Preview

Тонкие химические технологии

Расширенный поиск

Криогели поливинилового спирта, сформированные из растворов полимера в диметилсульфоксиде с добавками тетраметоксисилана

https://doi.org/10.32362/2410-6593-2019-14-2-41-50

Полный текст:

Аннотация

Получены и исследованы органо-неорганические гибридные криогели поливинилового спирта (ПВС), содержащие кремнеземную составляющую (SiO2), образующуюся в результате реакций гидролитической поликонденсации (золь-гель-процесса) тетраметоксисилана (ТМОС), вводимого в исходный концентрированный раствор полимера в диметилсульфоксиде (ДМСО). Содержание ПВС в таких растворах составляло 60, 80 или 100 г/л; концентрацию ТМОС варьировали от 0.15 до 0.61 моль/л; криогенную обработку растворов полимера проводили при температуре, на 40° ниже точки кристаллизации чистого ДМСО (+18.4 °C); замороженные образцы оттаивали, нагревая со скоростью 0.03°/мин. Показано, что неглубокое замораживание (–21.6 °C), выдерживание в замороженном состоянии и последующее оттаивание исходной реакционной смеси ПВС/ДМСО/ТМОС/кислотный катализатор приводит к формированию прочных макропористых криогелей ПВС/SiO2. Полученные криогелевые материалы являются гибридными в связи с возникновением устойчивых контактов макромолекулы ПВС–олигосилоксаны, движущей силой такого межмолекулярного взаимодействия является водородное связывание между ОН-группами соседних цепей, приводящее к образованию модифицированных зон микрокристалличности, выполняющих функцию узлов пространственной сетки криогелей. Установлены эффекты существенного возрастания жесткости и теплостойкости криогелей ПВС/SiO2 по мере повышения концентрации ПВС и ТМОС в исходной системе. Показано, что успех синтеза прозрачных упругих и термостойких криогелей ПВС/SiO2 зависит как от нахождения оптимального соотношения между исходными веществами, так и от совместного воздействия жидких (метанол и вода) и кремнийсодержащих компонентов на процессы образования множественных водородных связей и микрокристаллитов.

 

Об авторах

И. В. Бакеева
МИРЭА – Российский технологический университет (Институт тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова)
Россия

кандидат химических наук, доцент, доцент кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений им. С.С. Медведева

119571, Москва, пр. Вернадского, 86



М. А. Орлова
МИРЭА – Российский технологический университет (Институт тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова)
Россия

магистрант кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений им. С.С. Медведева

119571, Москва, пр. Вернадского, 86



В. И. Лозинский
Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук
Россия

доктор химических наук, профессор, заведующий лабораторией Криохимии (био)полимеров

119991 Москва, ул. Вавилова 28



Список литературы

1. Лозинский В.И. Криогели на основе природных и синтетических полимеров: получение, свойства и области применения // Успехи химии. 2002. Т. 71. № 6. С. 559–585.

2. Alves M.-H., Jensen B.E.B., Smith A.A.A., Zelikin A.N. Poly(Vinyl Alcohol) physical hydrogels: new vista on a long serving biomaterial // Macromol. Biosci. 2011. V. 11. № 10. P. 1293–1313. (DOI:10.1002/mabi.201100145).

3. Лозинский В.И. Криотропное гелеобразование растворов поливинилового спирта // Успехи химии. 1998. Т. 67. № 7. С. 641–655.

4. Willcox P.J., Howie D.W., Schmidt-Rohr K., Hoagland D.A., Gido S.P., Pudjijanto S., Kleiner L.W., Venkatraman S. Microstructure of poly(vinyl alcohol) hydrogels produced by freeze/thaw cycling // J. Polym. Sci. Part B: Polymer Physics. 1999. V. 37. № 24. P. 3438–3454.

5. Kokabi M., Sirousazar M., Hassan Z.M. PVA– clay nanocomposite hydrogels for wound dressing // Eur. Polym. J. 2007. V. 43. № 3. P. 773–781. (DOI:10.1016/j.eurpolymj.2006.11.030)

6. Pan Y., Xiong D., Chen X. Mechanical properties of nanohydroxyapatite reinforced poly(vinyl alcohol) gel composites as biomaterial // J. Mater. Sci. 2007. V. 42. № 13. Р. 5129–5134. (DOI:10.1007/s10853-006-1264-4).

