Химия и химические технологии/1. Пластмассы, полимерные и синтетические материалы, каучуки, резино-технические изделия, шины и их производство

д.т.н., проф. Бокова Е.С., к.т.н., Коваленко Г.М., Колядина О.В.

Московский государственный университет дизайна и технологии, Россия

Исследование интерполимерного взаимодействия между неионогенными полимерами и гидрогелями суперабсорбентов

В настоящее время актуальным направлением химической технологии является производство суперабсорбирующих полимеров (САП). По своей природе суперабсорбенты представляют собой редкосшитые гидрофильные полимеры, в большинстве случаев, на основе полиакриловой кислоты (ПАК), ее солей и производных, способных принабухании превращаться в упругий гидрогель. Преимущество гелей ПАК перед гидрогелями другой химической природы состоит в большей чувствительности к изменению рН, что представляет особый интерес для производства материалов медицинского и санитарно-гигиенического назначения [1, с. 451 – 477].

Цель работы – разработка условий получения новых суперабсорбирующих полимерных материалов с регулируемой сорбционной и удерживающей способностью.

В качестве объектов исследования в работе использовали суперабсорбирующий полимер массового производства МАРС-06 (ФГУП «НИИ полимеров», Россия); а также неионогенный полимер полиэтиленоксид (ПЭО) (Sigma Aldrich, США).

Главной характеристикой суперабсорбентов является способность впитывать и удерживать огромное количество воды, водных растворов, а также различных жидких сред.

Известно, что в набухшем состоянии гидрогель держит форму за счёт распирающего осмотического давления растворителя, не позволяющего полимерной сетке сжиматься. Однако, в ранее проведённых работах был доказан факт «коллапса» гидрогелей при изменении молекулярной массы полимера, а также внешних условий, таких как температура, качество растворителя и.т.д. [2, с. 1386-1391]

В работе были исследованы поглощающие характеристики САП, по методике равновесного набухания. В качестве сорбатов использовали воду и сильнокислые растворы (рН 1,5) полиэтиленоксида различных концентраций от 0,1 до 1,5М.

Известно, что в кислой среде диссоциация карбоксильных групп полиакриловой кислоты подавлена и при взаимодействии с неионогенными полимерами она образует устойчивое соединение – интерполимерный комплекс (ИПК), стабилизированный кооперативной системой водородных связей. Интерполимерные комплексы – особый класс высокомолекулярных соединений, в структуре которых имеет место чередование сочленённых гидрофобных участков и разобщённых гидрофильных звеньев («петли» и «хвосты»)[3, с. 941-948].

Видно (рис. 2), что у геля МАРС-06 уже при концентрации раствора ПЭО 0,1М наблюдается «коллапс» полимерной сетки, что косвенно характеризуется резким уменьшением относительной массы геля с 45г/г до 25 г/г. Это явление можно объяснить образованием гидрофобного интерполимерного комплекса «Сетка МАРС»-ПЭО. При повышении концентрации раствора ПЭО от 0,5М на начальных этапах испытания (5-15 минут) и до 1М при более длительном выдерживании гидрогеля в растворе полимера (1 час) наблюдается обратный фазовый переход – «деколлапс» или набухание образца.

По-видимому, при увеличении концентрации ПЭО в растворе улучшается качество растворителя по отношению к фазе поликомплекса, и как следствие контакты ИПК-ПЭО становятся энергетически более выгодными, чем между ПЭО и «Сеткой МАРС».

Рис.2. Зависимость относительного набухания суперабсорбента МАРС-06 от концентрации раствора полиэтиленоксида

При более высоких концентрациях раствора полиэтиленоксида (1-1,5М,), у геля МАРС-06 наблюдается резкое падение впитывающей способности и вторичный «коллапс».

В работе установлено, что время набухания САП в растворе неионогенного полимера оказывает значительное влияние на фазовые переходы. Выявлено, что продолжительность равновесного набухания заметно влияет на переходы «коллапс-деколлапс» у суперабсорбента МАРС-06. Снижение величины равновесного набухания при увеличении времени набухания от 15 до 60 минут может быть связано с меньшей степенью сшивки ПАК, и как следствие образованию ИПК между несшитой ПАК и ПЭО.

Литература:

1. Mohammad J. Zohuriaan-Mehr, Kourosh Kabiri Superabsorbent polymer materials: a review Iranian Polymer J. – 2008. – №17(6). – Р. 451 – 477.

2. Н.С. Карибьянц, О.Е. Филиппова, С.Г. Стародубцев. Высокомолекулярные соединения. Серия Б, 1995, том 37, №8, с. 1386-1391.

3. А.Д. Антипина, В.Ю. Барановский, И.М. Паписов, В.А. Кабанов. Особенности равновесий при образовании комплексов поликислот и полиэтиленгликолей. Высокомолекул. соед. А. 2001. Т. 14, №4, с. 941-948.