Приготовление поста

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 13815 (2023) Цитировать эту статью

124 доступа

Подробности о метриках

Суперабсорбирующие гидрогели находят широкое применение во многих областях благодаря своим уникальным водопоглощающим свойствам. Несмотря на десятилетия исследований суперабсорбирующих гидрогелей, высокая водопоглощающая способность под давлением и быстрое набухание по-прежнему остаются проблемой и весьма желательны для их применения в гигиенических продуктах и ​​других продуктах. Здесь мы сообщаем о получении быстро набухающих пористых суперабсорбирующих гидрогелей крахмал-g-поли(акриловая кислота)/поли(виниловый спирт) с высокой абсорбцией соленой воды под давлением путем вспенивания и постповерхностного сшивания. В качестве нового порообразователя вместо традиционных порообразователей, таких как NaHCO3, был использован 2,2'-азобис(2-амидинопропан)дигидрохлорид (AIBA). Постповерхностное сшивание гидрогеля достигалось с использованием глицерина посредством реакции этерификации. AIBA является лучшим порообразователем, чем NaHCO3, с точки зрения пористости и набухания гидрогелей, а его содержание оказывает большое влияние на структуру и характеристики набухания гидрогелей, включая водопоглощение и скорость набухания. Кроме того, поверхностное сшивание с использованием глицерина может значительно улучшить поглощение соленой воды под давлением (2 кПа), но за счет скорости набухания. Следовательно, гидрогели демонстрируют высокую водопоглощающую способность для деионизированной воды (560 г/г), 0,9 мас.% раствора NaCl (58 г/г), 0,9 мас.% раствора NaCl под давлением 2 кПа (28 г/г) и быстрое набухание ( 31 с для достижения состояния сильного набухания).

Со времени первой статьи о гидрогелях, опубликованной Вихтерле и Лимом1, гидрогели широко использовались в химической технологии2,3,4, сельском хозяйстве5,6,7, фармацевтике8,9, архитектуре10,11, гигиенических применениях12,13 и т. д. в гигиенических продуктах одним из очень важных свойств является быстрое набухание сухих гидрогелей в водных растворах. Как правило, скорость проникновения молекул воды в полимерную сетку и гидрофильность функциональных групп являются двумя основными факторами, определяющими скорость набухания гидрогелей14,15. Таким образом, более высокая пористость гидрогелей может увеличить площадь контакта между полимерной сеткой и внешними водными растворами, что способствует увеличению скорости набухания16.

До сих пор для приготовления пористых гидрогелей использовались различные методы порообразования, включая метод разделения фаз17, метод сублимационной сушки и гидратации18, метод порообразования19 и метод вспенивания20,21. Среди этих методов метод вспенивания является простым и эффективным методом создания пористой структуры в гидрогелях. Карбонатные соединения, такие как NaHCO322, и органические растворители, такие как метанол и ацетон, являются наиболее часто используемыми пенообразователями23,24. Кроме того, сообщалось также о пористых гидрогелях, полученных в результате вспенивания в процессе полимеризации и обезвоживания только что синтезированных гидрогелей без растворителя25. Несмотря на то, что пористость и скорость набухания гидрогелей можно улучшить, используя карбонатные соединения в качестве порообразователей, время и последовательность добавления порообразователей, а также время гелеобразования в процессе полимеризации необходимо тщательно контролировать, поскольку кислотное разложение карбонатных соединений интенсивно происходило при добавлении их в реакционную смесь. Кроме того, сложно получить гидрогель с однородной пористой структурой из-за неравномерной дисперсности карбонатных частиц в реакционной смеси. Следовательно, чтобы найти порообразователь, который может быть хорошо диспергирован в реакционной смеси, но не может разлагаться до полимеризации, необходимо получить стабильный процесс вспенивания и, следовательно, иметь хорошую пористую структуру.

С другой стороны, для применения в гигиенических продуктах важна водопоглощающая способность гидрогелей под давлением26. Для некоторых обычных гидрогелей размер гранул гидрогелей во время набухания в водно-солевых растворах может уменьшаться под давлением. Это значительно затруднит проницаемость водных жидкостей, таких как жидкости организма, через частицы гидрогеля и, таким образом, водопоглощение гидрогелей будет значительно снижено. Очень желательно иметь высокую водопоглощающую способность под давлением, чтобы удовлетворить требования для применения в гигиенических областях. Поверхностное сшивание после приготовления гидрогелей является вероятным подходом к решению проблемы без слишком сильного скарификации водопоглощающей способности27,28.