7. Бакеева И.В., Озерина Л.А., Озерин А.Н., Зубов В.П. Структура и свойства органо-неорганических гибридных гидрогелей поли-N-винилкапролактам – SiO2 // Высокомол. соед. Серия А. 2010. Т. 52. № 5. С. 776–786.

8. Cheng H.K.F., Sahoo N.G., Tan Y.P., Pan Y., Bao H., Li L., Chan S.H., Zhao J. Poly(vinyl alcohol) nanocomposites filled with poly(vinyl alcohol)-grafted graphene oxide // ACS Appl. Mater.& Interfaces. 2012. V. 4. № 5. P. 2387–2394. (DOI:10.1021/am300550n)

9. Бакеева И.В., Егорова Е.А., Перов Н.С., Деменцова И.В., Черникова Е.В., Зубов В.П. Магниточувствительные органо-неорганические гибридные гидрогели // Высокомол. соед. Серия Б. 2014. Т. 56. № 3. С. 343–352.

10. Sanchez C., Rozes L., Ribot F., Laberty-Robert C., Grosso D., Sassoye C., Boissiere C., Nicole L. ‘‘Chimie douce’’: A land of opportunities for the designed construction of functional inorganic and hybrid organic-inorganic nanomaterials // Comptes Rendus Chimie. 2010. V. 13. № 1-2. P. 3–39. (DOI:10.1016/j.crci.2009.06.001)

11. Lozinsky V.I., Bakeeva I.V., Presnyak E.P., Damshkaln L.G., Zubov V.P. Cryostructuring of polymer systems. XXVI. Heterophase organic-inorganic cryogels prepared via freezingthawing of aqueous solutions of poly(vinyl alcohol) with added tetramethoxysilane // J. Appl. Polym. Sci. 2007. V. 105. № 5. P. 2689–2702. (DOI:10.1002/app.26360)

12. Hench L.L., West J.K. The sol-gel process // Chem. Rev. 1990. V. 90. № 1. P 33–72. (DOI:10.1021/cr00099a003)

13. Sol-gel science. The physics and chemistry of sol– gel processing / Ed. by C.J. Brinker and G.W. Scherer. Boston: Academic Press Inc., 1990. xiv. 908 p. (https://doi.org/10.1002/adma.19910031025)

14. Rother D., Sen T., East D., Bruce I.J. Silicon, silica and its surface patterning/activation with alkoxy- and aminosilanes for nanomedical applications // Nanomedicine. 2011. V. 6. № 2. P. 281–300. (DOI:10.2217/nnm.10.159)

15. Karimi A., Daud W.M.A.W. Nanocomposite cryogels based on poly(vinyl alcohol)/ unmodified Na+-montmorillonite suitable for wound dressing application: optimizing nanoclay content // J. Mineral. Metals & Mater. Soc. 2017. V. 69. № 7. P. 1213–1220. (DOI:10.1007/s11837-016-2194-5)

16. Chaturvedi A., Bajpai A.K., Bajpai J., Singh S.K. Evaluation of poly(vinyl alcohol) based cryogel–zinc oxide nanocomposites for possible applications as wound dressing materials // Mater. Sci. & Eng. Part C. 2016. V. 65. P. 408–418. (DOI:10.1016/j.msec.2016.04.054)

17. Badranova G.U., Gotovtsev P.M., Zubavichus Y.V., Staroselskiy I.A., Vasiliev A.L., Trunkin I.N., Fedorov M.V. Biopolymer-based hydrogels for encapsulation of photocatalytic TiO2 nanoparticles prepared by the freezing/ thawing method // J. Mol. Liquids. 2016. V. 223. P. 16–20. (DOI:10.1016/j.molliq.2016.07.135)

