ВЛИЯНИЕ ДИМЕТИЛСУЛЬФОКСИДА И ГЛИЦЕРИНА НА СВОЙСТВА КРИОГЕЛЕЙ
Аннотация
В работе представлены результаты исследования температуры замерзания растворов поливинилового спирта (ПВС) в диметилсульфоксиде (ДМСО) и в воде. Определено влияние природы растворителя и добавок глицерина на температуру замерзания раствора ПВС. Исследованы упругие и теплофизические свойства криогелей на основе растворов ПВС. Установлено, что криогели ПВС, сформированные в среде ДМСО, обладают меньшими значениями модуля упругости и температуры плавления, чем образцы криогелей, сформированные из водных растворов ПВС. Поскольку ДМСО является термодинамически лучшим растворителем для ПВС, чем вода, то есть сродство полимера к ДМСО выше, это снижает эффективность гелеобразования из-за конкуренции взаимодействий полимер-растворитель и полимер-полимер. При охлаждении растворов ПВС в воде и ДМСО до начала потери текучести было зафиксировано переохлаждение. Для водного раствора ПВС 10% температура переохлаждения системы составила минус 5 °С, до начала замерзания, которое протекает при температуре минус 1,5 °С. Температура переохлаждения раствора ПВС в ДМСО составляет минус 20 °С, а температура замерзания минус 0,8 °С. Введение глицерина в водный раствор ПВС приводит к значительному понижению температуры замерзания трехкомпонентного раствора (ПВС, глицерин и вода). Отмечено, что с увеличением концентрации глицерина в водном растворе ПВС модуль упругости увеличивается, а температура плавления понижается по сравнению с криогелями на основе двухкомпонентного криогеля (ПВС и вода). Результаты исследований расширяют область использования криогелей ПВС в качестве композиционных материалов, предназначенных для применения в северных регионах, в том числе в технологиях добычи и транспорта нефти.
Для цитирования:
Фуфаева М.С., Манжай В.Н. Влияние диметилсульфоксида и глицерина на свойства криогелей. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 8. С. 6-11. DOI: 10.6060/ivkkt.20256808.8t.
Литература
Lozinsky V.I. Cryotropic gelation of poly(vinyl alcohol). Chem. Rev.. 1998. V. 67. N 7. P. 573-586. DOI: 10.1070/RC1998v067 n07ABEH000399.
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. V. 14. N 11. P. 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. V. 153. P. 37-65. DOI: 10.1007/3-540-46414-X_2.
Altunina L.K., Kuvshinov V.A., Dolgikh S.N. Cryogels for plugging in cold and permafrost regions. Gidrotekhnika. 2010. N 3. P. 52-57 (in Russian).
Altunina L.K., Svarovskaya L.I., Filatov D.A., Fufayeva M.S., Zhuk E.A., Bender O.G., Sigachev N.P., Konovalova N.A. Field experiments on the use of cryo-gels to protect soils from water and wind erosion. Probl. Agrokhim. Ekol. 2013. N 2. P. 47-52 (in Russian).
Altunina L.K., Burkov V.P., Burkov P.V., Dudnikov V.Y., Osadchaya G.G., Ovsyannikova V.S., Fufaeva M.S. Cryogels as a solution to the issues of environmental management and trunk pipeline operation in Arctic. Nauka Tekhnol. Truboprovod. Transp. Nefti Nefteprod. 2020. V. 10. N 2. P. 173-185 (in Russian). DOI: 10.28999/2541-9595-2020-10-2-173-185.
Fufaeva M.S., Altunina L.K. Cryogels to increase the service life of winter roads. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 8. P. 29-35 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246708.13t.
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. 126-134 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236611.6t.
Gupta D., Jassal M., Agrawal A.K. The electrospinning behavior of poly(vinyl alcohol) in DMSO-water binary solvent mixtures. RSC Adv. 2016. V. 6. N 105. P.102947-102955. DOI: 10.1039/c6ra15017a.
Young T.H., Chuang W.Y. Thermodynamic analysis on the cononsolvency of poly (vinyl alcohol) in water-DMSO mixtures through the ternary interaction parameter. J. Memb. Sci. 2002. V. 210. N 2. P. 349-359. DOI: 10.1016/S0376-7388(02)00413-1.
Lozinsky V.I. Cryogels on the basis of natural and synthetic polymers: preparation, properties and applications. Russ. Chem. Rev. 2002. V. 71. N 6. P. 489-511. DOI: 10.1070/RC2002v071n06ABEH000720.
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 Organoelement Compounds with respect of the cryostructuring processes in polymeric systems. Gels. 2020. V. 6. N 3. P. 29. DOI: 10.3390/gels6030029.
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. V. 41. P. 442-447. DOI: 10.1007/s10118-022-2889-8.
Kasatkin A.G. Basic processes and apparatuses of chemical technology. M.: Khimiya. 1971. 784 p. (in Russian).
Wu S., Alsaid Y., Yao B., Yan Y., Zhao Y., Hua M., Wu D., Zhu X., He X. Rapid and scalable fabrication of ultra-stretchable, anti-freezing conductive gels by cononsol-vency effect. EcoMat. 2021. V. 3. P. e12085. DOI: 10.1002/eom2.12085.
Ushakov S.N. Polyvinyl alcohol and its derivatives. M.: AN SSSR. 1960. V. 2. 868 p. (in Russian).
Jia E., Su L., Liu P., Jiang M., Ye G., Xu J. Hydrogen bond and crystalline structure of the junction network in polyvinyl alcohol/dimethysulfoxide gels. J. Polym. Res. 2014. V. 21. N 9. P. 548. DOI:10.1007/s10965-014-0548-7.
Kolosova O.Yu., Kurochkin I.N., Kurochkin I.I. Lo-zinsky V.I. Cryostructuring of polymeric systems. 48. In-fluence of organic chaotropes and kosmotropes on the cryotropic gelformation of aqueous poly (vinyl alcohol) solutions. Europ. Polym. J. 2018. V. 102. P. 169. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2018.03.010.
Manzhai V.N., Fufaeva M.S. Properties of cryogels and their application in oil production and transportation technologies. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Neft Gaz. 2011. N 6. P. 104-109 (in Russian).
