Исследование кинетики набухания синтезированных гидрогелей на основе гидролизованного полиакрилонитрила

Введение. В настоящее время всё больше внимания уделяется экологии и тут немецкие учёные тоже идут на несколько шагов впереди остальных. Ими создан первый в мире калий полиакрилатный сшитый гидрогель. Это безакриламидный гидрогель серии Штокосорб 660, который вообще не имеет никаких ограничений по дозировке внесения в почву. Остальные страны, в том числе и Франция, выпускают гидрогель, состоящий из акриламида и акрилата калия, которые соответствуют по качеству и экология серии Штокосорб 500, выпускаемого до 2011 года. В их составе не более 0,02% акриламида и 0,06% акриловой кислоты. Что укладывается в экологические нормы в соответствие с директивой ЕС 93/112/ЕС. На сегодняшний день Германия и Франция самые большие в мире производители гидрогеля для сельского хозяйства [1, с.11-13].

Экспериментальная часть. Набухание полимерных гидрогелей изучали гравиметрическим методом, в специальных ячейках, снабженных сеткой из нейлонового полимерного материала. Набухания обычно начинается при взаимодействии полимеров с растворителями. Процесс набухания это поглощение рас­творителя веществом, объем и масса которого при этом увеличи­ваются. Набухание наиболее характерно именно для высокомоле­кулярных соединений. В результате набухания их объем, и масса могут увеличиваться в 10—15 раз.

Степень набухания определяется массой жидкости, поглощен­ной единицей массы вещества на данной стадии набухания при определенной температуре:

а = (m-m₀)/m₀

где, m₀,m — масса вещества до и после набухания соответственно.

Результаты и их обсуждение. В Ташкентском научно-исследовательском институте химической технологии (ТНИИХТ) впервые синтезированы более 15 видов гидрогелей на основе ГИПАН (гидролизованный полиакрилонитрил), К-4 (гидролизо­ванный полиакриламид) ПАА (полиакриламид), КМЦ (карбоксиметилцеллюлоза), крахмала, целлюлозы, полифосфата, которые приводят к образованию сетчатой пространственной структуры, обладающей высокими водосорби­рующими свойствами [2, 3]. Полученные гидрогели способны поглощать более 300-350 г воды на 1 г гидрогеля.

На рисунке показана сравнительная кинетика набухания в дистиллированной воде некоторых видов местных гидрогелей и гидрогеля (АКВАСОРБ 3005).

Рисунок 1. Кинетика набухания различных гидрогелей:

 1-промышленный гидрогель (АКВАСОРБ 3005); 2-ГИПАН1; 3-ГИПАН+Э; 4-ГИПАН+Ф; 5*-К-4+ЭХГА

Таблица 1.

Кинетика набухания гидрогеля на основе ГИПАН

Рисунок 2. Зависимость степени набухания гидрогеля от времени:

1 - Мелкая фракция до 0,2 мм. 2 - Средняя фракция, от 0,2 мм. до 1,0.
3 - Крупная фракция, гранулированный вид – более 1,0 мм.

Выводы. Эффективность используемых гидрогелей зависит от размера частиц. Чем мельче частицы гидрогеля, тем они быстрее набухают в воде, но крупные частицы дольше удерживают влагу. При измельчении гидрогеля до 0,2 мм время набухания достигает максимума в два раза быстрее, чем частицы с гранулами более 1,0 мм.