Wabashpress.ru

Техника Гидропрессы
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Khimia / Химия / Курс ЛР / лаба13

Khimia / Химия / Курс ЛР / лаба13

Если поместить металл в воду то с его поверхности отрываются и в гидратированном виде переходят в раствор, При этом «растворении» на самом металле появляется избыток электронов, придающих ему отрицательный заряд, а слой жидкости у поверхности металла заряжается положительно.

Таким образом, между Ме и окружающей его водной средой возникает некоторая разность потенциалов, то есть на границе раздела металл – раствор возникает скачок потенциалов (поверхность металла имеет заряд (-) – избыток свободных электронов, а слой жидкости у поверхности – (+), обусловленный положительными ионами металла, перешедших в раствор). Величину этого скачка потенциалов принято называть электродным потенциалом данного металла.

Электродный потенциал металла, соответствующий состоянию равновесия, при котором скорость перехода ионов в раствор равняется обратному процессу их осаждения на металл, называется равновесным потенциалом.

Из-за невозможности измерения абсолютных значений электродных потенциалов металлов пользуются их относительными значениями, определенными методом сравнения. В качестве электрода-эталона, с потенциалом которого сравнивают потенциалы металлов, принят водородный электрод.

Он состоит из пластины, покрытой порошком платины для создания рыхлой поверхности и насыщенный водородом. Это пластина, опущенная в емкость с раствором серной кислоты, активная концентрация ионов водорода которой равна 1 моль/л.

В емкость с кислотой пропускают водород под давлением 1 атм и при температуре 25 °С. В данном случае с раствором кислоты соприкасается не платиновая пластина, а слой адсорбированного на ней водорода.

С данного водородного электрода в раствор переходят положительно заряженные ионы водорода аналогично, как и ионы металла с металлического электрода, а на электроде накапливается избыток электронов. На границе раздела электрод – раствор возникает разность потенциалов, названная потенциалом стандартного водородного электрода. Ее величину принимают за нулевое значение и обозначают: φ°2Н+/Н2 = 0,0В.

Для определения стандартных потенциалов металлов методом сравнения собирают гальванический элемент, состоящий из стандартного водородного электрода и электрода данного металла. Замеренная гальванометром ЭДС во внешней цепи гальванического элемента дает значение, оно равно разности водородного электрода и электрода данного металла, а отсюда выявляют значение стандартного электродного потенциала данного металла (поскольку φ°2Н+/Н2 = 0,0 В).

Стандартный электродный потенциал является очень важной характеристикой металла. Он характеризует прочность связи между ионом Ме и его валентными электронами. Чем меньше алгебраическая величина стандартного электродного потенциала, тем слабее эта связь, тем больше способность атомов металла отдавать электроны, следовательно, больше его химическая активность.

Если активная концентрация иона металла в растворе соли электролита не равна 1 моль/л, то при погружении металла в такой раствор его потенциал не будет равен стандартной величине.

Для расчета таких равновесных потенциалов применяют формулу, предложенную в 1888 году немецким физикохимиком В. Нернстом. В общем виде формула выглядит так:

Для водородного электрода:

Гальваническими элементами называют устройства, в которых химическая энергия превращается в электрическую. В простейшем случае гальванический элемент состоит из двух электродов с разными значениями потенциалов.

Роль эссенциальных микроэлементов в жизнедеятельности человека

Минеральный состав внутриклеточной жидкости строго поддерживается на определенном уровне.

Элементы вместе с водой являются строительным материалами, кофакторами и катализаторами биохимических реакций, стабилизаторами белков и ферментов, обеспечивая постоянство осмотического давления, кислотно-щелочного баланса, процессов всасывания, секреции, кроветворения, костеобразования, свертывания крови. Благодаря присутствию элементов осуществляется процесс мышечного сокращения, нервной проводимости и внутриклеточного дыхания. Химические элементы в организме находятся в виде различных соединений и солей, их влияние на организма обусловлено дозой элемента. Для каждого элемента существует свой физиологический рабочий диапазон концентраций, обеспечивающий нормальное протекание физиологических реакций в организме.

Нарушенная экология, возросший темп жизни с неизбежным нарастанием стрессовых ситуаций, методы обработки продуктов питания, «убивающие» биологически активные вещества ведут к нарушению металло-лигандного гомеостаза и сдвигу равновесия в сторону увеличения или уменьшения концентрации элемента. Накопление элементов или их дефицит способствует активации альтернативных путей метаболизма, который в ряде случаев приводят к патологическим состояниям.

