ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БIЛIМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛIГI МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН MINISTRY OF EDUCATION AND SCIENCE OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN
Л.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ
УНИВЕРСИТЕТI
ЕВРАЗИЙСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Л.Н. ГУМИЛЕВА L.N. GUMILYOV EURASIAN
NATIONAL UNIVERSITY
ХАБАРШЫ
1995 жылдың қантарынан жылына 6 рет шығады
II бөлiм
№ 6 (97) · 2013
ВЕСТНИК
выходит 6 раз в год с января 1995г.
II часть
HERALD
Since 1995
II part
Астана
Жаратылыстану және техникалық Жылына 3 рет шығады ғылымдар сериясы
Серия естественно- технических наук Выходит 3 раза в год Natural and technical Series Published 3 times a year Бас редактор: Е.Б. Сыдықов
ҚР ҰҒА құрметтi мүшесi, тарих ғылымдарының докторы, профессор Редакция Ж.З. Оразбаев (жауапты редактор) Н.Л. Шапекова
алқасы: техника ғылымдарының медицина ғылымдарының докторы,Қазақстан докторы, профессор,Қазақстан
Р.I. Берсiмбай С.А. Абиев
ҚР ҰҒА академигi, биология ғылымдарының биология ғылымдарының докторы, профессор,Қазақстан докторы,профессор,Қазақстан М.Р. Хантурин
Н.Т. Темiрғалиев биология ғылымдарының физика-математика ғылымдарының докторы, профессор,Қазақстан докторы, профессор,Қазақстан М.Ә.Бейсенби
Л.К.Құсайынова техника ғылымдарының
физика-математика ғылымдарының докторы, профессор,Қазақстан докторы, профессор,Қазақстан
Н.Ә. Боқаев
физика-математика ғылымдарының докторы, профессор,Қазақстан Н.Ж. Джайчибеков
физика-математика ғылымдарының докторы, профессор,Қазақстан А.А. Адамов
техника ғылымдарының
докторы, профессор,Қазақстан Қ.А. Кутербеков
физика-математика ғылымдарының докторы, профессор,Қазақстан Р.М. Мырзакулов
физика-математика ғылымдарының докторы, профессор,Қазақстан А.Т.Ақылбеков
физика-математика ғылымдарының докторы, профессор,Қазақстан И.С. Iргебаева
химия ғылымдарының
докторы, профессор,Қазақстан К.М. Джаналеева
география ғылымдарының докторы, профессор,Қазақстан Т.М. Байтасов
техника ғылымдарының
докторы, профессор,Қазақстан
Л. Н. Гумилев атындағы Еуразия Ұлттық университетiнiң баспасы
2
МАЗМҰНЫ СОДЕРЖАНИЕ
ТЕХНИКА ТЕХНИКА
М.А. Бейсенби, А.М. Бейсембин, Ж.Ж. Ермекбаева
Исследование повышение потенциала робастной устойчивости систем
управления процессом сушки материалов . . . . 6
А.Ж. Жусупбеков, А.М. Сонин, Н.Т. Алибекова, И.О. Морев, Е.Б. Утепов
Особенности расчета осадок фундаментов на естественном основании в условиях залегания под их подошвой песчаного и более слабого глинистого грунта различной
мощности . . . . 14
Д.С. Ахметбаев, М.H. Камбаров
Повышение эффективности комплексов ВЭС и ГЭС на основе отечественных инноваций
и производства оборудования в Казахстане . . . . 20
A.Zh. Bekturova, Zh.K. Masalimov, Zh.Zh. Markhametova, R.Sh. Yerkassov, R.S. Orazbayeva, A.O. Daribai Resistance of plasmids containing hydrocarbon- degrading microorganisms under the influence of petroleum hydrocarbon . . . . 31
М.А. Бейсенби, Д.К. Сатыбалдина, Г.А. Ускенбаева
Исследование робастной устойчивости линейных SISO систем методом
функций А.М. Ляпунова . . . . 36
А.Ж. Жусупбеков, Н.Т. Алибекова, И.О. Морев, Е.Б. Утепов
Оценка несущей способности и определение необходимой глубины заложения свайных фундаментов методом динамического зондирования в сложных
инженерно-геологических условиях города Астана . . . . 46
А.Т. Канаев, А.В. Богомолов
Опытно-промышленное внедрение плазменной закалки гребней бандажа колесных пар
локомотивов . . . . 52
М.А Бейсенби, Д.К. Сатыбалдина, Л.Г. Абдрахманова
Метод функции Ляпунова в исследовании динамических свойств систем
с повышенным потенциалом робастной устойчивости в классе двухпараметрических
структурно-устойчивых отображений . . . . 57
А.Ж. Жусупбеков, А.С. Турашев, А.Р. Омаров, Е.Б. Утепов, И.О.Морев, Б.О. Калданова Контроль геометрических характеристик и качества свай неразрушающими
экспресс методами . . . . 69
М.А. Бейсенби, А.Ж. Скакова
Исследование наблюдающего устройства с повышенным потенциалом робастной
устойчивости для одномерных линейных систем методом функций А.М. Ляпунова . . . . 78
Р.Р. Бейсенова, М.Р. Хантурин, Л.Э. Булекбаева, Д.Б. Сулеев, А.А. Есетова, Г.Х. Бейсенова, А.О.
