STUDY OF THE RHEOLOGICAL PROPERTIES OF HYDROGELS AND CRYOGELS OBTAINED USING THE AQUEOUS SOLUTIONS OF POLYVINYL ALCOHOL
Authors: ФУФАЕВА М.С. , МАНЖАЙ В.Н. , КОЖЕВНИКОВ И.С. 
Published: September 2024

Рассмотрены способы получения криогелей и гидрогелей из вязкотекучих водных растворов поливинилового спирта (ПВС) и изучены их реологические свойства. Замораживание водного раствора ПВС, выдерживание его при отрицательной температуре и последующее оттаивание при положительной температуре приводит к формированию упругих криогелей. Химическая “сшивка” индивидуальных макромолекул ПВС в пространственные сетки сопровождается переходом водных растворов в гидрогели. Для структурирования полимерных растворов химическим способом использовали тетраборат натрия и глиоксаль. Установлено, что взаимодействие указанных реагентов с функциональными группами полимера подтверждается возрастанием вязкости трехкомпонентных систем “ПВС - глиоксаль - вода” и “ПВС - тетраборат натрия - вода” с течением времени. Исследована кинетика гелеобразования продуктов химических реакций при разных концентрациях. Показано, что в обоих случаях (ПВС - глиоксаль и ПВС - тетраборат натрия) вязкость исследованных систем возрастает с увеличением концентрации низкомолекулярных реагентов. Гидрогели, образованные при положительной температуре, подвергали дополнительному циклу замораживания-оттаивания, получали криогели и исследовали реологические свойства последних. Выявлено, что упругие свойства криогелей более выражены, чем гидрогелей. Гидрогели можно использовать как мгновенно гелеобразующие системы для защиты от опасных химикатов и создания противофильтрационных барьеров в гидротехнических сооружениях, у которых после криогенного воздействия усиливаются упругие свойства.

The methods for producing cryogels and hydrogels from viscous aqueous solutions of polyvinyl alcohol (PVA) and their rheological properties are considered. Freezing an aqueous solution of polyvinyl alcohol, its exposure to negative temperature and subsequent thawing at a positive temperature lead to the formation of elastic cryogels. Chemical cross-linking of individual PVA molecules into spatial networks is accompanied by the transformation of aqueous solutions into hydrogels. Sodium tetraborate and glyoxal were used to structurise the polymer solutions. It has been determined that the interaction of these reagents with the functional groups of the polymer causes an increase in the viscosity of three-component systems “PVA - glyoxal - water” and “PVA - sodium tetraborate - water” with time. The kinetics of gel formation in the products of chemical reactions was investigated at different concentrations. It is shown that the viscosity of the studied systems increases with an increase in the concentrations of low-molecular reagents in both cases (PVA - glyoxal and PVA - sodium tetraborate). Hydrogels formed at a positive temperature were subjected to additional freezing-thawing cycle, cryogels were obtained, and their rheological properties were studied. The elastic properties of cryogels were determined to be more clearly pronounced than those of hydrogels. Hydrogels can be used as instantaneous gel-forming systems to protect from dangerous chemicals and to make waterproof barriers in hydraulic structures, as the elastic properties are enhanced after cryogenic exposure.