Химические элементы классифицируются в зависимости от их роли в организме. 98% тела человека состоит из органических элементов: H, C, N, O. Вместе с неорганическими элементами Na, Mg, K, Ca, P, S, Cl они составляют основу клеток и тканей, выполняя структурообразующую функцию. К эссенциальным или жизненно необходимым микроэлементам относятся Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Se, I, при их отсутствии нарушаются базовые реакции деления и размножение клеток. К условно-эссенциальным микроэлементам относятся Li, V, Cr, B, F, Si, As, их роль до конца не определена. Существуют также «токсические металлы», которые в минимальных концентрациях способны оказывать стимулирующее воздействие на организм, но в высоких концентрациях проявляют токсические эффекты.

Микроэлементы составляют лишь 0,02% организма, но способны изменять протекание важнейших биологических реакций. Анализ волос или мочи позволяет выявить избыточное накопление микроэлементов или их дефицит. Содержание микроэлементов в волосах отражает микроэлементный статус организма в целом, поэтому пробы волос являются интегральным показателем минерального обмена. Волосы помогают диагностировать хронические заболевания, когда они себя еще ничем не проявляют.

Железо (Fe)

Железо является жизненно необходимым элементом для организма. Железо входит в состав гемсодержащих белков (гемоглобин и миоглобин) и участвует в переносе кислорода. Железо также входит в состав цитохромов (сложные белки, относящиеся к классу хромопротеидов), участвующих в процессах тканевого дыхания.

Общее содержание железа в организме человека составляет 3-5 г. Из этого количества 57% находится в гемоглобине крови, 23% — в тканях и тканевых ферментах (ферритин и гемосидерин), а остальные 20% — депонированы в печени, селезенке, костном мозге, мышцах и представляют собой «физиологический резерв» железа. Железо существует в двух формах: окисленной (Fe3+) и воcстановленной (Fe2+). Восстановленная форма лучше усваивается организмом. Только 10 % поступившего железо всасывается в кишечнике.

  • мужчины: 8–10 мг/сут;
  • женщины: 15–20 мг/сут;
  • беременных женщины: 30–40 мг/сут;
  • дети: 4–18 мг/сут.
Читайте так же:
Металл с самой высокой теплопроводностью

Недостаток железа приводит к тяжелым расстройствам, наиболее важным из которых является железодефицитная анемия. Железодефицитная анемия может привести к сердечной недостаточности.

Избыточное накопление железа приводит к отложению металла в органах (печень, поджелудочная железа, суставы, сердце). Явления отравления железом выражаются рвотой, диареей, падением артериального давления, параличом ЦНС и воспалением почек. При лечении железом могут развиться запоры, так как железо связывает сероводород, что ослабляет моторику кишечника. Избыток железа в организме может привести к дефициту меди, цинка, хрома и кальция, а также к избытку кобальта.

Йод необходим на всех этапах жизнедеятельности. Период младенчества и раннего детства являются критическими в отношении дефицита йода. Йод входит в состав гормонов щитовидной железы тироксина (T4) и трийодтиронина (T3). Йод необходим для роста и дифференцировки клеток всех тканей организма человека, внутриклеточного дыхания, регуляции трансмембранного транспорта натрия и гормонов.

Общее количество йода в организме составляет 25 мг, из них 15 мг аккумулирует щитовидная железа. Значительное количество йода содержится в печени, почках, коже, волосах, ногтях, яичниках и предстательной железе.

  • взрослые: 100–150 мкг/сут;
  • беременные: 175–200 мкг/сут;
  • дети: от 60 до 150 мкг/сут.

При недостаточном поступлении йода у взрослых увеличиваются размеры щитовидной железы, замедляется основной обмен, наблюдается падение артериального давления. У детей недостаток йода сопровождается резкими изменениями всей структуры тела: ребенок отстает в умственном и физическом развитии.

Избыток йода в организме наблюдается при гипертиреозе. Развивается Базедова болезнь, сопровождающаяся экзофтальмом, тахикардией, раздражительностью, мышечной слабостью, потливостью, исхуданием, склонностью к диарее. Повышение основного обмена ведет к гипертермии, дистрофическим изменениям кожи и ее придатков, раннему поседению, депигментации кожи на ограниченных участках (витилиго), атрофии мышц.

Марганец (Mn)

Важен для репродуктивных функций и нормальной работы центральной нервной системы. Марганец участвует в синтезе нейромедиаторов, улучшает мышечные рефлексы, обеспечивает развитие соединительной и костной ткани, увеличивает утилизацию жиров, усиливает эффекты инсулина.

3–5 % поступившего марганца всасывается. Наиболее богаты марганцем трубчатые кости и печень, поджелудочная железа. Марганец содержится в клетках, богатых митохондриями.

  • взрослые: 2–5 мг/сут;
  • для детей в 2 раза выше.

При недостатке марганца нарушаются процессы окостенения во всем скелете, трубчатые кости утолщаются и укорачиваются, суставы деформируются. Нарушается репродуктивная функция яичников и яичек.