Жанабергенов, Р.С. Мустафа
Некоторые гематологические и функциональные показатели сердечно-сосудистой системы у разных возрастных групп людей. . . . 85
Қ. Қ. Арынов
Туристiк-қолөнер орталықтардың сәулеттiк-функцияалық шешiмдерiн жобалау негiздерi . 91
А.Т. Канаев, А.В. Богомолов, Д.С. Бакижанова
Количественная оценка эффективности и применимости механизмов упрочнения феррито- перлитных сталей . . . . 95
А.Ж. Жусупбеков, Н.Т. Алибекова, И.О. Морев
Оптимизация длин свай с учетом инженерно-геологических условий города Астаны. . . . 103
Р.Р. Бейсенова, М.Р. Хантурин, Л.Э. Булекбаева, А.О. Жанабергенов, Р.С. Мустафа Изменения в показателях общего белка в биологических жидкостях организма при
интоксикации фенилгидразином . . . . 111
М.А. Бейсенби, Д.К. Сатыбалдина, Г.А. Ускенбаева
Исследование робастной устойчивости системы управления линейными объектами
m×nметодом функций А.М. Ляпунова . . . . 117
Ш.Б. Хаметова, Г.Т. Каимова, А.И. Шуркин, Ш.К. Мукатова, А.А. Ибжанова
Сертификация системы менеджмента качества гостиницы «Нур» . . . . 126
C.Ж. Кужамбердиева, Б.Б. Абжалелов
Зависимость потока метана от температуры и влажности почвы . . . . 131
Г.Т. Каимова, Ш.Б. Хаметова, А.И. Шуркин, Ш.К. Мукатова, А.А. Ибжанова Система менеджмента качества и метрологическое обеспечение производства
«Ырысты-АЭВРЗ» . . . . 136
Ж.Ж. Ермекбаева, Ж. Саулет, А. Кожахметова
Күрделi популяционы процесстердi басқару кезiндегi бiр параметрлi құрылымды
- орнықты бейнелердi қолдану тәсiлi . . . . 142
Д.Т.Сартаев, А.Ордабай, Р.К.Смагулова, М.Е.Нургожина
Сравнительная характеристика теплоэффективных решений современных утеплителей
для термомодернизации наружных стен жилых домов различных конструктивных систем 149
С.С. Каримов
Шиттi-мақта талшығын алғашқы өңдеу және джинерлеу машиналарының жағдайы. . . . 155
О.Т. Балабаев, Г.Ж. Хамитова, Д.К. Саржанов
Таспалы конвейерлердегi ауытқу барабандарының берiктiк қор коэффициентiн анықтау . . . 161
Ш.Б. Хаметова, А.И. Шуркин, Ш.К. Мукатова, Г.Т. Каимова, А.А. Ибжанова
Технические требования СТ РК 1195 к туристическим фирмам в Республике Казахстан . . 166
С.С. Каримов
Мақта тазалау зауыттарындағы шиттi-мақтаны алғашқы өңдеу . . . . 170
А.М.Байсариева, Т.Ю. Реснянская, Р.К. Смагулова, М.Е. Нургожина
Роль минеральных добавок при гидратации и твердении вяжущих веществ . . . . 177
А.С. Бутабекова
Изучение влияния архитектурной формы на эмоционально-психологическое
состояние человека . . . . 181
Г.Е. Кадирбаева
Эргономические особенности Этногорода. . . . 185
БИОЛОГИЯ БИОЛОГИЯ
А.Ю. Акпарова, Т.Е. Ещжанов, Р.И. Берсимбай
Изучение роли полиморфизма Taq1 кандидатного гена VDR в развитии бронхиальной астмы в казахской популяции . . . . 188
О.В. Булгакова, А. Кусаинова, С.Б. Ондыбаева, Р.И. Берсимбай
Риск развития радон-индуцированного рака легкого . . . . 194
А.М. Кыдыбекова, А.П. Кравченко, Д. Казыкен, О.В. Булгакова, Р.И. Берсимбай
Влияние мутации в гене AtTOR на активность нитратредуктазы у Arabidopsis thaliana
при нитратном стрессе. . . . 201
О.Н. Бабенко, З.А. Аликулов
Листовая бурая ржавчина: биологические аспекты патогенности. . . . 208
А.Н. Вайтман, Д.С. Балпанов
Изучение пробиотической активности кисломолочных культур, выделенных из фекалия
младенца. . . . 219
А.Н. Михалко, О.А. Тен, Д.С. Балпанов
Подбор состава питательной среды для глубинного культивирования базидиомицета
Ganoderma lucidum на основе органических и минеральных веществ. . . . 226
Г.К. Закирьянова, О.Х. Хамдиева, З.М. Бияшева
Натуральные киллерные клетки. . . . 232
О.А. Тен, Р.А. Ханнанов, Е.Ж. Жакупов, Н.К. Жаппар
Использование термофильных хемолитотрофных микроорганизмов для выщелачивания
золота из упорных руд месторождения Бестобе. . . . 238
О.А. Тен, А.Н. Шморгун, Р.А. Ханнанов, С.А. Аубакирова Разработка набора для выявленияHepatitis C virus
инфицированных людей методом ПЦР в режиме реального времени. . . . 246
А.Б. Суюнова, А. М. Жусупова, О.А. Тен, Д.С. Балпанов
Оптимизация процесса получения треонина. . . . 252
A.S. Dinmukhamedova, B.A. Baidalinova, Zh.S. Taldykbaev
The etiological structure and antibiotic susceptibility of microorganisms isolated
from patients with urinary tract infections. . . . 257
