры этого уникального природного материала. Правильно
подобрать состав добавок, их природу и степень диспергирования в
полиизопрене – вот задача, которую, на наш взгляд, следовало ставить в ходе
разработки метода модификации синтетического полиизопрена с целью
приближения свойств, к свойствам НК.
2.3. Роль липидной компоненты в структуре и свойствах
натурального каучука
Липиды представляют собой большую группу природных соединений, они
находятся в составе клеточных структур всех живых организмов. Липиды
свежего латекса натурального каучука состоят из жиров, триглициридов,
восков, стиролов и их эфиров, фосфолипидов и др. Липиды не растворяются в
воде, частично растворяются в ацетоне или спирте, а некоторые только в
смеси хлороформ-метанол. Общее содержание липидов натурального латекса
около 0,9%, большинство из которых составляют фосфолипиды – 0,6%.
Молекула любого фосфолипида состоит из двух частей: гидрофильной “головы”,
образованной полярными остатками жирной кислоты и азотистого основания или
спирта, и гидрофильного “хвоста”, образованного длинными алифатическими
цепями остатков жирных кислот (так как в основании фосфолипидов лежат
многоатомные спирты, то таких “хвостов” обычно два), благодаря чему
фосфолипиды хорошо растворимы во многих органических растворителях и в тоже
время наличие полярных групп придает фосфолипидам сродство к воде, в
которой они образуют коллоидные растворы и мицеллярные структуры.
Фосфолипиды обладают поверхностно-активными свойствами (легко создают
пленочные структуры и монослой на границе раздела фаз), Являются хорошими
эмульгаторами и легко образуют комплексы с различными соединениями, в
частности с белками.
Фосфолипиды – эффективные посредники, связывающие белок и каучук.
Большая часть фосфолипида в латексе Hevea ассоциирована с частицами
каучука [13], ему обычно приписывается роль коллоидного стабилизатора,
однако он может оказывать значительное влияние на процесс синтеза
натурального каучука.
Современные биохимические представления о структуре клеточных органелл
и данные о составе поверхностных структур латексных частиц позволяют
сделать предположение о мембранном строении оболочек латекса.
Биологические мембраны включают, в среднем, 60% белков и 40% липидов,
хотя возможны и значительные колебания в их составе. Белки, входящие в
состав мембран, различаются по своим функциям. Внешние – структурные белки
вместе с мостиками металлов (Ca и Mg) способствуют сохранению целостности
липидного слоя, внутренние – интегральные белки входят в гидрофильную
часть липидного слоя и являются ферментами, переносчиками веществ,
могут выполнять и другие функции.
Мембранные структуры не содержат ковалентных связей, но обладают
определенной механической устойчивостью за счет ионных, водородных,
гидрофобных связей и своей комплементарности.
Туторский И.А. с сотрудниками на основании исследования образования
упорядоченных структур в НК установил, что в процессе получения и хранения
пленок из натурального латекса липиды образуют отдельную фазу, а молекулы
белка или их фрагменты, ковалентно связанные с полиизопреном,
ассоциируются с формированием белково-полиизопренового комплекса. Высокое
сопротивление раздиру пленок натурального латекса обусловлено образованием
специфической структуры, стабильность которой обеспечена белково-липидной
оболочкой.
Большой вклад в формирование свойств НК вносят связанные белки, в то
время как свободные белковые фрагменты играют роль активного наполнителя,
обеспечивающего опосредованную связь с функциональными группами связанных
белков и макромолекул НК.
2.4. Модификация синтетических каучуков биологически активными не
каучуковыми компонентами НК и их аналогами
Необходимость совершенствования свойств синтетического полиизопрена
требует поиска путей его модификации. Одним из актуальных направлений
является получение синтетического аналога натурального каучука. Очевидно,
что получение аналога НК не равнозначно получению идентичного углеводорода.
В комплексной структуре природного полиизопрена важная роль принадлежит
некаучуковым веществам, большую часть которых составляют липиды, связанный
и несвязанный белок, оказывающие влияние на весь комплекс свойств
натурального каучука.
В настоящее время в зарубежных странах проводятся исследования по
изучению механизма биосинтеза НК в растениях с целью моделирования данного
процесса в промышленности с целью получения синтетического аналога
натурального каучука [14].Также проводятся работы по выделению
биокаталитических систем с применением биотехнологических приемов[15]. Эти
исследования имеют большую теоретическую ценность, однако, ввиду их
необычайной сложности, носят поисковый характер.