Избыток марганца усиливает дефицит магния и меди.

Медь принимает участие в поддержание эластичности связок, сухожилий, кожи и стенок легочных альвеол, стенок капилляров, а также прочности костей. Медь входит в состав защитных оболочек нервных волокон, участвует в процессах пигментации, так как входит в состав меланина. Медь влияет на углеводный обмен, посредством усиления процессов окисления глюкозы и торможения распада гликогена мышц и печени. Медь обладает противовоспалительными действиями, помогает при борьбе с бактериальными агентами. Медь является кофактором ферментов антиоксидантной защиты и помогает нейтрализовать действие свободных радикалов.

Общее содержание меди в организме человека составляет примерно 100–150 мг. Лучше всего организм усваивает двухвалентную медь. В тонком кишечнике всасывается до 95% меди, поступившей с пищей. Основное «депо» меди в организме — печень, поскольку синтезирует белок-переносчик меди церулоплазмин.

  • взрослые: 1 мг/сут;
  • дети: от 0,5 до 1 мг/сут.

При недостатке меди в организме наблюдаются: задержка роста, анемия, дерматозы, депигментация волос, частичное облысение, потеря аппетита, сильное исхудание, понижение уровня гемоглобина, атрофия сердечной мышцы. Избыток меди приводит к дефициту цинка и мoлибдена, а также марганца.

Молибден (Мо)

Способствует метаболизму углеводов и жиров, является важной частью фермента, отвечающего за утилизацию железа, в связи с чем помогает предупредить анемию. Принимает участие в обмене мочевой кислоты, включении фтора в состав эмали зубов, гемопоэзе.

Биодоступность молибдена составляет 50%. Молибден не депонируется в организме, а распределяется между клетками крови.

  • взрослые: 45–100 мкг/сут;
  • дети: от 0,5 до 1 мг/сут.

Селен (Sе)

Элемент антиоксидантной защиты, хорошо сочетается с витамином Е. Селен помогает поддерживать должную эластичность тканей. Селен усиливает иммунитет, поэтому активно используется в онкологической практике, в лечении гепатитов, панкреатитов, кардиомиопатий. Селен защищает организм от тяжёлых металлов.

Всасывается в тонком кишечнике, депонируется в почках, печени, костном мозге.

  • женщины: 50 мкг/сут;
  • беременные: 65 мкг/сут;
  • мужчины: 70 мкг/сут;
  • дети: 10-50 мкг/сут.

При дефиците селена в организме усиленно накапливаются мышьяк и кадмий, которые, в свою очередь, еще больше усугубляют его дефицит.

Избыток селена приводит к гепато- и холецистопатиям, изменениям работы нервно-мышечного аппарата (боли в конечностях, судороги, чувство онемения). Избыток может привести к дефициту кальция.

Цинк (Zn)

Цинк входит в состав более 300 ферментов, чем объясняет его влияние на углеводный, жировой и белковый обмен веществ, на окислительно-восстановительные процессы, регуляцию активности генов. Цинк связан с правильным функционированием репродуктивной, неврологической, иммунной систем, ЖКТ и кожи. Присутствие микроэлемента важно для нормального сперматогенеза, органогенеза, работы нейромедиаторов и панкреатических ферментов, правильного развития тимуса, эпителизации ран в процессе заживления и ощущения вкуса.

Читайте так же:
Условно графические обозначения в электрических схемах гост

В организме содержится около 1,5–3 г цинка. Цинк всасывается в тонком кишечнике. Медь является антагонистом цинка, и конкурирует с цинком за всасывание в кишечнике. 99% цинка находится внутриклеточно, 1% — в плазме. Цинк присутствует во всех органах и тканях, но в большей степени цинк депонируют предстательная железа, семенники, мышцы, кожа, волосы.

Физиологическая потребность в цинке составляет: 12 мг/сут для взрослых, 3–2 мг/сут для детей.

Наиболее богаты цинком дрожжи, пшеничные, рисовые и ржаные отруби, зерна злаков и бобовых, какао, морепродукты, грибы, лук, картофель.

При дефиците цинка наблюдается задержка роста, перевозбуждение нервной системы и быстрое утомление. Поражение кожи происходит с утолщением эпидермиса, отеком кожи, слизистых оболочек рта и пищевода, ослаблением и выпадением волос. Недостаточное поступление цинка приводит к бесплодию. Дефицит цинка может приводить к усиленному накоплению железа, меди, кадмия, свинца.

При цинковом отравлении наступает фиброзное перерождение поджелудочной железы. Избыток цинка задерживает рост и нарушает минерализацию костей.

Кобальт (Co)

Входит в состав витамина В12, участвует в обмене гормонов щитовидной железы, подавляет обмен йода, регулирует гемопоэз, усиливает всасываемость железа.

