Коллоидная химия как основа создания перспективных материалов и наноструктурированных систем с регулируемыми свойствамиНИР

Colloid chemistry as the basis for the development of advanced materials and nanostructured systems with controlled properties

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Коллоидная химия и физико-химическая механика как основа создания перспективных материалов и наноструктурированных систем с регулируемыми свойствами
Результаты этапа: Поставленные на этапе НИР 2021 года задачи выполнены в полном объёме. (1). Изучен механизм формирования липидных частиц, содержащих ДНК, следующего состава: фосфохолин, холестирин-ПЭГ и олеиламин. Установлено, что ключевой стадией формирования липидных частиц является взаимодействие олеиламина с ДНК. Определены основные параметры этого взаимодействия: критическая концентрация ассоциации и число молекул алкиламина на одну фосфатную группу ДНК. Проведено исследование стабильности липидных частиц, содержащих ДНК, при различной кислотности среды (рН 8.0, 7.5, 7.0, 6.5, 6.0 и 5.5). Показано, что при всех значениях рН среды, кроме 5.5, частицы являются стабильными в течение как минимум 2 недель. При рН = 5.5 наблюдается медленное разрушение липидных частиц. Установлено, что рН-чувствительность липидных частиц определяется природой алкиламина, используемого при их получении. Так, частицы, содержащие олеиламин, продемонстрировали малую чувствительность к изменению рН среды. Теоретические расчеты показали, что для придания рН чувствительности липидным частицам олеиламин следует заменить на более легко протонируемый алкилфосфоэтаноламин. (2). С целью расширения границ применимости разработанного в ходе первого этапа НИР нового конденсационного способа получения ниосом, в котором прямые мицеллы неионогенных ПАВ используются в качестве матрицы и который, в отличие от традиционных диспергационных методов получения ниосом, не требует дополнительного оборудования, были изучены свойства 2-х компонентных мицелл. Смешанные мицеллы получены в результате солюбилизации Бридж L4 (Бр, тетраоксиэтилированный лауриловый эфир) в водных мицеллярных растворах Твин 80 (Тв, полиоксиэтилированный (20) моноолеат сорбитана). Экспериментально определены средний гидродинамический радиус, количество молекул каждого компонента в мицелле, степень её гидратации. Установлено, что смешанные мицеллы Тв + Бр могут служить матрицей для получения водных дисперсий трехкомпонентных ниосом Тв + Бр + основание хлоргексидина (ХГ). При определенном молярном соотношении компонентов ниосомы сохраняют свои целевые параметры (распределение по размерам, солюбилизационная емкость и транспортные свойства по отношению к ХГ) в течение всего времени наблюдения (9 мес.). Предложен механизм трансформации смешанных мицелл Тв+Бр в ниосомы при инкорпорировании ХГ. Полученные результаты (пп. 1 и 2) являются новым шагом в разработке научных подходов к использованию наноструктурированных дисперсий для направленного транспорта и обеспечения пролонгированного действия лекарственных веществ, обладающих низкой биодоступностью. (3). Проведен комплекс исследований влияния катионных и неиногенных ПАВ на физико-химические свойства гранулированного нитрата аммония. Обработка гранул нитрата аммония эмульсионными системами на основе исследованных ПАВ позволяет получить промышленные высокоэнергетические смеси, характеризующиеся повышенной плотностью как окислителя, так и восстановителя. Такое изменение плотности системы позволяет повысить скорость детонации от 10 до 25% относительно исходного гранулированного материала. (4). В результате проведенных систематических исследований влияния водорастворимых и маслорастворимых ПАВ на процессы эмульсионной и суспензионной полимеризации акриловых и виниловых мономеров найдены условия, позволяющие минимизировать содержание высокодисперсной фракции в синтезированной полимерной дисперсии полиметилметакрилата. Выбор ПАВ, характеризующихся минимальной солюбилизационной способностью и формирующих на межфазной границе адсорбционные слои, имеющие высокие значения реологических параметров, позволяет получать полимерные материалы с высокими значениями прочности. Результаты, изложенные в пп.