ИСТИНА

Суперабсорбирующие гидрогели (САГ) относятся к числу перспективных материалов для агрохимии и сельского хозяйства благодаря их способности поглощать и удерживать значительное количество влаги. САГ представляют собой мягкие материалы, свойства которых определяются химически сшитой полимерной сеткой. Движущей силой набухания полимерной сетки является градиент осмотического давления. При добавлении воды полимерные цепи, первоначально собранные в компактные клубки, распрямляются, что обеспечивает увеличение объема полимерной сетки; этот эффект ослабевает с ростом степени сшивки. Однако в сельском хозяйстве сухие сшитые сополимеры помещают внутрь почвы, где они вынуждены набухать в ограниченном поровом пространстве под давлением почвенных частиц. Поэтому в последние годы возрос интерес к изучению поведения САГ в матрице твердых частиц. В частности, было показано, что набухание сшитых полимеров в ограниченном пространстве и под действием внешнего давления уменьшается по сравнению со свободным состоянием. Эти наблюдения указывают на наличие взаимосвязи между водоудерживающими свойствами и механическими характеристиками набухших полимерных сеток. В данной работе синтезированы и исследованы шесть сшитых сополимеров, состоящих из акрилата натрия, акриламида, фрагментов крахмала и сшивающего агента N,N'-метиленбисакриламида, потенциально пригодных для использования в сельском хозяйстве в качестве суперабсорбентов. Сополимеры (далее АГГ#) обладали одинаковым содержанием карбоксильных групп, равным 6,2 ммоль на 1 г сополимера, а содержание сшивающего агента (Q) варьировалось от 0,04 до 1 вес.%. Сополимеры набухали в водном буферном растворе с рН 6,5, образуя частицы гидрогеля, которые были охарактеризованы комплексом методов, включающим гравиметрию, реометрию, равновесное центрифугирование и анализ водоудержания. В первую очередь, показано, что увеличение Q монотонно снижает равновесную степень набухания при помещении АГГ# в фосфатный буфер с 450 при Q = 0,04 вес.% до 90 при Q = 1 вес.%. При набухании в твердом субстрате, песке или почве, наблюдается другая зависимость – равновесная степень набухания возрастает от 70 при Q = 0,04 вес.% до максимума в 108 при Q = 0,14 вес.%, затем снова снижается до 60 при Q = 1 вес.%. С помощью реологических измерений модуля накопления набухших в свободных условиях гидрогелей АГГ# было доказано, что данное явление можно связать с чрезмерно слабой механической устойчивостью образцов АГГ# с низкой степенью сшивки. Вследствие низкой упругости в набухшем состоянии образцы с Q = 0,04 вес.% и 0,08 вес.% неспособны эффективно сопротивляться внешнему давлению субстрата, и их равновесная степень набухания резко падает (практически на порядок). Продемонстрировано, что степень сшивки АГГ# аналогично определяет водоудерживающие свойства твердых субстратов с внедренными в них гидрогелями. Все гидрогели существенно увеличивают влагоемкость и диапазон доступной влаги песка или почвы, однако, в обоих случаях максимальный эффект снова наблюдается при среднем значении Q = 0,14 масс.%. Обнаруженные в данной работе экстремальные зависимости влагоудерживающих свойств гидрогелей от содержания сшивателя позволят лучше контролировать синтез полимерных суперабсорбентов и оптимизировать их эксплуатационные характеристики.