В организме 1,5 г кобальта. Биодоступность кобальта 20%. В организм кобальт депонируется в печени, костной ткани и мышцах.

Физиологическая потребность в кобальте составляет: 10 мкг/сут для взрослых.

Кобальт содержится в печени, молоке, овощах.

Дефицит кобальта связан с В12-дефицитной анемией, вегетарианством или паразитарной инвазией. Избыток кобальта наблюдается при интоксикации кобальта (вредное производство, разрушение ортопедических имплантантов).

Никель (Ni)

Никель пролонгирует эффекты инсулина, участвует в окислении аскорбиновой кислоты, ускоряет образование дисульфидных групп.

Никель всасывается в кишечнике, биодоступность от 1 до 10 %. Запасы никеля находятся в поджелудочной железе, легких, сердце.

Физиологическая потребность в никеле составляет: 100–200 мкг/сут для взрослых.

Богаты никелем чай, гречиха, морковь и салат.

Дефицит никеля не описан. Избыток никеля наблюдается при его токсическом поступлении, злокачественных новообразованиях легких, ожогах, инсультах и инфарктах. Избыток может проявлять потерей пигментацией кожи.

Коррозия цинка

Цинк часто используется как основное антикоррозийное средство.

В основе самого процесса оцинковки лежит создание на поверхности металла специального защитного слоя, способного отталкивать воду и не давать материалу контактировать с кислородом.

Отсутствие катализаторов окисления приводит к тому, что на стальных изделиях не появляется ржавчины.

Но может ли ржаветь сам цинк?

Да, коррозия цинка в агрессивных средах возможна. Эту особенность нужно учитывать, когда вы выбираете область использования оцинкованных изделий.

Отказ от учета рисков приведет к тому, что даже защитная обработка не сможет уберечь материал от активного разрушения.

Рассмотрим, что становится фактором риска для запуска процесса коррозии цинка, дадим рекомендации как избежать такой проблемы и значительно продлить сроки использования металлоконструкций.

Главные факторы риска

Как и в случае с другими материалами, вероятность развития коррозии цинка напрямую зависит от особенностей среды, в которой он используется.

Наиболее опасными считаются вода, кислоты и щелочи.

Ржавение под действием атмосферы тоже распространено, потому нужно быть особенно осторожным при эксплуатации стальных конструкций на открытом воздухе.

Рассмотрим все типы рисков подробнее.

Сам по себе цинк относится к материалам, покрытие которыми помогает защитить металлоконструкции при использовании на открытом воздухе.

Так в российском климате прошедший оцинковку металл будет защищен от коррозии, если будет постоянно контактировать с речной водой без сильных загрязнений, периодически попадать под дождь.

Но есть два фактора риска, провоцирующих коррозию:

  • Высокие температуры. Если материал контактирует с водой, нагретой до 55 °C, риск начала ржавения становится выше. При подогреве водной среды до 70°C риск становится еще больше. Интересное наблюдение ученых – температуры более 90 – 95 °C уже не так опасны для материала, потому что при таком прогревании на металле начинает образовываться защитная пленка из продуктов коррозии и процесс купируется.
  • Состав воды. Большинство видов оцинкованных деталей применяют как в речной, так и в морской воде. Во втором случае из-за особенностей состава, продукты коррозии будут появляться интенсивнее. Многое зависит от толщины покрытия. Она должна составлять 0,13 мм. Сроки использования материала при контакте с морской водой — не более пяти лет. Это показывает, что оцинковка отлично подходит для агрессивных сред.

В остальных случаях коррозии цинка в воде можно не опасаться. Если она и начинается, то идет медленно.

При использовании в морской воде, а также в нейтральных растворах, где процесс проходит с кислородной деполяризацией, его можно замедлить с применением специальных веществ – ингибиторов коррозии цинка.

Контакт с атмосферой

Использование на открытом воздухе вредит любому материалу и цинк не становится исключением.

Но его преимущество в том, что в районах с нормальной экологией и на большей территории России не наблюдается протекания процесса разрушения.

Это достигается за счет появления защитной оксидной пленки.

Сложнее дела обстоят в случае с морской атмосферой. Здесь риск коррозии из-за особого состава воздуха становится значительно выше.

Но даже небольшая толщина цинковой пленки, до 0,03 мм позволяет обеспечить защиту на срок не менее восьми лет.

Самый большой риск связан с районами с плохой экологией. Здесь в воздухе рассеяно множество вредных примесей, появляется риск запуска электрохимической коррозии цинка. Рядом с крупными предприятиями металлоконструкции быстрее выходят из строя.

Опаснее всего районы, в которых в атмосфере рассеяно много таких элементов, как SO2, SO3, HCl. Даже нанесенный цинковый слой в подобных условиях продержится всего 3-4 года.

