КРИОГЕЛИ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ СРОКА ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗИМНИКА
Аннотация
В работе предложен способ формирования композиционного криотронного материала на основе водного раствора поливинилового спирта для нанесения на поверхность снеголедового полотна. Замораживание водного раствора поливинилового спирта при отрицательной температуре и последующее оттаивание при температуре выше нуля, приводит к формированию упругих криогелей. Введение борной кислоты в полимерный раствор приводит к химической сшивке кинетически индивидуальных макромолекул поливинилового спирта в пространственные сетки, которые обладают упругими свойствами. Практический интерес применения материалов на основе криогелей обусловлен экологической безопасностью, высокими показателями физико-химических и теплофизических свойств, простым способом их получения и низкой стоимостью. При исследовании кинетики гелеобразования многокомпонентных систем наблюдали, что формирование геля при температуре 5 °С происходит примерно через 13 ч. Установлено, что с увеличением времени термостатирования геля при температуре 5 °С модуль упругости образцов, полученных в результате химической реакции, возрастает примерно за 120 ч в 2 раза. Показано, что после криоструктурирования многокомпонентных растворов модуль упругости возрастает в 9 раз. Присутствие песка в структурированной системе значительно увеличивает упругие свойства геля и криогеля. Следует отметить, что коэффициент теплопроводности криогелей почти в 2 раза меньше, чем воды, а температура плавления более 60 °С. Результаты практических экспериментов показали, что покрытие снеголедовой поверхности криогелем уменьшает скорость ее таяния и, следовательно, композиции на основе криогелей могут применяться для продления срока безопасной эксплуатации зимников.
Для цитирования:
Фуфаева М.С., Алтунина Л.К. Криогели для увеличения срока эксплуатации зимника. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 8. С. 29-35. DOI: 10.6060/ivkkt.20246708.13t.
Литература
Vasiliev N.K., Pronk A.D.C., Shatalina I.N., Janssen F.H.M.E., Houben R.W.G. A review on the development of reinforced ice for use as a building material in cold regions. Cold Regions Sci. Technol. 2015. V. 115. P. 56-63. DOI: 10.1016/j.coldregions.2015.03.006.
Moiseev V.I., Komarova T.A., Komarova O.A., Vasiliev N.K. Creation of the massif of permafrost in con-struction zones of engineering structures on soft soils. In: Transportation Soil Engineering in Cold Regions. V. 1. Lecture Notes in Civil Engineeringthis link is disabled. 2020. 49. P. 97-104. DOI: 10.1007/978-981-15-0450-1_10.
Burin D.A., Rozhkova Y.A., Kazantsev A.L. Fundamental principl es of microgel synth esis by inverse emul sion method. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 3. P. 6-17 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236603.6732.
Moiseev V.I., Vasiliev N.K., Komarova T.A., Komarova, O.A. Apparatus for Strengthening Soft Water-Saturated Soils by Freezing under Engineering Objects and Structures in Cold Regions. Procedia Eng. 2017. 189. P. 40-44. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.05.007.
Wan W., Bannerman A.D., Yang, L., Mak H. Poly(vinyl alcohol) cryogels for biomedical applications. Adv. Polym. Sci. 2014. 263. P. 283-321. DOI: 10.1007/978-3-319-05846-7_8.
Lozinsky V.I. Cryostructuring of polymeric systems. 55. Retrospective view on the more than 40 years of studies performed in the A.N.Nesmeyanov Institute of Organo-element Compounds with respect of the cryostructuring processes in polymeric systems Gels. 2020. V. 6. N 3. P. 29. DOI: 10.3390/gels6030029.
Demir D., Özdemir S., Gonca S., Bölgen N. Novel sty-rax liquidus loaded chitosan/polyvinyl alcohol cryogels with antioxidant and antimicrobial properties. J. Appl. Polym. Sci. 2022. 139. 52033.
Michurov D.A., Makhina T.K., Siracusa V., Bonartsev A.P., Lozinsky V.I., Iordanskii A.L. Poly(vinyl alcohol)-based cryogels loaded with the poly(3-hydroxybutyrate) microbeads and the evaluation of such composites as the delivery vehicles for simvastatin. Polymers. 2022. 14(11). 2196. DOI: 10.3390/polym14112196.
Peppas N.A., Stauffer S.R. Reinforced uncrosslinked poly (vinyl alcohol) gels produced by cyclic freezing-thawing processes A short review. J. Control. Release. 1991. V. 16. P. 305-310. DOI: 10.1016/0168-3659(91)90007-Z.
Hassan C.M., Peppas N.A. Structure and applications of poly(vinyl alcohol) hydrogels produced by conventional crosslinking or by freezing/thawing methods. Adv. Polym. Sci. 2000. 153. P. 37–65. DOI: 10.1007/3-540-46414-X_2.
Prosanov I.Yu., Abdulrahman S.T., Thomas S., Bulina N.V., Gerasimov K.B. Complex of polyvinyl alcohol with boric acid: structure and use. Mater. Today Com-mun. 2018. V. 14. P. 77-81. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2017.12.012.
Altunina L.K., Manzhai V.N., Fufayeva M.S. Cryogels for solving environmental problems at the disturbed areas of mining quarries. Chemistry for Sustainable Development [Khimiya v Interesah Ustoichivogo Razvitiya]. 2022. V. 30. N 5. P. 441-445. DOI: 10.15372/CSD2022402.
Altunina L.K., Svarovskaya L.I., Filatov D.A., Fufa-yeva M.S., Zhuk E.A., Bender O.G., Sigachev N.P., Konovalova N.A. Field experiments on the use of cryogels to protect soils from water and wind erosion. Probl. Agrokhim. Ekol. 2013. N 2. P. 47-52 (in Russian).
Ovsyannikova V.S., Fufaeva M.S., Kim Y., Altunina L.K. Biodegradation in soil of polymeric materials based on polyvinyl alcohol and starch cryogels. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 11. P. 126-137 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236611.6t.
Altunina L.K., Kuvshinov V.A., Dolgikh S.N. Cryogels for plugging in cold and permafrost regions. Gidrotechni-ka. 2010. N 3. P. 52-57.
Bogoslovskii A.V., Kozhevnikov I.S., Altunina L.K. Viscometer of thixotropic liquids. Zhurn. Sibir. Fed. Univ. Tekhn. Tekhnolog. 2023. V. 16. N 3. P. 287-295 (in Russian).
Malkin A.J. Fundamentals of rheology. SPb.: «Professiya». 2018. 336 p. (in Russian).
Malkin A.Ya., Isayev A.I. Rheology: concepts, methods and applications. Toronto: ChemTec Publ. 2006. 474 p.
Ravve A. Principles of Polymer Chemistry. New York: Springer. 2016 p.
Manzhai V.N., Fufaeva M.S., Kashlach E.S. Relaxation of Mechanical Stress in Poly(vinyl alcohol) Cryogels of Different Compositions. Chin. J.Polym. Sci. 2023. 41. P. 442-447. DOI: 10.1007/s10118-022-2889-8.
Kasatkin A.G. Basic processes and apparatuses of chem-ical technology. M.: Khimiya. 1971. 784 p. (in Russian).
Angelova L.V., Terech P., Natali I., Dei L., Carretti E., Weiss R.G. Cosolvent gellike materials from partially hydrolyzed poly(vinyl acetate)s and borax. Langmuir. 2011. V. 27. N 18. P. 11671-11682. DOI: 10.1021/la202179e.
