Сорбция водяного пара композитами на основе низкогидролизованного поливинилового спирта и полисахаридов различной природы
Аннотация
Поливиниловый спирт (ПВС) перспективен для создания функциональных материалов с заданными свойствами и широкой областью применения. Компаундирование ПВС с органическими наполнителями, особенно с недорогими и доступными полисахаридами (ПС), позволяет снизить стоимость материала, а также улучшить его свойства. Важнейшей характеристикой композитных материалов на основе ПВС является их поведение во влажной среде.
Целью исследования является изучение процессов сорбции и десорбции водяного пара высоконаполненными композитными материалами на основе низкогидролизованного поливинилового спирта и полисахаридов различной природы и дисперсности.
Объектами исследования были 8 экспериментальных образцов композитных материалов на основе ПВС марки 17-88 (содержание винилацетатных групп 12 мас.%, вязкость 20.0-26.0 мПа‧с) и четырех видов полисахаридов: крахмал кукурузный, микроцеллюлоза древесная, декстрин кукурузный, клетчатка кофейного зерна, в соотношении ПВС:ПС равном 75:25 и 50:50 мас.%.
Процессы сорбции / десорбции паров воды экспериментальными образцами изучали в изотермических условиях (при комнатной температуре) эксикаторным методом при различной активности паров воды (0.07÷100).
Установлено, что процесс сорбции/десорбции водяного пара высоконаполненными композитами на основе низкогидролизованного поливинилового спирта и полисахаридов различной природы и дисперсности имеет следующие закономерности: однотипный характер кривых сорбции независимо от природы полисахарида, раскрытие дополнительного сорбционного объема на третьи сутки экспозиции за счет сольватации и повышения подвижности макромолекул при снижении степени кристалличности системы, корреляция степени влагонасыщения с размером частиц наполнителя (повышение сорбционной емкости при снижении размера частиц полисахарида); однотипный характер кривых десорбции независимо от природы полисахарида, обширный сорбционный гистерезис, также коррелирующий с размером частиц наполнителя (чем меньше частицы, тем больше гистерезис), за счет образования водородных связей между полимерами и адсорбированными молекулами воды, а также за счет переструктуризации полимерной системы.
Скачивания
Литература
Naman Jain, Vinay K Singh, Sakshi Chauhan. A review on mechanical and water absorption properties of polyvinyl alcohol based composites/films. Journal of the Mechanical Behavior of Materials. 2018; 26: 213-222. https://doi.org/10.1515/jmbm-2017-0027
Getmadinova V.M., Sidorov Yu.D., Polivanov M.A. Regulation of solubility of composite materials based on polyvinyl alcohol. Bulletin of the Technological University. 2016; 19(6): 96-99.
Khabibullina L.F., Sidorov Yu.D., Polivanov M.A., Vasilenko S.V. Properties of composite film materials based on polyvinyl alcohol. Bulletin of the Kazan Technological University. 2016; 21: 109-113
Abedi-Firoozjah R. PVA/starch films: An updated review of their preparation, characterization, and diverse applications in the food industry. Polymer Testing. 2023; 118:107903. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2022.107903
Islamipour Z. et al. Biodegradable antibacterial and antioxidant nanocomposite films based on dextrin for bioactive food packaging. J NanostructChem. 2022; 12: 991-1006. https://doi.org/10.1007/s40097-022-00491-4
Kuzmin A., Radaikina E., Konakov A., Raj S. Biodegradable composites based on polyvinyl alcohol modified by plant waste. Ecology and industry of Russia. 2023; 27(9): 22-27. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2023-9-22-27
Studenikina L.N., Korchagin V. I., Popova L. V., Savvin P. N Biodegradation of polyvinyl alcohol-Based binary composites. J. Sib. Fed. Univ. Chem. 2021; 14(1): 111-119. https://doi.org/10.17516/1998-2836-0221
Studenikina L.N., Korchagin V.I., Iushin V.O., Melnikov A.A. Influence of the filler nature on the properties of the composite "polyvinyl alcohol : polysaccharide". Sorbtsionnye o khromatograficheskie protsessy. 2021; 21(1): 111-118. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2021.21/3226 (In Russ.)
Kulagina G.S., Chalykh A.E., Gerasimov V.K., Chalykh K.A., Puryaeva T.P. Water sorption with polyvinyl alcohol. High molecular weight compounds. 2007; 49(4): 654-662. https://doi.org/10.1134/S0965545X07040098
Ioelovich M.Ya. Study of isotherms of water vapor sorption for hydrophilic polymer. Khimiya rastitel'nogo syr'ya. 2022; 3: 91-98. https://doi.org/10.14258/jcprm.20220310989 (In Russ.)
Livonovich K.S., Bovtramovich A.A., Pankov V.V., Shutova T.G. Water vapor sorption with multilayer polyelectrolyte films. Polymer materials and technologies. 2021; 7(1): 50-59. https://doi.org/10.32864/polymmattech-2021-7-1-50-59
Kiselev A.V. Intermolecular interactions in adsorption and chromatography : [Textbook for chemistry, biol. and chemical engineering of special universities]. Moscow : Higher School, 1986. – 359 p. (In Russ.)
Davankov V.A., Blinnikova Z.K., Popov A.Yu., Davidovich Yu.A., Tsyurupa M.P. Rethinking the problem of adsorption/desorption isotherms on super-crosslinked polymers. High molecular weight compounds. Series A. 2023; 65(1): 19-26. https://doi.org/10.31857/S2308112023700347
Khasbiullin R.R., Kostina Yu.V., Petrova T.F., Bondarenko G.N., Chalykh A.E., Chuvaev V.F., Gerasimov V.K. Residual water in polyvinyl alcohol. Polymer Science. Series A. 2014; 56(5): 569-578. https://doi.org/10.1134/S0965545X14050095
Grunin Yu.B., Ivanova M.S., Masas D.S., Grunin Yu L. The Nature of the Supramolecular Structural Variation and Hydrophilic Properties of Cellulose during Water Sorption. Biophysics. 2019; 64: 866-869. https://doi.org/10.1134/S0006350919060071
Mingyang Chen, Benoit Coasne, Robert Guyer, Dominique Derome & Jan Carmeliet Role of hydrogen bonding in hysteresis observed in sorption-induced swelling of soft nanoporous polymer. Nature communications. 2018; 9(1): 107903. https://doi.org/10.1038/s41467-018-05897-9
Amerkhanova Sh.K., Shlyapov R.M., Uali A.S. Features of sorption properties of modified polymer films based on polyvinyl alcohol. Sorbtsionnye o khromatograficheskie protsessy. 2012; 12(6); 875-883. (In Russ.)
Björklund S, Kocherbitov V. Water vapor sorption-desorption hysteresis in glassy surface films of mucins investigated by humidity scanning QCM-D. J Colloid Interface Sci. 2019; 545: 289-300. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2019.03.037
Grunin, Y.B., Grunin, L.Y., Schiraya, V.Y. et al. Cellulose–water system’s state analysis by proton nuclear magnetic resonance and sorption measurements. Bioresour. Bioprocess. 2020; 7: 41. https://doi.org/10.1186/s40643-020-00332-8
Tens A.V. et al. The effect of particle size on the mechanical properties of composites based on a uniformly deformable polymer. Advances in Chemistry and Chemical Technology. 2009; 23(5): 32-35
