Властивості гібридних гідрогелів з додаванням модифікованого крохмалю та глини монтморилонітового типу

Abstract

Метою наукової роботи є розробка технології одержання гібридних гідрогелевих матеріалів на основі полімерної композиції полівінілового спирту з додаванням модифікованого крохмалю та глини монтморилонітового типу і вивчення їх сорбційних властивостей. Для створення основи гібридних гідрогелевих матеріалів використовували суміш 10% розчину полівінілового спирту (ПВС) та 5% розчину карбоксиметильованого крохмалю (КМК) у співвідношенні 1:1. В якості наповнювача гідрогелів використовували глину монтморилонітового типу у вигляді порошку в кількості від 1 до 10 об’ємних частин. Гібридні гідрогелі отримували шляхом однократного заморожування протягом 24 годин при температурі -15 °C, в результаті якого відбувалося кріоструктурування. Вологість гідрогелевих матеріалів визначали на аналізаторі вологості МА-50 R Radwag при температурі 70 °C. Для оцінки впливу кількості глини монтморилонітового типу в композиції ПВС/КМК на властивості гібридних гідрогелевих матеріалів досліджували гравіметричним методом сорбційні характеристики композицій. Розроблено технологію одержання гібридних гідрогелевих матеріалів методом кріоструктурування. В результаті аналізу сорбційних властивостей гібридних гідрогелевих матеріалів встановлено, що введення глини монтморилонітового типу призводить до повної зміни характеру кривих сорбції. Спостерігається колапс гідрогелевих систем, а сорбція падає з 1000% до 250% з досягненням рівноважного значення протягом 72 годин. При вмісті 1 об’ємної частини глини сорбція знижується на 270% і становить в рівноважному стані 720%. Максимальне зниження сорбції на 480% спостерігається для зразків, які містять 5 об’ємних частин глини і становить в рівноважному стані 300%. При дослідженні десорбції гібридних гідрогелевих матеріалів було встановлено, що додавання глини монтморилонітового типу уповільнює процес десорбції гідрогелів на основі ПВС/КМК. Встановили, що полімерні композиції на основі ПВС з карбоксиметильованим крохмалем у співвідношенні 1:1 з додаванням глини у кількості 1-2 об’ємні частини можна рекомендувати для одержання кріогідрогелів з підвищеними сорбційними властивостями та уповільненою швидкістю висихання. Наукова новизна полягає у визначенні впливу додавання глини монтморилонітового типу у композицію на основі ПВС з КМК для одержання гідрогелів методом кріоструктурування. Встановлено, що додавання глини призводить до колапсу гібридних гідрогелевих матеріалів під дією води, та уповільненню десорбційних властивостей гібридних гідрогелів. Розроблено технологію одержання гібридних гідрогелевих матеріалів на основі суміші полівінілового спирту та карбоксиметильованого крохмалю з додаванням глини монтморилонітового типу методом кріоструктурування, визначено можливість регулювання сорбційних властивостей гідрогелів шляхом введення глини.

The aim of the scientific work is to develop the technology for obtaining hybrid hydrogel materials based on the polymer composition of polyvinyl alcohol with the addition of modified starch and montmorillonite-type clay and to study their sorption properties. A mixture of 10% solution of polyvinyl alcohol (PVA) and 5% solution of carboxymethylated starch (СMS) in a ratio of 1:1 was used to create the basis of hybrid hydrogel materials. As a filler for hydrogels, montmorillonite-type clay was used in the form of powder in the amount of 1 to 10 parts by volume. Hybrid hydrogels were obtained by single freezing for 24 hours at a temperature of -15 °C, as a result of which cryostructuring took place. The moisture content of the hydrogel materials was determined on a MA-50 R Radwag moisture analyzer at a temperature of 70 °C. To assess the effect of the amount of montmorillonite-type clay in the PVA/СMS composition on the properties of hybrid hydrogel materials, the sorption characteristics of the compositions were studied by the gravimetric method. The technology for obtaining hybrid hydrogel materials by the cryostructuring method has been developed. As a result of the analysis of the sorption properties of hybrid hydrogel materials, it was established that the introduction of montmorillonite-type clay leads to a complete change in the nature of the sorption curves. Collapse of hydrogel systems is observed, and sorption drops from 1000% to 250%, reaching an equilibrium value within 72 hours. At the content of 1 volume part of clay, sorption decreases by 270% and is 720% in the equilibrium state. The maximum decrease in sorption by 480% is observed for samples that contain 5 volume parts of clay and is 300% in the equilibrium state. When studying the desorption of hybrid hydrogel materials, it was established that the addition of montmorillonite-type clay slows down the desorption process of hydrogels based on PVA/СMS. It was found that polymer compositions based on PVA with carboxymethylated starch in a ratio of 1:1 with the addition of clay in the amount of 1–2 parts by volume can be recommended for obtaining cryohydrogels with increased sorption properties and slower drying speed. Originality consists in determining the effect of adding montmorillonite-type clay to a composition based on PVA with СMS for obtaining hydrogels by the cryostructuring method. It was established that the addition of clay leads to the collapse of hybrid hydrogel materials under the influence of water, and to the slowing down of the desorption properties of hybrid hydrogels. The technology for obtaining hybrid hydrogel materials based on a mixture of polyvinyl alcohol and carboxymethylated starch with the addition of montmorillonite-type clay by the cryostructuring method was developed, and the possibility of adjusting the sorption properties of hydrogels by introducing clay was determined.