Получение и свойства интерполимерных комплексов, способных к структурообразованию почв
177
Журнал прикладной химии. 2019. Т. 92. Вып. 2
УДК 541.64:631.4
ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ИНТЕРПОЛИМЕРНЫХ КОМПЛЕКСОВ,
СПОСОБНЫХ К СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЮ ПОЧВ
© Ж. С. Касымова, Л. К. Оразжанова, А. Н. Кливенко,
Б. Х. Мусабаева, Д. К. Асержанов
Государственный университет им. Шакарима города Семей, Республика Казахстан
E-mail: kasymova-z@mail.ru
Поступила в Редакцию 31 августа 2018 г.
После доработки 22 ноября 2018 г.
Принята к публикации 29 ноября 2018 г.
Исследовано комплексообразование между биополимерами — катионным полиэлектролитом хитоза-
ном и анионным полиэлектролитом натрийкарбоксиметилцеллюлозой. Методами кондуктометрии,
ИК Фурье-спектроскопии установлен состав образующегося интерполимерного комплекса. Получен-
ный интерполимерный комплекс, а также исходные комплексообразующие полимеры были впервые
применены в качестве почвенных структурообразователей на урбаноземах. Обработка урбанозема
интерполимерным комплексом привела к агрегированию почвенных частиц и улучшению водопрони-
цаемости почвы.
Ключевые слова:
интерполимерный комплекс, хитозан, натрийкарбоксиметилцеллюлоза, урбанозем,
водопроницаемость почвы, структурирование почвы.
DOI: 10.1134/S0044461819020063
В последние годы научный и прикладной интерес
представляет изучение межмолекулярных взаимо-
действий химически комплементарных макромоле-
кул с образованием интерполимерных комплексов
(ИПК) нового поколения – эффективных структу-
рообразователей почв и грунтов. ИПК способны в
максимально короткие сроки (несколько часов с мо-
мента внесения) увеличить
количество водопрочных
(>0.25 мм) и ветроустойчивых (>1 мм) агрономически
ценных агрегатов в почве до оптимальных параме-
тров (более 55%) и тем самым оказывают разносто-
роннее воздействие на плодородие почвы: улучшают
водно-физические и химические свойства, усили-
вают биологическую активность почв, повышают
противоэрозионную стойкость почв, предотвращают
эрозионные процессы, что в конечном счете не только
положительно сказывается на
вегетации сельскохо-
зяйственных культур и их урожайности, но и явля-
ется лимитирующим фактором для успешного при-
менения агрохимических, мелиоративных и других
почвоулучшающих мероприятий [1–6]. Обусловлено
это сочетанием уникальных физико-химических, кол-
лоидных и механических свойств ИПК [5, 7–9].
Исследование этих вопросов имеет огромное как
теоретическое, так и практическое значение и в ус-
ловиях Республики Казахстан, где 4.95 млн га земель
сельскохозяйственных угодий являются активными
очагами водной и 24.168
млн га ветровой эрозии
почв [10]. Значительная часть этих земель неодно-
кратно подвергалась смыву и выдуванию, что при-
вело к сокращению не только пашни, но и пастбищ-
ных угодий. Преобладание ветровой эрозии связано,
во-первых, с равнинным рельефом большей части
Казахстана, во-вторых, с частыми сильными ветрами
и, в-третьих, с легким механическим составом почвы
(песчаным, супесчаным). В результате эрозионных
процессов наблюдается
ускоренная дегумификация
почв (ежегодная потеря гумуса составляет порядка
1 т·га
–1
) [11]. Однако в Республике Казахстан до на-
стоящего времени недостаточно уделяют внимания
оптимизации физических условий плодородия почв,
в том числе и при помощи искусственных струк-
турообразователей. Экспериментальные данные по
восстановлению оптимальной водопрочной и ветро-
устойчивой структуры почв при помощи ИПК прак-
тически отсутствуют.
При создании ИПК для решения экологических
проблем рассматриваются биосовместимые с жи-
выми тканями, биоинертные, биоразлагаемые при-
родные полимеры [12–18]. К
числу перспективных,
в частности, относятся рассматриваемые в данной
работе природные полисахариды хитозан (ХТЗ) и
натрийкарбоксиметилцеллюлоза (Na-КМЦ) [18, 19].
Существуют определенные технологические преи-
мущества, способствующие освоению приведенных
полимеров в промышленности: наличие распростра-
ненной и ежегодно возобновляемой сырьевой базы,
дешевизна и доступность производства [18, 20, 21].
В то же время методы синтеза и физико-химические
свойства ИПК, включающих указанные полимеры, до
сих пор мало изучены.
Получение и исследование ИПК на основе биопо-
лимеров ХТЗ и Na-КМЦ невозможно без характери-
стики каждого из компонентов в отдельности.
Биополимер ХТЗ (поли β-1,4-2-дезокси-2-ами-
но-D-глюкопираноза) — продукт деацетилирования
природного полисахарида хитина. Известно [21, 22],
что наличие аминогрупп обусловливает поведение
ХТЗ в растворе как полиэлектролита катионного ти-
па, ХТЗ обладает рН-зависимой растворимостью
(способностью легко растворяться в кислых сре-
дах и не растворяться в нейтральных и щелочных).
Характерным свойством
ХТЗ является способность
его функциональных амино- и гидроксогрупп к об-
разованию внутримолекулярных и межмолекулярных
водородных связей, стабилизирующих различные
конформационные состояния макромолекул ХТЗ в
растворе — от глобулы до вытянутой цепи [21, 23, 24].
Na-КМЦ — натриевая соль карбокси-
метилцеллюлозы с химической формулой
[C
6
H
7
O
2
(OH)
3–
x
(OCH
2
COONa)
x
]
n
, где
х
= 0.08–1.5,
n
= 370–2950, производное целлюлозы, в которой
карбоксиметильная группа (–CH
2
COOH) соединяется
с гидроксильными группами глюкозных мономеров и
в водных растворах обладает свойствами полианиона.
На свойства полиэлектролита влияет молекулярная
масса и степень замещения в макромолекулярной
цепи гидроксильных групп карбоксиметильными.
Na-КМЦ способна формировать вязкий коллоидный
раствор, длительное время не
утрачивающий своих
свойств.
Таким образом, ХТЗ и Na-КМЦ благодаря широ-
кому набору активных функциональных групп кати-
онного и анионного характера обеспечивают возмож-
ность образования между полимерами ион-ионных
связей различной прочности, что создает предпо-
сылки для регулирования активности и стабильности
ИПК.
Целью настоящего исследования являлась раз-
работка метода получения ИПК с высокими показа-
телями физико-механических свойств и структуро -
образующих способностей из природных полисаха-
ридов ХТЗ и Na-КМЦ для освоения приемов направ-
ленного структурирования
почв в условиях опусты-
нивания.
