Математическое моделирование полимерных синтетических дисперсий медицинского назначения (стр. 1 из 4)
Глава 1. Полистирол
Полистирол – материал, получаемый полимеризацией стирола или сополимеризацией этого мономера другими мономерами (акрилонирилом, метилметакрилатом, а также каучуками).
Имеет химическую формулу вида:
[-СН2-С(С6Н5)Н-]n-
Структурная формула:
Рисунок 1 Структурная формула полистирола
Полистирол (-C6H5-CH-CH-)n является продуктом полимеризации стирола, который представляет собой сочетание непредельного углеводорода этилена с ароматическим радикалом фенилом – С6Н5 (фенилэтилен):
СН2=СН-С6Н5
При полимеризации радикалы винила образуют полимерную цепь с боковыми фенильными группами (бензольными кольцами).
По характеру пространственного расположения фенильной группы относительно молекулярной цепи различают:
1. атактический полистирол – характеризуется тем, что в нем бензольные кольца расположены по обе стороны цепи совершенно неупорядоченно;
2. изотактический полистирол – в его макромолекуле все бензольные кольца расположены с одной стороны цепи;
Свойства атактического и изотактического полимеров различаются весьма существенно. Атактический полимер можно формовать при значительно более низких температурах, и он растворим в большинстве растворителей намного лучше изотактического. Этот термин означает, что если ориентировать углеродные атомы полимерной цепи, придав ей, правильную зигзагообразную форму, то фенильные боковые группы окажутся распределенными случайным образом по одну и по другую сторону вдоль цепи (как это показано на рисунке
3. синдиотактический полистирол – в его полимерной цепи бензольные кольца расположены строго альтернативно – поочередно слева и справа от центральной цепи, упорядоченность расположения боковых групп придает синдиотактическому полистиролу высокую твердость и термостойкость.
Наибольшее промышленное значение имеет атактический полистирол.
Рисунок 2 Конфигурации атактического, изотактического и синдиотактического полистирола
Химические свойства полистирола
Химические свойства стирола обусловлены высокой реакционной способностью боковой винильной группы. Фенильное ядро затрагивается в процессе термической полимеризации на стадии инициирования. При окислении стирола на воздухе происходит образование полимера, формальдегида и бензальдегида.
Полистирол характеризуется высокими диэлектрическими показателями, химической стойкостью и хорошими оптическими свойствами.
Полистирол обладает высокой кислото- и щелочестойкостью, стоек к неорганическим неокисляющим кислотам (соляной, серной, плавиковой), а также к спиртам и солям. Полистирол растворяется в тетрахлориде углерода (четыреххлористом углероде), бензоле, не стоек к действию простых и сложных эфиров, ароматических и хлорированных углеводородов. Полистирол довольно легко окисляется, сульфируется, галогенизируется, нитруется. По сравнению с другими термопластами полистирол обладает высокой поверхностной твердостью. Модуль упругости полистирола при растяжении довольно высок (12,9 103), а относительное удлинение при растяжении невысоко (1,5%). При нагревании до 300-400°С полистирол деполимеризуется с образованием мономера.
Глава 2. Математическое моделирование полидисперстных систем
Данная дипломная работа посвящена математическому моделированию полидисперсных систем.
Полимерные синтетические дисперсии сравнительно недавно нашли применение в области биохимических исследований, но уже широко используются в практике.
Широкий спектр областей применения полимерных микросфер, а также возможность синтеза с заданными свойствами (распределения частиц по размерам) определяет их преимущество перед другими дисперсными носителями. Преимущество полимерных микросфер перед частицами биологического происхождения состоят в возможности получений полимерных суспензий:
-С определенным диаметром частиц,
-Узким распределением по размерам.
К полимерным суспензиям с узким распределением частиц по размерам относится суспензии, содержащие индивидуальные частицы полимера сферической формы, коэффициент вариации диаметров частиц составляет 1-3% для частиц с диаметром 0,1-10,0мкм и 10-30% для частиц с диаметром менее 0,6 мкм и более 10,0мкм.
Практическое применение полимерных суспензий намного опередило научные исследования в области синтеза. К сожалению, кажущийся на первый взгляд простота перехода биологических носителей на синтетические в действительности не подтвердилась по причине трудно воспроизводимости процесса и из-за высокой чувствительности устойчивости реакционной системы к малейшему отклонению от режима проведения процесса полимеризации.
Таким образом, поставка новых исследований в области синтеза полимерных суспензий является актуальной задачей.
