|
Акриловые гидрогели.
125
Гидрогели представляют собой полимеры, которые содержат
большое количество гидрофильных групп, которые не растворяются
при оставлении в водных средах и обладают свойствами набухания,
удерживая большое количество воды. Их также называют гидрофиль-
ными полимерами. Гидрогели имеют функциональные группы, такие
как
3
S O H
,
C O O H
,
2
C O N H
,
2
N H
, и
O H
которые обеспечива-
ют гидрофильный характер полимерных цепей в их сетях. Гидрогели с
высокой способностью удерживать воду в конструкциях также очень
похожи на живые ткани, поскольку они имеют мягкую и гибкую
структуру. Текстура резины и отличная биосовместимость, напоми-
нающая живые ткани, делают гидрогели привлекательными для мно-
гих областей. Широко используются в таких областях, как биотехно-
логия, биоинженерия, стоматология, фармация, сельское хозяйство,
ветеринария, пищевая промышленность, телекоммуникации.
Новейшие гидрогели имеют следующие свойства:
высокая реакционная способность — материал представляет собой
двухкомпонентную композицию, которая отверждается в течение не-
большого промежутка времени, поддающегося регулированию. Бла-
годаря этому реакция отверждения в основном не зависит от внешних
условий;
упругость — продукт реакции представляет собой упругое тело,
деформирующееся в большом диапазоне нагрузок и влажности окру-
жающей среды;
адгезия — гидрогели имеют хорошее сцепление почти со всеми
поверхностями гетерофазы грунта;
сохранять структуру и физико-химические свойства при контакте с
водой. Некоторые гидрогели, обладающие определенной реакционной
способностью, могут отверждаться под водой, при этом не происхо-
дит их растворения или образования пены, достигается водонепрони-
цаемость для водных потоков;
изотропное расширение (с заполнением заданного объема) — по-
сле отверждения гидрогель заполняет весь объем, в который его вво-
дили, развивается небольшое давление прижатия, которое способству-
ет заполнению материалом трещин, швов, полостей, уплотняя их;
долговечность — гидрогели в течение длительного времени устой-
чивы к воздействию обычных строительных материалов и многих ти-
пичных для грунтов химических веществ;
126
Основными компонентами данных материалов являются гидрокси-
алкиловые эфиры акриловой и метакриловой кислот, среди которых
наиболее доступен монометакриловый эфир этиленгликоля (2-
гидроксиэтилметакрилат).
В условиях радикальной полимеризации гидроксиэтилметакрилат
образует полимер с высоким сродством к воде, которое проявляется в
способности поглощать значительные количества воды, образуя мяг-
кие гели. Степень гидрофильности и жесткость геля поддается регу-
лированию за счет добавок других мономеров и пластификаторов.
Свободнорадикальная полимеризация водорастворимых акриловых
мономеров может быть инициирована различными способами: облу-
чением, например, в виде электронного пучка, микроволн, гамма-
лучей или света (который включает ультрафиолетовое излучение, ви-
димый свет или близкий к инфракрасному). Другими способами ини-
циирования свободнорадикальной полимеризации являются термиче-
ское и окислительно-восстановительное инициирование. Хотя все
способы инициирования имеют свои преимущества и недостатки, для
применения в двухкомпонентных системах наиболее удобным с тех-
нологической точки зрения является использование водорастворимых
радикальных инициаторов. Этот способ полимеризации может быть
осуществлен в условиях окружающей среды в присутствии активных
компонентов грунтов и строительных материалов. Скорость реакции
может контролироваться концентрацией инициатора, а также исполь-
зованием ускорителей и ингибиторов.
Наиболее распространенными являются пероксидные инициаторы.
Они способны генерировать свободные радикалы в различных усло-
виях: термо-, фото- или окислительно-восстановительного иницииро-
вания. Стабильными водорастворимыми пероксидами являются пе-
роксодисульфаты, которые хорошо известны в качестве инициаторов
полимеризации виниловых мономеров в водных системах. Как и дру-
гие перекиси, пероксодисульфаты могут испытывать радикальный
распад под действием различных внешних факторов. Они часто ис-
пользуются в качестве термоинициаторов, когда при термическом
разложении происходит образование ион-радикалов, которые прямо
или опосредованно вызывают рост цепи. Они также могут использо-
ваться в качестве фотоинициаторов полимеризации виниловых моно-
меров. Реакционные схемы инициирования пероксидисульфатов при
термическом и фоторазложении является идентичными:
2
2
8
4
2
S O
S O
127
4
2
4
S O
H O
H S O
O H
4
4
S O
M
M S O
O H
M
M O H
Как сульфатные ион-радикалы, так и гидроксильные радикалы или
их комбинация могут инициировать полимеризацию.
Также хорошо известно, что разложение может быть осуществлено
добавлением восстановителей, таких как ионы двухвалентного желе-
за:
2
2
3
2
2
8
4
4
F e
S O
F e
S O
S O
Инициаторами разложения могут быть также третичные амины,
например, триэтаноламин:
2
2
8
2
2
3
4
4
2
2
2
2
(
)
(
)
S O
N C H C H O H
S O
H S O
H O C H
C H
N C H C H O H
В условиях укрепления грунтов наиболее эффективным является
распад перекиси в присутствии активатора – водорастворимого, труд-
нолетучего, малотоксичного триэтаноламина. Присутствие в грунтах
и воде солей переходных металлов значительно усиливает иницииру-
ющую систему за счет протекания окислительно-восстановительного
механизма распада пероксодисульфат-иона.
Указанные радикалы способны взаимодействовать не только с мо-
номером, но и с уже сформировавшимся макромолекулярным звеном,
что приводит к формированию разветвленной и сетчатой структуры
геля. Кроме того, это обстоятельство позволяет вводить в состав ком-
позиции добавки водорасторимых полимеров, таких как поливинил-
пирролидон или поливиниловый спирт. Гидрофильные насыщенные
полимеры в водном растворе могут быть активированы разложением
пероксидисульфата, ведущим к образованию свободных полимерных
радикалов путем отщепления водорода, что, в свою очередь, приводит
к образованию сетчатого гидрогеля путем прививки.
В целом, по-видимому, имеет место сочетание различных процес-
сов, сопровождающихся как процессами полимеризации и привитой
сополимеризации, так и образования систем взаимопроникающих се-
ток, что, в конечном счете, определяет высокую прочность образую-
щихся гелей.
128
Do'stlaringiz bilan baham: |
