МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЕЛЕЙ АЛЬГИНАТА НАТРИЯ И НАНОЧАСТИЦ ПРИРОДНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ ДО И ПОСЛЕ СШИВАНИЯ ИОНАМИ КАЛЬЦИЯ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Полисахарид альгинат натрия и нанотрубки природной глины галлуазита в водной среде образуют трехмерную структуру, обладающую реологическими свойствами тиксотропного геля. Исследованы закономерности изменения механических свойств гелей при изменении концентрации полимера при сдвиговом напряжении ниже и выше значений предела текучести. Показано, что гели характеризуются высокими значениями модуля накопления G' и предела текучести σy, которые растут с концентрацией альгината натрия согласно степенным зависимостям: G' ~ C2,4 и σy ~ C2,0. Это объясняется увеличением количества топологических зацеплений между макромолекулами, формирующими двойную сетку вместе с перколяционной структурой нанотрубок за счет нековалентных взаимодействий. Показано, что при напряжениях выше предела текучести гели текут, а их вязкость падает при увеличении скорости сдвига. Эти зависимости имеют низкие значения индексов течения, так как компоненты геля связаны нековалентными взаимодействиями и могут выстраиваться вдоль направления течения. Реологические свойства полученных гелей альгината натрия и нанотрубок галлуазита делают их перспективными для использования в качестве чернил для экструзионной 3D-печати. Проведено сравнительное исследование механических свойств при одноосном сжатии гелей, сшитых ионами кальция. Показано, что модуль Юнга сшитых гелей, содержащих перколяционную сетку нанотрубок, на полпорядка выше, чем аналогичных гелей альгината натрия без нанотрубок. Повышение концентрации альгината натрия позволяет дополнительно увеличить значения модуля Юнга в несколько раз, поскольку возрастает количество цепей, сшиваемых ионами кальция.