В данной работе определялся вид функций распределения глобул по размерам, используя экспериментальные данные при синтезе полистирола. Были обработаны более 100 объектов, различные виды функций распределения, характерных для полимеров, а также исследовались гистограммы распределения частиц по размерам, представленных из электронномикрофотографий. Подбирались соответственные математические функции с применением пакета TableCurve 2D.
TableCurve 2D – первая и единственная программа, автоматизирующая процесс подгонки экспериментальных кривых.
Используя математический пакет TableCurve 2D, который включает в себя встроенную библиотеку с широким спектром линейных и нелинейных уравнений (от простых линейных уравнений до высокого порядка), возможно автоматически подобрать первоначальные значения параметров, выбранной функции (критерии качества).
Программа автоматически покажет и выведет основные критерии качества функции:
-Коэффициент детерминации;
-Скорректированный коэффициент детерминации;
Стандартная ошибка
-Критерий Фишера
-Максимальная абсолютная ошибка.
Дисперсность (от лат. dispersus — рассеянный, рассыпанный), характеристика размеров частиц в дисперсных системах. Дисперсность обратно пропорциональна среднему диаметру частиц и определяется удельной поверхностью, т. е. отношением общей поверхности частиц к единице объёма (или иногда массы) дисперсной фазы. Удельная поверхность — усреднённый показатель дисперсности. Более полное представление о дисперсности даёт кривая распределения объёма или массы дисперсной фазы по размерам частиц (рис.). С ростом полидисперсности системы, т. е. с увеличением разницы в размерах частиц, максимум на кривой распределения снижается и становится более широким, но площадь, ограниченная кривой и осью абсцисс, сохраняется постоянной. В редком случае монодисперсной системы, когда частицы имеют почти одинаковый размер, кривая имеет вид острого пика с узким основанием. Встречаются системы, дающие на кривой распределения два и большее число максимумов. Для тонкопористых тел, например адсорбентов и катализаторов, понятие дисперсности заменяется равнозначным понятием пористости, т. е. характеристикой размеров каналов-пор, пронизывающих эти тела.
В химии высокомолекулярных соединений дисперсностью часто называют характеристику размеров линейных или разветвлённых (цепочечных) полимерных молекул, определяемую молярной массой. Полидисперсность полимеров может быть выражена функцией распределения молекул по их молярным массам (так называемое молекулярно-массовое распределение). Графически эта функция изображается кривой типа приведённых на рис.; по оси абсцисс откладывают молярные массы, а по оси ординат — доли полимерных фракций с соответствующими молярными массами.
Дисперсность как технологический показатель имеет важное значение в производстве и применении пигментов, различных наполнителей для пластмасс, минеральных вяжущих веществ, удобрений, пестицидов, фармацевтических препаратов и многих других порошкообразных и мелкозернистых продуктов. Определяется дисперсность методами дисперсионного анализа. (Лит. см. при ст. Дисперсионный анализ).
Кривые распределения объёма (массы) частиц по размерам: 1 — монодисперсная система; 2 — полидисперсная система. min, max, 0 — соответственно минимальный, максимальный и вероятнейший размер частиц; f() — функция распределения, доля объёма (или массы) дисперсной фазы, которая приходится на частицы с данным интервалом размеров, делённая на величину интервала.
ДИСПЕРСИОННЫЙ АНАЛИЗ, совокупность методов измерения размеров частиц дисперсной фазы (или пор в случае тонкопористых тел). Определяют также дисперсность, или удельную поверхность, дисперсной системы, т. е. отношение общей площади межфазной пов-сти к объему (или массе) дисперсной фазы. Существующие методы дисперсионного анализа можно разделить на три группы:
1) методы измерения параметров отдельных частиц (линейных размеров, массы и т. п.) с послед. статистич. обработкой результатов большого числа измерений (возможно применение автоматизир. систем);
2) методы, основанные на мех. разделении дисперсной системы на неск. классов по крупности частиц;
3) методы, основанные на изучении св-в ансамбля частиц (ансамбля пор).
В первой группе методов измеряют: линейные размеры частиц (или пор) с помощью оптич. микроскопа (обычно реализуемый предел измерений - от 1 мкм до неск. мм) или электронного микроскопа (от 1 нм до неск. мкм); изменения электрич. сопротивления или светового потока при пропускании суспензии через тонкий канал, вызванные попаданием в этот канал частицы дисперсной фазы (т. наз. счетчики Культера позволяют измерять размеры частиц от 0,1 до 100 мкм, оптич. приборы - от 5 до 500 мкм); интенсивность света, рассеянного единичной частицей, с помощью ультрамикроскопа или поточного ультрамикроскопа Дерягина - Власенко (частицы размером от 2 до 500 нм).