Высокомолекулярные соединения. Серия А, 2024, № 1

Российская академия наук
ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ  
СОЕДИНЕНИЯ
(Серия А)
Том 66    № 1    2024    Январь–Февраль
Основан в январе 1959 г. 
Выходит 6 раз в год  
ISSN: 2308-1139
Журнал издается под руководством  
Отделения химии и наук о материалах РАН
Главный редактор
А.А. Яроcлавов
Международный консультативный совет:
M. Antonietti (Potsdam, Germany), M. Ballauff (Berlin, Germany),  
A.A. Berlin (Moscow, Russia), V.M. Buznik (Moscow, Russia), J. Genzer (Raleigh, USA),  
A. Grosberg (New York, USA), A.V. Kabanov (Omaha, USA),  
P.G. Khalatur (Ulm, Germany/Moscow, Russia), V.G. Kulichikhin (Moscow, Russia),  
A.M. Muzafarov (Moscow, Russia), I.A. Novakov (Volgograd, Russia),  
A.N. Semenov (Strasbourg, France), S.S. Sheiko (Chapel Hill, USA),  
S. Slomkowski (Lodz, Poland), Y.S. Vygodskii (Moscow, Russia),  
V.P. Zubov (Moscow, Russia)
Редакционная  коллегия:
А.Ю. Бобровский, Э.Р. Бадамшина, В.В. Василевская, Д.Ф. Гришин,  
С.А. Дубровский, Я.В. Кудрявцев (зам. главного редактора), С.В. Люлин,  
А.Л. Максимов, Ю. Мэнь, А.Н. Озерин, П.М. Пахомов, А.А. Полоцкий, 
 С.А. Пономаренко, В.Г. Сергеев, И.Л. Федюшкин, О.Е. Филиппова, А.Р. Хохлов,  
Е.В. Черникова (отв. секретарь), С. Чжу, Ю.А. Щипунов, А.В. Якиманский
Зав. редакцией Е.Г. Горшенина
Адрес редакции: 119991 Москва, Ленинский пр., 29  
ИНХС РАН, тел. 8(495)952-50-68, E-mail: vms@ips.ac.ru
Москва
ФГБУ «Издательство «Наука»
© Российская академия наук, 2024
© Редколлегия журнала “Высокомолекулярные  
     соединения” (составитель), 2024

СОДЕРЖАНИЕ
Том 66, номер 1, серия А, 2024
 
РАСТВОРЫ
Гидродинамические и конформационные характеристики макромолекул 
поли-N-винилсукцинимида
А. А. Гостева, О. В. Окатова, А. С. Губарев, А. И. Гостев, Е. В. Сивцов, Г. М. Павлов 
3
ПОЛИМЕРНЫЕ ГЕЛИ
Механические свойства гидрогелей поливинилового спирта: роль химических сшивок 
и физических узлов
А. С. Семкина, И. В. Бакеева, Н. М. Кузнецов, А. Е. Крупнин, Т. Е. Григорьев, С. Н. Чвалун 
7
Биосовместимые молекулярно-импринтированные криогелевые матрицы для распознавания 
белка в биологических образцах
М. С. Леонович, В. А. Коржиков-Влах, Е. Г. Коржикова-Влах, 
 И. А. Гурьянов, О. Н. Бревнов, 
Т. Б. Тенникова 
23
МЕДИЦИНСКИЕ ПОЛИМЕРЫ
Влияние хиральности фенилаланина в составе сопо 
лимера с L-лизином на самоорганизацию 
и свойства полученных наночастиц 
Е. Г. Коржикова-Влах, А. Ю. Джужа, В. Д. Матвиенко, Г. А. Платонова, Т. Б. Тенникова 
39
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПОЛИМЕРЫ
Сополиарамид как барьерный материал
А. Ю. Алентьев, Р. Ю. Никифоров, В. П. Шантарович, Н. А. Белов, Т. К. Мусина, 
И. В. Строева, С. И. Бандурян, Н. Г. Шишкина 
52
КОМПОЗИТЫ
Сравнительное исследование механических и реологических свойств композиций ПЭНП 
с различными наноуглеродными наполнителями
М. М. Гасымов, Т. И. Мединцева, С. З. Роговина, О. П. Кузнецова, А. В. Шапагин, А. А. Берлин 
60
Распределение наполнителя в полимерных композитах. Роль размера частиц и концентрации 
Е. А. Павлючкова, А. Я. Малкин, Ю. В. Корнев, И. Д. Симонов-Емельянов 
69
Поведение спинового зонда ТЕМПО в композитах на основе полипропилена 
с разным содержанием одностенных углеродных нанотрубок
Т. C. Янкова, Н. А. Чумакова, П. М. Недорезова, О. М. Палазник, А. И. Кокорин 
77
 

