Введение
1 Литературный обзор 22
1.1 Основные способы синтеза полиакрилимидов из полимеров предшественников и области использования 22
1.1.1 Способы получения полиакрилимидов изполиакрилимидобразующих реактопластов 24
1.2 Применение полиакрилимидов в органических стеклах и материалах для оптоэлектроники 29
1.2.1 Экструзионные полиакрилимидные стекла, пленки и волокна 34
1.3 Газонаполненные полиакрилимидные пластики 36
1.3.1 Полиакрилимидные пены из полиэфиракрилатов 37
1.3.2 Пенопласты на основе сополимеров акрилонитрила 41
1.3.3 Полиметакрилимидные пены: основные области применения, характеристики и способы их получения 45
1.3.4 Конструкционная пена Rohacell и ее аналоги 52
1.3.5 Химические превращения при получении полиакрилимидных газонаполненных материалов 55
1.4 Получение акрилимидообразующих сополимеров из полимеров предшественников 60
1.4.1 Синтез сополимеров, содержащих нитрильные, амидные и кислотные звенья, щелочным гидролизом полиакрилонитрила 61
1.4.2 Синтез сополимера акриламида и акриловой кислоты щелочным гидролизом полиакриламида 65
1.5 Синтез полиакрилимидобразующих сополимеров сополимеризацией мономеров 72
1.5.1 Регулирование реакционной способности сомономеров в сополимеризации 75
1.5.2 Блочная сополимеризация 76 з
1.5.3 Растворный и осадительный режимы сополимеризации в водных и органических средах 78
1.5.4 Применение двухфазных водно-органических и двухфазных водных полимерных систем для сополимеризации бинарных мономерных смесей 82
1.6 Общие принципы получения пенопластов 85
1.6.1 Состав пенообразующей композиции 88
1.6.2 Методы вспенивания и отверждения акрилимидообразующих сополимеров 98
1.7 Алкил-2-цианакрилаты 103
1.7.1 Имидизация поли-2-цианакрилатов 112
1.7.2 Применение 2-цианакрилатов и полиакрилимидобразующих полимеров на их основе 112
1.7.3 Композиционные материалы медицинского назначения на основе имидизуемых акриловых полимеров и полисахаридных систем доставки лекарств 117
2 Результаты и их обсуждение 121
2.1 Синтез акриловых сополимеров, содержащих карбоксильные и нитрильные группы (СПЛ-КН) имидизующихся при низкой температуре 121
2.1.1 Изучение закономерностей сополимеризации АН и МАК (АК) в гомогенных и гетерогенных системах и нахождение условий образования сополимеров с предпочтительно статистическим или близким к нему распределением звеньев 122
2.1.2 Сополимеризация акрилонитрила (АН) и метакриловой кислоты (МАК) в водной и водно-органических средах 124
2.1.3 Сополимеризация акрилонитрила и метакриловой кислоты в среде органических растворителей 143
3 2.1.3.1 Сополимеризация АН-МАК в осадительном режиме 143
2.1.3.2 Сополимеризация АН-МАК в растворном режиме 150
2.1.4 Сополимеризация в двухфазных водных полимерных средах 158
2.1.4.1 Концентрирование компонентов инициирующей системы в
выбранной фазе 164
2.1.4.2 Перераспределение сомономеров между выбранными водными фазами 165
2.1.4.3 Контроль растворимости сополимеров АН-МАК в двунепрерывных водных системах 168
2.1.4.4 Осадительная сополимеризация АН и МАК в двунепрерывной водной полимеризационной среде 169
2.1.4.5 Растворная сополимеризация АН-МАК в двунепрерывных двухфазных водных системах 172
2.1.4.6 Дисперсионная сополимеризация АН с МАК в двухфазных водных системах 176
2.1.5 Молекулярно массовые характеристики и фракционная однородность сополимеров АН-МАК 180
2.1.6 Влияние способа синтеза на строение основной цепи сополимеров АН-МАК 183
2.1.7 Синтез сополимеров СПЛ-КН и СПЛ-КАН полимераналогичными превращениями 187
2.1.7.1 Изучение закономерностей гомогенного щелочного гидролиза полиакрилонитрила и нахождение условий образования как двойных сополимеров акрилонитрила с акриловой кислотой АН-АК, так и тройных сополимеров АН-АА-АК, содержащих звенья акрилонитрила, акриламида и акриловой кислоты 188 2.2 Синтез акриловых безнитрильных сополимеров СПЛ-КА,
содержащих кислотные и амидные группы полимераналогичными превращениями 199
2.2.1 Синтез сополимеров акриламида с акриловой кислотой АА-АК гомогенным и гетерогенным гидролизом полиакрилонитрила ПАН водной щелочью 200
2.2.2 Синтез сополимеров акриламида с акриловой кислотой АА-АК щелочным гомогенным гидролизом высокомолекулярного полиакриламида ПАА 202
2.3 Молекулярно-массовые характеристики и фракционная однородность сополимеров СПЛ-КА, СПЛ-КН и СПЛ-КАН, полученных полимераналогичными превращениями из полиакриламида ПАА и полиакрилонитрила ПАН 205