И.Е.Парамонова, М.В. Фоменко, Д.С.Балпанов, О.А. Тен
Активный штаммBacillus thuringiesis - продуцент белкаδ-эндотоксина. . . . 262
4
Д.С. Балпанов, Р.А. Ханнанов, Е.Ж. Жакупов, С.И. Жусупов
Выделение и характеризация психотолерантных железо и серуокисляющих ацидофильных микроорганизмов из скважинных растворов месторождения Семизбай. . . . 270
А.Б. Букеева, С.Г. Оспанова
Получение очищенных препаратов антиидиотипических антител. . . . 279
С.В.Пуронен, А.Е. Есенбаева, О.А.Тен
Выделение фунгицидного микроорганизмаBacillus subtilis из ризосферы,
оптимизация питательных сред и условий культивирования. . . . 284
Р.У. Мамыкова
Биологические особенности роста и развития эхинацеи узколистной
(Echinacea anqustifolia L.) на юге Казахстана. . . . 289
А.М. Жусупова, О.А. Тен
Оптимизация процесса глубинного культивирования штаммов каротинсодержащих
дрожжей. . . . 294
С.В. Пуронен, Л.Ю. Жукова, С.И. Жусупов
Изучение свойств спорообразующих микроорганизмовBacillus licheniformis 356 и
Bacillus subtilis 17, перспективных для использования в составе кормовых добавок. . . . 299
О.А. Матрос, А.Т. Рахимбеков, Т.И. Спигина, Р.С. Бакишев
Использование методов биотехнологии для получения безвирусного картофеля. . . . 305
ХИМИЯ ХИМИЯ
И.В. Корольков, Д.Б. Боргеков, А.А. Талтенов, М.В. Здоровец
Модификация поверхности ПЭТФ ТМ путем термоинициированной прививочной
полимеризации акриловой кислоты. . . . 311
Р.Ш. Еркасов, Р.М. Несмеянова, Р.С. Оразбаева, Л.А. Кусепова, А. Колпек, Г.Г. Абдуллина
Растворимость в системе сульфат магния – карбамид – серная кислота - вода при 25◦С . . . 321
Н.Н.Барашков, А.А.Алдонгаров, И.С. Иргибаева, А.И. Мантель
Влияние наночастиц золота на люминесцентные свойства полимерных композиций
периленовых красителей. . . . 328 ЖАС ҒАЛЫМДАР МIНБЕРI ТРИБУНА МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
Р.З.Асилханова
Съедобные макромицеты ГНПП (Государственный национальный природный парк)
Баянауыл . . . . 335
Н.А. Айдарбекова, А.М. Ергазиева
TBSV вирусының қызанақ, бұршақ және Nicotiana benthamiana өсiмдiктерiнiң
мүшелерiнде көрiнiс беруi. . . . 340
А.Ж. Акбасова, Г.С. Мукиянова
Изучение механизмов супрессии РНК - интерференции Р19 белком . . . . 345
Д.Р. Абдрахманова
Эргономика в инновационных системах городской среды. . . . 350
Ю.С. Ким
Эргономика в формообразовании объектов дизайна . . . . 354
ХИМИЯ
УДК 541.64:544.725
1И.В. Корольков, 1,2Д.Б. Боргеков, 1А.А. Талтенов, 1,2М.В. Здоровец Модификация поверхности ПЭТФ ТМ путем термоинициированной прививочной
полимеризации акриловой кислоты
( 1 Евразийский Национальный университет им. Л.Н.Гумилева, Астана, Казахстан) (2Астанинский филиал Института ядерной физики, Астана, Казахстан )
В статье представлены данные по изучению процесса модификации трековых мембран на основе
полиэтилентерефталата (ПЭТФ ТМ) 2,20-азобис(2-метилпропионамидинa)гидрохлоридом и последующей
термоинициированной прививочной полимеризации акриловой кислоты на ее поверхность. Модифицированная
поверхность ПЭТФ ТМ была охарактеризована методами атомно-силовой и растровой электронной микроскопии, ИК- Фурье и РФЭС-спектроскопии, определены значения краевого угла смачивания и концентрация концевых СООН-групп на единице площади поверхности полимерной мембраны.
Ключевые слова: трековые мембраны, прививочная полимеризация, радикальная полимеризация, полиэтилентерефталат, акриловая кислота.
К созданию поверхностно модифицированных материалов в настоящее время приковано внимание многих специалистов мира [1-3]. Первые работы в данной области были опубликованы в конце 30-х годов прошлого столетия [4] и посвящены получению привитых полимерных материалов, было обнаружено, что химическое модифицирование может быть использовано для направленного изменения химических свойств поверхности, в первую очередь ее гидрофильности и гидрофобности. Физико-химические и химические взаимодействия материалов осуществляются через поверхность, и характер поверхностного слоя часто имеет решающее значение в таких процессах как катализ, адсорбция, фильтрация и др. Этим объясняется большой интерес к поверхностному модифицированию различных материалов.
