ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ НАБУХАНИЯ ГИДРОГЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ СОПОЛИМЕРОВ АКРИЛАМИДА И АКРИЛАТА КАЛИЯ (НАТРИЯ)
Аннотация
Полиэлектролитные гидрогели нашли широкое применение в медицине, аналитическом контроле, сельском хозяйстве. Гидрогели отличаются способностью абсорбировать и удерживать воду в количествах, в тысячи раз превышающих их собственную массу. При этом изменением рН растворов возможно регулирование сорбционной емкости гидрогелей. Обоснована актуальность исследования свойств полиэлектролитных гидрогелей при различных соотношениях их составных компонентов и рН растворов. Для установления количественного состава исследуемых гидрогелей применена известная модель, основанная на сопоставлении характеристических линий ИК спектров компонентов гидрогелей. Методом термогравиметрии установлена связь между устойчивостью, степенью набухания и влагоудержанием гидрогелей от мольного содержания в них акрилата натрия (калия). Исследована кинетика набухания гидрогелей в водных растворах при рН от 2 до 12. С увеличением содержания акрилата в составе геля от 8,3 до 18,8 мольн.% при прочих равных условиях возрастает степень его набухания на 15-20%; влагоудержание при 30 °С на 12%, а при 80 °С – на 14%. Получены прямолинейная зависимость степени набухания гидрогелей от рН среды и экспоненциальная зависимость скорости набухания гидрогелей от рН среды (R2 ≥ 0,98). Степень набухания исследуемых гидрогелей максимальна в щелочной среде и составляет ~123 г/см3 при рН 12,2. Рассчитанные коэффициенты скорости набухания гидрогелей в различные моменты времени показали постоянный во времени характер абсорбции водных растворов в кислой и нейтральной средах. В щелочной среде скорость поглощения раствора гидрогелями неравномерна и имеет выраженный минимум через 2 ч от начала набухания. Выбраны кинетические модели для достоверного описания набухания гидрогелей при различных значениях рН растворов.
Литература
Shahno O.V., Krul' L.P. Features of degradation of poly-electrolyte hydrogels based on functionalized polyacrylamides during thermal combustion. Dokl. NAN Belarusi. 2016. V. 60. N 1. P. 54-60 (in Russian).
Bahram M., Mohseni N., Moghtader M. An Introduction to Hydrogels and Some Recent Applications. 2016. INTECHOPEN. London. P. 2-38. DOI: 10.5772/64301.
Bozo I.Ya., Bilyalov A.I., Malikeev M.O., Deev R.V. Geneactivated hydrogels in regenerative medicine. Geny Kletki. 2019. V. 14. N 1. P. 16-21 (in Russian). DOI: 10.23868/201903001.
Pawar S.N., Edgar K.J. Alginate derivatization: a review of chemistry, properties and applications. Biomaterials. 2012. V. 33. N 11. P. 3279-3305. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2012.01.007.
Iutynska G.O., Vortman M.Ya., Abdulina D.R., Kopteva Zh.P., Kopteva A.Ye., Rudenko A.V., Tretyak V.V., Lemeshko V.N. Biodegradation and antimicrobial activity of guandine-containing polyethylene oxide hydrogel. Biotechnol. ACTA. 2020. V. 13. N 4. P. 60-70. DOI: 10.15407/biotech13.04.060.
Safarov F.E., Gusarova E.I., Karazeev D.V., Arslanov I.R., Telin A.G., Dokichev V.A. Production of polyacryla-mide hydrogels for limiting water flows during the develop-ment of oil and gas fields. Zhurn. Prikl. Khim. 2018. V. 91. N 5. P. 755-759 (in Russian).
Neethu T.M., Dubey P., Kaswala A. Prospects and Applications of Hydrogel Technology in Agriculture. IJCMAS. 2018. N 7. P. 3155-3162. DOI: 10.20546/ijcmas.2018.705.369.
Rabadanov R.G. Absorption properties of Highly Swelling Polymer Hydrogels Used in agriculture. Agrar. Rossiya. 2017. N 6. P. 15-18 (in Russian).
Sukhanov P.T., Kushnir A.A., Bondareva L.P. Effect of swelling of polymers based on N-vinylpyrrolidone on the sorption of nitrophenols. Fizikohim. Pov-ti i Zashchita Mater. 2020. V. 56. N 2. P. 138-141 (in Russian). DOI: 10.31857/S0044185620020266.
Wang Y., Zhu Y., Hu Y., Zeng G., Zhang Y., Zhang Ch., Feng Ch. How to Construct DNA Hydrogels for Envi-ronmental Applications: Advanced Water Treatment and En-vironmental Analysis. Small. 2018. N 14. P. 1703305. DOI: 10.1002/smll.201703305.