В нашей стране также проводились исследования биосинтеза каучука в
культуре клеток и тканей растений-каучуконосов [16]. Полученное вещество
содержало незначительную часть полиизопрена. В целом, получено
низкомолекулярное окисленное соединение [17].
Одним из путей решения задачи совершенствования синтетического
полиизопрена, сближения с НК, может служить химическая модификация СКИ-3.
Правомерность такой задачи подтверждается наличием функциональных групп в
молекулярных цепях НК, положительное влияние которых на свойства каучука
известно [18,19,20]. Физическая модификация – совмещение эластомера с
химически инертными веществами – не может считаться перспективной для
повышения общего комплекса свойств таких материалов, поскольку при этом
улучшение одних свойств, как правило, приводит к ухудшению других.
Наилучшего эффекта можно добиться совместным применением химической и
физической модификаций.
Особый интерес в этом отношении представляет собой химическая
модификация каучука на стадии его изготовления за счет введения в
полимерные цепи реакционоспособных функциональных групп.
Для выбора наиболее рациональных путей химической модификации
проводились исследования по выявлению общих закономерностей влияния
функциональных групп различного типа на структуру и свойства резин и
влиянию факторов, ответственных за улучшения ряда характеристик резиновых
смесей и вулканизаторов. При этом специфика действия модифицирующих
функциональных групп практически не зависит от молекулярной основы полимера
[21], а определяется главным образом их природой, которая оказывает влияние
на характер химического и физико-химического взаимодействия между
компонентами резиновой смеси, определяющего технологические и
эксплуатационные свойства резин: межфазное взаимодействие эластомера с
наполнителем, энергетический спектр вулканизационных связей, скорость и
степень сшивания, стабильность эластомерных композиций при переработке и
эксплуатации.
Наиболее перспективным представляется введение групп, обладающих
полифункциональным действием, обеспечивающих положительное влияние на все
факторы. Получены положительные результаты по модификации СПИ бинарным
системам функциональных групп (аминоароматических и ангидридных),
обеспечивающих повышение когезии смесей, приближающейся к уровню НК,
модуля упругости резин, их адгезии к корду, усталостной выносливости [22].
Особенно важно взаимодействие модифицированного эластомера с
техническим углеродом, так как это играет важную роль в усилении резин,
которое обусловлено образованием как физических, так и химических связей,
количество и соотношение которых может меняться в зависимости от свойств
взаимодействующих компонентов. Введение в полимерную структуру амидных,
аминоэфирных, нитроаминоароматических и ангидридных групп усиливает
взаимодействие эластомера с техническим углеродом, а сложноэфирные группы
не оказывают подобного влияния [21].
Одним из таких путей модификации синтетического полиизопрена может
быть введение в эластомерную матрицу белковых фрагментов, которые
присутствуют в НК, или в простейшем случае, аминокислот входящих в состав
белков НК. Попытки модифицировать синтетический полиизопрен белками и
аминокислотами предпринимаются давно, однако, эти опыты не выходят за
стадию лабораторных испытаний [23].
Во ВНИИСКе совместно с НИИШПом были проведены исследования
образцов СКИ-3, модифицированных разными типами белковых фрагментов при
различных условиях их введения: при синтезе на стадии выделения из раствора
[24]. Повышенное содержание азота, обнаруженное после экстракции ацетоном и
водой, свидетельствует о присоединении белковых фрагментов к каучуку.
Ведение в каучук белковых веществ позволило несколько повысить
когезионные свойства, модуль упругости, сопротивление раздиру [25]. Однако,
для большинства образцов при различных условиях введения белковых
фрагментов наблюдалось повышение структурирования каучуков, что приводило к
ухудшению технологических свойств[24].
Эффективным способом модификации синтетического цис-1,4
полиизопрена может являться химическая иммобилизация на эластомерной
матрице белковых фрагментов [26].
Белки могут вступать в реакцию радикальной полимеризации с
мономерами типа стирола, метилметакрилата, акрилонитрила и другими [27].
Известна привитая сополимеризация кератина с винильными соединениями [28].
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 [29].
