ПОЛУЧЕНИЕ И МОДИФИКАЦИЯ ВЗАИМОПРОНИКАЮЩИХ СЕТОК НА ОСНОВЕ ПРИРОДНЫХ ПОЛИМЕРОВ И ПРОИЗВОДНЫХ АКРИЛОВОЙ КИСЛОТЫ
Аннотация
Для достижения синергетического эффекта, получаемого комбинацией полезных свойств биополимеров и виниловых мономеров, путем радикальной полимеризации низкомолекулярных мономеров в присутствии бифункциональных сшивающих агентов были получены сшитые гидрогели на основе хитозана, акриловой кислоты и ее производных - 2-гидроксиэтилакрилата и 2-гидроксиэтилметакрилата. Синтез осуществлен в присутствии сшивающего агента (N,N'-метиленбисакриламида) при температуре 70 ºС. Гравиметрическим методом установлено, что способность к набуханию и механическая прочность сшитых структур полностью зависят от соотношения исходных реагентов. Определены критические значения коэффициента набухания образцов в воде и этиловом спирте. Показано, что коэффициент набухания в этиловом спирте гораздо ниже, чем в воде. Появление полос поглощения карбонильной и амидной групп в ИК спектрах полученных сшитых структур подтверждает образование гидрогеля. Образование полимерных гидрогелей подтверждается наличием в спектрах 1Н ЯМР синглетных сигналов, характерных для молекулы аминосахарида и мультиплетных сигналов метиленовых групп основной и боковой цепи. Найдено, что в гидрогеле на основе 2-гидроксиэтилметакрилата отношение количества структурных звеньев хитозана к общему количеству структурных звеньев, образованных соответствующим акрилатом, составляет 1:40. Изучен гидролиз сополимеров и разработаны оптимальные условия его осуществления. Установлено, что наиболее благоприятными являются температура 60 °С и время выдержки 30 мин. С помощью растровой микроскопии доказано, что полимерные системы на основе хитозана являются пористыми, чем в значительной степени обусловлена набухающая способность сшитых биополимеров с синтетическими полимерами в воде и водных средах. Термогравиметрическим анализом подтверждено, что гидрогели на основе природного биополимера и виниловых мономеров достаточно устойчивы - распад начинается при 280 ºС и достигает максимума при 300–320 ºС.
Литература
Vundavallia R., Vundavallia S., Nakkab Mamatha, Srinivasa R.D. Biodegradable Nano-Hydrogels in Agricul-tural Farming - Alternative Source For Water Resources. Proced. Mater. Sci. 2015. V. 10. P. 548-554. DOI: 10.1016/j.mspro.2015.06.005.
Hurrass J., Schaumann G.E. Hydration kinetics of wettable and water repellent soil samples. Soil Sci. Soc. Am. J. 2007. V. 71. P. 280-288. DOI: 10.2136/sssaj2006.0142.
Teptereva G.A., Pakhomov S.I., Chetvertneva I.A., Karimov E.H., Egorov M.P., Movsumzade E.M., Evstigneev E.I., Vasiliev A.V., Sevastyanova M.V., Voloshin A.I., Nifantyev N.E., Nosov V.V., Dokichev V.A., Babaev E.R., Rogovina S.Z., Berlin A.A., Fakhreeva A.V., Bau-lin O.A., Kolchina G.Yu., Voronov M.S., Staroverov D.V., Kozlovsky I.A., Kozlovsky R.A., Tarasova N.P., Zanin A.A., Krivoborodov E.G., Karimov O.Kh., Flid V.R., Loginova M.E. Renewable natural raw materials, structure, properties, application prospects. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 9. P. 4-121 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216409.6465.
Danilova T.N. Waterabsorbent polymers for controlling water availability crops. Izv. SPbGAU Sel'skokhoz. Nauki: Agronomiya. 2018. N 3. Р. 49-53 (in Russian). DOI: 10.24411/2078-1318-2018-13047.
Danilova T.N., Tabynbaeva L.K. Polymer gels for water supply management of wheat (Triticum aestivum.) in different ecological conditions. Sel'skokhoz. Biol. 2019. V. 54. N 1. P. 76-83 (in Russian). DOI: 10.15389/agrobiology.2019.1.76rus.
Hussien R.A., Donia A.M., Atia A.A., El-Sedfy O.F., El-Hamid A.R.A., Rashad, R.T. Studying some hydro-physical properties of two soils amended with kaolinite-modified cross-linked poly-acrylamides. Catena. 2012. V. 92. P. 172-178. DOI: 10.1016/j.catena.2011.12.010.