Читайте так же:
Украшения из металла своими руками

Кислоты

Кислотная среда представляет большую опасность для всех видов металлов. Вопрос о том, запустится ли процесс коррозии цинка решается в зависимости от нескольких факторов:

  • Тип кислоты.
  • Концентрация кислоты в растворе.
  • Уровень чистоты нанесенного на поверхность цинка.
  • Температура среды.

Чем более чистый цинк был использован при обработке, тем меньше вероятности появления коррозии, даже если среда сильно прогрета. Опасны примеси, добавленные к цинку, особенно сульфат меди (CuSO4).

Тип кислоты сильно влияет на скорость и другие особенности процесса коррозии.

Рассмотрим две наиболее распространенные кислоты:

  • Соляная. Процесс протекает по химической формуле Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑. Он характеризуется высокой интенсивностью. Активно выделяется водород, появляется хлорид цинка. При сильных концентрациях в растворе, защитное покрытие разрушается и начинается ржавение основного материала под ним.
  • Серная. Записывается формулой Zn + H2SO4(разб.) → ZnSO4 + H2↑. Также протекает с образованием водорода. При этом для реакции также характерно появление сульфата цинка.

Щелочь

Щелочная среда не менее опасна для материалов, чем кислотная. Многое зависит от состава среды и самого типа вещества. Наиболее интенсивно протекает процесс в растворах аммиака.

Дополнительным фактором риска становится контакт с положительно заряженными металлами. При этом интенсивность коррозии в щелочах может стать намного выше.

Что влияет на коррозийную стойкость цинка

Выше уже затрагивался вопрос о том, что состав цинка сильно влияет на его защищенность от коррозии. Так наиболее чистые виды вещества помогают металлу оставаться неповрежденным при контакте со средами повышенной кислотности.

На рынке есть много марок цинка и количество посторонних включений в нем отличается в диапазоне от 0,003 до 2,5%. Кроме основного вещества, в составе также может быть медь, свинец, кадмий и даже мышьяк.

Проблемы могут возникать и в случае отказа от учета особенностей типа примеси, непонимания того, выступает она в качестве катода или анода.

Простой пример – нейтральная атмосферная среда. Чтобы увеличить защиту от коррозии при применении в таких условиях, традиционно используется катодный элемент.

В качестве него выступает металл с более высоким показателем положительного заряда, чем у самого цинка. При правильном расчете концентрации примеси, скорость атмосферной коррозии становится значительно меньше.

Но есть и обратная ситуация.

Когда оцинкованное изделие помещается в агрессивную среду с большим количеством активирующих ионов, а также при контакте с щелочами, легирующие металлы только ускоряют протекание процесса. Специалисты наблюдают растворение и анодных добавок.

Примеси могут ускорить течение коррозии в полтора-два раза. Но такой же эффект может наблюдаться и при нанесении слишком чистого материала без правильно подобранных легирующих компонентов.

Это позволяет сделать вывод, что гнаться только за чистотой не стоит, нужно правильно выбирать добавки в зависимости от типа среды и следить за тем, чтобы общее их содержание оставалось ниже 1%.

Методы увеличения стойкости цинкового покрытия

Из описанного выше может сложиться впечатление, что цинк не такое надежное средство для защиты металлов.

Это не так. Важно правильно выбирать состав материала для нанесения покрытия и грамотно подходить к самому процессу оцинковки.

Чтобы покрытие стало более качественным, его нужно правильно пассивировать. Значительно влияет на коррозийную стойкость использование следующих видов пассиваторов:

  • ангидрид (СгО3);
  • бихроматы (Сr2О 2- 7);
  • фосфаты (PO 3- 4).

Элементы дают значительный прирост уровня защищенности при контакте с агрессивными средами. Но при использовании такого метода важна правильная обработка поверхности. На предприятии выполняется также обезжиривание, промывка и травление заготовок.

Сильно увеличивает коррозийную стойкость и использование внешнего полимерного покрытия.

Оно работает также как и цинковое – не допускает контакта материала с агрессивными средами, стимулирующими возникновение процесса окисления. В качестве альтернативы можно использовать и ряд других распространенных способов.

При выборе вида цинкования, важно понимать, где вы будете использовать изделие, какие риски представляет среда, какая специфика протекания катодно-анодного процесса.

Стоит понимать степень загрязненности, химический состав окружения, максимальные и минимальные температуры, другие потенциальные факторы, стимулирующие коррозию.

Наша компания поможет защититься от коррозии

Выполняем оцинковку на собственных производственных мощностях. Все работы проводятся в точном соответствии с ГОСТ 9.307-89. Метод обработки – горячее цинкование металла.

