Методом полімеризаційного наповнення синтезовано структуровані нанокомпозитні гідрогелі на основі поліакриламіду та модифікованих реакційноздатними полімерами мінеральних наночастинок (НЧ) гідроксиапатиту (ГАП), ZnO, ТіО2. Показано, що фізико-механічні характеристики отриманих нанокомпозитів значною мірою визначаються природою модифікатора мінеральних НЧ. Так, у випадку нанокомпозитів на основі НЧ ГАП найнижчу термо-механічну стійкість демонструє зразок на основі немодифікованого ГАП, тоді як нанокомпозит на основі НЧ ГАП, модифікованих пероксидовмісним кополімером не розм’якшується навіть при Т=405К, що свідчить про формування високо-структурованого і жорсткого нанокомпозитного матеріалу.
В результаті модифікації НЧ ТіО2 та ZnO пероксидвмісними модифікаторами отримано мінеральні наночастинки з тонким адсорбційним полімерним шаром, пероксидні фрагменти якого здатні ініціювати радикальні процеси. Модифіковані таким чином наночастинки було використано як наповнювач-ініціатор при синтезі наноструктурованих поліакриламідних гідрогелів. За відсутності додаткового зшиваючого агенту гель-фракція одержаних композитів є низькою, і структурований гідрогель, здатний до набрякання у воді, не утворюється. Тому при синтезі наповнених зшитих гідрогелів в реакційну суміш вводили додатковий зшиваючий агент – N,N'-метилен-біс-акриламід (МБА). В результаті, в залежності від природи модифікатора НЧ та вмісту МБА отримуються структуровані нанокомпозитні гідрогелі зі ступенем зшивки від 50% до 97%. Здатність до набрякання зразків, наповнених ZnO, є вищою, ніж для гідрогелів, наповнених ТіО2. Це, очевидно, пояснюється меншим розміром НЧ ТіО2, що, при однаковому масовому вмісті пероксидованого наповнювача, веде до зростання кількості центрів структурування, і, як наслідок, до формування гідрогелю з вищим ступенем зшивання. Результати досліджень фізико-механічних властивостей отриманих гідрогелів з вбудованими наночастинками ТіО2 та ZnO добре узгоджуюються з даними, отриманими при вивченні здатності гідрогелів до набрякання. Так, зі збільшенням концентрації МБА зростає міцність при розриві з одночасним зменшенням відносного видовження при розриві, що може пояснюватись збільшенням густоти зшивки і жорсткості полімерного гідрогелю. В той же час, навіть за відсутності МБА отримані гідрогелі характеризуються достатньо високими фізико-механічними властивостями.
1. Crosby, A., Lee, J.-Y. (2007). Polymer nanocomposites: the “nano” effect on mechanical properties. Polymer Review, 47(2), 217–229.
2. Ramanathan, T., Abdala, A. A., Stankovich, S. (2008). Functionalized graphene sheets for polymer nanocomposites. Nature Nanotechnology, 3, 327–331. doi: 10.1038/nnano.2008.96
3. Dubey, R., Rajesh, Y., More, M. (2015). Synthesis and Characterization of SiO2 nanoparticles via sol-gel method for industrial application. Materials Today: Proceedings, 2, 3575–3579.
4. Liu, Y.-L., Wu, C.-S., Chiu, Y.-S., Ho, W.-H. (2003). Preparation, thermal properties, and flame retardance of epoxy–silica hybrid resins. Journal of Polymer Science A., 41, 2354–2367. doi.
org/10.1002/pola.10778.
5. Zhang, S., Xu, T., Wu, C. (2006). Synthesis and characterizations of novel, positively charged hybrid membranes from poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide). Journal of Membrane Science, 269, 142–151.
6. Osseo-Asare, K., Arriagada, F. J. (1990). Preparation of SiO2 nanoparticles in a non-ionic reverse micellar system. Colloids and Surfaces, 50, 321–339. doi:10.1016/0166-6622(90)80273-7.
7. Stober, W., Fink, A., Bohn, E. (1968). Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range. Colloid and Interface Science, 26, P. 62.
8. Wu, T. M., Chu, M. S. (2005). Preparation and characterization of thermoplastic vulcanizate/silica nanocomposites. Journal of Applied Polymer Science, 98, 2058–2063.
9. Ahn, S. H., Kim, S. H., Lee, S. G. (2004). Surface-modified silica nanoparticle–reinforced poly (ethylene 2,6-naphthalate). Journal of Applied Polymer Science, 94, 812-818. doi. org/10.1002/app.21007.
10. Tang, J. C., Lin, G. L., Yang, H. C., Jiang, G. J., Chen‐Yang, Y. W. (2007). Polyimide‐silica nanocomposites exhibiting low thermal expansion coefficient and water absorption from surface-modified
silica. Journal of Applied Polymer Science., 104, 4096– 4105.
11. Petcu, C., Purcar, V., Spataru, C.-I., Alexandrescu, E., Somoghi, R., Trică, B. Jecu, M.-L. (2017) The influence of new hydrophobic silica nanoparticles on the surface properties of the films
obtained from bilayer hybrids. Nanomaterials, 7(47), 10p. doi:10.3390/nano7020047.
12. Serdiuk, V. O., Shevchuk, O. M., Pereviznyk, O. B., Bukartyk, N. M., Tokarev, V. S. (2018). Reactive peroxide macroinitiator for crosslinking biocompatible polymers. Bulletin of Lviv Polytechnic Institute, 886, 226–235.
13. Vasilyev, V. P., Glus, L. S., Gubar, S. P. (1985). Elaboration of gas-chromatography method of peroxide monomer analysis. Bulletin of Lviv Polytechnic Institute, 191, 24–26.
14. Toropceva, A. M., Belogorodskaya, K. V., Bondarenko, V. M. (1972). Laboratory Training on Chemistry and Technology of High Molecular Substances. Leningrad, USSR: Khimiya.
15. Masalov, V. M., Sukhinina, N. S., Emelchenko, G. A. Colloidal particles of silicon dioxide for formation of opal-like structures. (2011). Physics of the Solid State, 53 (6), 1072–1076.