(3) и (4), актуальны при разработке новых высокоэффективных материалов. (5). Методами динамического светорассеяния, кислотно-основного и потенциометрического титрования изучены дисперсии углеродных квантовых точек (УКТ), полученных гидротермальной обработкой различных прекурсоров. Установлено, что в случае прекурсоров- углеводов (глюкозы, глюкозамина) средний размер образующихся частиц дисперсий в области рН = 7 существенно больше, чем для дисперсий, полученных гидротермальной обработкой аскорбиновой кислоты (около 200-400 и около 50-80 нм, соответственно). Обнаружена чувствительность среднего размера дисперсий УКТ к pH водной фазы: в области рН < 7 отмечено снижение агрегативной устойчивости дисперсий УКТ (средний размер частиц превышал 500 нм), сопровождающееся потерей их седиментационной устойчивости. Напротив, при рН > 7 наблюдается уменьшение среднего размера частиц до 30-40 нм, и существенное возрастание седиментационной устойчивости дисперсий. При кислотно-основном титровании полученных продуктов (УКТ) обнаружено присутствие 3-5 ммоль карбоксильных и фенольных групп в расчете на 1 г сухого продукта. Плавный перегиб на кривых потенциометрического титрования свидетельствует о присутствии в химической структуре УКТ набора функциональных групп с различной кислотностью. Проведение гидротермального синтеза УКТ из глюкозы в присутствии поливинилпирролидона показало существенное увеличение седиметнационной устойчивости их дисперсий и заметное ослабление флуоресцентных характеристик. Этот результат объяснён замедлением гидротермальных процессов в присутствии гидрофильного полимера и образовании в большей степени низкомолекулярных продуктов конденсации, а не углеродных наночастиц. Показано, что нерастворимый продукт гидротермальной обработки аскорбиновой кислоты ("гидроуголь") является эффективным адсорбентом органических красителей как анионного, так и катионного типа (родамин, бриллиантовый зеленый). (6). Впервые проведено исследование состава веществ полифенольной природы, содержащихся в спиртовых извлечениях из жома плодов граната различных сортов, представленных на рынке РФ и используемых при производстве соков. Предложена методика количественного определения галловой кислоты методом ВЭЖХ в указанных объектах. Проведено определение суммарного содержания полифенольных веществ, составившее от 7,34% до 13,26% в пересчете на сухое сырье. Установлено наличие четкой корреляции между выходом полифенольных веществ из исследуемых образцов и выраженностью их антиоксидантных свойств, определенных в DPPH - тесте in vitro. Методами ТСХ и ВЭЖХ выявлено наличие гидроксикоричных кислот в плодах клюквы. Установлено, что суммарное содержание гидроксикоричных кислот в плодах клюквы составляет от 0,48 до 0,76%, при этом в смеси кислот преобладает хлорогеновая кислота. Полученные результаты представляют интерес для использования в пищевой и фармацевтической области для оценки антиоксидантного действия компонентов растительного сырья. (7). Продолжены исследования водных растворов смесей душистого вещества гераниола с мицеллообразующими ПАВ разного типа (ионогенные ПАВ и неионогенное ПАВ додециловый эфир поли(23)этиленгликоля, Бридж-35) в равновесных условиях. Определены области концентраций и составов ПАВ, для которых наблюдается синергетический эффект при уменьшении поверхностного натяжения. Рассчитаны составы смешанных адсорбционных слоев на границе водный раствор/воздух и параметры взаимодействия между компонентами смесей. Проведены измерения поверхностного натяжения в динамических условиях: при временах формирования поверхности от 40 до 800 мсек и при испарении капель. Показана высокая динамическая поверхностная активность душистых веществ по сравнению с классическими ионогенными ПАВ (при сопоставимой поверхностной активности в равновесных условиях). Напротив, Бридж-35, быстрее снижает поверхностное натяжение по сравнению с герниолом, что можно связать с большей поверхностной активностью Бридж-35. Проведено тестирование феноменологической модели, описывающей кинетику изменения поверхностного натяжения капель водных растворов душистых веществ при испарении. Сопоставление экспериментальных данных с модельными расчетами проводили на примере испарения водных растворов индивидуальных душистых веществ (линалоола, гераниола, бензилацетата). Полученные результаты имеют как фундаментальную значимость (исследований такого рода крайне мало), так и практическую ценность при создании композиций чернил для струйной печати. (8). Получены новые корреляционные зависимости удельной свободной поверхностной энергии полимеров с газопроницаемостью пленок на их основе. Установлено, что эти зависимости имеют различный характер для пленок на основе гибкоцепных полимеров и полимеров с большим сегментом Куна. Выяснение причин обнаруженных различий и критерия прогноза, на основании которого полимер будет отнесен к той или иной зависимости, является фундаментальной научной задачей, решение которой перспективно для выбора материалов при изготовлении газоразделительных мембран. (9). Проведены исследования полимерных материалов, перспективных для биомедицинского применения (полимерные мембраны для гемодиализа, композитные тканеинженерные импланты сосудов шириной менее 4 мм). Установлено, что скорость кровотока является фактором, определяющим гидрофильность материала, контактирующего с кровью в конкретных условиях. Показано, что межфазная энергия системы «полимер, насыщенный октаном/вода» может выступать в качестве параметра прогноза эффективности использования гидрофильного матеирала в качестве тканеинженерного матрикса, т.