Обсуждение результатов

6. Обсуждение результатов

В настоящее время эталоном для каучуков общего назначения является натуральный каучук. В нашей стране большое распространение получил его аналог – синтетический ПИ, который, однако, уступает НК по ряду важных свойств: когезионной прочности, сопротивлению раздиру, теплостойкости и другим. Необходимость улучшения свойств СПИ требует поиска новых путей его модификации. Поскольку, в природном ПИ важная роль принадлежит не каучуковым веществам, таким как связанный и несвязанный белок и липиды, введение в СПИ белковых фрагментов представляется одним из наиболее перспективных способов улучшения его потребительских свойств.

Модификация СПИ белковыми фрагментами, представляется, одним из наиболее перспективных способов улучшения потребительских свойств СПИ. Это подтверждается имеющимися, пока недостаточными для практической реализации попытками модификации.

 Ведение в каучук белковых веществ позволило несколько повысить когезионные свойства, модуль упругости, сопротивление раздиру. Однако, для большинства образцов при различных условиях введения белковых фрагментов наблюдалось повышение структурирования каучуков, что приводило к ухудшению технологических свойств.

Эффективным способом модификации синтетического цис-1,4 полиизопрена может являться химическая иммобилизация на эластомерной матрице белковых фрагментов.

Белки могут вступать в реакцию радикальной полимеризации с мономерами типа стирола, метилметакрилата, акрилонитрила и другими. Известна привитая сополимеризация кератина с винильными соединениями. Данные примеры совместной полимеризации относятся к типу привитой сополимеризации мономеров на белки.

Однако непосредственное химическое взаимодействие полиизопрена с аминокислотами и белка осуществить не удается, вследствие отсутствия реакционноспособности относительно друг друга. Подобного рода взаимодействия могут

быть реализованы различными косвенными путями. При введении в каучук биологически активных систем на основе гидрофобизированного белка, являющегося продуктом переработки вторичного сырья мясомолочной, пищевой и фармацевтической промышленности, можно существенно улучшить свойства смесей на основе модифицированного таким образом каучука, кроме того, данный способ является экологически и экономически перспективным способом модификации.

Таким образом, для модификации СПИ биополимерами целесообразно использовать микробные белки и липиды, являющиеся источником комплекса липидов и белков.

Целью работы было изучение влияния микробных липидов и белковых фрагментов на свойства СПИ и полученных эластомерных композиций на его основе. В качестве объектов исследования были выбраны биологически активные соединения:

 - Липидный остаток биомассы Rhodobacter capsulatus.

Из биомассы Rhodobacter сapsulatus (представитель аноксигенных фотосинтезирующих микроорганизмов) направленно получают бактериопурпурин для медицинских целей. Кроме того, биомасса Rhodobacter capsulatus может быть источником других ценных биологически активных соединений:

каротиноидных углеводородов - 3.9%, токоферолов - 5%, кислородосодержащих каротиноидов и высших жирных кислот - 65.5% , ВЖК - 5%, ВЖК и фитолов - 19.7%. Выделение фракции, кислородосодержащих каротиноидов показало, что преимущественно преобладают в липидном остатке сфероидены. Общий выход, которого от липидного остатка составил 14%. Процентный состав ВЖК от липидного остатка биомассы Rhodobacter capsulatus:

миристиновой – 0,98%, пальмитиновой - 3,5%, пальмитолеиновой – 3,9%, стеариновой – 2,2%, олеиновой – 90,1%,

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

Соевый белковый изолят PROFAM 9704.

Профам 974 – изолированный соевый белок – растворимый диспергируемый продукт, разработанный для использования в пищевых системах, где требуется высокофункциональный белок.

Мука соевая дезодорированная полуобезжиренная (ГОСТ 3898-56) производится из генетически немодифицированной сои, с целью повышения биологической и питательной ценности любого продукта, обогащая его белками, витаминами A, B1, B2, РР, жиром, лецитином.

Исследования влияния биологически активных соединений на когезионные свойства СКИ-3 и смесей на его основе, показало, что при введении липидного остатка биомассы Rhodobacter capsulatus в каучук условное напряжение при 100%-ом растяжении уменьшается с увеличением его содержания (табл. 5.1).Также наблюдается уменьшение условной прочности при растяжении с возрастанием содержания липидного остатка в каучуке СКИ-3. При этом, относительное удлинение имеет экстремальный характер поведения с изменением содержания липидного остатка: максимальное значение соответствует образцам с содержанием 0,075 мас. ч. Также заметно, что относительное удлинение у образцов с введённым липидным остатком выше, чем у исходного СКИ-3. Таким образом, введение данного липидного остатка не способствует увеличению когезионной прочности резиновой смеси на основе СКИ-3 до уровня НК, что может указывать на пластифциирующий эффект липидов (табл. 5.1.).

