ИССЛЕДОВАНИЕ  НЕКОТОРЫХ  ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ  СВОЙСТВ  КОМПОЗИЦИОННЫХ  ГИДРОГЕЛЕВЫХ  МАТЕРИАЛОВ  НА  ОСНОВЕ  СШИТОГО  ПОЛИАКРИЛАМИДА  И  ПРИРОДНЫХ  МИНЕРАЛОВ

Жиенбекова  Алма  Есканатовна

магистрант  2  курса,  кафедра  химии,  ГУ,  Республика  Казахстан,  г.ºСемей

E-mail: 

Кудайбергенов  Саркыт  Елекенович

научный  руководитель,  д-р  хим.  наук,  профессор,  ГУ,  Республика  Казахстан,  г.  Семей

E-mail:  skudai@mail.ru

Анaлиз  литерaтурных  дaнных  [1,  с.  14],  [2,  с.  4—5],  [3.  с.  11],  [4,  с.  7]  покaзaл,  что  одним  из  важных  современных  направлений  в  области  полимерного  материаловедения  является  создание  композиционных  гидрогелевых  материалов.  Композиционные  гидрогели  являются  предметом  интенсивных  исследований  как  отечественных  (Е.Е.  Ергожин,  A.К.  Жaрмaгaмбетова,  Е.A.  Бектуров,  C.Е.  Кудaйбергенов),  так  и  зарубежных  (K.  Haraguchi,  O.  Okay,  T.  Takehisa  и  др.)  авторов.  Объединение  органического  полимера  и  неорганической  части  композитной  структуры  (в  качестве  которых  используют  глинистые  минералы)  в  единый  материал,  предопределяет  его  исключительные  свойства  и  увеличивает  функциональность,  благодаря  способности  к  отклику  на  ряд  определенных  внешних  воздействий  [5,  с.  64].  Несмотря  на  огромное  количество  научных  публикаций,  посвященных  рассмотренным  объектам,  остается  еще  много  вопросов  по  выявлению  механизма  образования  гибридных  систем  [6,  с.  5017],  природы  взаимодействия  компонентов;  поиска  универсального  метода  синтеза  композиционных  гидрогелевых  материалов  с  определенной  структурой  и  заданными  параметрами  свойств  [7,  с.  1121].

В  данной  работе  приведен  способ  получения  композиционного  гидрогелевого  материала  на  основе  гидрогеля  полиакриламида  (ПААГ)  и  природных  минералов  (каолинита,  бентонита  и  монтмориллонита)  методом  in  situ  и  изучены  некоторые  физико-химические  свойства  полученных  материалов.  Достоинство  данного  метода  заключается  в  гомогенном  диспергировании  полученных  микрочастиц  в  полимере,  недопуская  при  этом  разделения  компонентов  на  2  фазы.  Прививка  полимера  к  поверхности  или  полимеризация  мономера  на  поверхности  микрочастиц  дает  возможность  получить  композиционный  материал  (Рисунок  1).

Рисунок  1.  Фото  образцов  композиционных  материалов  на  основе  ПААГ  и  каолина  (а),  бентонита  (б)  и  монтмориллонита  (в),  полученных  методом  in  situ

Для  синтеза  композиционных  гидрогелевых  материалов  использованы  акриламид  (АА),  фирмы  «Aldrich  Chemical  Co.»  (США),  N,N-метилен-бис-акриламид  (МБАА),  фирмы  «Reanal»  (Венгрия),  инициатор  —  персульфат  аммония  (ПСА),  катализатор  —  N,N,NN^,  —  тетраметилэтилендиамин  (ТМЭД),  а  также  глины  -  каолинит,  бентонит  и  монтмориллонит  —  фирмы  «Алтей».

В  работе  рассмотрены  некоторые  физико-химические  свойства  полученных  материалов,  в  частности,  —  динамика  набухания  композиционных  гидрогелей  в  дистиллированной  воде,  поведение  композиционных  гидрогелей  в  зависимости  от  температуры  и  в  смеси  водно-органических  растворителей.

Одной  из  важных  характеристик  полимерных  сеток  являются  параметры  равновесного  набухания  (α)  и  сжатия  (β),  которые  определяются  природой  растворителя,  полимера  и  густотой  пространственной  сетки.  На  рисунках  2—4,  приведены  кинетика  набухания  и  сжатия  гидрогелей,  полученных  в  различных  условиях.

Рисунок  2.  Временная  зависимость  степени  набухания  композиционных  материалов  в  воде,  содержащих  бентонит  (черная  линия),  монтмориллонит  (синяя  линия),  каолин  (красная  линия).  Содержание  минералов  в  матрице  ПААГ  5  %,  сшивающего  агента  20  мг

Из  данных  рисунка  2  следует,  что  с  увеличением  времени  набухания  увеличивается  соответственно  и  степень  набухания  композиционных  гидрогелей.  Видно,  что  наибольшей  степенью  набухания  в  воде  обладает  образец  на  основе  бентонита,  наименьшей  —  образец  на  основе  каолина.

