Синтез новых композиционных суперабсорбентов с пористой структурой

Аннотация

Суперабсорбирующие полимеры или суперабсорбенты (САП) – класс гидрогелей, способных удерживать в себе количества воды в сотни или тысячи раз превосходящие их собственную массу. В настоящее время наиболее часто используемым типом этих материалов являются синтетические сетчатые полимеры, получаемые из мономеров акрилатного ряда. Массовое внедрение таких САП в народное хозяйство влечет за собой высокую антропогенную нагрузку на окружающую среду, что, несомненно, является негативным фактором, сдерживающим расширение масштаба их применения в различных областях деятельности человека, особенно – в сельском хозяйстве. Перспективным решением этой проблемы является использование композиционных суперабсорбентов – гидрогелей, сочетающих в своем составе как акрилатные, так и биоразлагаемые, чаще всего – полисахаридные, звенья. Такие полимеры характеризуются более высокой экологичностью по сравнению с синтетическими аналогами. Однако в химии композиционных суперабсорбентов существует проблема обратной зависимости степени набухания от содержания полисахаридной фракции: чем выше содержание биодеградируемых звеньев в составе суперабсорбента, т.е. чем выше его экологичность, тем меньшее количество влаги такой полимер может поглотить.

В настоящей статье рассматривается один из возможных подходов решения указанной проблемы, а именно попытка увеличить степень набухания композиционного суперабсорбента на основе натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы путем придания пористой структуры получаемому суперабсорбирующему материалу. Результат достигался за счет введения в реакционную массу непосредственно в ходе синтеза порогена – карбоната аммония. Образование пористой структуры под действием вносимого агента подтверждали методом сканирующей электронной микроскопии. Найдено, что внесение порообразующей добавки в количестве 5% масс. приводит к образованию относительно равномерно распределенных пор диаметром 10-15 мкм. Определение равновесной степени набухания синтезированных суперабсорбентов показало, что придание пористой структуры композиционному САП приводит к увеличению параметра на 26% по сравнению с немодифицированным образцом. Обработка данных временной зависимости набухания с помощью математических кинетических моделей показала, что гидратация суперабсорбента протекает не только на поверхности, но и в объеме полимера, сопровождаясь аномальной нефиковской диффузией молекул воды в фазе суперабсорбента. Эта закономерность наблюдается для обоих исследуемых образцов, однако в случае пористого САП процесс гидратации протекает несколько быстрее.

Таким образом, в результате проведенного исследования установлено, что использование порогенов и придание пористой структуры композиционным суперабсорбентам может быть использовано как эффективный способ увеличения их равновесной степени набухания.