ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА БИОРАЗЛАГАЕМЫХ КРИОГЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА И КАРТОФЕЛЬНОГО КРАХМАЛА ДЛЯ БОРЬБЫ С ЭРОЗИЕЙ ПОЧВ
Authors: ФУФАЕВА М.С. , КИМ Е. , ОВСЯННИКОВА В.С. , МАНЖАЙ В.Н. , АЛТУНИНА Л.К. 
Published: October 2024

Предложены составы для формирования трехкомпонентных упругих криогелей на основе водных растворов поливинилового спирта (ПВС) и картофельного крахмала. Показано, что вязкость водных растворов зависит как от вида полимера, так и от суммарного содержания полимеров в системе. Модуль упругости трехкомпонентных криогелей зависит от концентрации в них крахмала и повышается от 5 до 15 кПа при добавлении 1-5 мас. % последнего. При введении в матрицу двух- и трехкомпонентных криогелей дисперсного материала (почвы), вследствие высокой адгезии полимера к наполнителю, получили наполненные криогели, модуль упругости которых в 16 раз больше, чем у криогелей без наполнителя. Введение 5 мас. % картофельного крахмала в состав криогеля ПВС увеличило время его полного высыхания на воздухе на одни сутки, а при хранении в воде - повысило его деструкцию на 5 % за неделю. Поведение двухкомпонентных криогелей при их хранении в воде резко различалось: криогель ПВС не менял массу, потеря массы для криогеля картофельного крахмала составила 11 % за неделю. В почвенном тесте под действием аборигенной почвенной микрофлоры показано снижение массы трехкомпонентных криогелей на 75-89 % за счет потери влаги и деструкции. Потеря массы двухкомпонентного криогеля на основе ПВС составила порядка 60 %. Тестирование почв на фитотоксичность после деструкции трехкомпонентных криогелей выявило снижение всхожести белой горчицы (Sinapis alba L.) на 2-10 % относительно контрольного опыта, в зависимости от содержания крахмала, а контрольного двухкомпонентного криогеля ПВС - на 18 %. Криоструктурирование верхнего почвенного слоя криогелем ПВС привело к повышению сухой надземной массы растений на 3.2 % по сравнению с контролем, криогелем картофельного крахмала - на 7.1 %, криогелем на основе ПВС и картофельного крахмала - на 9.4 %.

Compositions for the formation of three-component elastic cryogels based on the aqueous solutions of polyvinyl alcohol (PVA) and potato starch are proposed. It is shown that the viscosity of aqueous solutions depends both on the kind of polymer and on the total content of polymers in the system. The elasticity modulus of three-component cryogels depends on the concentration of starch in them and increases from 5 to 15 kPa with the addition of starch in the amount of 1-5 wt%. By introducing a dispersed material (soil) into the matrix of two-and three-component cryogels, due to the high adhesion of the polymer to the filler, the filled cryogels were obtained, with the elasticity modulus 16 times higher than that of cryogels without the filler. The introduction of potato starch in the amount of 5 wt% into PVA cryogel caused an increase in the time of its complete drying by 24 h, and an increase in its destruction during exposure in water by 5% within a week. Two-component cryogels exhibited sharply different types of behaviour during storage in water: PVA cryogel did not lose its mass, while mass loss by the cryogel of potato starch was 11% within a week. A decrease in the mass of three-component cryogels by 75-89% due to the loss of moisture and destruction was demonstrated in the soil test under the action of aboriginal soil microflora. The mass loss by the two-component cryogel based on PVA was 60%. Soil testing for phytotoxicity after the destruction of three-component cryogels revealed a decrease in the germination capacity of white mustard ( Sinapis alba L.) by 2-10% with respect to the reference experiment, depending on starch content, while for the reference two-component PVA cryogel the corresponding decrease was by 18%. Cryostructuring of the upper soil layer by PVA cryogel caused an increase in the dry above-ground mass of plants by 3.2% in comparison with the reference, while the cryogel with potato starch caused an increase by 7.1%, and cryogel based on PVA and potato starch gave 9.4%.