Термодинамическая совместимость полиакриламида с гелланом и механические свойства гелей на основе полиакриламида и геллана

Abstract

The equilibrium sorption of water vapor by films of gellan, polyacrylamide (PAA) and mixtures of different compositions has been studied. The differences in the chemical potentials of polymer components, water, and the average specific Gibbs energies of the interaction of polymers and mixtures with water and with each other are calculated. The Gibbs energies of dissolution of polymers and mixtures are calculated taking into account the glassy state and chain rigidity. It was found that the Gibbs energy of mixing of polymers is an alternating dependence. PAA is thermodynamically compatible with gellan at a content of more than ~ 50% of the latter. At low gellan contents in the mixture, the Gibbs energy is positive, which indicates the incompatibility of the polymers. The heats of mixing of all samples with water were determined, and the enthalpies of interaction of PAA with gellan were calculated. It was found that the mixing of polyacrylamide with gellan in the entire range of compositions is accompanied by an exothermic heat effect. The entropy contribution to the thermodynamics of polymer mixing is estimated. Mixtures enriched with PAA are characterized by a decrease in the entropy of mixing. Gels based on PAA and gellan were synthesized, for which the degree of swelling and Young's modulus were determined.

Изучена равновесная сорбция паров воды пленками геллана, полиакриламида (ПАА) и смесями разных составов. Рассчитаны разности химических потенциалов полимерных компонентов, воды, средние удельные энергии Гиббса взаимодействия полимеров и смесей с водой и друг с другом. Энергии Гиббса растворения полимеров и смесей рассчитаны с учетом стеклообразного состояния и жесткости цепи. Установлено, что энергия Гиббса смешения полимеров представляет собой знакопеременную зависимость. ПАА термодинамически совместим с гелланом при содержании более ~50% последнего. При малых содержаниях геллана в смеси энергия Гиббса положительная, что говорит о несовместимости полимеров. Определены теплоты смешения всех образцов с водой и рассчитаны энтальпии взаимодействия ПАА с гелланом. Обнаружено, что смешение полиакриламида с гелланом во всей области составов сопровождается экзотермическим тепловым эффектом. Оценен энтропийный вклад в термодинамику смешения полимеров. Смеси, обогащенные ПАА, характеризуются уменьшением энтропии смешения. Синтезированы гели на основе ПАА и геллана, для которых определены степень набухания и модуль Юнга.