е. при хорошей адгезии клеток быть индикатором их пролиферативной активности и выживаемости. Полученный результат позволяет оптимизировать выбор материалов биомедицинского назначения, для тканеинженерных каркасов, контактирующих с кровью. (10). На системах (Pb-X)/X и (Ag-X)/X (где Х – другой металл) подтверждена обнаруженная ранее для других металлических систем линейная зависимость косинуса краевого угла смачивания от теплоты смешения компонентов при бесконечном разведении в фазе расплава. Уточнены величины краевых углов в системах Ag/Fe, Ag/Co, Ag/Ni, и определены краевые углы смачивания Fe, Mo и W расплавом меди. Установлено, что краевые углы закономерно снижаются с уменьшением теплоты смешения компонентов исследованных металлических систем. Снижение краевого угла в металлических системах имеет место и при увеличении поверхностного натяжения расплава при фиксированной теплоте смешения компонентов, что не характерно для молекулярных систем (для которых обычно наблюдается обратная зависимость величины краевого угла от поверхностного натяжения смачивающей жидкости). Эта зависимость достаточно хорошо согласуется с обнаруженной при выполнении данного НИР тенденцией, согласно которой снижение поверхностной энергии подложки при смачивании пропорционально поверхностной энергии подложки в отсутствии легкоплавкого компонента. На основании полученных данных выдвинуто предположение, что поверхностная энергия металлической подложки, покрытая адсорбционным слоем основного компонента расплава, равна полусумме поверхностных энергий подложки и затвердевшего расплава. Полученные результаты позволяют прогнозировать смачиваемость и снижение поверхностной энергии твердых тел при образовании адсорбционных плёнок-прекурсоров в бинарных металлических системах. (11). Проведен детальный анализ вклада вращающих компонент в равновесие вдоль линии трехфазного контакта в случае канавок термического травления, образующихся на выходе границы зерна на поверхность поликристалла. В случае меди подтверждена известная анизотропия поверхностной энергии. При достаточно высоких температурах (0.94Тпл) эта анизотропия не превышает несколько процентов, что, по-видимому, обусловлено реконструкцией поверхности меди. При этом анизотропия энергии границ зёрен очень высокая, энергия симметричных двойников на порядок ниже энергии низкосимметричных границ общего типа. Тем не менее, показано, что для расчета межзеренной энергии может применяться упрощенное уравнение Херринга – Sigma(гз) = 2Sigma(тг)*cos(Fi/2), где Fi – двугранный угол термического травления границы зерна. Указанное упрощение аргументирует тот факт, что замена капиллярного вектора, являющегося векторной суммой поверхностного натяжения границы зерна и вращательной компоненты энергии границы зерна, на энергию границы зерна Sigma(гз), вносит в расчеты лишь незначительную ошибку (при величине вращательной компоненты 20% от величины поверхностной энергии, ошибка не более 2%). (12). Разработана методология, позволяющая совместить точность первопринципных и масштабируемость полуэмпирических методов компьютерного моделирования металл-органических каркасных структур. Предложенный подход базируется на применении метода машинного обучения, градиентного бустинга. С его помощью удалось воспроизвести характеристики, необходимые для описания нековалентных взаимодействий в металл-органических каркасных структурах: электростатических, индукционных, дисперсионных и обменных. Точность представленных предсказательных моделей для частичных зарядов, поляризуемости и коэффициентов дисперсионного взаимодействия сопоставима с точностью методов, используемых для генерации исходных данных относительно доступных экспериментальных данных. Полученный результат актуален для использования в дизайне металл-органических структур с прогнозируемыми свойствами. (13). Исследовано влияние состава среды на скорость рекристаллзационной ползучести доломитовых