На  рисунках  3  и  4  показано  влияние  природы  органического  растворителя  на  степень  сжатия  гидрогелей.  Определенный  интерес  представляет  поведение  композиционных  материалов  в  смеси  вода-ацетон  и  вода-этанол.  С  увеличением  содержания  органического  растворителя  в  смеси  наблюдается  постепенное  сжатие  сетки.  При  составе  смеси  вода:ацетон  (этанол),  равном  50:50  об.%,  все  образцы  коллапсируют.  Это  связано  с  ухудшением  термодинамического  качества  растворителя  по  отношению  к  матрице  ПААГ.

Рисунок  3.  Поведение  композиционных  гидрогелей  на  основе  бентонита  (черная  линия),  монтмориллонита  (красная  линия)  и  каолина  (синняя  линия)  в  смеси  вода-ацетон

Рисунок  4.  Поведение  композиционных  гидрогелей  на  основе  бентонита  (синяя  линия),  монтмориллонита  (черная  линия)  и  каолина  (красная  линия)  в  смеси  вода-этанол

На  рисунке  5  приведен  один  из  способов  изучения  поведения  композиционных  гидрогелей  в  зависимости  от  температуры.  Измерение  проводили  на  специальном  термостате  путем  измерения  диаметра  образцов  в  диапазоне  температур  от  25  до  70⁰С.

Рисунок  5.  Способ  изучения  композиционных  гидрогелей  в  зависимости  от  температуры

Рисунок  6.  Зависимость  диаметра  гидрогелей  на  основе  бентонита  (черная  линия),  монтмориллонита  (красная  линия),  каолина  (синяя  линия)  от  температуры

По  данным  рисунка  6,  изменение  температуры  практически  не  оказывает  влияния  на  степень  набухания  композитных  гидрогелей.

На  основании  полученных  результатов  можно  сделать  следующие  выводы:

1.  Найдены  оптимальные  условия  синтеза  органо-неорганических  композиционных  гидрогелей  методом  in  situ.

2.  Получены  образцы  органо-неорганических  композиционных  гидрогелей  с  различным  содержанием  неорганических  компонентов  —  бентонит,  монтмориллонит  и  каолин,  с  концентрацией  5  %,  10  %,  15  %,  20  %,  30  %,

3.  Установлено,  что  степень  набухания  исследованных  образцов  в  воде  увеличивается  в  следующей  последовательности:  ПААГ-бентонит  >  ПААГ-монтмориллонит  >  ПААГ-каолин.

4.  Изучено  влияние  смеси  вода-ацетон  и  вода-этанол  на  поведение  композиционных  гидрогелей.  При  составе  растворителей  вода:ацетон  (этанол),  равном  50:50  об.%,  все  образцы  коллапсируют.

5.  Изменение  температуры  практически  не  оказывает  влияния  на  степень  набухания  композиционных  гидрогелей.

Список  литературы:

1. БектуровºЕ.A.,  КудaйбергеновºС.Е.  Кaтaлиз  полимерaми.  Aлмa-Aтa:  Нaукa,  1986.  —  244ºc.
2. ЕргожинºЕ.Е.,  AкимбековaºA.М.  Оргaноминерaльные  сорбенты  и  полифункционaльные  системы  нa  основе  природного  aлюмосиликaтного  и  угольно-минерaльного  сырья.  Aлмaты:  Print-S,  2007.  —  373ºc.
3. ЖaрмaгaмбетовaºA.К.,  БектуровºЕ.A.  Кaтaлизaторы  нa  основе  полимерметaллических  комплексов  //  Сб.Кaтaлиз.  —  1998.  —  T.  2.  —  12—23ºс.
4. КудайбергеновºС.Е.,  ИбраеваºЖ.Е.,  ЯшкароваºМ.Г.,  БектуровºЕ.А.  Композиционные  гидрогелевые  материалы,  Семей:  2011.  —  148ºс.
5. ЛипатовºЮ.С.  Композиционные  полимерные  материалы.  Киев:  Наука.,  1975.  —  190ºс.
6. CanºV.,  AbdurrahmanogluºS.,  OkayºO.  Unusual  swelling  behavior  of  polymereclay  nanocomposite  hydrogels  //  Polymer.  —  2007.  —  V.  48.  —  P.º5016—5023.  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.kimya.itu.edu.tr/ookay/07polycan.pdf  (дата  обращения  15.01.2014).
7. HaraguchiºK.,  TakehisaºT.  Nanocomposite  hydrogels:  a  unique  organic–inorganic  network  structure  with  extraordinary  mechanical,  optical,  and  swelling/de-swelling  properties  //  Adv.  Mater.  —  2002.  —  V.  14.  —  P.º1120—1124.  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.readcube.com/articles/10.1002/1521  4095(20020816)14:16<1120:  :AID-ADMA1120>3.0.CO;2-9?locale=en  (дата  обращения  28.12.2013).