. активированием молекул белка и аминокислот введением в их состав
функциональных групп, реакционноспособных по отношению к макромолекулам
полиизопрена [22]. Для усиления реакционной способности белков их
предварительно можно обработать галогенами или диазосоединениями [30];
. активированием полиизопреновой матрицы введением в ее структуру
функциональных групп, реакционноспособных по отношению к белкам и
аминокислотам. Этот вариант представляет наибольший интерес, так как он,
очевидно, реализуется в процессе биосинтеза НК и обеспечивает фиксацию
белковых фрагментов на полиизопреновой матрице. В структуре НК обнаружены
различные функциональные группы, в частности альдегидные и эпоксидные
[22], реакционноспособные по отношению к белкам и аминокислотам, что,
очевидно, и делает возможным протекание данного процесса;
. использованием соединений, активирующих процессы взаимодействия между
белками, аминокислотами и полиизопреном, например, окислительно-
востановительных систем, инициирующих процессы прививки фрагментов белка
на молекулу полиизопрена [31];
. использованием аминокислот и белков с функциональными группами,
способными в специфических условиях переработки, например, при латексной
технологии, взаимодействовать с макромолекулами полиизопрена [32].
С целью поиска оптимальных условий проведения процесса была
предпринята попытка систематического исследования указанных выше возможных
способов иммобилизации белков и аминокислот.
При модификации синтетического полиизопрена аминокислотами и белками
эффективно предварительное активирование эластомерной матрицы введением в
нее ангидридных групп за счет взаимодействия с малеиновым ангидридом. Это
обусловлено тем, что способы иммобилизации ряда белков и ферментов на
данных функциональных группах широко известны и детально исследованы
[33,34]. Выше были описаны свойства модифицированных этими функциональными
группами эластомеров, резиновых смесей и вулканизатов на их основе.
При разработке промышленно-перспективных способов модификации СКИ-3
белками и аминокислотами необходимо выбирать такие соединения, которые
обеспечивают введение в эластомерную матрицу небольших количеств
функциональных групп, не ухудшая ее свойств. Примером таких групп являются
эпоксидные группы [35]. Изучение взаимодействия полиизопрена, содержащего
эпоксидные группы, с аминокислотами представляет интерес потому, что в
работах, посвященных исследованию биосинтеза НК в растениях, теоретически
рассматривается этап, заключающийся во взаимодействии эпоксидных групп НК с
белковыми компонентами клеток [23].
Увеличение реакционной способности некоторых специфических аминокислот в
составе белковой фракции НК, к числу которых относятся, в частности цистин,
может происходить в латексе.
Среди функциональных групп аминокислот особое внимание привлекают
сульфгидрильная, или тиоловая SH-группа цистеина и дисульфидная S-S-группа
цистина. Это связано с высокой химической реакционной способностью этих
групп, легко вступающих в разнообразные реакции со многими типами
соединений, и может объясняться большим значением SH- и S-S-групп для
специфических функций ряда ферментов (как, например Ко-фермента) и других
биологически активных белков.
Использование серосодержащих аминокислот, таких как цистин, в
промышленном масштабе сопряжено с трудностями экономического характера. В
настоящее время проводятся изыскания технологий получения биологически
активных веществ, получаемых из отходов мясомолочной промышленности [36].
Поиск более дешевых и доступных модификаторов привел к изучению
возможности использования в качестве модифицирующей добавки гидролизата
кератинового белка (ГКБ) [37]. Содержания в нем серосодержащих аминокислот
доходит до 11%. Исследования модификации вводной дисперсии СКИ-3 ГКБ
показали, что в результате модификации происходит взаимодействие
кератинового белка с полиизопреновой дисперсией. Значительно улучшаются
физико-механические свойства пленок из модифицированного ДСКИ-3.
Механическое введение белка в матрицу синтетического полиизопрена
оказывает незначительное влияние на свойства смесей на его основе. Введение
1,6% мас. белка (количества, близкого к содержанию его в НК) вызывает
изменение структуры синтетического каучука, приближая ее к структуре
матрицы НК. Однако, последняя термодинамически более стабильная, чем
структура системы СКИ-3 – несвязанный белок.
В товарном НК белок можно разделить на три вида: белок, связанный с
молекулой каучука через пирофосфат в процессе синтеза, или продукт
ферментативного гидролиза белка, образующийся в процессе обработки НК;
белок, окружающий каучуковую глобулу и связанный с каучуком через посредник
– молекулу фосфолипида; белок серума, осажденный вместе с каучуком в
процессе коагуляции латекса, но химически с ним не связанный.
Первый вид белка смоделировать трудно, однако можно получить второй вид
белка, связанного с каучуком через молекулу фосфолипида. Источником
подобных комплексов могут стать микроорганизмы, содержащие подобные
комплексы (напрмер, липопротеины) в своих мембраннах, или синтетический
комплекс, причем вместо фосфолипидов могут выступать некоторые другие
ПАВ [38].