В пользу выбора компании говорит три причины:

  • Три цеха для проведения работ. Это ускоряет работу с заказами. Производственная мощность составляет более 120 тысяч тонн в год.
  • Установлена самая глубокая ванна для цинкования в ЦФО. Ее глубина составляет 3,43 метра. Это позволяет работать даже с большими металлическими заготовками.
  • Дается гарантия качества. Работы ведутся в точном соответствии с ГОСТ, установлено оборудование от таких европейских фирм, как KVK KOERNER и EKOMOR.

Оставьте заявку или звоните. Выберем лучший вариант состава покрытия в зависимости от области использования, ответим на вопросы про потенциальные риски и расчет длительности защиты с использованием цинкования. Работаем с клиентами со всей России.

Соль цинка или меди (ii) и ее применение в качестве биоцида

Соль цинка или меди (ii) и ее применение в качестве биоцида

Изобретение относится к новым химическим соединениям — солям цинка и меди с органическими кислотами, которые могут найти применение в качестве биоцидов, предназначенных, например, для введения в состав полимерных материалов, дезинфекционных и антисептических составов, обработки древесины, бумаги, строительных конструкций и иных материалов с целью предотвращения их порчи под воздействием биологических объектов (микроорганизмов, грибков, водорослей), создания различных изделий с биоцидными свойствами и др. Соль цинка или меди (II) общей формулы CH2=C(R 1 )COO-M-OCOC6H3R 2 R 3 , где M — Zn или Cu, R 1 выбран из группы, включающей водород и метил, R 2 выбран из группы, включающей водород и OH, R 3 выбран из группы, включающей алкил и группу SO2OH. Изобретение также относится к применению в качестве биоцида соли цинка или меди (II) общей формулы CH2=C(R 1 )COO-M-OCOC6H3R 2 R 4 , где M — Zn или Cu, R 1 выбран из группы, включающей водород и метил, R 2 выбран из группы, включающей водород и ОН, R 4 выбран из группы, включающей водород, алкил и группу SO2OH. Полученные соли цинка или меди (II) обладают высокой биоцидной активностью и широким спектром воздействия на биологические объекты. 2 н.п. ф-лы, 4 табл., 23 пр.

Читайте так же:
Поперечное сечение что это

Изобретение относится к новым химическим соединениям — солям цинка и меди с органическими кислотами, которые могут найти применение в качестве биоцидов, предназначенных, например, для введения в состав полимерных материалов, дезинфекционных и антисептических составов, обработки древесины, бумаги, строительных конструкций и иных материалов с целью предотвращения их порчи под воздействием биологических объектов (микроорганизмов, грибков, водорослей), создания различных изделий с биоцидными свойствами и др.

Известны различные соединения цинка и меди, проявляющие биоцидную активность, в частности, оксиды и неорганические соли цинка и меди (RU 95102413, C09D 5/14, 1997; RU 2162870, C09D 5/02, C09D 5/14, 2001; RU 2395548, C09D 5/14, B82B 1/00,2010; RU 2398804, C09D 5/14, A01N 59/00, A01N 47/00, B82B 1/00,2010; US 5540954, A01N 59/16, A01N 59/20, B27K 3/52, B05D 07/06, A01N 31/08, A01N 31/00, 1996; US 6858658, A01N 59/20, A01N 59/16, C09D 5/16, C08K 03/10, C08K 03/18, C08K 03/22, 2005; US 20080219944, C09D 5/16, 2008; US 20090223408, C09D 5/16, C09D 5/14, 2009), нафтенаты или резинаты цинка и меди (RU 2377121, B27K 3/50, B27K 3/52, B27K 3/22, 2009; ЕР 2161316, C09D 133/06, C09D 133/12, C09D 143/04, C09D 5/16, C09D 7/12, 2010; EP 2360214, C09D 143/04, C09D 193/04, C09D 5/16, 2011; US 4258090, C04B 41/45, C04B 41/52, C04B 41/60, C04B 41/70, B05D 03/02,1981), аммиачные комплексы солей цинка (US 5460644, C08K 3/10, C08K 3/00, C09D 5/14, C09D 5/00, 1995), пиритионаты цинка и меди — бис-(2-пиридилтио)-1,1′-диоксиды (RU 2111993, C09D 5/14, C09D 5/16, 1998; RU 2415168, C09D 5/16, C09D 5/14, 2011; US 5185033, C09D 5/14, C09D 5/16, 1993; US 5298061, C09D 5/16, C09D 5/14, 1994; US 5717007, C09D 5/16, C08L 33/10, C08K 05/17, C08K 05/18, 1998; US 6399560, A01N 43/40, A01N 43/34, A61L 2/18, C11D 3/48, 2002; US 7410553, D21C 5/02, B32B 27/04, D21G 1/02, 2008). Указанные соединения применялись с различной степенью эффективности в качестве добавок к покрытиям, предназначенным для обработки строительных конструкций и для предотвращения обрастания подводных конструкций и частей судов, а также для обработки бумаги и древесины.