При этом происходит химическое связывание различных соединений на твердом носителе, ведущее к получению новых материалов с рядом свойств, которыми не обладали ни носитель, ни привитое соединение.
Различают два принципиальных подхода в прививочной полимеризации: "grafting to"и
"grafting from". "Grafting to"подразумевает прививку полимерных звеньев, которые ковалентно связываются с поверхностью мембраны [5]. Модификация мембраны с использованием метода
"grafting from"в большинстве случаев достигается в две стадии:
1) активация мембраны путем иммобилизации различных инициаторов на ее поверхности.
2) проведение радикальной прививочной полимеризации.
В настоящее время известно множество техник проведения прививочной полимеризации, среди которых фотоинициированная полимеризация [6], полимеризация в плазме [7], обработка озоном [8], радиационная полимеризация [9], и термоинициированная прививочная полимеризация [10].
Объектом исследования данной работы являются трековые мембраны (ТМ), получаемые путем облучения тонких полимерных пленок пучками ионизирующего излучения с последующим травлением, которые находят все более широкое применение во многих отраслях науки и промышленности для разделения и очистки растворов полимеров на молекулярном уровне. ТМ изготавливаются в основном на основе пленок из ПЭТФ толщиной 12 - 23 µм.
Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы - Вестник ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2013, №6
Однако поверхность ПЭТФ мембран является гидрофобной, что ограничивает возможность их практического применения. Так, в медицине и биотехнологии для фильтрации плазмы крови или вирусов требуются гидрофильные неадсорбирующие мембраны [11], поэтому увеличение гидрофильности поверхности расширяет диапазон функциональных свойств этого полимера.
В настоящее время во многих лабораториях мира ведутся интенсивные исследования по созданию простых и технологичных методов модификации поверхности мембран, позволяющих придать им требуемые гидрофильные свойства и таким образом получить трековые мембраны с уникальными техническими характеристиками. Уже освоен ряд физических и химических методов модификации поверхностей трековых мембран, позволяющих придать им требуемые гидрофильные свойства [12]. Различные способы химической модификации поверхности, включающие ковалентное присоединение различных функциональных групп или привитую полимеризацию на поверхности пор ТМ часто приводят к неконтролируемой зашивке фильтрующих пор мембраны. Таким образом, целенаправленная модификация поверхностного слоя мембраны для увеличения ее гидрофильности является актуальной проблемой.
Экспериментальная часть
Объекты исследования
Объектом исследования служила ПЭТФ пленка торговой марки Hostaphanr RNK-23,0 производства фирмы "Mitsubishi Polyester Film"(Германия). Номинальная толщина пленки составляла 23 мкм, плотность материала - 1,4 г/см3, что соответствует 54% кристалличности.
Образцы ПЭТФ пленок облучали ионами 84Kr15+ (энергия 1,75 МэВ/нуклон) на ускорителе тяжелых ионов ДЦ-60 АФ ИЯФ НЯЦ РК с плотностью облучения 1·108 ион/см2. После облучения образцы хранились на воздухе при комнатной температуре.
Обработка окисленных ПЭТФ ТМ 2,20-азобис(2-метилпропионамидинa) гидрохлоридом
Предварительно поверхность исследуемых образцов окисленных ПЭТФ ТМ [13] очищали ацетоном в ультразвуковой бане, после чего выдерживают в спиртовом растворе 0,2 М пентафторфенола (PFP) и 0,1 М N-(3-диметиламинопропил)-N’-этилкарбодиимида (EDC) в течение 2,5 ч для активации карбоксильных групп. Далее мембраны выдерживали при комнатной температуре в течение 20 ч в 20% водно-спиртовом растворе (50% об.) 2,20-азобис(2-метилпропионамидинa)гидрохлорида (ABAP) и последовательно промывали в деионизированной воде и этиловом спирте, высушивали на воздухе в течение 30 минут и, вследствие нестабильности образующегося соединения, незамедлительно использовали далее для прививки функциональных мономеров.
Термоинициированная прививка полиакриловой кислоты
Водный раствор акриловой кислоты (АК) (100 г/л, pH=2) предварительно очищали от ингибитора на колонке Al2O3, после чего переливали в 100 мл круглодонную колбу и помещали образцы ПЭТФ ТМ с ковалентно-связанным на поверхности АВАР. Всю реакционную систему в течение 5 минут барботировали аргоном и помещали колбу в термостат.
Полимеризацию проводили при 65◦С в течение 5-20 ч, по окончанию образцы промывали деионизированной водой, высушивали между листами фильтровальной бумаги и взвешивали на весах с дискретностью 0,1 мг.
Степень прививки полиакриловой кислоты α определяли по формуле:
α= m−mo mo
×100%, (1)
где, mo и m – массы ПЭТФ ТМ до и после прививки.
И.В. Корольков, Д.Б. Боргеков, А.А. Талтенов, М.В. Здоровец
Количественная оценка концентрации концевых функциональных групп Метод окрашивания толуидиновым синим (ТС)
Образец ПЭТФ ТМ размером 1 см2 помещали в 10 мл щелочного раствора (NaOH, pH=10) толуидинового синего концентрацией 5·10−4 М и непрерывно встряхивали на шейкере в течение 3ч, обеспечивая таким образом наиболее полную сорбцию красителя на поверхность мембраны.