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Серия А, 2024, том 66, № 1, с. 3–6
РАСТВОРЫ
УДК 541.64:539.199
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ И КОНФОРМАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 
МАКРОМОЛЕКУЛ ПОЛИ-N-ВИНИЛСУКЦИНИМИДА
© 2024 г.  А. А. Гостеваa, О. В. Окатоваa, А. С. Губаревb, А. И. Гостевc, 
Е. В. Сивцовc, Г. М. Павловa, *
aНациональный исследовательский центр “Курчатовский институт” 
Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук
199004 Санкт-Петербург, Большой пр., 31, Россия
bСанкт-Петербургский государственный университет. Физический факультет 
199034 Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9, Россия
cСанкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет)
198013 Санкт-Петербург, Московский пр., 26, Россия 
*e-mail: georges.pavlov@mail.ru
Поступила в редакцию 26.03.2024 г.
После доработки 16.04.2024 г.
Принята к публикации 24.04.2024 г.
Методами молекулярной гидродинамики изучены поли N-винилсукцинимиды, синтезированные 
методом классической радикальной полимеризации, в разбавленных растворах в диметилформамиде в 40-кратном интервале ММ. Получены молекулярные характеристики, скейлинговые соотношения, оценена равновесная жесткость молекул поли-N-винилсукцинимида.
DOI: 10.31857/S2308112024010015 EDN: NLTBQW
ВВЕДЕНИЕ
полимеризации позволяет получать полимеры 
значительно большей ММ. В настоящем сообщении мы приводим результаты гидродинамических 
исследований растворов поли N-винилсукци 
нимида в ДМФА, синтезированного методом классической радикальной полимеризации в более 
чем 40-кратном интервале молекулярных масс 
80  М × 10−3  3350.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Объекты и методы исследований
Поли-N-винилсукцинимиды получали методом классической радикальной полимеризации 
в растворе ДМСО при 60°С, используя следующие концентрации мономера и инициатора: 
[N-винилсукцинимид] = 0.7, [ДАК] = 1.65 × 
× 10−2 моль/л.
Одними из представителей широкого ряда 
N-виниловых полимеров являются N-винилсукцинимиды и их производные. Исследователи 
продолжают изучать потенциал их применения, 
создавая на их основе новые модифицированные 
полимеры и сополимеры, обнаруживающие возможности для более широкого использования [1]. 
Производные N-винилсукцинимида и N-винилпирролидона применяются во многих областях 
медицины [2, 3]. Поли-N-винилсукцинимид 
(ПВСИ) и поли N-винилпирролидон (ПВП) схожи по своей структуре, их повторяющиеся звенья отличаются только одной симметричной дополнительной карбонильной группой в боковом 
цикле. Водорастворимый поли N-винилпирролидон изучен достаточно полно, в то время как 
информация об организации цепей поли-N-винилсукцинимида в растворах крайне скудна. 
Поли-N-винилсукцинимиды (ПВСИ) впервые 
были синтезированы классической радикальной 
полимеризацией в растворе [4–6], а впоследствии и методом RAFT-полимеризации [7]. В результате RAFT-полимеризации были синтезированы ПВСИ с ММ в интервале 5 < M u 10−3 < 
<68 г/моль. Метод классической радикальной 
N-винилсукцинимид 
(ВСИ) 
синтезировали по методике [4, 5] и трижды перекристаллизовывали из раствора в изопропиловом спирте 
(Tпл. = 48.5°С, nD
50 = 1.5020). ДАК дважды перекристаллизовывали из этанола при (50 r 2) °C 
и сушили в вакууме при 20°C до постоянной массы. 
Выход ПВСИ составил 79%. Один из полученных 
3