Наиболее близкой к предложенным соединениям является соль цинка с уксусной и метакриловой кислотами, т.е. метакрилат-ацетат цинка (далее — МАЦ), проявляющий определенную биоцидную активность в составе водной стиролакриловой дисперсии, используемой в качестве полимерной грунтовки при получении лакокрасочных покрытий на различных поверхностях (RU 2315793, C09D 5/14, C09D 131/02, C09D 133/10, 2008).

Для создания новых средств воздействия на разнообразные биологические субстраты предложена соль цинка или меди (II) общей формулы

где M — Zn или Cu,

R 1 выбран из группы, включающей водород и метил,

R 2 выбран из группы, включающей водород и OH,

R 3 выбран из группы, включающей алкил и группу SO2OH.

Для решения этой же задачи предложено также применение в качестве биоцида соли цинка или меди (II) общей формулы

где M — Zn или Cu,

R 1 выбран из группы, включающей водород и метил,

R 2 выбран из группы, включающей водород и OH.

R 4 выбран из группы, включающей водород, алкил и группу SO2OH.

Неожиданно было обнаружено, что соли цинка и меди (II), отвечающие формуле (2), которая охватывает новые соединения формулы (1), а также ранее известные акрилат-бензоат цинка и метакрилат-бензоат меди (CN 102167775, 2011), биоцидная активность которых не была известна, обладают значительно более высокой биоцидной активностью, чем МАЦ, и при этом широким спектром воздействия на биологические объекты. Так, они могут быть использованы не только в составе покрытий, но и в дезинфицирующих составах различного назначения, составах для обработки бумаги и древесины, полимерных композициях с повышенной устойчивостью к грибковым поражениям, а также во многих способах предотвращения отрицательного воздействия биологических объектов на организмы и материалы.

Сущность изобретения иллюстрируется приведенными ниже примерами. Примеры 1-8 иллюстрируют получение и свойства конкретных представителей предложенного ряда веществ, примеры 9-23 — их бактерицидную и фунгицидную активность.

Пример 1. В круглодонную колбу емкостью 500 мл помещают 10 г сульфосалициловой кислоты, 100 мл дистиллированной воды и перемешивают до полного растворения сульфосалициловой кислоты. Затем к раствору при постоянном перемешивании постепенно добавляют взвесь 3,64 г окиси цинка в 50 мл дистиллированной воды, после чего добавляют 3,2 г акриловой кислоты и перемешивают до полного растворения взвеси. Полученный раствор упаривают досуха при температуре не выше 70°C, и полученный твердый продукт подвергают перекристаллизации из дистиллированной воды. Получают 12,1 г растворимого в воде порошкообразного акрилат-сульфосалицилата цинка, отвечающего приведенной выше общей формуле при R 1 =H, R 2 =SO2OH, R 3 =H (выход — 79% от стехиометрического). Результаты элементного анализа солей, полученных по этому и последующим примерам, приведены в таблице 1.

Читайте так же:
Обозначение диаметра на чертеже гост

Пример 2. Метакрилат-бензоат цинка (R 1 =CH3, R 2 =H, R 3 =OH) с температурой плавления 283°C получают с выходом 68% от стехиометрического аналогично примеру 1, используя бензойную и метакриловую кислоты вместо сульфосалициловой и акриловой (соответственно).

Пример 3. Метакрилат-салицилат цинка (R 1 =CH3, R 2 =H, R 3 =OH) с температурой плавления 250°C получают с выходом 80% от стехиометрического аналогично примеру 1, используя салициловую и метакриловую кислоты вместо сульфосалициловой и акриловой (соответственно).

Пример 4. Метакрилат-сульфосалицилат цинка (R 1 =CH3, R 2 =SO2OH, R 3 =OH) с температурой плавления 238°C получают с выходом 82% от стехиометрического аналогично примеру 1, используя метакриловую кислоту вместо акриловой.

Пример 5. Метакрилат-толуилат цинка (R 1 =CH2, R 2 =CH3, R 3 =H) получают с выходом 80% от стехиометрического аналогично примеру 1, используя толуиловую и метакриловую кислоты вместо сульфосалициловой и акриловой (соответственно).