пород. На основании выводов о смешанном диффузионно-кинетическом режиме РП кальцита проведена количественная оценка влияния ионов магния на скорость рекристаллизационной ползучести карбонатных материалов. Полученные расчетные данные хорошо описывают зависимость скорости ползучести кальцита от содержания магния в поровой жидкости. Изучены механические и транспортные свойства поликристаллических галогенидов калия и натрия, содержащие межзеренные прослойки щелочного металла, образующиеся в результате радиационного облучения. Обнаружено значительное ускорение деформации по механизму рекристаллизационной ползучести (РП) кристаллов NaCl и KCl, содержащих наночастицы щелочного металла в результате их аддитивного окрашивания в парах натрия. Полученные результаты представляют интерес в связи с проблемой безопасного захоронении радиоактивных отходов в толщах соляных пород. (14). Определены реологические характеристики бактериальной целлюлозы при различных режимах испытаний. При испытаниях на растяжение в широком диапазоне скоростей и измерениях длительной прочности образцов бактериальной целлюлозы (БЦ), смоченных водными растворами хлоридов щелочных металлов, обнаружено, что значения долговечности и эффективного модуля Юнга определяются природой катиона щелочного металла. Проведены испытания образцов БЦ в режиме ползучести-восстановления и в динамическом осцилляционном режиме. Определены модули накопления и потерь. Полученные данные могут быть использованы для определения оптимальных условий эксплуатации биомедицинских материалов на основе БЦ.
2 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Коллоидная химия и физико-химическая механика как основа создания перспективных материалов и наноструктурированных систем с регулируемыми свойствами
Результаты этапа: (1). С целью разработки нанодисперсных систем с водной дисперсионной средой для эффективного инкорпорирования липофильных лекарственных (ЛВ) и повышения их биодоступности получены прямые наноэмульсии (НЭ) простого состава, в которых липофильное неионогенное ПАВ (полиоксиэтилен (4) лауриловый эфир  Бридж L4) является и дисперсной фазой, и стабилизатором. Наноэмульсии Бридж L4 находятся в квазиравновесном состоянии в течение длительного времени (месяцы), характеризуются высокоразвитой межфазной поверхностью дисперсной фазы, площадь которой можно целенаправленно варьировать при изменении концентрации ПАВ. Определена солюбилизационная емкость наноэмульсий относительно ЛВ гипотензивного действия (фелодипин в форме основания), которое локализовано на межфазной поверхности НЭ, занимая почти 80 % ее площади. Показано, что частицы дисперсной фазы НЭ Бридж L4 эффективно переносят фелодипин в водной среде с постоянной скоростью в течение длительного времени. (2). Разработан способ синтеза додецилфософоэтаноламина с выходом целевого вещества 61%. Структура синтезированного вещества была подтверждена ЯМР-спектроскопией. Для синтезированного вещества была определена растворимость в хлороформе, этаноле и метаноле. Предварительные эксперименты показали, что синтезированный додецилфосфоэтаноламин взаимодействует с ДНК в водной среде с рН < 4, образуя нерастворимый комплекс. (3). Осуществлен синтез углеродных наночастиц гидротермальным способом из глюкозы в присутствии поливинилпирролидона. Показано, что по сравнению с подходами к синтезу квантовых точек, описанными на сегодняшний день в научной литературе, данная методика улучшает седиментационную устойчивость полученных дисперсий, однако при этом заметно снижает квантовый выход полученных продуктов. Предварительные эксперименты показали, что интенсивность флуоресценции дисперсий, полученных по указанной методике, можно улучшить путем оптимизации условий гидротермального синтеза (pH, температура, время синтеза). (4). Разработаны новый подход к созданию нанокомпозитных пленок на основе бактериальной целлюлозы для контролируемой доставки РНК с поверхности листьев в растения для подавления вредителей и патогенови методика реологических испытаний пленок полученных образцов и проведено комплексное исследование их реологических свойств в зависимости от содержания инкорпорированной РНК. Результаты испытаний проанализированы в рамках модели Бюргерса, описывающей упруго-вязко-пластическое поведение дисперсных систем. Показано, что увеличение концентрации РНК приводит к заметному (до 70%) возрастанию деформации нанокомпозитов. При этом в условиях выбранного режима испытаний соотношение вкладов упругой и эластической деформации, а также вязкого течения во всех случаях сохраняется постоянным. Предложен механизм