2.4 Синтез сополимеров, содержащих нитрильные и карбоксильные группы у одного углеродного атома СПЛ-ЦА, синтез 2-цианакриловой кислоты, её эфиров, и сополимеров с этил-2-цианакрилатом 208
2.4.1 Синтез 2-цианакриловой кислоты ЦАК 210
2.4.2 Разработка способа синтеза 2-цианоакрилоилхлорида - основного интермедиата в синтезе эфиров 2-цианакриловой кислоты 217
2.4.3 Получение исходных мономеров для полиакрилимидобразующих сополимеров СПЛ-ЦА и других мономеров цианакрилатного типа 221
2.4.4 Синтез полиакрилимидобразующих гомо- и сополимеров СПЛ-ЦА 229
2.5 Разработка метода количественного определения состава акрилимидообразующих сополимеров СПЛ-КН, СПЛ-КА, СПЛ-КАН и СПЛ-ЦА Фурье ИК-спектроскопией 234
2.6 Синтез полиакрилимидов из полимеров предшественников 241
2.6.1 Определение предельно возможной степени внутримолекулярной имидизации полиакрилимидобразующих сополимеров 243 6
2.6.2 Способы и температурные режимы внутрицепной имидизации полиакрилимидобразующих сополимеров 255
2.6.2.1 Низкотемпературная имидизация нитрилсодержащтх сополимеров СПЛ-ЦА 256
2.6.2.2 Имидизация нитрил со держащих сополимеров СПЛ-КН 260
2.6.5 Высокотемпературная имидизация полиакрилимидобразующих смешанных сополимеров СПЛ-КАН и безнитрильных сополимеров СПЛ-КА 265
2.6.5.1 ИК-Фурье методы исследования химических превращений, происходящие при термолизе сополимеров, содержащих нитрильные, кислотные, амидные и имидные функциональные группы в различных сочетаниях 266
2.6.3.1 Синтез полиакрилимидов высокотемпературной имидизацией смешанных сополимеров СПЛ-КАН 272
2.6.3.3 Особенности высокотемпературной имидизации безнитрильных сополимеров СПЛ-КА 276
2.7 Термомеханические характеристики акрилимидообразующих сополимеров СПЛ-КН и СПЛ-КА 283
2.8 Получение полиакриламидных конструкционных пеноматериалов... 288
2.8.1 Оптимизация условий протекания последовательности процессов, происходящих при переработке и вспенивании пенообразующих композиций на основе сополимеров СПЛ-КН, СПЛ-КАН и СПЛ КА 290
2.8.2 Прочностные свойства конструкционных пеноматериалов на основе сополимеров СПЛ-КА, СПЛ-КАН, СПЛ-КН и их смесей в сравнении с конструкционной пеной Rohacell 301
2.9 Биомедицинское применение полиакрилимидов на основе нитрилсодержащих сополимеров СПЛ-ЦА 303 2.9.1 Основные принципы и технологические приемы, использованные
при создании полиакрилимидных тканезамещающих материалов 306
2.9.2 Синтез полимерной матрицы на основе сополимера СПЛ-ЦА для получения пористого полиакрилимидного костнозамещающего имплантата 312
2.9.2.1 Ковалентное связывание коллагена с материалом матрицы 314
2.9.2.2 Контроль молекулярной массы полиакрилимидного сополимера матрицы и скорости ее биоразложения 316
2.9.3 Синтез инсулина и коллагена, ковалентно связанных с полисахаридными полимерами носителями диальдегиддекстраном и дегидкарбоксиметилцеллюлозой 319
2.9.3.1 Изучение в опыте in vitro скорости ферментативного гидролиза коллагена и продуктов его взаимодействия с диальдегидполисахаридами 326
2.9.4 Синтез полимеров для биодеградирующего антибактериального гелевого слоя 329
2.9.5 Инкапсулирование инсулина в воднонаполненные нанокапсулы с использованием двухфазных водных сред 331
2.9.6 Получение биодеградирующего открытопористого полиакрилимидного костнозамещающего материала с бимодальным выделением лекарств 335
2.9.6.1 Бимодальное выделение лекарств из полиакрилимидного костнозамещающего пеноматериала 338
2.9.6.2 Изучение токсичности и скорости био деградации полиакрилимидного пеноматериала in Vitro по скорости падения прочности 340
2.9.6.3 Токсичность и безопасность цианакрилатных капсул и полиакрилимидного материала в опытах in vitro 343 8
2.9.7 Биологические испытания полиакрилимидных костнозамещающих пеноматериалов в опытах in vivo 345
2.9.7.1 Изучение в опытах in vivo скорости биодеградации полимерного коньюгата коллагена с диальдегидполисахаридами 345
2.9.7.2 Исследование способности имплантата вызывать рост клеток и их дифференциацию в клетки костного пути регенерации 350
2.9.7.3 Способность полиакрилимидного пористого имплантата прорастать костной тканью в опыте in vivo (остеокондуктивные свойства) 351
3 Экспериментальная часть 357
3.1 Характеристики исходных соединений 357
3.2 Методики получения и исследования гомо и сополимеров
3 3.2.1 Синтез гомополимеров АН и МАК для разработки методики количественного определения состава сополимеров ИК-спектроскопией 366