ГОСТЕВА и др.
ПВСИ в ДМФА (1 − υρ0) = 0.32 ± 0.01 (υ — удельный парциальный объем) находили из измерений плотности растворов нескольких фракций. 
Значения [K], определенные по Хаггинсу и Крэмеру, практически совпали, а средние значения 
параметров Хаггинса и Крэмера по всему массиву 
вискозиметрических данных составили kc = 0.30 r 
r 0.03 и k” = −(0.17 r 0.02) соответственно.
образцов ПВСИ (табл. 1, образец 4) расфракционировали. Фракции получили из раствора концентрации 1 мас. % в хлороформе путем дробного 
осаждения этоксиэтаном. Этоксиэтан приливали 
до помутнения раствора, отстаивали в течение 1 ч, 
затем осадок отфильтровывали и сушили в вакууме при комнатной температуре. Таким образом 
последовательно получили четыре фракции.
Структурная формула ПВСИ приведена ниже.
В табл. 1 приведены гидродинамические характеристики индивидуальных макромолекул, 
их молекулярные массы и значения гидродинамических инвариантов.
&+ &+
2
&
2
Q
Скейлинговые соотношения Куна‒Марка‒
Хаувинка‒Сакурады и равновесная жесткость 
цепей поли-N-винилсукцинимида
1
&
&+
+ &

Полимеры изучали комплексом методов молекулярной гидродинамики (вязкое течение разбавленных растворов, скоростная седиментация 
и поступательная диффузия). Методы и обработка 
первичных экспериментальных данных неоднократно излагалась в наших статьях и обзорах [8–10]. 
Значения гидродинамических инвариантов A0 
и Es флуктуируют в ряду фракций, а их средние 
значения: A0 = (3.15 r 0.05) u 10–10 и Es = (1.10 r 
r 0.06) u 107 характерны для линейных полимерных систем. Дальнейшая интерпретация гидродинамических данных заключается в построении 
скейлинговых соотношений, связывающих гидродинамические характеристики с молекулярной массой, т.е. зависимостей Куна‒Марка‒Хаувинка‒Сакурады (рис. 1):
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
12 6
10
0 986
2
0 51 0 03
.
,
.
.
.
M
r
,      (1)
Исследования провели в ДМФА при температуре 25°C, плотность ДМФА ρ0 = 0.9447 г см−3 
и вязкость η0 = 0.787 сП. Фактор плавучести 
D
M
r
0
4
0 50 0 02
1 07
10
0 992
.
,
.
.
.
,   (2)
Таблица 1. Характеристические вязкости [K], коэффициенты поступательной диффузии D0, коэффициенты скоростной седиментации s0, концентрационные коэффициенты ks, молекулярные массы MsD и гидродинамические 
инварианты A0 и Es поли N-винилсукцинимида в ДМФА при 25оС
Образец
[η],
см3/г
D0 u 107,
cм2/с
s0 u 1013,
с
ks,
cм3/г
MsD u 10–3,
г/моль
A0 u 1010,
 г см2/с2 К моль1/3
βs u 10–7 моль–1/3
1
254
0.60
26
454
3355
3.27
1.32
2*
182
0.95
17
318
1386
3.45
1.38
3*
143
1.0
13
192
1007
3.01
1.11
4
125
1.15
9.7
96
653
2.87
0.87
5
119
1.35
9.9
98
566
3.16
0.99
6
108
1.40
10.5
180
581
3.20
1.26
7*
84
1.90
6
69
245
3.00
0.93
8
80
2.0
7.4
98
287
3.27
1.16
9
64
2.25
6.8
118
234
3.19
1.30
10
59
2.2
5.6
53
197
2.87
0.92
11
56
2.50
5.3
21
164
3.01
0.72
12*
46
3.90
4.1
42
81.4
3.48
1.13
13
39
3.50
4.7
62
104
3.22
1.25
Среднее
3.15r0.05
1.10r0.06
*Фракции, полученные из образца ПВСИ 4. Не отмеченные звездочкой — нефракционированные образцы.
ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Серия А
№ 1
2024
том 66