действия РНК на структуру и реологические свойства нанокомпозитных пленок. (5). Проведен комплекс исследований, позволивший определить оптимальный состав смесевых композиций оксиэтилированных ПАВ, обеспечивающих повышение содержания твердой фазы в процессе синтеза дисперсий полимеров на основе акриловых и виниловых мономеров (стирола, метилметакрилата, бутилметакрилата) без потери агрегативной устойчивости системы. Определены коллоидно-химические параметры композиций ПАВ, характеризующиеся максимальной эффективностью в процессах эмульсионной и суспензионной полимеризации акриловых и виниловых мономеров. (6). Установлено наличие тритерпеновых сапонинов с использованием качественных реакций в соплодиях и листьях ольхи серой (Alnus incana (L.) Moech) и черной (клейкой) (Alnus glutinosa (L.) Gaerth). Методом тонкослойной хроматографии определено количество олеаноловой кислоты во всех исследуемых образцах. Проведена оценка количественного содержания суммы тритерпеновых сапонинов в пересчете на олеаноловую кислоту методом прямой спектрофотометриии показано, что содержание суммы тритерпеновых сапонинов составляет для соплодий от 1,538 до 1,682%, а для листьев от 1,102до 1,274% независимо от вида растения. (7). Разработана методика изучения массопереноса душистого вещества (линалоол, бензилацетат) из водного раствора через газовую фазу в каплю воды. В эксперименте использованы водные растворы индивидуальных веществ, а также их смеси с низкомолекулярными мицеллообразующими ПАВ разного типа. Показано, что процесс массопереноса протекает в режиме граничной кинетики вплоть до установления равновесного распределения душистого вещества в системе. Показано, что природа мицеллообразующих ПАВ и их концентрация в растворе практически не влияют на кинетику высвобождения душистого вещества из смешанных растворов. Полученные результаты в совокупности с проведенными ранее исследованиями поверхностных свойств душистых веществ расширяют возможности их использования как функциональных со-ПАВ при стабилизации коллоидных систем. (8). Изучено влияние неионогенного ПАВ Igepal СА-630 на устойчивость дисперсий наноалмазов в воде и диметилсульфоксиде (ДМСО). Установлено, что в присутствии ПАВ дисперсии сохраняют агрегативную устойчивость в течение 7 суток в воде и 3 суток в ДМСО. Полученные дисперсии могут быть использованы в качестве прекурсоров при создании композиционных полимерных материалов на основе поливинилового спирта и полиакрилонитрила с равномерным распределением наночастиц в полимерной матрице. (9). Исследовано смачивание ряда углеродных материалов (пленок на основе УНТ, стеклографита, мелкокристаллического графита, синтетического алмаза) эвтектическим расплавом Ag-Cu. Выявлена тенденция по снижению краевого угла смачивания с ростом плотности материала. Этот эффект связан в первую очередь с ростом работы адгезии, обусловленным увеличением плотности материала. Полученные на данном этапе результаты не позволяют однозначно определить, влияет ли гибридизация углерода на работу адгезии в системе металлический расплав/углеродный материал при отсутствии карбидообразующих элементов. Предварительные эксперименты показали, что введение в расплав небольших количеств хрома усложняет картину взаимодействия металлического расплава с пленкой, поскольку на границе раздела фаз наблюдается формирование карбида металла. (10). Выявлены особенности влияния разориентировки на энергию межзеренных границ в поликристаллической меди. Показано, что энергия ассиметричных границ, сформированных низкоиндексными гранями, существенно выше энергии симметричных. (11). Методами пьезоэлектрического микровзвешивания и смачивания изучена кинетика адсорбции липоевой кислоты на поверхности серебра. Показано, что поверхность серебра эффективно адсорбирует липоевую кислоту, при этом в зависимости от времени контакта с модифицирующим раствором может быть реализовано монослойное и даже бислойное заполнение поверхности твердого носителя адсорбционным слоем. Полученные результаты позволяют прогнозировать использование наночастиц благородных металлов (Au, Ag) в качестве носителей лекарственных веществ в в качестве носителей лекарств при диагностике и лечении болезней. (12). Сформулирована структурная реологическая модель, которая описывает явление сдвигового затвердевания в структурированных системах, а именно, в концентрированных суспензиях, мицеллярных растворах, растворах ассоциированных полимеров. Причиной сдвигового затвердевания является возникновение структуры под действием сдвига в результате увеличения силы сцепления между частицами