Розробка стабілізуючих підкладок, які підтримують в об’ємі рідкокристалічної системи однорідну орієнтацію. Визначення закономірності і механізму впливу хімічної природи полімерного покриття на стабілізацію орієнтації рідкого кристалу в об’ємі системи.
Аннотация к работе
Гетерогенні системи полімер - рідкий кристал (РК) знайшли широке застосування при виготовленні дисплеїв, хімічних і біологічних сенсорів та індикаторів, еталонів для контролю розробки неорганічних матеріалів завдяки здатності їх молекул до орієнтації відносно поверхні твердих тіл. В рідкокристалічних системах - комірках заповнених РК, полімери використовуються для задавання орієнтації (наприклад орієнтуюча поліімідна плівка) і як стабілізуюча підкладка, що підтримує рідкокристалічний порядок в обємі. Дисертаційну роботу виконано відповідно до проекту Державного фонду фундаментальних досліджень №3.4/246 „Розробка полімерних матеріалів, здатних регулювати надмолекулярну структуру рідких кристалів”, до держбюджетної теми Кабінету Міністрів України №0101U002162 „Розробка теоретичних основ макромолекулярного дизайну полімерних матеріалів нової генерації” в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка, до Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) №Go693/10 та SFB-569 “Hierarchic Structure Formation and Function of Organic-Inorganic Nano Systems” в Університеті Ульму та до плану роботи Відділу Фізичної Хімії університету Бонна за підтримки DFG. Для досягнення цієї мети необхідно було вирішувати такі основні задачі: 1) визначити полімери і кополімери, придатні для використання в рідкокристалічних системах як підкладка, що стабілізує однорідну орієнтацію РК в обємі, яка задається директором - орієнтантом; 2) проаналізувати поверхневі явища в гетерогенній системі полімер - РК та визначити будову граничних шарів; 3) встановити загальні закономірності дії полімерної підкладки, що стабілізує орієнтацію РК, та визначити роль в цій дії таких факторів: хімічної природи компонентів системи; конфігурації молекул РК; гнучкості, характеру упакування макромолекул стабілізуючої підкладки; структурної організації РК в обємі системи; 4) визначити можливість застосування розроблених рідкокристалічних систем для тестування біологічних обєктів. Методи дослідження - основні результати роботи одержано за допомогою оптичної мікроскопії в поляризованому світлі; вимірювання кута переднахилу (полярний кут орієнтації молекул РК) проведено методом подвійного променезаломлення, кута ковзання (азимутальний кут орієнтації молекул РК) - методом оптичного поляризаційного компенсування; кінетика зміни крайового кута змочування досліджувалась методом “сидячої” краплі; р-S ізотерми знімали на терезах Ленгмюра; якість поверхні полімерних шарів на скляній підкладці оцінювали за допомогою скануючого електронного мікроскопа.У другому розділі визначено обєкти досліджень, матеріали та реагенти, описано синтез та охарактеризовано одержані кополімери, наведено опис приладів та методів дослідження параметрів орієнтації РК, способів розрахунку поверхневої енергії на межі полімер - РК, наведено методику одержання та руйнування моношарів та змішаних моношарів кополімерів. Для стабілізуючої підкладки використано полімери: поліакрилонітрил (ПАН), полістирол (ПС), кополімери акрилонітрилу з стиролом (АНСТ), метилметакрилатом (АНММА), бутилметакрилатом (АНБМА), гексилметакрилатом (АНГМА), октилметакрилатом (АНОМА) з співвідношенням мономерів у полімері від 1:4 до 4:1, кополімер стиролу з малеїновим ангідридом 1:1 (Стиромаль), потрійний кополімер акрилонітрил-бутадієн-стирол (АБС) 1:1:1 та гомополімери алкілметакрилатів (АМА), ПММА, ПБМА, ПГМА, ПОМА. 2 показує: для РК-системи з ио=1є (ПІ-1) зі збільшенням в кополімерах на основі акрилонітрилу розміру алкільної групи в метакрилаті зменшується різниця полярних кутів ио та ис, і орієнтація РК наближається до „ідеальної”, коли ио = ис. Для РК-системи з ио=1є (ПІ-1) зі збільшенням вмісту мономерних ланок алкілметакрилату в кополімерах з акрилонітрилом зменшується різниця полярних кутів ио та ис, і стабілізаційні властивості підкладок зростають. 3, показують, що зі збільшенням вмісту ланок акрилонітрилу в кополімері має місце перехід від дезорієнтованої структури РК до орієнтованої, тобто кополімер набуває властивості стабілізатора орієнтації.Встановлено, що хімічна природа (ко)полімеру та будова насиченого адсорбційного шару є основними факторами, що визначають здатність полімерної підкладки ефективно підтримувати однорідну, стабільну орієнтацію РК, що задається орієнтантом - директором. Показано, що в кополімерах з тільки полярними ланками стабілізаційні властивості покращуються при введенні в ланцюг макромолекули більш полярних груп (-COOR) замість груп-CN, а в кополімерах з неполярними та полярними ланками стабілізаційна ефективність підкладки збільшується з ростом полярності ланцюгів.