Известны работы [39] по иммобилизации липидов и их аналогов на
полимеры, при этом следует отметить возможность адсорбционной иммобилизации
липидов.
В работах проведенных в МИТХТ совместно с НИИШП было показано, что
добавки природных биополимеров в СКИ-3 придают последнему физико-
механические свойства, приближающиеся к свойствам НК [39].
На первом этапе работы был выполнен качественный анализ по веществам,
присутствие которых в латексе НК было достоверно установлено и строение
которых достаточно достоверно доказано. В качестве таких веществ были
выбраны: гидрофобный белок из латекса гевеи, растворимые белки серума того
же латекса, лецитины разного происхождения, синтетические
олигопренолфосфаты и пирофосфаты, а также гидрофобные белки и липидно-
белковые смеси микробиологического и животного происхождения.
Депротеинизацию торговых сортов НК (исходных, не подвергавшихся
пластификации) проводили в разбавленных растворах (растворители – гексан,
толуол) путем обработки активными добавками с последующим отделением
белковой компоненты методом препаративного ультрицентрифугирования, затем
депротеинизированный каучук выделяли сушкой под вакуумом в мягких условиях
[40]. О содержании белка судили по определению азота с использованием
прибора Кельдаля и анализу ИК-спектров.
Изомеризацию осуществляли в растворе толуола и в блоке путем обработки
каучука оксидом серы, варьируя длительность и температуру. Об изменениях
микроструктутры судили по появлению сигналов, соответствующих поглощению
протонов trans – конфигурации звена изопренов в спектрах ЯМР, прибор Bruker
– 500, ММР характеризовали методом ГПХ.
Кинетика кристаллизации является более медленной для фракции с низким
содержанием белка по сравнению с нефракционированными образцами [41].
Однако основное влияние на кинетику статической кристаллизации (полупериод
кристаллизации) оказывает не содержание белка, а содержание карбоновых
кислот.
Изучение кристаллизации показало, что депротеинизированные образцы
демонстрируют ориентационные эффекты при гораздо большем относительном
удлинении (500 – 700 % ) вместо 200 – 300 %для исходных, однако температура
плавления кристаллической фазы депротеинизированных образцов в опытах по
статической кристаллизации при этом практически не изменяется и составляет
Тпл = 10-12оС.
Кинетика кристаллизации образцов с меньшим содержанием белка является
более медленной, однако увеличение содержания белка выше 2–3 % масс. почти
не влияет в дальнейшем на кинетику кристаллизации.
3. Объекты исследования
Натуральный каучук
[pic]
Натуральный каучук (НК) – биополимер изопреноидной природы, типичный
представитель широкого класса изопреноидов растительного происхождения, он
вырабатывается в растениях, произрастающих в разных регионах мира
(бразильская гевея, американская гваюла, среднеазиатский кок-сагыз) [1],
представляет собой на 98 – 100% стереорегулярный циз-полиизопрен.
Технические характеристики использованного в данной работе натурального
каучука представлены в таблице 3.1
Таблица 3.1
Технические характеристики НК RSS1
|Загрязнённость,|Начальная |Показатель |Содержание |Содержание |
|определённая на|пластичность |сохранения |летучих |золы, %, не |
|сите 45 мкм, %,|по Уоллесу, |пластичности |веществ, %, |более |
|не более |не менее |(ПСП), не |не более | |
| | |менее | | |
|0,5 |33-47 |40 |1,0 |1,0 |
| |тип 40 | | | |
СКИ-3
[pic]
Изопреновый каучук получают путем стереоспецифической полимеризации
изопрена в растворе на катализаторах Циглера-Натта при температуре 30-
50 оС. Структура и химический состав:
Содержание цис-1,4-звеньев
транс-1,4 - 0-4%
Содержание Звеньев 1.2 и 3.4 в сумме 1-5%
Общая непредельность - 94-98%
Средневязкостная масса М? – (350-1300)*103. Физические свойства СКИ подобны
свойствам НК. Изопреновый каучук кристаллизуется при -25оС. Наименьшее
относительное удлинение, при котором наблюдается образование
кристаллической фазы при 20оС, составляет 300-400%. Параметр растворимости
?р равен 16.8 (МДж/М3)1/2 [42]
Для изучения влияния биологически активных систем на комплекс свойств
синтетических каучуков и резин на их основе были выбраны следующие
продукты:
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.
Биотехнологический способ получения бактериопурпурина позволяет
получать это ценное вещество с выходом не превышающим 1% на сухую биомассу.