или макромолекулами. Интегральной характеристикой структуры выбрано суммарное количество частиц в агрегатах. Кинетическое уравнение, описывающее процесс формирования-разрушения агрегатов содержит четыре константы скорости и приводит к реологическому уравнению с двумя коэффициентами. Структурная реологическая модель использована для описания реологических свойств полидиметилсилоксана SRM 2491 при различных температурах расплава. Реологическое поведение в области низких скоростей сдвига и низких частот сдвиговых осцилляций объясняется механизмом формирования и разрыва зацеплений между макромолекулами под действием сдвига. Температурная зависимость коэффициентов реологических уравнений объясняется с помощью структурно-кинетического подхода, в котором реологические свойства прямо обусловлены состоянием структуры полимера. (13). Для пленок новых высокопроницаемых гидрофобных полимеров (политрициклононены с различными боковыми заместителями в мономерном звене, полимеры с внутренней микропористостью) установлена взаимосвязь между газопроницаемостью и дисперсионной составляющей поверхностной энергии, которая была обнаружена ранее для ряда полинорборненов и аморфных тефлонов. Разработана методика определения межфазной энергии полимер/жидкость, для пористых полимерных пленок, ограниченно набухающих в жидкой среде. Расчет величины межфазной энергии осуществляется в рамках молекулярной теории смачивания. (14). Предложен новый критерий (Δ-метрика) для оценки качества предсказания физико-химических свойств материалов с использованием регрессионных моделей машинного обучения. Состоятельность нового подхода была продемонстрирована на примере оценки ошибки предсказания ширины запрещенной зоны металлорганических каркасов. Δ-метрика показала результаты, сопоставимые с популярным подходом обучения ансамбля моделей на подвыборках исходного датасета (значения AUCO 0.40 и 0.38, соответственно), в тоже время позволила провести ранжирование ошибок предсказания для отдельно взятой модели. Практическая значимость полученных результатов не вызывает сомнений, поскольку она обусловлена необходимостью разработки подходов к направленному транспорту лекарств с низкой биодоступностью в живых системах, а также оптимизации материалов и нанодисперсных систем для повышения их эффективности использования в оптоэлектронике, струйной печати, вычислительных технологиях, биологии и медицине, сельском хозяйстве.
3 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Коллоидная химия и физико-химическая механика как основа создания перспективных материалов и наноструктурированных систем с регулируемыми свойствами
Результаты этапа: (1). Сформированы липидные наночастицы (ЛНЧ) из додецилфосфоэтаноламина (ДФЭ), холестерина (Хол), дистеароилфосфохолина (ДСФХ) и димиристоилэтаноламина-ПЭГ2000 (ДМГ-ПЭГ) с мРНК. Соотношение N/P = 6, мольный состав липидов ДФЭ:Хол:ДСФХ:ДМГ-ПЭГ = 46.3:42.7:9.4:1.6. Размер ЛНЧ, определенный методом динамического рассеяния света, составил 65 нм, а степень загрузки мРНК внутри ЛНЧ – 15%. Определены условия формирования ЛНЧ для доставки РНК однофазным методом и отработана методика определения загрузки РНК в ЛНЧ с помощью флуоресцентного красителя CybrGreen. (2). Получены наноэмульсии (НЭ) простого состава, в которых полиоксиэтилен (4) лауриловый эфир (Бридж L4, Бр-4) является дисперсной фазой и стабилизатором, а вода − дисперсионной средой. Изучены свойства НЭ: распределение частиц по размерам, солюбилизационная емкость и транспортные свойства по отношению к липофильному биоциду (основание хлоргексидина, ХГ). Подтверждена агрегативная устойчивость НЭ в течение длительного времени (месяцы) и эффективный массоперенос ХГ частицами дисперсной фазы НЭ в водной среде. Обнаружен уникальный эффект самопроизвольного уменьшения размеров капель НЭ при солюбилизации ХГ, при этом их средний диаметр уменьшается с 52 ± 6 до 19 ± 3 нм. Причиной эффекта является образование на поверхности капель НЭ комплексов между молекулами Бр-4 и ХГ, которые лучше растворимы в воде, нежели Бр-4. Молекулы Бридж L4, вошедшие в состав комплексов, переносятся с поверхности капель в дисперсионную среду, что и приводит к уменьшению размеров. Комплексообразование происходит за счет образования множественных водородных связей N⋅⋅⋅H⋅⋅⋅O. В полиоксиэтилированном слое капель Бр-4 локализовано от 84 до 96% солюбилизированного в НЭ биоцида, что также обусловлено Н-связями. (3). Для водных растворов и субмикронных дисперсий немицеллообразующих ПАВ (Tween 85, Brij L4 и Silwet L-77) получены кинетические тензиометрические зависимости и