По окончанию встряхивания образец промывали в растворе NaOH (pH=10) и дважды в деионизированной воде, после чего высушивали на фильтровальной бумаге на воздухе и сушат на воздухе. Десорбцию окрашенных образцов проводили в 5 мл 50% раствора уксусной кислоты в течение 10 мин при интенсивном встряхивании на шейкере. Оптическую плотность полученного окрашенного раствора определяли при длине волны 633 нм, концентрацию концевых карбоксильных групп определяли по калибровочному графику (y=0,0546x+0,0059, R2=0,9997).
Определение аминогрупп окрашиванием оранжевым кислым
В 10 мл солянокислого раствора (pH=3) красителя оранжевого кислого (OА) с концентрацией 5·10−4 М помещали образец ПЭТФ ТМ размером 1 см2 и непрерывно встряхивали на шейкере течение 12 часов, после чего образцы промывали в растворе НСl (pH=3) и высушивали между листами фильтровальной бумаги. Для десорбции красителя образец помещали в 5 мл раствора гидроксида натрия (pH=12) и встряхивали в течение 15 минут на шейкере. Концентрацию амино групп определяли спектрофотометрически при длине волны 495 нм по калибровочному графику (y =0,0062x-0,0150, R2 = 0,9941).
ИК-Фурье - спектроскопическое исследование
ИК-спектры были сняты на ИК-Фурье спектрометре Cary 600 Series производства Agilent Technologies (США) с использованием приставки однократного отражения на алмазе Gladiatr производства PIKE (США). Все измерения проводили при разрешении 2,0 см−1 и температуре 21·С, количество сканирований составляло не менее 32.
Полученные спектры были обработаны в программной оболочке Agilent Resolution Pro.
Исследование состава поверхности методом РФЭС
Состав поверхности образцов определяли методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) на интегрированном РФЭ спектрометре K-Alpha фирмы "Thermo Scientific"(США) в Национальном нанотехнологическом центре UNAM (Анкара, Турция).
Спектры регистрировали в режиме CAE (Pass Energy 200,0 эВ) с шагом 1,0 эВ. Спектры высокого разрешения (C, N, F и O) регистрировали в аналогичном режиме с Pass Energy равной 30,0 эВ и с шагом 0,1 эВ. Обработку полученных данных выполняли при помощи программного обеспечения Avantage.
Определение краевого угла смачивания
Степень гидрофильности пленок и мембран определяли путем измерения краевого угла смачивания (θ) по методу лежащей капли [3]. Для этого каплю рабочей жидкости порядка 10 мкл наносили из микрошприца на поверхность образцов. Краевой угол смачивания определяли гониометрическим методом, исходя из основных размеров капли и что θ <90◦ по формуле:
tgθ= 2h·r
r2−h2, (2)
где, θ – краевой угол смачивания, r – радиус площади контакта капли с поверхностью, h – высота капли.
Исследование топографии методом АСМ
Морфологию поверхности окисленных и модифицированных полимерных пленок исследовали сканирующим зондовым микроскопом (СЗМ) SmartSPM-1000 фирмы AIST-NT в атмосферных условиях в полуконтактном режиме с использованием кремниевого кантилевера
313
Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы - Вестник ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2013, №6
NSG10 фирмы NT-MDT с радиусом острия не более 10 нм. Массив данных, получаемых с помощью СЗМ, обрабатывались и анализировались с помощью программы Gwyddion.
Для устранения артефактов сканирования перед анализом к каждому изображению применяли встроенные в программу Gwyddion средства, такие, как: полиномиальный фон, коррекция линий выравниванием срединного значения высоты, удаление горизонтальных царапин.
Среднеарифметическая шероховатость Ra образцов рассчитывалась по формуле:
Ra= 1 Nx·Ny
Ny−1
X
j=0
Nx−1
X
i=0
Zi,j−Z¯
, (3) где Nx и Ny – количество столбцов АСМ матрицы по соответствующей оси, Zi,j – регистрируемая величина отклонения зонда по вертикали при прохождении его по поверхности образца, Z¯ – среднее значение высоты образца, которое рассчитывается по формуле:
Z¯ = 1 Nx·Ny
Ny−1
X
j=0
Nx−1
X
i=0
Zi,j, (4)
Расчет среднеарифметической шероховатости проводился по одному снимку размером 512×512 точек для нескольких масштабов (10×10 мкм, 5×5 мкм, 1×1 мкм и 400×400 нм).
Исследование поверхности методом растровой электронной микроскопией (РЭМ)
Анализ полученных данных проводили методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) на электронном микроскопе высокого разрешения японской фирмы JEOL JSM-7500F с
"холодным"(автоэмиссионным) катодом.
Анализ поверхности проводили в режиме вторичных электронов, ускоряющее напряжение составляло 1 кВ в режиме GB-H (Gentle Beam), торможение электронов перед образцом и снижение энергии первичного пучка до 100В.
Напыление проводили в магнетроне JFC-1600, в качестве материала для напыления использовали золото, толщину напыленного слоя (не более 15-20 нм) определяли по стандартному калибровочному графику путем подбора тока и времени напыления.
