Разработка методики измерения механических характеристик полимерных материалов

ВВЕДЕНИЕ
На сегодняшний день гидрогели находят все более широкое применение в связи с увеличением областей их использования: в медицине, промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, экологии.
Несмотря на растущее применение, имеются и недостатки у гидрогелей. Среди недостатков акриловых гидрогелей отмечают неустойчивость при повышенных температурах (акриловые гидрогели устойчивы до 35С); высокую чувствительность к изменению ионного состава и рН растворов; небольшую механическую прочность материалов. Улучшение этих свойств у акриловых гидрогелей позволит расширить область их применения.
Гидрогели - дисперсные системы, состоящие в основном из воды и эластичной полимерной сетки, придающей им механические свойства твёрдых тел.В настоящее время ученые занимаются изучением взаимосвязи «состав ‒ структура ‒ механические свойства» акриловых гидрогелей и композитов на их основе. Исследователи занимаются разработкой новых составов акриловых гидрогелей для перевязочных средств, и стоит задача оценки их механических свойств.
С другой стороны в настоящее время производители оборудования предлагают современные приборы по определению различных характеристик гидрогелей.В связи с этим актуален вопрос разработки методики измерения механических характеристик акриловых гидрогелей, применяемых в раневых повязках.
На основании вышесказанного целью работы явилась разработка методики измерения механических характеристик полимерных материалов.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
‒ изучить техническую и нормативную литературу по теме исследования;
‒ определить основные требования к гидрогелям,
‒ установить основные механические свойства гидрогелей;
‒охарактеризовать современное оборудование для определения механических свойств гидрогелей;
‒ провести анализ и сравнение методик исследований, представленных в научно-технической литературе, анализ авторефератов диссертаций по теме исследования.
Для достижения поставленной цели и задач в работе использованы следующие общенаучные методы исследования: метод классификаций, методы анализа и синтеза, метод сравнения.


 

СОДЕРЖАНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ 2
ВВЕДЕНИЕ 4
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ОСНОВНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ 5
1.1. Основные направления применения гидрогелей. Требования к свойствам гидрогелей 5
1.2. Перспективные направления в разработке материалов для перевязочных средств 12
1.3. Классификация механических свойств полимерных материалов 19
1.4. Выводы по главе 1 29
2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ 30
2.1.Метод испытания на растяжение 30
2.2. Метод определения твердости 33
2.3. Методы определения модуля упругости при растяжении и сжатии 34
2.4. Методы испытаний на стойкость к воздействию температуры 36
2.5. Выводы по главе 2 38
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 40
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 41

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. В настоящее время все шире исследуются гидрогели, в связи с увеличением областей их использования. Благодаря уникальным свойствам акриловые гидрогели нашли широкое применение в медицине, промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, экологии.
2. На основании анализа опубликованных результатов рассмотрены основные направления применения акриловых гидрогелей. Охарактеризованы основные требования к акриловым гидрогелям. К недостаткам акриловых гидрогелей можно отнести неустойчивость при повышенных температурах (акриловые гидрогели устойчивы до 35 С); высокую чувствительность к изменению ионного состава и рН растворов; небольшую механическую прочность материалов. В связи с этим исследователи занимаются разработкой новых составов акриловых гидрогелей и стоит задача оценки их механических свойств.
3. Разработана классификация механических свойств гидрогелей. Определены необходимые механические характеристики для акриловых гидрогелей, применяемых в раневых повязках. Установлены необходимые приборы для определения механических характеристик гидрогелей.
4. Показано, что в настоящее время недостаточно изучена взаимосвязь «состав ‒ структура ‒ механические свойства» акриловых гидрогелей и композитов на их основе. Отсутствие этих результатов препятствует расширению возможностей их применения. В связи с этим актуален вопрос разработки методики измерения механических характеристик акриловых пленок, применяемых в раневых повязках.
5. На основе анализа классификациимеханических свойств материалови опубликованных результатов испытаний, разработаны методики определения следующих механических характеристик для акриловых гидрогелей, применяемых в раневых повязках. Это испытания по определению предела прочности на растяжение, твердость, модуль упругости (модуль Юнга) при растяжении и сжатии, стойкость к воздействию температуры. При разработке методик испытаний установлены виды и размеры образцов, рекомендовано испытательное оборудование.
6. Температура окружающего воздуха оказывает влияние на механические свойства гидрогелей. В связи с этим необходимо проводить испытания механических характеристик не только при температуре 24ºС, но и при других рабочих температурах гидрогелей. Для оценки влияния температуры на механические свойства гидрогелей предложено определятькоэффициент размягчения гидрогеля от температуры.