Пример 6. Акрилат-бензоат цинка (R 1 =H, R 2 =H, R 3 =H) с температурой плавления 238°C получают с выходом 55% от стехиометрического аналогично примеру 1, используя бензойную кислоту вместо сульфосалициловой. Строение полученного индивидуального соединения подтверждено исследованием спектров ЯМР. В спектре ЯМР 1 H мультиплеты в областях 5.62÷5.72 и 6.15÷6.30 м.д. принадлежат протонам акрилатной группы H2C=CH-C(O)O. Бензойная группа дает сигналы при δH 7.38 (триплет), 7.48 (триплет) и 8.06 м.д. (дублет). В спектре ЯМР 13 C бензойная группа дает сигналы δC 129.0 (м-CH), 131.0 (о-CH), 132.8 (n-CH), 135.2 (C1), 175.4 м.д. (OC(=O)), а акрилатная группа — сигналы 5 с 129.0 и 133.2 (H2C=CH-), 175.1 м.д. (OC(=O)).

Пример 7. Акрилат-бензоат меди (R 1 =H, R 2 =H, R 3 =H) получают с выходом 55% от стехиометрического аналогично примеру 1, используя бензойную кислоту вместо сульфосалициловой и окись меди вместо окиси цинка.

Пример 8. Метакрилат-салицилат меди (R1=CH3, R2=H, R 3 =OH) получают с выходом 85% от стехиометрического аналогично примеру 1, используя салициловую и метакриловую кислоты вместо сульфосалициловой и акриловой (соответственно) и окись меди вместо окиси цинка.

Пример 9. Определяют бактерицидную активность метакрилат-салицилата цинка, полученного в соответствии с примером 3, и метакрилат-сульфосалицилата цинка, полученного в соответствии с примером 4, по известному методу (RU 2378363, C12N 1/00, C12Q 1/00, 2010), основанному на экспозиции культуры бактерий в растворе бактерицидного вещества в течение определенного времени с последующей его нейтрализацией и высевом культуры на твердую питательную среду. О чувствительности микроорганизмов к дезинфицирующему средству судят по росту микроорганизмов на питательной среде до 300 КОЕ/мл (КОЕ — колониеобразующая единица), при этом, при росте до 100 КОЕ/мл судят о неполном бактерицидном действии, при росте 100-300 КОЕ/мл — о суббактерицидном действии, при росте более 300 КОЕ/мл — об устойчивости микроорганизмов к дезинфицирующему средству. Определение проводят на тест-штаммах E.coli №906 и S.aureus №1257, традиционно используемых для изучения бактерицидной активности биоцидов, а также на клинических штаммах — P.aeruginosa и метициллинорезистентный штамм S.aureus, — при концентрациях солей от 0,5 до 2% и времени экспозиции от 5 до 60 мин. Результаты испытаний приведены в таблице 2. Из таблицы 2 видно, что метакрилат-салицилат цинка в концентрации 1,0% показывает устойчивое бактерицидное действие в отношении всех штаммов при времени экспозиции от 30 мин., а в концентрации 2,0% — при времени экспозиции от 5 мин. Устойчивое бактерицидное действие метакрилат-сульфосалицилата цинка в концентрации 1,0% в отношении трех из четырех исследованных штаммов проявляется также при времени экспозиции от 30 мин.

Пример 10 (сравнительный). Тем же методом, что в примере 9, определяют бактерицидную активность МАЦ в отношении трех штаммов из четырех, на которых проводились определения в примере 9. Результаты испытаний приведены в таблице 3. Из таблицы 3 видно, что бактерицидная активность МАЦ существенно ниже бактерицидной активности предложенных солей: он показывает устойчивое бактерицидное действие в отношении E.coli №906 при времени экспозиции от 30 мин. при концентрации от 1,0 до 2,5%, в отношении P.aeruginosa — лишь при концентрации от 2,5%, и при этом не вполне устойчивое, а в отношении S.aureus №1257 его действие не выходит за пределы суббактерицидного и при этом лишь при концентрации 2,5% и времени экспозиции 60 мин.

Примеры 11-23. Фунгицидную активность предлагаемых солей определяют, испытывая образцы различных материалов, обработанных этими солями, на устойчивость по отношению к спорам грибов по ГОСТ 30028.4-2006. Результаты испытаний в виде времени устойчивости (в сутках) приведены в таблице 4, где для сравнения приведены также времена устойчивости необработанных материалов и материалов, обработанных МАЦ. Из таблицы 4 видно, что фунгицидная активность предложенных солей превосходит фунгицидную активность МАЦ.

1. Соль цинка или меди (II) общей формулы

где M-Zn или Cu,
R 1 выбран из группы, включающей водород и метил,
R 2 выбран из группы, включающей водород и OH,
R 3 выбран из группы, включающей алкил и группу SO2OH.

2. Применение в качестве биоцида соли цинка или меди (II) общей формулы

где M-Zn или Cu,
R 1 выбран из группы, включающей водород и метил,
R 2 выбран из группы, включающей водород и OH,
R 4 выбран из группы, включающей водород, алкил и группу SO2OH.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector