СТРУКТУРА, ТЕРМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ И АНТИБАКТЕРИАЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ ПЛЕНОЧНЫХ КОМПОЗИТОВ ПОЛИСТИРОЛ/ГИДРОКСИАПАТИТ
Аннотация
Важнейшим направлением современного материаловедения является получение и исследование свойств полимерных композиционных материалов, содержащих микро- и наночастицы неорганических наполнителей. Введение таких частиц в полимерную матрицу увеличивает ее механическую прочность, термическую стабильность, изменяет электрические и газобарьерные свойства, способствует появлению биологической активности. Перечисленные свойства полученных композитов зависят от характеристик как исходного полимера, так и наполнителя. В настоящей работе с использованием ряда физико-химических методов охарактеризован порошок природного керамического минерала гидроксиапатита (ГАП), который является перспективным наполнителем полимерных материалов. Распределения частиц гидроксиапатита по размерам и количественные характеристики пористой структуры получены методами гранулометрического анализа и низкотемпературной сорбции-десорбции паров азота. Установлено, что исследуемый порошок может быть отнесен к мезопористым материалам с высокоразвитой поверхностью. Были определены: удельная поверхность ГАП, полный удельный объём пор, средний размер пор и фрактальная размерность пористого материала. Распределение пор по размерам является мономодальным с пиком при 4 нм. Методом механического диспергирования с использованием о-ксилола проведена иммобилизация частиц гидроксиапатита в матрице полистирола (ПС) и получены композиционные пленочные материалы ПС/ГАП. Представлены результаты исследования рассеяния рентгеновских лучей полистирольными и композиционными пленками с различным содержанием гидроксиапатита. Методом дифференциальной сканирующей калориметрии установлено, что композиты ПС/ГАП характеризуются двумя температурами стеклования, которые соответствуют релаксационным переходам в “мягкой” и “твердой фазе”. Проведены исследования биологической активности синтезированных композиционных материалов ПС/ГАП и впервые установлено их антибактериальное действие по отношению к грам-положительным бактериям Staphylococcus aureus Rosenbach 209-P.
Для цитирования:
Алексеева О.В., Носков А.В. Структура, термическое поведение и антибактериальная активность пленочных композитов полистирол/гидроксиапатит. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65. Вып. 10. С. 106-112. DOI: 10.6060/ivkkt.20226510.6685.
Литература
Ayatollahi M.R., Shadlou S., Shokrieh M.M. Multiscale modeling for mechanical properties of carbon nanotube reinforced nanocomposites subjected to different types of loading. Compos. Struct. 2011. V. 93. N 9. P. 2250-2259. DOI: 10.1016/j.compstruct.2011.03.013.
Fonseca M.A., Abreu B., Gonçalves F.A.M.M., Ferreira A.G.M., Moreira R.A.S., Oliveira M.S.A. Shape memory polyurethanes reinforced with carbon nanotubes. Compos. Struct. 2013. V. 99. P. 105-111. DOI: 10.1016/j.compstruct.2012.11.029.
Agafonov A.V., Noskov A.V., Kraev A.S., Alekseeva O.V. Dielectric spectroscopy of polystyrene films modified with fullerenes. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2013. V. 56. N 2. P. 40-45 (in Russian).
Mohammadpour R., Rafizadeh M. Preparation, morphol-ogy and conductivity of polyacrylonitrile/ multi-wall carbon nanotubes composite nanofibers. Iran. Polym. J. 2014. V. 23. Is. 9. P. 731–743. DOI: 10.1007/s13726-014-0271-6.
Alekseeva O.V., Rudin V.N., Melikhov I.V., Bagrovskaya N.A., Kuzmin S.M., Noskov A.V. Kinetics of formation of hierarchical nanostructures in polystyrene films containing fullerene. Dokl. Phys. Chem. 2008. V. 422. N 2. P. 275-278. DOI: 10.1134/S0012501608100084.
Alekseeva O.V., Bagrovskaya N.A., Kuzmin S.M., Noskov A.V. Study of structural properties of polystyrene-fullerene composites. J. Balk. Tribol. Assoc. 2010. V. 16. N 4. P. 558-563.
Alekseeva O.V., Barannikov V.P., Bagrovskaya N.A., Noskov A.V. An investigation of the structural and thermo-dynamic properties of polystyrene fullerene-containing films. Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2013. V. 49. N 2. P. 205-208. DOI: 10.1134/S2070205113020020.
Kozlov G.V., Dolbin I.V. Influence of the formation space on the structure and properties of polymer/carbon nanotube nanocomposites. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 1. P. 38-43. DOI: 10.6060/ivkkt.20226501.6389.