ЛИТЕРАТУРА
1. Хотимченко Ю.С. Физико-механические свойства полисахаридов бурых водорослей / Биология моря. 2001. Т.27, №3, с.151‒162
2. 06.07-19С.113 Набухание и характеристики диффузии в гидрогелях сополимера акриламид/акриловая кислота // РЖ 19С. Химия высокомолекулярных соединений. 2006. № 7.
3. Акриловые гидрогели в качестве полимерных связующих / Успенская М.В. // автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / Санкт-Петербургский государственный технологический институт. Санкт-Петербург, 2009
4. Реологические свойства сополимерных гидрогелей на основе акриламида и акриловой кислоты / Самченко Ю.М., Ульберг З.Р., Комарский С.А., Ковзун И.Г., Проценко И.Т. // Коллоидный журнал. 2003. Т. 65. № 1. С. 87-92.
5. Состояние воды в мелкодисперсных гидрогелях на основе акриламида и акриловой кислоты / Самченко Ю.М., Атаманенко И.Д., Полторацкая Т.П., Ульберг З.Р. // Коллоидный журнал. 2006. Т. 68. № 5. С. 670-673.
6. Исследование физико-химических свойств гидрогелей, полученных на основе акриламида-акриловой кислоты / Алмабеков О.А., Ибрашева Р.К., Нұралы А.М. // Вестник Алматинского технологического университета. 2012. № 1. С. 60-64.
7. Способ получения полимеров акрилатного типа / Поляков Д.К., Кирюхин Ю.И., Чвалун С.Н., Базуевская В.Н., Ковалев Ю.В. // патент на изобретение RUS 2313539 16.10.2006
8. Об эффективности местного применения гидрогелей карбополов при лечении синдрома диабетической стопы / Зиновьев Е.В., Ивахнюк Г.К., Лагвилава Т.О. // Вестник Российской военно-медицинской академии. 2012. № 4 (40). С. 200-205.
9. Ранозаживляющий эффект гидрогелей карбополов при аллоксановом диабете у крыс / Зиновьев Е.В., Ивахнюк Г.К., Дадаян К.А., Лагвилава Т.О. // Экспериментальная и клиническая фармакология. 2014. Т. 77. № 1. С. 20-25.
10. Исследование свойств гидрогелей на основе сополимеров 2-гидроксиэтилметакрилата / Валуев И.Л., Кудряшов В.К., Обыденнова И.В., Сытов Г.А., Валуев Л.И. // Вестник Московского университета. Серия 2: Химия. 2003. Т. 44. № 2. С. 149-152.
11. Ранозаживляющие средства на основе карбополов / Лагвилава Т.О., Зиновьев Е.В., Ивахнюк Г.К., Гарабаджиу А.В., Сивова Е.В. // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). 2013. № 18 (44). С. 047-052.
12. Исследование сорбционных характеристик полимерных минерал-наполненных композитов для медицины / Игнатьева Ю.А., Успенская М.В., Борисов О.В., Олехнович Р.О., Евсеев Р.А., Касанов К.Н. // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2014. № 5 (93). С. 52-56.
13. Полимерные гидрогели для иммобилизации лекарственных веществ, обладающие эффектом памяти / Примаченко О.Н., Мариненко Е.А., Иванчев С.С. // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2014. Т. 56. № 6. С. 552.
14. Композиционный материал, способный к образованию гидрогеля, и гидрогель / Буянов А.Л., Ревельская Л.Г., Хрипунов А.К., Ткаченко А.А., Гофман И.В. // патент на изобретение RUS 2298022 20.07.2005
15. Применение наноразмерных агрегатов соединений акриловой кислоты в качестве защитных покрытий / Яруллин Р.С., Халяпов Р.М., Шайдуллин К.Ш., Низамеев И.Р., Галимзянова А.Р., Нефедьев Е.С. // Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 16. С. 63-68.
