Reologie hydrogelů a jejich nanokompozitů

Hydrogely a jejich nanokompozity jsou látky, které jsou v dnešní době široce využívané od farmacie (kontaktní čočky, obkladové materiály, nosiče léčiv) po environmentální sektor (účinné adsorbenty). Přestože jsou tyto materiály široce využívané již po několik desetiletí, jejich příprava je typicky zaměřena jen na poměr reaktantů v reakční směsi bez ohledu na množství přítomné vody. V rámci našeho výzkumu jsme otestovali cílené řízení obsahu vody polyakrylamidových hydrogelů pomocí různého obsahu vody v průběhu polymerace. S obsahem vody souvisí zároveň morfologie a pevnost hydrogelu, takže tyto vlastnosti je možno nastavit podle potřeby.

Dále jsme studovali vliv struktury a složení hydrogelových nanokompozitů na jejich vlastnosti – morfologii, pevnost a zejména na jejich selektivitu a adsorpční kapacitu pro organická barviva. Měnil se typ aditiva (grafen, kaolin nebo laponit), obsah aditiva a obsah vody v polyakrylamidovém hydrogelovém nanokompozitu. Bylo zjištěno, že nejúčinněji zvyšu

je adsorpční kapacitu pro organická barviva přídavek laponitu a to selektivně vůči kationickým barvivům, které mají ve struktuře fenylové skupiny. Adsorpční izotermy ukázaly jako nejúčinnější adsorbenty nanokompozity se středním obsahem vody (tj. optimální velikostí pórů).

Obr. Objem hydrogelu se zvětšuje s rostoucím obsahem vody, zatímco pevnost, zde reprezentovaná elastickým a viskózním modulem, se snižuje (vlevo). Průběh adsorpce brilantní zeleně na laponitový nanokompozit (vpravo).

Penkavova, V., Spalova, A., Tomas, J., Tihon, J., Polyacrylamide hydrogels prepared by varying water content during polymerization: Material characterization, reswelling ability, and aging resistance. Polymer Engineering & Science 62 (2022) 901-916. DOI: 10.1002/pen.25895

Penkavova, V., Spalova, A., Tihon, J., Polyacrylamide hydrogel-based nanocomposites containing graphene, kaolin or laponite: Physico-mechanical characterization and adsorption properties. Materials Today Communications 34 (2023) 105150. DOI: 10.1016/j. mtcomm.2022.105150