Panin S.V., Alexenko V.О., Kornienko L.А., Buslovich D.G., Valentyukevich N.N. Mechanical and tribotechnical properties of multicomponent solid lubricant composites based on ultrahigh molecular weight polyethylene. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2018. V. 61. N 11. P. 88-95. DOI: 10.6060/ivkkt.20186111.11y.
Yoshikawa H., Myoui A. Bone tissue engineering with porous hydroxyapatite ceramics. J. Artif. Organs. 2005.
V. 8. Is. 3. P. 131–136. DOI: 10.1007/s10047-005-0292-1.
An L., Li W., Xu Y., Zeng D, Cheng Y., Wang G. Con-trolled additivefree hydrothermal synthesis and characterization of uniform hydroxyapatite nanobelts. Ceram. Int. 2016. V. 42. Is. 2(PB). P. 3104-3112. DOI: 10.1016/j.ceramint.2015.10.099.
Balasubramanian S., Gurumurthy B., Balasubramanian A. Biomedical applications of ceramic nanomaterials: A review. IJPSR. 2017. V. 8. N 12. P. 4950-4959. DOI: 10.13040/IJPSR.0975-8232.8(12).4950-59.
Fadeeva I.V., Fomin A.S., Barinov S.M., Grabovenko F.I., Murzakhanov F.F., Akhmed A.I., Mamin G.V. Mineral–polymer composites based on hydroxyapatite and polyvinylpyrrolidone for medical applications. Dokl. Chem. 2019. V. 487. N 1. P. 203-206. DOI: 10.1134/S0012500819070097.
Bian T., Xing H. A collagen(Col)/nano-hydroxyapatite (nHA) biological composite bone scaffold with double multilevel interface reinforcement. Arab. J. Chem. 2022. V. 15. N 5. Art. ID 103733. DOI: 10.1016/j.arabjc.2022.103733.
Cavalcante M.P., de Menezes L.R., Rodrigues E.J.R, Tavares M.I.B. In vitro characterization of a biocompatible composite based on poly (3-hydroxybutyrate)/hydroxyapatite nanoparticles as a potential scaffold for tissue engineering. J. Mech. Beh. Biomed. Mat. 2022. V. 128. Art. ID 105138. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2022.105138.
Alekseeva O.V., Bagrovskaya N.A., Sitnikova O.G., Nazarov S.B. Structure and properties of hybrid composites based on polystyrene and hydroxyapatite. Zhidk. Kryst. Prakt. Isp. 2014. V. 14. N 2. P. 58-64 (in Russian).
Sabbah J.R., Xu-wu A., Chichos J.S., Planas Leitão M.L., Roux M.V., Torres L.A. Reference materials for cal-orimetry and differential thermal analysis. Thermochim. Acta. 1999. V. 331. N 2. P. 93-204. DOI: 10.1016/S0040-6031(99)00009-X.
Alonso C.A., Domínguez C., Heras J., Mata E., Pascual V., Torres C., Zarazag M. Antibiogramj: A tool for analys-ing images from disk diffusion tests. Comput. Meth. Prog. Bio. 2017. V. 143. P. 159-169. DOI: 10.1016/j.cmpb.2017.03.010.
Sing K.S.W. Adsorption methods for the characterization of porous materials. Adv. Colloid. Interfac. 1998. V. 76-77. P. 3-11. DOI: 10.1016/S0001-8686(98)00038-4.
Aligizaki K.K. Pore structure of cement-based materials: Testing interpretation and requirements (Modern concrete technology). New York: Taylor & Francis. 2005. 432 p. DOI: 10.1201/9781482271959.
Pomonis P.J., Tsaous E.T. Frenkel-Halsey-Hill equation, dimensionality of adsorption, and pore anisotropy. Lang-muir. 2009. V. 25. P. 9986-9994. DOI: 10.1021/la901121c.
Sandoval-Díaz L.E., Aragon-Quiroz J.A., Ruíz-Cardona Y.S., Domínguez-Monterroza A.R., Trujillo C.A. Fractal analysis at mesopore scale of modified USY zeolites by nitrogen adsorption: A classical thermodynamic approach. Micropor. Mesopor. Mat. 2017. V. 237. P. 260-267. DOI: 10.1016/j.micromeso.2016.08.030.
N’Dri K., Houphouet-Boigny D., Jumas J.-C. Study of first sharp diffraction peak in As2S3 glasses by X-ray pow-der diffraction method. J. Non-Oxide Glasses. 2012. V. 4. N 3. P. 29-37.
Tugov I.I., Kostrykina G.I. Chemistry and physics of polymers. M.: Khimiya. 1989. 432 p. (in Russian).