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ И КОНФОРМАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
s
M
r
0
15
0 50 0 02
1 26
10
0 992
.
,
.
.
.
 
      (3)
Эти теории различаются лишь в оценке диаметра цепи вследствие различия коэффициента 
M(0), а именно, MНS(0) = 1.431 для цепей жемчужного ожерелья [11], и MYF(0) = 1.056 для модели 
персистентного цилиндра [12].
Значения скейлинговых индексов bK, bD и bs 
свидетельствуют о том, что ДМФА при 25оС 
практически проявляет себя как термодинамически идеальный растворитель для ПВСИ, поскольку bK | bD | bs = 0.50. В связи с этим дальнейшая 
интерпретация, заключающаяся в оценке равновесной жесткости полимерных цепей, должна базироваться на теориях Хирста‒Штокмайера [11] 
и/или Ямакавы‒Фуджии [12], описывающих поведение линейных цепей в отсутствие внутримолекулярных объемных эффектов. Результат обеих теорий может быть представлен в следующем 
виде: 
/
2
1 3
s N P
M 
A
(4)
Современный тренд при оценке и сопоставлении равновесной жесткости линейных цепей 
склоняется к тому, что размеры цепей и оценки 
равновесной жесткости линейных цепей, получаемые разными методами, а именно методом 
поступательного трения (D0 и/или s0) и методом 
вращательного трения ([K]), при условии co0, 
должны совпадать. Это означает, что параметры 
Φ и P могут быть в известных пределах индивидуализированы для конкретных полимерных 
систем таким образом, чтобы используемые теоретические значения параметров P и ) приводили к теоретическому значению A0
theor { kBP–1)1/3, 
практически совпадающему со средним экспериментальным значением A0
exp. 
1 2
1 2
3
0
M
A
M
P M
A
d
 
L
L
/
/
(
)
/
ln
 
В нашем случае экспериментальное значение 
A0
exp = (3.15 r 0.05) u 10–10 практически совпадает с теоретическим значением A0
theor = 3.13 × 10−10, 
получаемым из теоретических значений параметров Φtheor =2.51 × 1023 и P theor = 5.99 [13–15]. Эти
значения Φtheor и Ptheor мы использовали при построении зависимости и при количественных 
оценках длины статистического сегмента A и гидродинамического диаметра d (рис. 2).
Здесь [s] – характеристический коэффициент 
седиментации, NA — число Авогадро, P и ) – параметры Флори для поступательного и вращательного 
трения, А — длина статистического сегмента Куна, 
d — гидродинамический диаметр цепи, ML — линейная плотность цепи (масса единицы длины), 
M(0) – свободный член, описывающий молекулярное протекание. Массу единицы длины ML 
оценивали на основе структурной формулы повторяющегося звена и рассчитывали по формуле 
ML = M0/λ = 49.6 × 108 г/см моль, M0 – масса повторяющегося звена цепи, M0 = 125 г/моль.
Несмотря на более, чем 40-кратный интервал 
молекулярных масс, отсекаемый отрезок, по которому оценивается гидродинамический диаметр d, определен с погрешностью более 80%, 
тогда как погрешность наклона, по которому 
2500
((M2Ф/[
ɳ])1/3, [s]NAP)*10 –8
lg[η], lgD0, lgs0
–1
–2
–3
–4
2.5
2000
1
2
3
2.0
1500
1.5
1000
1.0
500
0.5
0
0.0
M1/2
0
500
1000
1500
2000
lgM
–0.5
5.0
5.5
6.0
6.5
Рис. 1. Логарифмические зависимости характеристической вязкости (1), коэффициентов диффузии 
(2) и седиментации (3) поли N-винилсукцинимида 
от молекулярной массы. Цветные рисунки можно 
посмотреть в электронной версии.
Рис. 2. Зависимости [s]NAP (1, 3) и (M2Φ/[η])1/3 (2, 4) 
от M1/2, используемые для оценки статистического сегмента Куна и гидродинамического диаметра 
из данных поступательного и вращательного трения 
для поли N-винилсукцинимидов, полученных методом классической радикальной полимеризации (1, 2) 
и RAFT-полимеризацией (3, 4) [7].
ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Серия А
№ 1
2024
том 66