План
2. Основний зміст роботи
Вывод
Встановлено, що хімічна природа (ко)полімеру та будова насиченого адсорбційного шару є основними факторами, що визначають здатність полімерної підкладки ефективно підтримувати однорідну, стабільну орієнтацію РК, що задається орієнтантом - директором.
Показано, що в кополімерах з тільки полярними ланками стабілізаційні властивості покращуються при введенні в ланцюг макромолекули більш полярних груп (-COOR) замість груп -CN, а в кополімерах з неполярними та полярними ланками стабілізаційна ефективність підкладки збільшується з ростом полярності ланцюгів. В ряду кополімерів алкілметакрилатів з акрилонітрилом одного складу здатність до стабілізації підкладки росте зі збільшенням розміру рухливої алкільної групи.
Визначено будову адсорбційного шару та встановлено, що агрегати молекул РК адсорбуються на поверхні полімеру без руйнування, але з часом орієнтуються відносно цієї поверхні.
Встановлено, що присутність РК в моношарах кополімерів може суттєво зменшувати розмір агрегатів макромолекул, які утворюють цей моношар, збільшувати їх рухливість і здатність до більш щільного упакування.
Показано, що висока ефективність стабілізації орієнтації РК досягається при взаємодії компонентів системи в адсорбційному шарі, що не веде до руйнування агрегатів РК, зберігає їх здатність змінювати орієнтацію відносно поверхні та пригнічує тепловий розвпорядковуючий рух. Така взаємодія може бути досягнута варіюванням полярності та рухливості функціональних груп макромолекул, гнучкості макроланцюгів та вільного обєму полімеру.
Розроблений метод РК-діагностування структурних неоднорідностей в біологічних тканинах із використанням стабілізуючих підкладок.
Список литературы
рідкокристалічний хімічний полімерний покриття
1. Нижник В.В., Ковіня М.В. Про крайовий кут змочування полімеру рідким кристалом та міжфазних поверхневих енергіях // Вопросы химии и химической технологии.-2005.-№ 2.-С. 107-111.
2. Ковіня М.В., Нижник В.В. Стабілізація орієнтації рідкого кристалу кополімерами на основі акрилонітрилу // Полімерний журнал.-2004.-№ 3. - С. 177-180.
3. Нижник В.В., Казанцева З.І., Ковіня М.В. Моношари нерозчинних полімерів на поверхні води // Фізика конденсованих високомолекулярних систем: Фізика полімерів.-2004.-№ 11.-С. 17-21.
4. Nizhnik V.V., Kovinya M. Surface phenomena in heterogeneous system polymer - liquid crystal // CTW review letters.-2005.-№1(27).-P. 94-97.
5. Ковіня М.В., Нижник В.В. Дослідження стабілізації орієнтації низькомолекулярного рідкого кристалу кополімерами на основі акрилонітрилу // Фізика конденсованих високомолекулярних систем: Фізика полімерів.-2004.-№ 10. - С. 104-106.
6. Для наведених вище робіт особистий творчий внесок здобувача полягає у проведенні синтезу кополімерів, проведенні досліджень, аналізі та узагальненні результатів, оформленні статті.