3.2.2 Синтез сополимеров АН-МАК сополимеризацией в водной среде... 367
3.2.3 Синтез сополимера АН-МАК сополимеризацией в толуоле и гептане 369
3.2.4 Синтез сополимера АН-МАК в спиртовом растворе 370
3.2.5 Синтез сополимера АН-МАК в двухфазной системе «водный раствор ПАА/водный раствор декстрана» 371
3.2.6 Синтез поли-2-цианакриловой кислоты 373
3.2.7 Синтез исходных гомополимеров акрилонитрила и акриламида для гидролиза 374
3.2.8 Синтез сополимера АН-АА-АК (СПЛ-КАН) гидролизом полиакрилонитрила водным раствором карбоната натрия 375
3.2.9 Синтез сополимера АА-АК (СПЛ-КА) гидролизом полиакрилонитрила водным раствором щелочи 376
3.2.10 Термолиз гомополимеров и сополимеров 378
8 3.2.11 Синтез диальдегидполисахаридов 378
3.2.12 Синтез ковалентных белково-полисахаридных конъюгатов гликопротеинов. Синтез гликопротеина на основе натриевой соли диальдегидкарбоксиметилцеллюлозы и коллагена 379
3.2.13 Получение поли-2-цианакрилатных нанокапсул с инсулином 382
3.2.13.1 Приготовление пористого полиакрилимидного материала, содержащего нанокапсулы с инсулином 383
3.3 Методы количественного определения 383
3.3.1 Методика количественного определения состава сополимеров АН-МАК методом просвечивающей ИК-спектроскопии с преобразованием Фурье 383
3.3.2 Спектрофотометрический метод определения концентрационного перераспределения мономеров по фазам в двухфазных водных системах 389
3.3.3 Метод количественного определения относительного содержания последовательностей звеньев АН, МАК и имидных звеньев в 1 "3
сополимере с использованием метода ЯМР С спектроскопии 402
3.3.4 Методика расчета предельной степени внутримолекулярной имидизации по данным ИК-спектроскопии 408
3.3.5 Определение мольного соотношения звеньев АН:МАК в сополимере титрометрическим методом и содержания карбоксильных групп в сополимерах СПЛ-КАН, СПЛ-КА и СПЛ-КН 409
3.3.6 Метод определения содержания имидных звеньев в термолизованном сополимере СПЛ-КА по потере массы при термолизе 410
3.3.7 Метод количественного определения содержания нитрильных групп в сополимерах СПЛ-КАН и СПЛ- КН в процессе гидролиза 412
3.3.8 Способ определения содержания ангидридных звеньев после термолиза сополимеров СПЛ-КАН, СПЛ-КА и СПЛ-КН 415 10
3.3.9 Способ количественного определения содержания альдегидных групп в диальдегидполисахаридах методом обратного иодометрического титрования 415
3.3.10 Метод определения скорости выхода оксипролина при ферментативном гидролизе коллагенсодержащих полиакрилимидных материалов 416
3.4 Физические методы исследования сополимеров 420
3.4.1 Определение молекулярно-массовых характеристик полимеров 420
3.4.2 Гель-проникающая хроматография гомо- и сополимеров 422
3.4.3 Термомеханические исследования сополимеров 424
3.4.4 Определение температуры стеклования сополимеров 424
3.4.5 Определение содержания воды в сополимерах 4 3.5 Спектральные методы исследования 425
3.6 Приготовление и испытания полиакрилимидных пеноматериалов..
4 3.6.1 Приготовление пенообразующих композиций 428
3.6.2 Прессование пенообразующих заготовок и их вспенивание 429
3.6.3 Определение плотности пен 430
3.6.4 Анализ прочностных свойств пеноматериалов 430
3.6.5 Оценка устойчивости пеноматериала к биодеградации в опытах in vitro по уменьшению прочности образцов при гидролизе 431
3.6.6 Определение размера и характера пор в пеноматериалах 431
3.7 Оценка токсичности полиакрилимидных пеноматериалов их компонентов и продуктов биодеструкции 432
3.8 Исследование устойчивости материалов к биодеградации в опытах in vivo методом подкожной имплантации крысам 432
3.9 Исследование остеокондуктивных свойств материалов в опытах in vivo 436
3.10 Исследование остеоиндуктивных свойств полиакрилимидного пеноматериала с бимодальным выделением лекарств в опытах in vitro... 439
10 3.10.1 Оценка результатов исследования in vitro влияния полиакрилимидного пеноматериала с бимодальным выделением лекарств на пролиферативную и дифференцировочную активность
клеток 441
3.11 Комплексные исследования In vivo полиакрилимидного пеноматериала с бимодальным выделением лекарств на экспериментальной модели сегментарной резекции большеберцовой
кости крысы 444
3.11.1 Оценка результатов комплексного исследования In vivo биоактивности полиакрилимидного пеноматериала с бимодальным выделением лекарств на экспериментальной модели сегментарной
резекции большеберцовой кости крысы 446
Выводы 451
Список сокращений и условных обозначений 454
Список литературы