Результаты и их обсуждение
С целью повышения гидрофильности была проведена термоиниированная прививочная полимеризация акриловой кислоты на поверхность пор ПЭТФ ТМ. Активация мембраны проходила в несколько стадий. Первой стадией процесса является активация карбоксильных групп окисленных ПЭТФ ТМ пентафторфенолом (PFP) через промежуточное образование производного N-(3-диметиламинопропил)-N’-этилкарбодиимида (EDC). После чего возможно ковалентное связывание 2,20-азобис(2-метилпропионамидинa)гидрохлорида (АВАР), который может выступать в качестве термоинициатора. Схематично процесс активации поверхности ПЭТФ ТМ для последующей прививочной полимеризации представлен на Рисунке 1:
Используя спектрофотометрический метод количественного определения амино групп с помощью специфичного красителя оранжевого кислого, установили концентрацию амино- групп на поверхности ПЭТФ ТМ модифицированной ABAP, среднее значение составило 3,13±0,03 нМоль/см2.
И.В. Корольков, Д.Б. Боргеков, А.А. Талтенов, М.В. Здоровец
Рисунок 1.– Ковалентное связывание АВАР с поверхностью ПЭТФ ТМ
Ковалентное связывание ABAP было также подтверждено РФЭС-анализом. На Рисунке 2 представлены РФЭС-спектры исходной окисленной ПЭТФ ТМ (а), PFP модифицированной ПЭТФ ТМ (б) и ABAP модифицированной ПЭТФ ТМ (в).
Рисунок 2.– РФЭС-спектры исследуемых образцов ПЭТФ ТМ: ОХ (а), PFP (б), и ABAP (в)
По данным РФЭС анализа был определен элементный состав поверхности ПЭТФ ТМ.
Результаты представлены в таблице 1, из которой видно появление фтора (3,59%) при модификации ПЭТФ ТМ PFP, вместе с тем, при последующей модификации ABAP можно наблюдать отсутствие регистрации атома фтора на поверхности и появление азота (2,56%).
Таблица 1– Элементный состав исследуемых образцов по данным РФЭС
Элементный состав % Атомное соотношение
С1s O1s N1s F1s F1s/ С1s N1s/ С1s
Ox 72,45 27,55 - - - -
PFP 70,77 25,64 - 3,59 0,0507 -
ABAP 75,11 22,33 2,56 - - 0,0341
Термоинициируемую прививочную полимеризацию проводили при постоянной концентрации мономера (100 г/л) и инициатора (0,1 М) при температуре (338 К), варьируя время полимеризации от 5 до 20 ч с интервалом равным 5 ч. Степень прививки была рассчитана гравиметрически. Модифицированные таким образом пленки охарактеризованы методами АСМ и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), методом ИК-спектроскопии, а также была определена концентрация СООН-групп методом ТС, был измерен краевой угол смачивания поверхности модифицированной ПЭТФ ТМ. Сводные результаты представлены в Таблице 2.
315
Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы - Вестник ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2013, №6
Таблица 2– Характеристики ПЭТФ ТМ в зависимости от времени термоинициированной полимеризации
Время, ч Степень прививки, % Краевой угол смачиванияθ,◦ [COOH], нМоль/см2
Ox - 67,03±1,6 20,5±0,53
5 1,61 38,65±2,52 36,6±1,87
10 1,31 36,93±1,81 34,01±6,18
15 1,7 36,87±1,45 59,88±2,26
20 1,9 34,94±2,01 80,65±4,1
Примечание–ПЭТФ ТМ 1·108окисленная в системе KMnO4/H2SO4 180 мин, Т=296 K
На Рисунке 3 изображен ИК-Фурье спектр однократного отражения на алмазе ПЭТФ ТМ модифицированной термоинициированной прививочной полимеризации акриловой кислотой (кривая Б), здесь же для сравнения представлен спектр исходной окисленной ПЭТФ ТМ (кривая А). Из данных спектров можно наблюдать резкое повышение интенсивности линии поглощения на 1713 см−1, что соответствует колебаниям С=О связи и подтверждает увеличение концентрации карбоксильных групп вследствие образования слоя полиакриловой кислоты на стенках пор мембраны.
Рисунок 3.– Фурье спектры Оx ПЭТФ ТМ (а) и модифицированной АК ПЭТФ ТМ (б)
Схематично процесс термоинициированной прививочной полимеризации акриловой кислоты представлен на рисунке 4.
Рисунок 4.– Схема термоинициированной прививочной полимеризации акриловой кислоты
Исследования рельефа пленок на СЗМ включали в себя следующие этапы: первоначально проводили очистку поверхности ПЭТФ ТМ от загрязнений и статистического электричества,
И.В. Корольков, Д.Б. Боргеков, А.А. Талтенов, М.В. Здоровец
затем сканировали участок с размером 40×40 мкм с целью определения наличие дефектов, после чего определяли место для вторичного сканирования участка с размером 10×10 мкм и исследовали рельеф поверхности полуконтактным методом.
Исходный материал ПЭТФ ТМ с плотностью пор 1·108, с условием окисления KMnO4/H2SO4, 180 минут. Фотография поверхности исходных окисленных образцов приведены на рисунке 5.
Рисунок 5.– АСМ-топография и трехмерное изображение поверхности ПЭТФ ТМ после окисления (а), после прививки АК в течении 5 ч (б), 10 ч (в), 15 ч (г) и 20 ч (д)
При исследовании методом АСМ было установлено, что в результате термоинициируемой прививки топография поверхности пленок ПЭТФ ТМ значительно изменяется. Шероховатость ПЭТФ пленки возрастает вследствие образования характерных холмистых структур (рисунок 6), которые становятся более выраженными с увеличением времени выдерживания образцов в растворе АК.