ГОСТЕВА и др.
Работа выполнена в рамках Государственного 
задания Национального исследовательского центра 
"Курчатовский институт" (тема 124013000727-3).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
определяется длина статистического сегмента A, 
составляет меньше 2%. В результате были получены следующие оценки: A = (35 r 1) u 10–8 см, 
d = (20 r 11) u 10−8 см. В качестве оптимального 
значения диаметра цепи ПВСИ можно рассматривать его минимальную оценку d = 9 u 10−8 см, 
которая коррелирует с величиной 8.6 × 10−8 см, 
получаемой из оценки диаметра цепи с использованием парциального удельного объема: 
d = (4MLυ/πNA)1/2 [16]. Отметим, что полученные 
оценки удовлетворительно коррелируют с результатами для образцов ПВСИ, синтезированных методом RAFT-полимеризации (рис. 2, точки 3, 4).
Сравним полученные оценки A и d с аналогичными оценками химического “родственника” 
ПВСИ — поли(1-винил-2-пирролидона) (ПВП). 
Длина сегмента Куна цепей ПВП была определена ранее в водном растворе [17] и составила 
AПВП = (22 r 3) u 10–8 см, при этом dПВП = (4 r 1) u 
u 10–8 см. Это в полтора раза меньше, чем для цепей ПВСИ. Таким образом, появление второй 
карбонильной группы в боковом радикале цепи 
поли N-винилсукцинимида приводит к дополнительному торможению вращения в основной 
цепи ПВСИ и увеличению равновесной жесткости по сравнению с цепями поли(1-винил-2-пирролидона) больше, чем в 1.5 раза.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В достаточно широком интервале ММ изучены гидродинамические характеристики цепей малоизученного поли N-винилсукцинимида 
в ДМФА при 25°C. Совокупность коэффициентов скоростной седиментации и коэффициентов 
поступательной диффузии привела к определению ММ образцов и фракций. Сопоставление 
характеристических вязкостей, коэффициентов 
седиментации и поступательного трения с ММ 
позволило получить серию скейлинговых соотношений типа Куна‒Марка‒Хаувинка‒Сакурады, 
которые удовлетворительно коррелируют между собой и свидетельствуют о том, что в системе 
ПВСИ–ДМФА при 25°C практически не проявляются внутрицепные объемные эффекты. С использованием со 
ответствующих теорий была проведена оценка длины статистического сегмента 
цепей ПВСИ, которая более чем в 1.5 раза больше 
та 
ковой для поли(1-винил-2-пирролидона), имеющего всего одну карбонильную группу в боковом цикле макромолекулы.
1. Levit M., Vdovchenko A., Dzhuzha A., Zashikhina N., 
Katernyuk E., Gostev A., Sivtsov E., Lavrentieva A., 
Tennikova T., Korzhikova-Vlakh E. // Int. J. Mol. Sci. 
2021. V. 22. 11457. 
