Wykorzystanie reologii oscylacyjnej do określenia parametrów mechanicznych hydrożeli krzemianowo-polimerowych

• Autorzy: Słupecki Szymon , Mastalska-Popławska Joanna , Izak Piotr

Warianty tytułu

EN

The use of oscillatory rheology to determine the mechanical parameters of polymer-silicate hydrogels

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki pomiarów reologicznych mających na celu określenie właściwości lepkosprężystych hydrożeli krzemianowo-polimerowych na bazie szkła wodnego sodowego i poliakrylanu sodu o stosunku masowym 1:2, 1:1 i 2:1. Do tego celu wykorzystano dwa rodzaje badań reologicznych, tj. pomiary oscylacyjne przy stałej częstotliwości i amplitudzie drgań (1 Hz i 0,3%), a także testy pełzania przy stałym naprężeniu ścinającym wynoszącym 10 Pa. Na podstawie otrzymanych wyników badań stwierdzono, że wszystkie analizowane próbki można zakwalifikować jako ciała lepkosprężyste ze znaczną przewagą właściwości sprężystych, gdyż ich kąt przesunięcia fazowego δ był znacznie mniejszy niż 45°. Właściwości najbardziej zbliżone do idealnie sprężystych wykazywały próbki hydrożeli o stosunku masowym szkła wodnego sodowego do akrylanu sodu 1:2. Uzupełnieniem tych informacji były wyniki testów pełzania. Stwierdzono, że wraz z rosnącym udziałem szkła wodnego sodowego i poliakryloamidu wzrasta stopień odkształcenia próbki w trakcie obciążenia. Czyli rosnący udział wagowy szkła wodnego i akryloamidu zwiększa udział sprężystości opóźnionej (lepkiej), kosztem sprężystości nieopóźnionej.

EN

The paper presents the results of rheological measurements aimed at determining the viscoelastic properties of polymer-silicate hydrogels based on sodium water glass and sodium polyacrylate with a mass ratio of 1:2, 1:1 and 2:1. For this purpose, two types of rheological tests were used, i.e., oscillation measurements at a constant frequency and vibration amplitude (1 Hz and 0.3%), as well as creep tests at a constant shear stress of 10 Pa. Based on the obtained test results, it was found that all analysed samples can be classified as viscoelastic bodies with a significant predominance of elastic properties, as their phase shift angle δ was much lower than 45°. The properties closest to perfectly elastic were demonstrated by hydrogel samples with a weight ratio of sodium water glass to sodium acrylate of 1:2. The results of the creep tests supplemented this information. It was found that with the increasing content of sodium water glass and polyacrylamide, the degree of sample deformation increased during loading. That is, the increasing weight content of water glass and acrylamide increases the proportion of retarded (viscous) elasticity at the expense of undelayed elasticity.

Słowa kluczowe

PL

hydrożele krzemianowo-polimerowe; lepkosprężystość; reologia oscylacyjna; testy pełzania

EN

polymer-silicate hydrogels; viscoelasticity; oscillatory rheology; creep tests

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2021
• Tom: T. 73, nr 2
• Strony: 92--100
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Słupecki Szymon

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Mastalska-Popławska Joanna

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Izak Piotr

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1]. Thakur, V. K., Thakur, M. K.: Hydrogels: Recent Advances, Springer, Singapore 2018.
• [2]. Ahmed, E. M.: Hydrogel: Preparation, characterization, and applications: A review, J. Adv. Res., 6, (2015), 105-121.
• [3]. Cicha-Szot, R., Falkowicz, S.: Wpływ modyfikatora na właściwości wiskoelastyczne żeli krzemianowych, Nafta-Gaz, 12, (2010), 1102-1108.
• [4]. Aleman, J., Chadwick, A. V., He, J. et al.: Definitions of terms relating to the structure and processing of sols, gels, networks, and inorganic–organic hybrid materials, Pure Appl. Chem., 79, (2007), 1801-1829.
• [5]. Mastalska-Popławska, J., Izak, P.: Effect of silicate module of water glass on rheological parameters of poly(sodium acrylate)/sodium silicate hydrogels, J. Phys.: Conf. Series, 790, (2017), 1-8.
• [6]. Liu, K., Wei, S., Song, L. et al.: Conductive Hydrogels—A Novel Material: Recent Advances and Future Perspectives, J. Agricult. Food Chem., 68, (2020), 7269-7280.
• [7]. Izak, P.: Reologia w ceramice, Wydawnictwa AGH, Kraków 2017.
• [8]. Mezger, T. G.: Applied Rheology, Anton Paar GmbH, Graz 2018.
• [9]. Mayoux, C., Dandurand, J., Ricard, A. et al.: Inverse suspension polymerization of sodium acrylate: Synthesis and characterization, J. Appl. Polymer Sci., 77, (2000), 2621-2630.
• [10]. Bortel, E.: Handbook of Thermoplastics, Marcel Dekker, New York 1997.
• [11]. Blauer, G.: Polymerization of methacrylic acid at pH 4 to 11, Trans. Faraday Soc., 56, (1960), 606-612.
• [12]. Mori, H., Muller, A. H. E.: New polymeric architectures with (meth)acrylic acid segments, Progr. Polymer Sci., 28, (2003), 1403-1439.