Как видно из представленных графических данных, слой полиакриловой кислоты на поверхности ПЭТФ ТМ имеет толщину в субмикронном диапазоне. В процессе прививки цепи полиакриловой кислоты образуют собственные домены на поверхности [14], причем с увеличением продолжительности прививки увеличивается размер домена, что в конечном итоге приводит к большей агломерации некоторых соседних доменов.
317
Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы - Вестник ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2013, №6
Рисунок 6.– Изменение средней шероховатости образцов ПЭТФ ТМ в зависимости от продолжительности прививки АК
Рисунок 7.– РЭМ микрофотографии боковых сколов Ох ПЭТФ ТМ (а), после прививки АК в течении 5 ч (б) и 10 ч (в)
Рисунок 8.– Микрофотографии поверхности Ох ПЭТФ ТМ (а), после прививки АК в течении 5 ч (б), 10 ч (в) и 20 ч (г)
Другим способствующим фактором механизма прививки на поверхностную структуру, является инициированные радикалы, которые генерируются на поверхности пленки.
Некоторые из этих радикалов могут также присутствовать под верхним слоем и инициировать
И.В. Корольков, Д.Б. Боргеков, А.А. Талтенов, М.В. Здоровец
прививку акриловой кислоты. В результате некоторые мономеры могут диффундировать сквозь набухший слой привитой АК и участвовать в формировании полимерной цепочки уже непосредственно под первоначально привитым слоем.
Растущие цепочки полиакриловой кислоты становятся достаточно длинными, образуя самостоятельный домен и поверхностные цепи раздвигаются, чтобы разместить громоздкие домены полиакриловой кислоты. В результате чего происходит постепенное заполнение низменных участков между соседними доменами и в результате поверхность мембраны выравнивается.
Аналогичные изменения в морфологии поверхности модифицированных ПЭТФ ТМ регистрируется и на снимках, полученных методом РЭМ (рисунок 7, 8).
В заключении хотелось бы отметить, что предлагаемый метод гидрофилизации поверхности путем термоинициированной прививкой акриловой кислоты является весьма перспективным для дальнейшей технологической разработки. В продолжении начатых экспериментальных работ планируется расширить спектр прививаемых функциональных мономеров гидрофильной природы.
ЛИТЕРАТУРА
1 Espinoza S.L., Arbeitman C.R., Clochard M.C. et al. Functionalization of nanochannels by radio-induced grafting polymerization on PET track-etched membranes // Radiation Physics and Chemistry in press. (http://dx.doi.org/10.1016/j.radphyschem.2013.05.043)
2 Ulbricht M., Belfort G. Surface modification of ultrafiltration membranes by low temperature plasma. I. Treatment of polyacrylonitrile // J.Appl.Polym.Sci. - 1995. - V. 56. (№ 3). - P. 325.
3 Bryjak M., Gancarz I., Pozniak G. Plasma modified porous membranes // Chem. Papers. - 2000. - Vol. 54. (№ 6). - P. 496.
4 Flory P.J. The Mechanism of Vinyl Polymerizations // J. Am. Chem. Soc. - 1937. - V. 59. - P.241-253.
5 He D., Susanto H., Ulbricht, M. Photo-irradiation for preparation, modification and stimulation of polymeric membranes // Prog. Polym. Sci. - 2009. - Vol. 34.- P.62-98.
6 Yang B., Yang W. Novel pore-covering membrane as a full open/close valve // J. Membr. Sci.
-2005. - Vol. 258. - P.133-139.
7 Wu G., Li Y., Han M., Liu X. Novel thermo-sensitive membranes prepared by rapid bulk photo-grafting polymerization of N,N-diethylacrylamide onto the microfiltration membranes Nylon // J. Membr. Sci. - 2006. - Vol. 283. - P.13-20.
8 Ulbricht M. Photograft-polymer-modified microporous membranes with environment-sensitive permeabilities // React. Funct. Polym. - 1996. - Vol. 31. - P.165-177.
9 Geismann C., Ulbricht M. Photoreactive functionalization of poly(ethylene terephthalate) track-etched pore surfaces with "smart"polymer systems // Macromol.Chem.Phys. - 2005. - Vol.
206. - P.268-281.
10 Tu Ch.Yu., Wang Yi.Ch., Li Ch.L. et al. Expanded poly(tetrafluoroethylene) membrane sur- face modification using acetylene/nitrogen plasma treatment // Eur. Polym. J. - 2005. - Vol. 41.
(№10). - P. 2343.
11 Wanderaa D., Wickramasingheb R.S., Hussona S.M. Stimuli-responsive membranes // Journal of Membrane Science. - 2010. - Vol. 357. - P. 6-35.
12 Geismann C., Tomicki F., Ulbricht M. Block copolymer photo-grafted poly(ethelene tereph- thalate) capillary pore membranes distinctly switchable by two different stimuli // Separation science and technology. - 2009. - Vol. 44. - P. 3312-3329.
13 Antonov A.You., Mashentseva A.A., Gorin E.G. Features of the primary functionalization and surface analysis of nanoporous PET track-etched membranes // Bulletin of the al-Farabi Kazakh national university. - Chemistry. - 2012. - №3. -P.130-135.