Meshkov I.V., Mazhorova N.G., Zhemchugov P.V., Kalinina A.A., Vasilev S.G., Bystrova A.V., Lyubimov S.E., Tereshchenko A.S., Muzafarov A.M. Iron-containing polymethylsilsesquioxane hydrogels as polymer bases for sorbents of hydrogen sulfide from environment. INEOS OPEN. 2019. V. 2. N 4. P. 140-144. DOI: 10.32931/io1920a.
Hendi A., Umair Hassan M., Elsherif M., Alqattan B., Park S., Yetisen A.K., Butt H. Healthcare Applications of pH-Sensitive Hydrogel-Based Devices: A Review. Int. J. Nanomedicine. 2020. N 15. P. 3887-3901. DOI: 10.2147/IJN.S245743.
Bhattacharyya A., O'Bryan Ch., Ni Y., Morley C. D., Taylor C.R., Angelini T.E. Hydrogel compression and pol-ymer osmotic pressure. Biotribology. 2020. V. 22. P. 100125. DOI: 10.1016/j.biotri.2020.100125.
Lanthong P., Nuisin R., Kiatkamjornwong S. Graft co-polymerization, characterization, and degradation of cassava starch-g-acrylamide/itaconic acid superabsorbents. Carbohyd. Polym. 2006. N 66. P. 229-245. DOI: 10.1016/j.carbpol.2006.03.006.
Vallés E., Durando D., Katime I., Mendizabal E., Puig J. Equilibrium swelling and mechanical properties of hydrogels. Polymer Bull. 2000. N 44. P. 109-114. DOI: 10.1007/s002890050580.
Dan S., Banivaheb S., Hashemipour H., Kalantari M. Synthesis, characterization and absorption study of chitosan-g-poly(acrylamide-co-itaconic acid) hydrogel. Polym. Bull. 2021. N 78. DOI: 10.1007/s00289-020-03190-8.
Czarnecka E., Nowaczyk J. Semi-Natural Superabsorbents Based on Starch-g-poly(acrylic acid): Modification, Synthesis and Application. Polymers. 2020. N 12. P. 1794. DOI: 10.3390/polym12081794.
Shcherbakova Ya.I., Efimov N.N., Mikhaiylova A.V., Savvin S.B., Minin V.V. Features of complex formation of transition metals with hydrogels. Zhurn. Neorg. Khim. 2013. V. 58. N 7. P. 936-939 (in Russian). DOI: 10.7868/S0044457X13070210.
Mokshina N.Ya., Pakhomova O.A., Shatalov G.V., Kosinova I.I. Interphase distribution of some amino acids in extraction systems based on N-vinyl formamide copolymers. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 1. P. 4-10. DOI: 10/6060/ivkkt.20196201.5763.
Magalhães A.S., Neto M., Bezerra M., Ricardo N., Feitosa J. Application of ftir in the determination of acrylate content in poly (sodium acrylate-CO-acrylamide) superabsorbent hydrogels. Quím. Nova. 2011. N 35. P. 1464-1467. DOI. 10.1590/S0100-40422012000700030.
Ismail H., Irani M., Ahmad Z. Starch-Based Hydrogels: Present Status and Applications. Int. J. Polym. Mater. Polym. Biomater. 2013. N 62. P. 411-420. DOI: 10.1080/00914037.2012.719141.
Magalhães A.S.G., Neto M.P.A., Bezerra M.N., Ricardo N.M.P.S., Feitosa J.P.A. Application of ftir in the determination of acrylate content in poly(sodium acrylateco-acrylamide) superabsorbent hydrogels. Quim Nova. 2012. V. 35. N 7. P. 1464-1467. DOI: 10.1590/S0100-40422012000700030.
Semchikov Yu.D., Zhil'cov S.F., Zajcev S.D. Introduction to polymer chemistry. SPb.: Lan'. 2014. 222 p. (in Russian).
Lagergren S. Zur theorie der sogenannten adsorption gelo ster stoffe. Handlingar: Kungliga Svenska Vetenskapsakad-emiens. 2001. V. 24. N 4. P. 1–39.
Ho Y., McKay G. Pseudo-second order model for sorption processes. Process Biochem. 1999. V. 34. P. 451–465. DOI: 10.1016/S0032-9592(98)00112-5.
Peppas N.A., Khare A.R. Preparation, structure and diffu sional behavior of hydrogels in controlled release. Adv. Drug. Deliv. Rev. 1993. V. 11. N 1–2. P. 1–35. DOI: 10.1016/0169- 409X(93)90025-Y.