Введение липидного остатка биомассы Rhodobacter capsulatus существенно повлияло на вулканизационные характеристики резиновых смесей. Снижается индукционный период вулканизации с увеличением содержания липидного остатка в каучуке, также снижается время достижения оптимума вулканизации по сравнению с СКИ-3. Липиды увеличивают скорость вулканизации, поэтому для смесей на основе СКИ-3, содержащего липидный остаток необходимо меньшее количество ускорителей вулканизации, чем для немодифицированного каучука по-видимому, это связано с лучшим диспергированием вулканизационной системы в каучуке и более эффективной вулканизацией, так как липидный остаток Rhodobacter capsulatus содержит преимущественно высокомолекулярные каротиноидные углеводороды и высшие жирные кислоты. Было установлено, что у всех образцов резиновых смесей на основе СКИ-3, содержащих липидный остаток наблюдался резкий скачок упруго-прочностных характеристик практически при одном и том же значении деформации (рис. 5.5). При этом более высокой прочностью обладают резины на основе СКИ-3, содержащего 0,075 мас. ч. липидного остатка. Дальнейшее увеличение их содержания приводит к некоторому ухудшению свойств, что может быть связано с усилением пластифицирующего эффекта.

Сравнивая вулканизационные характеристики смесей на основе СКИ-3 модифицированные соевым белком с вулканизационными характеристиками СКИ-3 можно отметить что индукционный период вулканизации снижается с увеличением содержания масс.ч. соевого белка. Однако введение дозировки свыше 10 масс.ч. нецелесообразно, т.к индукционный период остается на прежнем уровне. Существенно снижается время достижения оптимума вулканизации при введении в каучук 1 массовой части соевого белка, но при введении 3 массовых частей время достижения оптимума вулканизации резко возрастает и постепенно начинает снижаться с увеличением содержания соевого белка. Минимальный крутящий момент уменьшается с введением 1 и 3 мас. ч. соевого белка, а с увеличением содержания начинает возрастать. Максимальный крутящий момент несущественно увеличивается с увеличением содержания соевого белка в резиновой смеси, также растет степень вулканизации. Белки увеличивают скорость вулканизации, из таблицы 5.5 видно, что при введении 1 мас. ч. скорость вулканизации увеличивается, но при дальнейшем увеличение соевого белка в резиновой смеси снижает скорость вулканизации, так как белки являются вторичными ускорителями [44]. Также белки применяются и в смеси с неорганическими наполнителями. Неорганические наполнители, смешанные с соевым белком, могут давать вулканизованные и невулканизованные резины с высоким модулем и твердостью. Примером может служить смесь 2000 г мела и 600 г 10 % суспензии соевой муки, применяемая для наполнения бутадиен-стирольного каучука [44].

В синтетические белки соевый белок можно вводить в количестве от 1 до 10 мас.ч. Но чем больше содержание соевого белка в смеси СКИ-3, тем хуже механические свойства полимера. Так из рисунка 5.5 видно, что условное напряжение при 500%-ом удлинении растет, однако по достижении 10 мас. ч. начинает падать.

Исследования соевой муки, в качестве наполнителя резиновых смесей на основе натурального каучука показали перспективность ее использования в качестве полуактивного наполнителя [45]. Соевая мука существенно улучшает механические свойства резиновых смесей. При ее введении в смесь на основе СКИ-3, наблюдался рост условного напряжения при 500 % - ом удлинении при увеличении содержания соевой муки в резиновой меси до 10 мас. ч., но не достигает уровня НК, после чего наблюдается незначительное падение (рис. 5.7).

 Рассматривая влияние  соевой муки на когезионные свойства резиновый смесей на основе СКИ-3, было установлено, что условное напряжение при 100%-ом удлинении растет с увеличением содержания соевой муки в смеси; (табл. 5.6). Условная прочность при растяжении начинает расти при увеличении содержания соевой муки в смеси свыше 5 мас. ч. Однако относительное удлинение начинает снижаться с увеличение содержания соевой муки в резиновой смеси на основе СКИ-3.

 Анализируя влияние соевой муки на вулканизационные характеристики смесей на основе СКИ-3, можно отметить что индукционный период вулканизации снижается с увеличением содержания масс.ч. соевой муки. Время достижения оптимума вулканизации имеет неоднозначный характер как видно из таблицы 5.7. С увеличением содержания соевой муки в каучуке минимальный крутящий момент снижается. Максимальный крутящий момент увеличивается с введение 1 мас.ч., однако при введении 3 и 6 мас.ч снижается, и при дальнейшем увеличении содержания соевой муки в резиновой смеси начинает

снова возрастать. Степень вулканизации также растет с увеличением содержания соевой муки в резиновой смеси на основе СКИ-3.С введением в резиновую смесь 1 мас. ч. соевой муки скорость вулканизации существенно возрастает, а дальнейшее введение соевой муки снижает данную характеристику.

 Таким образом, изучение влияния липидов и белковых фрагментов на свойства СПИ и полученных эластомерных композиций на его основе, показало, что липиды и белковые фрагменты, вводимые в резиновую смесь на основе СКИ-3, позволяют получить каучук с улучшенным комплексом свойств, приближающихся к уровню НК.