При этом образуются липидные отходы, которые не используются и могут быть
источниками ценных БАС, в частности, ВЖК (насыщенных и ненасыщенных).
После проведения качественного анализа липидного остатка, на основании
сравнения хроматографической подвижности, составляющих его веществ с
хроматографическими характкристиками стандартных образцов и с учетом
литературных данных, был сделан вывод о составе липидного отхода
биотехнологического процесса переработки биомассы Rhodobacter capsulatus.
Идентификацию компонентов в липидном остатке Rhodobacter capsulatus
проводили на основании результатов ТСХ в сравнении со свидетелями (образцы
свободных жирных кислот и ацилглицеридов, токоферола, фитола) и на
основании литературных данных.
На хроматограмме обнаружили: каротиноидные углеводороды, токоферолы,
кислотосодержащие каротиноиды, высшие жирные кислоты, высшие жирные спирты.
Для ТСХ анализа использовали систему петролейный эфир – этилацетат, 9:1.
Проведенное исследование, направленное на обнаружение полярных липидов
показало их отсутствие в составе липидного остатка, что подтверждает
гидролитическое расщепление фосфолипидов при щелочной обработке биомассы, в
ходе которой выделяется бактериопурпурин, где в качестве образца сравнения
использовали коммерческий лецитин, а детекцию проводили с помощью обработки
хроматограммы, молибденовым синим [43].
Для количественного анализа других компонентов липидного остатка было
проведено разделение компонентов смеси методом колоночной адсорбционной
хроматографии на силикагеле. При использовании в качестве элюента бензола
получили концентраты, обогащенные БАС различной природы.
Таблица 3.2
Процентный состав выделенных концентратов из липидного остатка биомассы Rh.
Cap.
|Состав концентратов |Содержание, % |
|каротиноидные углеводороды |3.9 |
|токоферолы |5 |
|кислородосодержащие каротиноиды и высшие жирные |65.5 |
|кислоты (ВЖК) | |
|ВЖК |5 |
|ВЖК и фитол |19.7 |
Далее проведенное при помощи ТСХ и ГЖХ фракционирование концентратов,
позволило установить преобладающие ВЖК после предварительной их
этерификации метиловым спиртом (табл. 3.3). На основании ГЖХ анализа можно
сделать вывод, что липидный отход обогащен ВЖК, состав которых после
переработки биомассы остался неизменным, а количество практически не
уменьшилось. Следовательно, липидный отход является ценным источником БАС.
Выделение фракции, кислородосодержащих каротинойдов показало, что
преимущественно преобладают в липидном остатке сфероидены. Общий, выход
которого, от липидного остатка составил 14%.
Таблица 3.3
Данные ГЖХ анализа метиловых эфиров ВЖК липидного остатка биомассы
Rhodobacter capsulatus.
|№ |Обозначение |Название |Время |Содержание |
|пика|ВЖК |ВЖК |удерживания |ВЖК, %* |
| | | |мин | |
|1 |Cl4:0 |миристиновая |1.5 |0.98 |
|2 |С16:0 |пальмитиновая |3.7 |3.5 |
|3 |Cl6:l |пальмитолеиновая |5.2 |3.9 |
|4 |Cl8:0 |стеариновая |6.8 |2.2 |
|5 |C18:l |олеиновая |8.2 |90.1 |
*-Среднее из трех измерений
Выбор белковой компоненты для модификации синтетического полиизопрена
был обусловлен тем, что данные белки имеют состав и содержание аминокислот,
близкий к составу белка НК.
Соевый белковый изолят PROFAM 974
Профам 974 – изолированный соевый белок – растворимый диспергируемый
продукт, разработанный для использования в пищевых системах, где требуется
высокофункциональный белок.