7. Пат. на винахід 73048, C2, UA, МПК7 A61B10/00, A61K49/00, A61K49/06, G02F1/00. Спосіб визначення онкологічної патології у комбінованій рідкокристалічній системі із стабілізаційним шаром кополімеру на основі акрилонітрилу: Зюферлтейн Т. (DE), Яуманн М. (DE), Горжолнік Б. (PL), Нижник В.В. (UA), Ковіня М.В. (UA).-№20041108872; Заявл. 1.11.2004; Опубл. 16.05.2005, Бюл. № 5. -6 с.
8. Пат. на кор. модель 6347, UA, МПК7 G02F1/00. Спосіб одержання орієнтованої в обємі рідкокристалічної системи зі стабілізаційною підкладкою: Нижник В.В. (UA), Ковіня М.В. (UA). - № 20040604834; Заявл. 21.06.2004; Опубл. 16.05.2005, Бюл. № 5. -4 с.
9. Для наведених вище робіт особистий творчий внесок здобувача полягає у проведенні досліджень, аналізі та узагальненні результатів, оформленні заявок на патент.
10. Пат. на пром.зразок 40 216 032, DE, МПКПЗ(7) 10-04, 07, 12. Diagnosemaschine fьr Krebs: Sьferltein T. (DE), Jaumann M. (DE), Gorџoіnik B. (PL), Kovinya M. (UA), Morigi G. (DE), Ellinfiger S. (AT), Sьd, U. (CH); Universitдt Ulm.-№40216032.2012M; Заявл. 20.12.2002; Опубл. 06.10.2003.-1 с.
11. Особистий творчий внесок здобувача полягає у проведенні досліджень, аналізі та узагальненні результатів.
12. Nizhnik V.V., Kovinya M. Surface phenomena in heterogeneous system polymer-liquid crystal // 3d joint scientific conference in chemistry“Kyiv-Toulouse”.- Kyiv, 2005.- P. 81.
13. Нижник В.В., Ковіня М.В., Зюферлтейн Т., Горжолнік Б. Система рідкий кристал-полімер як метод діагностування біологічних обєктів // Шоста всеукраїнська наук. конф. студентів та аспірантів „Сучасні проблеми хімії”.- Київ, 2005.- С. 190.
14. Нижник В.В., Ковіня М.В., Карабець М.Б. Стабілізація орієнтації рідкого кристалу кополімером гексилметакрилату з акрилонітрилом // Шоста всеукраїнська наук. конф. студентів та аспірантів „Сучасні проблеми хімії”.- Київ, 2005.- С. 188.
15. Ковіня М.В., Нижник В.В., Горжолнік Б., Зюферлтейн Т.М. Виявлення та діагностування структурних неоднорідностей в біологічних тканинах // Міжнар. конф. „Радіобіологічні ефекти: ризики, мінімізація, прогноз”.- Київ, 2005.- С. 54.
16. Kovinya M., Nizhnik V.V. Surface phenomena in heterogeneous system polybutylmethacrylate-liquid crystal // 2nd Student Conf. on Surface Science “SCOSS’2”.- Berlin (Germany), 2005.- P. 73.
17. Ковіня М.В., Микитенко Л.М., Казанцева З.І., Нижник В.В. Одержання і руйнування моношару кополімеру з рідким кристалом // Десята українська конф. з високомолекулярних сполук. - Київ, 2004.- С. 110.
18. Kovinya M., Nizhnik V.V. Influence of chemical structure of acrylonitrile copolymers on the properties of liquid crystal for orientation // III Polish-Ukrainian Conf. “Polymers of Special Applications”.-Radom (Poland), 2004.-P. 12.
19. Ковіня М.В. Вплив хімічної будови макромолекул та фізичних параметрів акрилонітрильного кополімеру на властивість рідкого кристалу до орієнтації // V-українська конференція молодих вчених з високомолекулярних сполук.- Київ, 2003.- С. 16.
20. Nizhnik V.V., Kazantseva Z.I., Mykitenko L., Kovinya M. Copolymer monolayer which comprise a liquid crystal // POLYCHAR-11, „World Forum on Advanced Materials”.- Denton (USA), 2002.- Ch. III-O1, P. 49.
21. Jaumann M., Gorzolnik B., Kovinya M., Sueferltein T. New screening method for colorectal cancer // DFG meeting “Advanced Medical Application”.- Bamberg (Germany), 2002.- P. 30-31.