18. Abudabbus M.M., Jevremovic I., Jankovic A., Peric-Grujic A., Matic I., Vukasinovic-Sekulic M., Hui D., Rhee K.Y., Miskovic-Stankovic V. Biological activity of electrochemically synthesized silver doped polyvinyl alcohol/graphene composite hydrogel discs for biomedical applications // Composites. Part B. 2016. V. 104. P. 26–34. (DOI:10.1016/j.compositesb.2016.08.024)

19. Chen K., Liu J., Yang X., Zhang D. Preparation, optimization and property of PVA-HA/PAA composite hydrogel // Mater. Sci. & Eng. Part C. 2017. V. 78. P. 520–529. (DOI:10.1016/j.msec.2017.04.117)

20. Su C., Su Y., Li Z., Haq M.A., Zhou Y., Wang D. In situ synthesis of bilayered gradient poly (vinyl alcohol)/hydroxyapatite composite hydrogel by directional freezing-thawing and electrophoresis method // Mater. Sci. & Eng. Part C. 2017. V. 77. P. 76–83. (DOI:10.1016/j.msec.2017.03.136)

21. Timofejeva A., D'Este M., Loca D. Calcium phosphate/polyvinyl alcohol composite hydrogels: A review on the freeze-thawing synthesis approach and applications in regenerative medicine // Eur. Polym. J. 2017. V. 95. P. 547–565. (DOI:10.1016/j.eurpolymj.2017.08.048)

22. Samadi N., Sabzi M., Babaahmadi M. Selfhealing and tough hydrogels with physically cross-linked triple networks based on agar/PVA/graphene // Int. J. Biol. Macromol. 2018. V.107. Part B. P. 2291–2297. (DOI:10.1016/j.ijbiomac.2017.10.104)

23. Tang Y., Pang L., Wang D. Preparation and characterization of borate bioactive glass cross-linked PVA hydrogel // J. Non-Cryst. Solids. 2017. V. 476. P. 25–29. (DOI:10.1016/j.jnoncrysol.2017.07.017)

24. Pritchard J.G. Poly(vinyl alcohol): Basic properties and uses. London: Gordon & Breach Science. Publ., 1970. P. 16. (https://doi.org/10.1002/pol.1970.110080914)

25. 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. № 9. Article: 548. (DOI:10.1007/s10965-014-0548-7)

26. Лозинский В.И., Леонова И.М., Иванов Р.В., Бакеева И.В. Изучение криоструктурирования полимерных систем. 46. Физико-механические свойства и микроструктура криогелей поливинилового спирта, сформированных из растворов полимера в смесях диметилсульфоксида с низкомолекулярными спиртами // Коллоидный журнал. 2017. Т. 79. № 6. С. 756–765.

27. Химическая энциклопедия: в 5 т. / гл. ред. И.Л. Кнунянц. М.: Советская энциклопедия. 1988. Т. 1. С. 171–172.

28. Рогожин С.В., Лозинский В.И., Вайнерман Е.С., Домотенко Л.В., Мамцис А.М., Иванова С.А., Штильман М.И., Коршак В.В. Нековалентное криоструктурирование в полимерных системах // Докл. АН СССР. 1984. Т. 278. С. 129–133.

29. Eldridge J.E., Ferry J.D. Studies of the cross-linking process in gelatin gels. III. Dependence of melting point on concentration and molecular weight // J. Phys. Chem. 1954. V. 58. № 11. P. 992–995. (DOI:10.1021/j150521a013)


Для цитирования:


Бакеева И.В., Орлова М.А., Лозинский В.И. Криогели поливинилового спирта, сформированные из растворов полимера в диметилсульфоксиде с добавками тетраметоксисилана. Тонкие химические технологии. 2019;14(2):41-50. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2019-14-2-41-50

For citation:


Bakeeva I.V., Orlova M.A., Lozinsky V.I. Poly(Vinyl Alcohol) Cryogels Formed from Polymer Solutions in Dimethyl Sulfoxide with Tetramethoxysilane Additives. Fine Chemical Technologies. 2019;14(2):41-50. (In Russ.) https://doi.org/10.32362/2410-6593-2019-14-2-41-50

Просмотров: 92


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2410-6593 (Print)