Peculiarity of Elastic and Inelastic Properties of Radiation Cross-linked Hydrogels

Abstract

Шляхом вимірювання пружних та непружних механічних характеристик досліджено залежності ефективності радіаційного зв’язування гідрогелів. Експериментально виміряно статичний пружний модуль Е при стисненні та при розтягуванні; межу пружності σЕ, межу ефективної плинності σfl та межу міцності σst при стисненні для радіаційно зв’язаних гідрогелів з концентраціями 5, 6, 8, 10 % полівінілового спирту. Встановлено, що абсолютні значення статичного модуля E, межі пружної σЕ, межі граничної ефективності текучості σfl, межі міцності при стисненні σst в радіаційно зв’язаних гідрогелях визначаються утворенням нанокластерів молекул полівінілового спирту. В результаті досліджень визначено оптимальні склади початкових гідрогелів та режими їх електронного опромінення, які дозволяють виготовити радіаційно зв’язаний гідрополімерний композит з необхідними характеристиками при дозах опромінення. Сітка ланцюгів молекул модифікованого полімеру має велику кількість різних дефектів, які не беруть участі в передачі напружень σ в сітці, і, отже, не вносять вклад в її модуль пружності G, E. Важливо, що радіаційна деструкція основних ланцюгів молекул полівінілового спирту, які містять подвійні C=C зв'язки, впливає на формування сітки утворюваних гідрогелів. Пов'язки на основі опромінених гідрогелів являють собою еластичні товсті плівки з прозорого желе стерильного матеріалу, що складається з C = 85÷90 % дистильованої води. Такі пов'язки повинні бути біологічно сумісними і не прилипати до ран для надання невідкладної допомоги при кровотечах або опіках. Вони можуть містити деякі антисептичні, знеболюючі, кровоспинні ліки. Характер взаємодії полімерного гідрогелю з організмом, його проникність для різних речовин і клітин, термін біодеградації, його механічні властивості визначаються параметрами тривимірної полімерної сітки, яка утворюється при формуванні гідрогелю. Прогнозування та контроль механічних властивостей гідрогелів має велике значення при оцінці їх застосування.

The dependences of efficiency of the radiation cross-linking hydrogels by the elastic and inelastic characteristics were investigated. The static elastic module Е at compression and extension, elastic limit σЕ, effective fluidity limit σfl, strength limit at compression σst for the radiation cross-linked hydrogel with 5, 6, 8, 10 % polyvinyl alcohol were measured. The values of static module E, elastic limit σЕ, effective fluidity limit σfl, strength limit at compression σst of the radiation cross-linked hydrogels are determined by the formation of the polyvinyl alcohol molecules nanoclusters. The optimum compositions of initial hydrogels and electronic irradiation regimes, which allow making the radiation cross-linked hydro polymeric composites with the necessary characteristics at the radiation doses, were found. The modified polymer real network has the large number of different defects, which do not participate in the transfer of the strains σ in the network, and, therefore, do not contribute to its elastic module G, E. It is important that the radiation destruction of the polyvinyl alcohol molecules main chains, which contain the double C=C bonds, influences the formation of the formed hydrogels network. The bandages based on the radiation cross-linked hydrogels are elastic thick films of transparent jelly sterile material that consists of C = 85 ÷ 90 % distilled water. Such bandages must be biologically compatible and not stick to the wounds for the grant of the urgent help at bleeding or burns. They can contain some antiseptic, anesthetic, hemostatic drugs. The nature of the interaction of the polymer hydrogel with the body, its permeability to various substances and cells, the period of biodegradation, its mechanical properties are determined by the parameters of the threedimensional polymer network that is formed during the formation of the hydrogel. The prediction and control of hydrogels mechanical properties is very important in assessing the applicability of hydrogels.