ИК-спектроскопическое исследование структуры модифицированных силиконовых композиций

Повышение качества обеспечения больных с различной патологией стоп техническими средствами реабилитации возможно путем применения новых технологических решений за счет использования новых материалов в ортопедической технике. Начиная с конца ХХ столетия поиски в этом направлении позволили ввести в практику ортезирования и протезирования новый тип материалов — силиконы. В последующие годы спектр используемых силиконов неуклонно расширялся, что обусловлено комплексом положительных качеств силиконовых материалов: биологическая совместимость и инертность, хорошее сцепление с кожей, санитарно-химические и токсиколого-гигиенические свойства [1].

Известные силиконовые каучуки наряду с комплексом ценных свойств имеют ряд недостатков [2]: невысокие прочностные показатели, нестойкость к действию органических растворителей. Используемые силиконы редко состоят из чистого немодифици-рованного полидиметилсилоксана, основные цепи которого модифицированы боковыми заместителями. Поэтому большой интерес представляет модификация полидиметил-силоксанов.

В связи с этим в работе [3] нами были получены и исследованы физико-механические показатели силиконов и силиконовых композитов с добавлением различных наполнителей, в том числе порошкообразной микрокристалической целлюлозы (МКЦ). По результатам работы было показано значительное улучшение механических свойств (прочность на разрыв, удлинение при разрыве, прочность по Шору) композитов силикона с добавлением МКЦ по сравнению с другими наполнителями.

С целью более глубокого понимания структурных свойств полученных силиконовых композитов с добавлением МКЦ, синтезированных методом каталитической поликонденсации с последующим горячим формованием форконденсата, проводили ИК-спектроскопические исследования.

Обьекты и методы исследования

ИК-спектры исследуемых образцов в виде наполнителя МКЦ, силикона и композиции силиконов с добавлением МКЦ в разных количествах (4, 10, 15, 20, 25%) определены на спектрометре Nicolet-577 в диапазоне от 400 до 4000 см-1 c точностью определения частот ±1 см-1 . Образцы МКЦ, силикона и композиции силиконов с добавлением МКЦ готовили в виде таблеток с КВr (1,5 мг вещества в 250 мг КВr).

Результаты и их обсуждение

ИК-спектр исходной МКЦ в области частот поглощения представлен на рис. 1. Широкая полоса поглощения целлюлозы в области 3700-3100 см^-1 связана с валентными колебаниями гидроксильных групп, вовлеченных в водородные связи [4]. Валентные колебания С-Н связей метиленовых и метиновых групп целлюлозы проявляются в области 3000-2800 см^-1. Полосы поглощения (полосы кристаличности) с частотой ~1431 см^-1 (полоса кристаличности) и ~900 см^-1 (полоса аморфности) в спектре целлюлозы соответствуют ножничным колебаниям метиленовой группы. В области ~1650 см^-1 наблюдается поглощение адсорбированной молекулы воды. Полосы ~1060 см^-1 в спектре целлюлозы приписывают валентному колебанию С-О связи в НС 3 -ОН группе. Полосу ~1030 см^-1 соотносят с валентными колебаниями С-О связи в первичной спиртовой группе в различных комформациях.

ИК-спектроскопическое исследование структуры силикона (рис. 2) и композиции силикона с добавлением наполнителя МКЦ (рис. 3-5) в разных массовых соотношениях показало, что первый компонент (силикон) поглощается в следующих областях: связь Si-O при 1124,1-1104,9 см-1, Si-O-Si в области 1097,1-1009,6см-1, деформационное колебание Si-С наблюдается при 1260,3 см-1 [5].

4000              3500              3000              2500              2000              1500              1000              500

Wavenumbers (cm-1)

Рисунок 2 - ИК-спектр силикона.

В спектрах силиконовой композиции с добавлением МКЦ в количестве 4% (рис. 3) проявляются полосы поглощения Si-O связи в интервале 1121,7-1104,9см^-1, функциональная группа Si-O-Si поглощается в области 1096,41020,3 см^-1, тетраметилсилан Si-(СН 3 ) 2 проявляется с частотой поглощение 864,7 см^-1, деформационное колебание Si-С наблюдается при 1265см^-1.

Полосы поглощения МКЦ в составе композиции записываются в виде валентных колебаний гидроксильной группы, включающих водородные связи в интервале 3569,53380,8 см^-1, СН 2 –групп при 2905,7 см^-1, а также наблюдаются гидроксильные группы

МКЦ при 1637,6 см-1.

В ИК-спектрах композиции силикона с содержанием наполнителя МКЦ в количестве 10% (рис. 4) имеются следующие полосы поглощения: валентные колебания гидроксильной группы, включающие водородные связи в интервале 3565,4-3388,6см^-1, СН 2 -группы при 2962,8 см^-1, гидроксильная группа целлюлозы в 1637,6 см^-1. В данном составе функциональные группы силикона Si-O, Si-O-Si проявляются при 1096,4-1018,1 см^-1, деформационное колебание Si-С при 1262,3см^-1. Тетраметилсилан Si-(СН 3 ) 3 проявляется с частотой поглощения 864,4 см^-1.

0,0 ■ 4000

***Fri Oct 05 18:39:02 2012МКЦ 4

6,0

5,5

5,0

4,5

4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

Wavenumbers (cm-1)

Рисунок 3 - ИК-спектр силиконовой композиции с содержанием наполнителя МКЦ 4%.

Fri Oct 05 18:45:26 2012МКЦ 10

6,0

5,5

5,0

4,5

0,0

4000              3500              3000              2500              2000              1500              1000              500

Wavenumbers (cm-1)

Рисунок 4 - ИК-спектр силиконовой композиции с содержанием наполнителя МКЦ 10%.

Рисунок 5 - ИК-спектр силиконовой композиции с содержанием наполнителя МКЦ 15%.

Wavenumbers (cm-1)

В ИК спектре силиконовой композиции с содержанием наполнителя МКЦ в количестве 15% (рис. 4) имеются следующие полосы поглощения: валентные колебания гидроксильной группы, включающие водородные связи в интервале 3386,3-3350,8см^-1, СН 2 –группы при 2963,6 см^-1, гидроксильная группа целлюлозы в 1637,4 см^-1. В данном составе функциональные группы силикона Si-O, Si-O-Si проявляются при 1086,1-1021,1 см^-1. Тетраметилсилан Si-(СН 3 ) 4 проявляется с частотой поглощение 866 см^-1.

Заключение

Таким образом, показано, что полосы поглощения ИК-спектров силиконовых композиций в присутствии МКЦ соответствуют спектрам исходных компонентов – силикона и МКЦ.

С увеличением наполнителя МКЦ в составе силикона с массовой долей от 10% до 25% наблюдается постепенное уменьшение количества и степень поглощения полос связей Si-O, Si-O-Si и Si-С силиконовой матрицы, что связано с возрастанием эффекта полимерной цепи целлюлозы.