Научный руководитель: Сибилева Майя Александровна, к.ф.-м.н.

В настоящей работе был изучен образец полимера поли-N-винилкапромактама (ПВКЛ). ПВКЛ является ярким представителем группы полимеров, которые интересны по многим причинам. Прежде всего, их делает особенными растворимость в воде. Вследствие этого у таких полимеров имеется верхняя и нижняя температуры растворения или температуры фазового разделения (Т_фр). ПВКЛ обладает только нижней Т_фр, которая лежит в области физиологических температур (~30^oС). Способность взаимодействовать с низко- и высокомолекулярными веществами делает эти полимеры применимыми в разных областях промышленности. Они имеют не только практический, но и научный интерес. Например, благодаря наличию в их структуре амидной группы, они могут использоваться как модели белковых молекул. Ввиду того, что эти полимеры, а в частности ПВКЛ, при выделении из водного раствора “захватывают” большое число молекул воды на одно звено, они создают условия для формирования гидрогелевых структур. С помощью данных полимеров, Ю. Э. Киршем и сотрудниками был разработан новый подход к изучению структуры воды [1]. В процессе изучения ПВКЛ обнаружено, что этот полимер может выступать в качестве модельного детектора изменений воды, происходящих при введении молекул добавок различного строения.

В настоящей работе исследовали нефракционированный образец ПВКЛ, любезно предоставленный для нашей лаборатории Киршем Ю.Э., который был синтезирован путем использования кристаллов винилкапролактама, в результате их радикальной полимеризации. Молекулярную массу этого полимера М, находили по его характеристической вязкости в H₂O при Т=25^оС с использованием формулы [2].:

.

Она составила . Визуально была определена температура помутнения, отождествляющаяся с Т_фр ПВКЛ в воде, и она оказалась равной 31.9^оС. Эта величина в точности совпадает с результатом, полученным методом динамического светорассеяния для данного же образца [3]. Измерение характеристической вязкости ПВКЛ в H₂O проводили с использованием вискозиметра Оствальда (со средним градиентом скорости для воды ~ 1100 с^-1). В измеряемом интервале температур от 10^о до 32^оС величина уменьшилась в 4 раза. Таким образом, такое же уменьшение испытывает удельный объем макромолекул ПВКЛ, что соответствует изменению линейных размеров в 1.7 раза.

При Т=25^оС также были измерены значения ПВКЛ в тяжелой воде (D₂O), которые оказались несколько ниже, чем соответствующие значения для обычной воды. Примерно такое же соотношение между величинами в D₂O и H₂O наблюдается во всем рассматриваемом интервале температур. Этот факт указывает на то, что тяжелая вода является термодинамически худшим растворителем для ПВКЛ по сравнению с обычной водой.

Согласно данным работы [1], добавление как органических, так и не органических веществ в водный раствор ПВКЛ изменяет его молекулярные характеристики, в частности Т_фр. Следует отметить, что различные соли характеризуются своей спецификой влияния на Т_фр. В данной работе были использованы соли NaF и NaCl, их выбор определяется тем, что они вызывают наиболее сильное понижение Т_фр. Была измерена температура помутнения (Т_фр) в зависимости от концентраций солей в растворе. Проведено изучение температурного поведения ПВКЛ в водных растворах указанных солей разных концентраций при Т<Т_фр. Оказалось, что значения в водно-солевых растворах ПВКЛ меньше, чем соответствующие значения в воде при тех же температурах. И это понижение тем больше, чем больше концентрация соли. Это свидетельствует о воздействии соли (в данном случае – аниона соли) на размеры макромолекулы ПВКЛ, хотя последние и не являются полиэлектролитами. В работе проводится сопоставление влияния анионов солей на исследуемого нами полимера и на изученные ранее (ДНК [5], полиэтиленоксид [6]). Кроме вышеуказанного явления, в системе (ПВКЛ+NaF+H₂O) обнаружен еще один эффект, указывающий на резкую компактизацию макромолекул. Это проявлялось в том, что на концентрационных зависимостях , которые используются для определения , при определенных концентрациях, наблюдалось скачкообразное уменьшение величины . Опытный факт наводит на мысль, что в данном случае для макромолекулы ПВКЛ имеет место конформационный переход типа клубок-глобула. Явление будет подробно изучено в дальнейшем.