изотермы смачивания листьев картофеля сорта «Прайм». Разработана методика определения скорости впитывания исследуемых жидкостей в листья картофеля. Скорость проникновения в лист увеличивается с ростом концентрации ПАВ. Возрастание проницаемости и эффективности смачивания наблюдается для следующего ряда: Tween 85 < Brij L4 < Silwet L-77. Полученные данные позволяют оценить перспективы применения исследованных водных дисперсий ПАВ в качестве платформ доставки целевых компонентов в листья растений картофеля для ингибирования размножения патогенов. (4). Выполнен гидротермальный синтез углеродистых наночастиц в присутствии гидрофильных полимерных стабилизаторов. Показано, что добавление поли-N-винилпирролидона к водному раствору углеводов при гидротермальной обработке ослабляет коагуляцию и сращивание частиц, способствуя образованию более агрегативно устойчивой дисперсии. Значимого влияния поли-N-винилпирролидона на оптические свойства дисперсий углеродистых наночастиц не обнаружено. (5). Изучены поверхностные свойства смесей гераниол-ПАВ разного типа в равновесных и динамических условиях. Определены области концентраций и составов, в которых наблюдаются синергетические эффекты. Изучено влияние мицеллообразующих ПАВ на процесс массопереноса гераниола из смешанного раствора через газовую фазу в каплю воды. Проведена корреляция между кинетикой массоперноса и взаимодействием между гераниолом и ПАВ в адсорбционных слоях на границе водный раствор/воздух. (6). Проведены систематические исследования влияния водорастворимых и маслорастворимых ПАВ на процессы эмульсионной и суспензионной полимеризации полярных мономеров, которые позволили выявить эффективные стабилизаторы изучаемых систем. Такими стабилизаторами оказались кремнийорганические соединения, построенные на основе олигомерных и полимерных цепей диметилсилоксана. В зависимости от введенных полярных групп (амино-, карбокси- или полиоксиэтильных) были получены полимерные дисперсии, характеризующиеся различным зарядом их поверхности. Причем, обнаружено, что основным фактором, обеспечивающим устойчивость на всех этапах процесса синтеза (эмульсия, полимер-мономерная частица, частица суспензии полимера), является структурно-механический барьер (по Ребиндеру). Показано, что такое поведение межфазных адсорбционных слоев кремнийорганических ПАВ связано с межмолекулярными взаимодействиями полидиметилсилоксановыми фрагментами этих веществ. (7). Рассмотрено поведение неньютоновских жидкостй с небольшой молекулярной массой (жидкий парафин, силиконовое масло, масло FC70), в которых наблюдается сдвиговое разжижение при низких скоростях сдвига. На большом интервале высоких скоростей сдвига наблюдается поведение, сходное с «ньютоновским», где сдвиговая вязкость практически постоянна. Предложено объяснение этого вида «ньютоновского» течения с точки зрения структурной реологической модели. Уравнения структурной реологической модели использованы для описания и объяснения «ньютоновского» поведения на интервалах высоких скоростей сдвига в жидкостях, проявляющие также неньютоновские свойства. Показано, что реологическое поведение с практически постоянной вязкостью можно интерпретировать как достижение динамического равновесия с примерно постоянным количеством молекул в ассоциатах при высоких скоростях сдвига. В таком состоянии жидкость имеет определенную структуру; достижение полностью разрушенной структуры кажется маловероятным даже при очень высоких скоростях сдвига. (8). Проведен анализ накопленных экспериментальных данных по изучению корреляций величин дисперсионной составляющей удельной свободной поверхностной энергии сплошных мембран на основе стеклообразных полимеров и их газотранспортных характеристик. Установлено две симбатных зависмости: одна для углеводородных и фторированных полимеров, другая – для ароматических. Сопоставление полученных нами данных с физико-химическими характеристиками низкомолекулярных углеводородов и ароматических соединений позволяет полагать, что ароматичность вносит дополнительный вклад, который учитывается как дисперсионное взаимодействие при расчете поверхностной энергии в рамках молекулярной теории смачивания. (9). Изучено адсорбционное модифицирование поверхностей пленок полистирола и нафиона водными растворами катионного полиэлектролита – поли(диаллилдиметиламмонийхлорида) (ПДАДМАХ). Установлено, что адсорбционные слои ПДАДМАХ гидрофилизуют поверхность полистирола, прочно удерживаясь на ней. При модифицировании нафиона происходит локализация ПДАДМАХ в каналах набухшей полимерной пленки, не оказывая заметного влияния