Таблица 3.4
Химический состав соевого изолята PROFAM 974
| Химический состав, % |
|Влага, максимум |6,5 |
|Белок, минимум |90 |
|жир (по экстрагированию эфиром) |1 |
|зола, максимум |5 |
|рН (при диспергировании в воде 1:10) |6,8 - 7,3 |
Таблица 3.5
Микробиологический состав соевого изолята PROFAM 974
|Микробиологические данные |
|Общая бактериальная обсемененность, максимум |30000/г |
|Сальмонелла (класс П) |отрицательно |
|Е Coli |отрицательно |
Таблица 3.6
Основные аминокислоты соевого изолята PROFAM 974
|Аминокислоты (г/100г белка) |
|Лизин |6,4 |
|Треонин |4.4 |
|Лейцин |7,8 |
|Изолейцин |4,8 |
|Валин |4,9 |
|Триптофан |1,3 |
|Фенилаланин |5,1 |
|Тирозин |3,4 |
|Метионин |1,3 |
|Цистин |1,4 |
|Гистидин |2,7 |
Таблица 3.7
Минеральные вещества соевого изолята PROFAM 974
|Минеральные вещества (Мг/100г) |
|Натрий |1300 |
|Калий |150 |
|Кальций |100 |
|Фосфор |850 |
|Железо |15 |
|Магний |50 |
Мука соевая дезодорированная полуобезжиренная
Мука соевая дезодорированная полуобезжиренная (ГОСТ 3898-56)
производится из генетически немодифицированной сои, повышает биологическую
и питательную ценность любого продукта, обогащая его белками, витаминами A,
B1, B2, РР, жиром, лецитин. В пищевых системах соевая мука обладает
уникальными функциональными свойства и (образование эмульсий, сорбция жира
и воды, пенообразующая способность, гелеобразование).
Таблица 3.8
Химический состав соевой муки, %
|Белок (не менее) |43 |
|Жир (не более) |8 |
|Влага (не более) |9 |
|Углеводы (не более) |28 |
|Диетическая клетчатка |16 |
Таблица 3.9
Аминокислотный состав соевой муки
| Аминокислоты (г/100г протеина) |
|Лизин |6,2 |
|Треонин |4,3 |
|Лейцин |7,9 |
|Изолейцин |4,2 |
|Валин |4,6 |
|Триптофан |1,2 |
|Фенилалнин |5,1 |
|Тирозин |4,1 |
|Метионин |1,5 |
|Цистин |1,4 |
|Гистидин |2,4 |
Таблица 3.10
Количество изофлавонов в соевой муке
|Изофлавоны (мкг/г) |
|Дайдзеин |2100 |
|Генистеин |1850 |
|Глицетеин |221 |
Таблица 3.12
Микробиологический анализ соевой муки
|Микробиологический анализ |
|Станд. чашечный подсчет, max |25000/г |
|Сальмонелла |Отрицат |
|Е. Coli |Отрицат. |
Мука соевая дезодорированная полуобезжиренная зарегистрирован в Минздраве
РФ и имеет гигиенический сертификат.
Ингредиенты резиновых смесей:
Сера - основной вулканизующий агент. Представляет собой желтый порошок
высокой степени дисперсности, ?=3,0 кг/м3, tпл=114°C, ГОСТ 127-82
Оксид цинка. Белый порошок. Растворяется в минеральных кислотах, уксусной
кислоте, водных щелочах, не растворяется в воде. Является активатором
вулканизации. d=5,47-5,56 г/см , tпл=1800°С, М=80. ГОСТ 161-69
Стеариновая кислота (С17Н35СООН)
Порошок или хлопья белого, серого или светло-коричневого цвета в
зависимости от сорта: ?=1060-1100 кг/м3, tпл=324,4°C. Является активатором
вулканизации в комплексе оксидом цинка.
Для вулканизации резиновой смеси использовали серную
вулканизующую систему.
Сульфенамид Т (ТББС).
N-третбутил-2-бензтиазолсульфенамид.
Предназначен для использования в качестве ускорителя серной вулканизации.
Относительная молекулярная масса 238,39. Порошок светло-желтого цвета.
Температура плавления 109°С.
Для проведения ряда физико-химических исследований использовался
петролельный эфир – бесцветная, легковоспламеняющаяся жидкость,
представляющая собой самую низкокипящую фракцию бензина. Это смесь
углеводородов не содержащая ароматических соединений. Состав и свойства
непостоянны. Плотность около 685 кг/м3 ; плотность пара по воздуху около
2,5; в воде не растворим.
Ацетон - диметилкетон, пропанон . СН3СОСН3 – бесцветная
легковоспламеняющаяся жидкость с характерным запахом. Молекулярный вес
58,08; плотность 790,8 кг/м3; температура плавления -95,35оС; температура
кипения 56,24оС, растворимость в воде неограниченная.
Для вулканизации резиновых смесей использовали серную вулканизационную
систему. В качестве ускорителя применялся третбутил-2-
бензтиазолилсульфенамид(ТББС). Состав резиновой смеси приведен в табл.3.13
Таблица 3.13
Состав резиновой смеси, масс. ч. (ИСО 1658)
|Каучук |100 |
|Оксид цинка |6 |
|Стеариновая кисло | |