16. Обзор современных технологий получения суперабсорбирующих полимеров (сап) для комплекса акриловой кислоты ОАО «ГАЗПРОМ НЕФТЕХИМ САЛАВАТ» / Кильмухаметов М.Д., Садретдинов И.Ф. // Башкирский химический журнал. 2014. Т. 21. № 2. С. 5-14.
17. Синтез сорбирующих полимеров медицинского назначения / Игнатьева Ю.А., Успенская М.В., Касанов К.Н. // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). 2014. № 23. С. 23-25.
18. Создание и исследование эксплуатационных характеристик эластомерных композиций для ультразвуковой диагностики / Волкова К.В., Успенская М.В., Подзноев А.М. // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2014. № 10. С. 31-33.
19. Изучение влияния различных факторов на структурно-механические и технологические характеристики гидрогелевых основ полимера акриловой кислоты / Слюсар О.И., Калмыкова Т.П., Керманиан Ф. // Ветеринарная патология. 2003. № 1. С. 154-159.
20. Абсорбирующие жидкость полимеры / Васильева Н.Г. // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. № 8. С. 69-71.
21. Исследование композиционных полиароматических аминов со сшитой полиакриловой кислотой / Каримова Д.А., Ахадов М.Ш., Каримова З.У. // В сборнике: Проблемы теории и практики современной науки Материалы V Международной научно-практической конференции. 2016. С. 123-126.
22. Синтез и исследование криогеля на основе полиакриловой кислоты / Байтуганова М.Т., Даутбаева Л.М., Кайралапова Г.Ж., Бейсебеков М.К. // В сборнике: Химическая наука: современные достижения и историческая перспектива Материалы II Всероссийской научной Интернет-конференции с международным участием. Сервис виртуальных конференций Pax Grid; ИП Синяев Д. Н.. 2014. С. 14-16.
23. Физические свойства нового антибактериального хирургического шовного материала / Князюк А.С., Бонцевич Д.Н., Поликарпов А.П., Пригожаева Л.М., Шевченко Н.И. // Журнал Гродненского государственного медицинского университета. 2015. № 1 (49). С. 94-97.
24. Полимеры медико-биологического назначения / Штильман М.И. // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2010. Т. 52. № 9. С. 1551-1569.
25. Обоснование состава геля эвкалимина на основе сравнительного изучения реологических параметров редкосшитых акриловых полимеров / Семкина О.А., Суслина С.Н., Краснюк И.И. // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Медицина. 2004. № 4. С. 216-222.
26. Возможности улучшения эксплуатационных характеристик облетирующих растворов на основе жидкого стекла с помощью модифицирующих добавок различной природы / Тихомиров В.М., Сивцов Е.В., Наумов В.Н., Поляков А.В. // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). 2015. № 32 (58). С. 38-42.
27. Перспективные направления в разработке новых перевязочных средств / Бледнов А.В. // Новости хирургии. 2006. Т. 14. № 1. С. 9-19.
28. «Умные» полимерные гидрогели / Филиппова О.Е. // Природа. 2005. № 8. С. 11-17.
29. Bhattacharya S., Srivastava A., Pal A. Modulation of viscoelastic properties of physical gels by nanoparticle doping: Influence of the nanoparticle capping agent // Angew. Chem. Int. Ed. 2006. V. 45. № 18. P. 2934–2937.
30. Эффект памяти формы в полимерах / Белошенко В.А., Варюхин В.Н., Возняк Ю.В. // Успехи химии. 2005. Т. 74. № 3. С. 285-306.
31. ГОСТ 14236-81. Пленки полимерные. Метод испытания на растяжение
32. ГОСТ 9012-59. Метод измерения твердости по Бринеллю