на ее поверхностные характеристики. Иследована адсорбция катионного (ПДАДМАХ) и анионного (полиакрилат натрия) полиэлектролитов из водных растворов на поверхности полистирола. Показано, что, несмотря на полислойный характер адсорбции, на поверхности полимера прочно удерживается только монослой макромолекул полиэлектролита, при этом происходит гидрофилизация поверхности. Показано, что при полном монослойном заполнении поверхности степень модифицирования поверхности полистирола не зависит от природы исследованных полиэлектролитов. (10). Проведено уточнение модели смачивания в металлических не реагирующих системах. Модель базируется на возможности использования теории регулярных растворов для оценки энергии на границе раздела металл-расплав и на представлениях о выраженном эффекте автофобности в системах подобного типа. Автофобность выражается в значительном снижении поверхностной энергии твердой подложки за счет адсорбции паров легкоплавкого компонента. На основе эмпирических данных о величине краевого угла смачивания ряда тугоплавких подложек расплавами на основе Pb, Ag и Cu удалось подтвердить, что поверхностная энергия подложки приближенно равна полусумме поверхностных энергий подложки и летучего компонента в твердом состоянии. (11). Проведен анализ данных по смачиванию углеродных материалов металлическими расплавами. Показано, что эффект формирования карбидной фазы на поверхности углеродного материала приводит к медленному улучшению смачивания, кинетика растекания обусловлена кинетикой формирования фазового слоя карбида. При этом интерпретировать наблюдаемый угол как равновесный сложно из-за формирования развитого рельефа. Разделить влияние плотности углеродного материала и гибридизации углерода на смачивание на данном этапе не удалось, так как эти параметры в материалах не изменяются независимо (12). Проведено обучение обширной выборки предсказательных моделей, предназначенных для прогнозирования физико-химических свойств нанопористых материалов, включая металлорганические и ковалентные органические каркасы, цеолиты. В рассмотрение были включены следующие свойства: ширина запрещенной зоны, температура термического разложения, модуль сжатия, коэффициент теплового расширений, адсорбционная емкость по метану и углекислому газу, массовая теплоемкость. В результате удалось выявить оптимальные комбинации (предсказательный алгоритм + метод представления), отличающиеся высокой точностью и скоростью работы. Отдельное внимание уделено вопросу влияния гиперпараметров на качество предсказаний; наилучших результатов удалось достичь благодаря использованию методов байесовской оптимизации. Сверх поставленных на этапе 2023 года задач были проведены работы с целью развития новых направлений научных исследований кафедры в рамках данного НИР. (1) Изучены поверхностные и механические свойства композиционных пленок на основе полиакрилонитрила и наноалмазов. Методами ИК спектроскопии, термогравитационного анализа, авторадиографии, лазерной интерферометрии, смачивания и механических испытаний в условиях одноосного растяжения изучено взаимодействие ПАН с наноалмазами, влияние добавок наноалмазов и модифицирования их поверхности на распределение наночастиц в пленке, поверхностную энергию пленки, ее шероховатость, модуль упругости, прочность и деформацию до разрыва. (2) Опубликован обзор - глава в книге по прибрежным экосистемам ("Oceanography - Relationships of the Oceans With the Continents", edited by Dr. Leonel Pereira, London), в котором приведены новые, полученные в 2023 году данные по изучению дисперсий коллоидного Fe(OH)3 при изменении солености и концентрации органических веществ речной воды.
4 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Коллоидная химия и физико-химическая механика как основа создания перспективных материалов и наноструктурированных систем с регулируемыми свойствами
Результаты этапа:
5 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Коллоидная химия и физико-химическая механика как основа создания перспективных материалов и наноструктурированных систем с регулируемыми свойствами
Результаты этапа:
6 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. Коллоидная химия и физико-химическая механика как основа создания перспективных материалов и наноструктурированных систем с регулируемыми свойствами
Результаты этапа:
7 1 декабря 2027 г.-31 декабря 2027 г. Коллоидная химия и физико-химическая механика как основа создания перспективных материалов и наноструктурированных систем с регулируемыми свойствами
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".