319
Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы - Вестник ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2013, №6
14 Gupta B., Plummer C., Bisson I., Frey P., Hilborn J. Plasma indunced graft polymerization of acrylic acid onto poly(ethylene terephthalate) film characterization and human smoth muscle cell growth on grafted film // Biomaterials. - 2002. - Vol.23. - P.863-871.
Корольков И.В., Боргеков Д.Б., Талтенов А.А., Здоровец М.В.
Акрил қышқылын термобастамалау егiндiру полимерлеу әдiсiмен ПЭТФ ТМ бетiн түрлендiру Мақалада полиэтилентерефталат (ПЭТФ ТМ), 2,2’-азобис(2-метилпропионамидин) гидрохлорид негiзiндегi тректi мембраналарды түрлендiру және келесi оның бетiн акрил қышқылымен термобастамалау егiндiру полимерлеу үдерстерiн зерттеу деректерi көрсетiлген. Түрлендiрiлген беттi ПЭТФ ТМ атомдық-күштiк және растрлық электрондық микроскопия, ИҚ-Фурье және РФЭС- спектроскопия әдiстерiмен сипатталған, полимерлi мембрананың беттiк ауданының бiрлiгiнде өлкелiк сулау бұрышы және СООН-топтар соңғы концентрациясы анықталған.
Түйiн сөздер: тректi мембраналар, егетiн полимерлеу, радикалдық полимерлеу, полиэтилентерефталат, акрил қышқылы
Korolkov I.V., Borgekov D.B., Taltenov А.А., Zdorovets M.V.
Modification of PET TeMs surface by thermo-initiated graft polymerization of acrylic acid
The article presented data on the track-etched membranes based on poly(ethylene terephthalate) (PET TeMs) modification by 2,2’-azobis(2-methylpropionamidine)hydrochloride and following thermo-initiated graft polymerization of acrylic acid on the surface. The modified PET TeMs surface was characterized by atomic force and scanning electron microscopy, FTIR and XPS spectroscopy, the water contact angle and the concentration of the surface COOH groups were measured.
Keywords:track-membrane, graft polymerization, radical polymerization, poly(ethylene terephthalate, acrylic acid.
Поступила в редакцию 15.10.13 Рекомендована к печати 29.10.13
Об авторах:
Корольков И. В.- докторант 1-го года обучения кафедры химии Евразийского Национального университета им.
Л.Н. Гумилева.
Талтенов А. А. - д.х.н., профессор кафедры химии, проректор по учебной работе Евразийского национального университета им. Л.Н. Гумилева
Здоровец М.В.- к.ф.- м.н, начальник Астанинского филиала Института Ядерной Физики Боргеков Д. Б.- инженер Астанинского филиала Института ядерной физики НЯЦ РК
Р.Ш. Еркасов, Р.М. Несмеянова, Р.С. Оразбаева, Л.А. Кусепова, А. Колпек, Г.Г. Абдуллина
УДК 541.123.31:544.351.3
1Р.Ш. Еркасов, 2Р.М. Несмеянова, 1Р.С. Оразбаева, 1Л.А. Кусепова, 2А.
Колпек, 2Г.Г. Абдуллина
Растворимость в системе сульфат магния – карбамид – серная кислота - вода при 25 ◦С
(1Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, г. Астана, Казахстан ) (2Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, г. Павлодар, Казахстан)
Методом растворимости изучены процессы, продукты взаимодействия в четырёхкомпонентной системе сульфат
магния – карбамид – серная кислота – вода при 25 ◦С. Установлены концентрационные границы образования
исходных твёрдых компонентов, эвтонических составов, составляющих трёхкомпонентных систем, двойных соединений, существование которых было установлено при изучении растворимости в системах карбамид – серная кислота – вода и карбамид – сульфат магния – вода, а также нового соединения, содержащего в своём составе одновременно карбамид, сульфат магния, серную кислоту и воду.
Ключевые слова:метод растворимости, сульфат магния, карбамид, серная кислота, координационные соединения.
В продолжение исследований процессов и продуктов взаимодействия в системах соль биометалла – амид – неорганическая кислота – вода изучена растворимость в системе M gSO4− CO(N H2)2−H2SO4−H2O при 25◦С.
Ранее было показано, что координационные соединения, образующиеся в этих системах, представляют интерес, связанный с их перспективностью в качестве аналитических и органических реагентов, исходных продуктов в химической промышленности, а также важной их ролью в биохимических процессах. Кроме того они интересны с точки зрения строения, физических и химических свойств, поэтому они являются хорошими объектами для фундаментальных исследований [1 – 4].
Изучение взаимодействия сульфата магния с карбамидом в сернокислой среде проводили методом растворимости. Метод заключался в насыщении эвтонических растворов, составляющих трехкомпонентных систем, возрастающими количествами четвёртого компонента при сохранении состава твёрдой фазы до появления в ней нового соединения.
Равновесие в системе устанавливалось через 18 – 20 часов (при непрерывном перемешивании).
Рисунок– Центральная проекция изотермы растворимости системы сульфат магния – карбамид – серная кислота –
вода при температуре 25◦С
Пробы фаз анализировали на содержание сульфата магния, карбамида и кислоты.
Содержание соли контролировали по количеству ионов магния, определённому прямым 321