Об авторах

В. С. Молчанов

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова. Физический факультет

Email: molchan@polly.phys.msu.ru
Москва, Россия

А. П. Сторожук

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова. Физический факультет

Москва, Россия

О. Е. Филиппова

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова. Физический факультет

Москва, Россия

Список литературы

  1. Liu J., Sun L., Xu W., Wang Q., Yu S., Sun J. // Carbohydr. Polym. 2019. V. 207. P. 297.
  2. Li Z., Lin Z. // Aggregate. 2021. V. 2. № 2. P. 1.
  3. Rastogi P., Kandasubramanian B. // Biofabrication 2019. V. 11. № 4. P. 42001.
  4. Liu X., Qian L., Shu T., Tong Z. // Polymer. 2002. V. 44. № 2. P. 407.
  5. Stokke B.T., Draget K.I., Smidzrod O., Yuguchi Y., Urakawa H., Kajiwara K. // Macromolecules. 2000. V. 33. P. 1853.
  6. Glukhova S.A., Molchanov V.S., Lokshin B.V., Rogachev A.V., Tsarenko A.A., Patsaev T.D., Kamyshnisky R.A., Philippova O.E. // Polymers. 2021. V. 13. № 23.
  7. Draget K.I., Stokke B.T., Yuguchi Y., Urakawa H., Kajiwara K. // Biomacromolecules. 2003. V. 4. № 6. P. 1661.
  8. Wei J., Wang B., Li Z., Wu Z., Zhang M., Sheng N., Liang Q., Wang H., Chen S. // Carbohydr. Polym. 2020. V. 238. P. 116207.
  9. Kawaguchi M., Fukushima T., Hayakawa T., Nakashima N., Inoue Y., Takeda S., Okamura K., Taniguchi K. // Dent. Mater. J. 2006. V. 25. № 4. P. 719.
  10. Munoz-Perez E., Perez-Valle A., Igarina M., Santos-Vizcaino E., Hernandez R.M. // Biomater. Adv. 2023. V. 149. P. 213414.
  11. Dutta S.D., Hexiu J., Patel D.K., Ganguly K., Lim K.T. // Int. J. Biol. Macromol. 2021. V. 167. P. 644.
  12. Glukhova S.A., Molchanov V.S., Chesnokov Y.M., Lokshin B.V., Kharitonova E.P., Philippova O.E. // Carbohydr. Polym. 2022. V. 282. P. 119106.
  13. Grasdalen H. // Carbohydr. Res. 1983. V. 118. P. 255.
  14. Lee K.Y., Mooney D.J. // Prog. Polym. Sci. 2012. V. 37. № 1. P. 106.
  15. Rinaudo M. // Polym. Bull. 1992. № 27. P. 585.
  16. Massaro M., Noto R., Riela S. // Molecules. 2020. V. 25. № 20. P. 4863.
  17. Yuan P., Tan D., Annabi-bergaya F. // Appl. Clay Sci. 2015. V. 112–113. P. 75.
  18. Shishkhanova K.B., Molchanov V.S., Baranov A.N., Kharitonova E.P., Orekhov A.S., Arkharova N.A., Philippova O.E. // J. Mol. Liq. 2023. V. 370. P. 121032.
  19. Sikorski P., Mo F., Skják-Breek G., Stokke B.T. // Biomacromolecules. 2007. V. 8. № 7. P. 2098.
  20. Peak C.W., Stein J., Gold K.A., Gaharwar A.K. // Langmuir. 2018. V. 34. № 3. P. 917.
  21. Jin Y., Liu C., Chai W., Compaan A., Huang Y. // ACS Appl. Mater. Interfaces 2017. V. 9. № 20. P. 17456.
  22. Murab S., Gupta A., Włodarczyk-Biegun M.K., Kumar A., van Rijn P., Whitlock P., Han S.S., Agrawal G. // Carbohydr. Polym. 2022. V. 296. № August.
  23. Hernández R., Sacristán J., Mijangos C. // Macromol. Chem. Phys. 2010. V. 211. № 11. P. 1254.
  24. Edwards S.F., Doi M. // Faraday Trans. 2 Mol. Chem. Phys. 1978. V. 74. № 11. P. 1818.
  25. Heo Y., Larson R.G. // Macromolecules. 2008. V. 41. № 22. P. 8903.
  26. Lopez C.G., Voleske L., Richtering W. // Carbohydr. 2020. V. 234. P. 115886.
  27. Zhou L., Fu J., He Y. // Adv. Funct. Mater. 2020. V. 30. P. 2000187.
  28. Wu D., Yu Y., Tan J., Huang L., Luo B., Lu L., Zhou C. // Mater. Des. 2018. V. 160. P. 486.
  29. Malkin A.Y., Isayev A.I. // Rheology: Concepts, Methods, and Applications. Toronto, 2017.
  30. Kuleznev V.N., Manenkova V.N. // Неизотермическое течение дисперсных, полимерных и жидкокристаллических систем: структурный подход. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2016.
  31. Moller P.C.F., Mewis J., Bonn D. // Soft Matter. 2006. V. 2. № 4. P. 274.
  32. Xu Y., Arens A.D., Stokes J.R. // J. Colloid Interface Sci. 2017. V. 496. P. 130.
  33. Gasbarro N.M., Solomon M.J. // Rheol. Acta. 2019. V. 58. № 11–12. P. 729.
  34. Williams A.H., Roh S., Jacob A.R., Stoyanov S.D., Hsiao L., Velev O.D. // Nat. Commun. 2021. V. 12. № 1. P. 1.
  35. Roman J., Neri W., Fierro V., Celzard A., Bentaleb A., Ly I., Zhong J., Derré A., Poulin P. // Nano Today. 2020. V. 33. P. 100881.
  36. Li H., Tan C., Li L. // Mater. Des. 2018. V. 159. P. 20.
  37. Dávila J.L., d'Ávila M.A. // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2019. V. 101. № 1–4. P. 675.
  38. Bakarich S.E., Beirne S., Wallace G., Spinks M. // J. Mater. Chem. B. 2013. V. 1. P. 4939.
  39. Giuseppe M. Di, Law N., Webb B., Macrae R.A., Sercombe T.B., Dilley R.J., Doyle B.J., Liew L.J. // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2018. V. 79. № September 2017. P. 150.
  40. Tavsani B., Okay O. // Carbohydr. Polym. 2019. V. 208. P. 413.
  41. Dayal M.S., Catchmark J.M. // Carbohydr. Polym. 2016. V. 144. P. 447.
  42. Serafín A., Murphy C., Rubio M.C., Collins M.N. // Mater. Sci. Eng. C. 2021. V. 122. P. 111927.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).