Bontempo D., Masci G., De Leonardis P., Mannina L., Capitani D., Crescenzi V. Versatile Grafting of Polysaccharides in Homogeneous Mild Conditions by Using Atom Transfer Radical Polymerization. Biomacromolecules. 2006. V. 7. N 7. P. 2154–2161. DOI: 10.1021/bm0601373.
Graber E.R., Fine P., Levy G.J. Soil stabilization in semiarid and arid land agriculture. J. Mater. Civ. Eng. 2006. V. 18. Р. 190-205.
Mathur A.M., Moorjani Sh.K., Scranton A.B. Methods for Synthesis of Hydrogel Networks: A Review. J. Macro-mol. Sci., Pt. C: Polymer Rev. 1996. V. 36 N 2. P. 405-430. DOI: 10.1080/15321799608015226.
Joseph M., Mathew T., Chen Y., Kuriakose S. Equilibrium swelling and solvation studies on crosslinked poly-acrylamides. Polym. Int. 2004. V. 53. N 6. P. 794-801. DOI: 10.1002/pi.1455.
Hu Y., Li Y., Xu Fu-Jian. Versatile Functionalization of Polysaccharides via Polymer Grafts: From Design to Bio-medical Applications. Acc. Chem. Res. 2017. V. 50. N 2. P. 281–292. DOI: 10.1021/acs.accounts.6b00477.
Zhunusbekova N., Chinibayeva N., Zhaksybayeva Zh., Tuiebakhova Z., Iskakova T., Kashakova G., Torekhan N. Biocatalytic activity of various biopolymeric complexes with transient metal ions. J. Chem. Technol. Metall. 2018. V. 53. N 1. P. 9-16.
Larchenko E.Yu., Khonina T.G., Shadrina E.V., Pestov A.V., Chupakhin O.N., Menshutina N.V., Lebedev A.E., Lovskaya D.D., Larionov L.P., Chigvintsev S.A. Pharma-cologically active hydrogels derived from silicon glycerolates and chitosan. Russ. Chem. Bull. 2014. V. 63. N 5. P. 1225-1231. DOI: 10.1007/s11172-014-0578-7.
Lee J.W., Kim S.Y., Kim S.S., Lee K.H., Kim S.J. Synthesis and characteristics of interpenetrating polymer network hydrogel composed of chitosan and poly(acrylic acid). J. Appl. Polym. Sci. 1999. V. 73. N 1. Р. 113-120. DOI: 10.1002/app.11008.
Jiménez-Gómez C.P., Cecilia J.A. Chitosan: A natural biopolymer with a wide and varied range of applications. Molecules. 2020. V. 25. N 17. P. 3981-4023. DOI: 10.3390/molecules25173981.
Tan W., Li Q., Dong F., Chen Q, Guo Zh. Preparation and characterization of novel cationic chitosan derivatives bearing quaternary ammonium and phosphonium salts and assessment of their antifungal properties. React. Funct. Polym. 2017. V. 111. P. 1438-1451. DOI: 10.3390/molecules22091438.
Wu L., Liu M. Preparation and properties of chitosan-coated NPK compound fertilizer with controlled-release and water-retention. Carbohydr. Polym. 2008. V. 72. N 2. P. 240-247. DOI: 10.1016/j.carbpol.2007.08.020.
Sabadini R.C., Martins V.C.A., Pawlicka A. Synthesis and characterization of gellan gum: chitosan biohydrogels for soil humidity control and fertilizer release. Cellulose. 2015. V. 22. P. 2045-2054. DOI: 10.1007/s10570-015-0590-6.
Riva R., Ragelle H., Rieux A., Duhem N., Jérôme C., Préat V. Chitosan and chitosan derivatives in drug delivery and tissue engineering. Adv. Polymer Sci. 2011. V. 244. P. 19-44. DOI: 10.1007/12_2011_137.
Kean T., Thanou M. Biodegradation, biodistribution and toxicity of chitosan. Adv. Drug Delivery Rev. 2010. V. 62. P. 3-11. DOI: 10.1016/j.addr.2009.09.004.
Zhao D., Yu Sh., Sun B., Gao S., Guo S., Zhao K. Biomedical applications of chitosan and its derivative nanoparti-cles. Polymers (Basel). 2018. V. 10. N 4. P. 462-478. DOI: 10.3390/polym10040462.