2. Панарин Е.Ф., Лавров Н.А., Соловский М.В., Шальнова Л.И. Полимеры — носители биологически активных веществ. СПб: ЦОП Профессия, 2014.
3. Шальнова Л.И., Лавров Н.А. // Пласт. массы. 2023. 
№ 5‒6. С. 44.
4. Nikolaev A.F., Ushakov S.N. // Bull. Acad. of Sciences 
of the USSR. Division of Сhemical Science. 1957. 
V. 6. № 10. P. 1257. 
5. Даниэль Н.В. Николаев А.Ф. // Высокомолек. соед. 
1966. Т. 8. № 3. С. 465.
6. Schlumbom 
P.Ch. 
Diplom-Chemiker 
Deutscher 
Staatsangehöriger Beitrag zur Polymerisation des 
N-Vinylsuccinimids. Eidgenössischen Technischen 
Hochschule in Zürich, Zürich: Juris-Verlag, 1960.
7. Pavlov G.M., Okatova O.V., Gosteva A.A., Gubarev A.S., 
Gostev A.I., Sivtsov E.V. // Colloid Polym. Sci. 2019. 
V. 297. P. 1213.
8. Pavlov G.M., Perevyazko I., Okatova O.V., Schubert 
U.S. // Methods. 2011. V. 54. P. 124.
9. Perevyazko I., Gubarev A.S., Pavlov G.M. //Molecular 
Сharacterization of Рolymers. A Fundamental Guide/ 
Ed. by M.I. Malik, J.Mays, M.R. Shah. Elsevier, 2021. 
Ch. 6. P. 223. 
10. Pavlov G.M. // Analytical Ultracentrifugation: Instrumentation, Software, and Applications / Ed. by 
S. Uchiyama, F. Arisaka, W.F. Staff
 ord, T. Laue. Tokyo: Springer, 2016. 
11. Hearst J., Stockmayer W. // J. Chem. Phys. 1962. 
V. 37. № 7. P.1425.
12. Yamakawa H., Fujii M. // Macromolecules. 1973. 
V. 6. № 3. P. 407.
13. Zimm B.H. // Macromolecules. 1980. V. 13. № 3. P. 592. 
14.  de la Torre J.G., Jiminez A., Freire J. // Macromolecules. 
1982. V. 15. № 1. P. 148.
15.  de la Torre J.G., Martínez L.M., Tirado M., Freire J. // 
Macromolecules. 1984. V. 17. № 12. P. 2715.
16.  Fujita H. Polymer Solutions. Amsterdam: Elsevier, 
1990. 
17.  Pavlov G.M., Panarin E.F., Korneeva E.V., Kurochkin 
E.V., Baikov V.E., Uschakova V.N. // Makromolek. 
Chem. 1990. V. 191. P. 2889.
Авт 
оры выражают благодарность И.И. Гавриловой (ИВС РАН) за фракционирование образца 
ПВСИ.
ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Серия А
№ 1
2024
том 66

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Серия А, 2024, том 66, № 1, с. 7–22
ПОЛИМЕРНЫЕ ГЕЛИ
УДК 541.64:539.(2+3)
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГИДРОГЕЛЕЙ ПОЛИВИНИЛОВОГО 
СПИРТА: РОЛЬ ХИМИЧЕСКИХ СШИВОК И ФИЗИЧЕСКИХ УЗЛОВ
©2024 г.   А. С. Семкинаa,b,*, И. В. Бакееваc, Н. М. Кузнецовa, 
А. Е. Крупнинa, Т. Е. Григорьевa,c, С. Н. Чвалунa,b,c
aНациональный исследовательский центр “Курчатовский институт”
123182 Москва, пл. Академика Курчатова, 1, Россия
bИнститут синтетических полимерных материалов
 им. Н.С. Ениколопова Российской академии наук 
117393 Москва, ул. Профсоюзная, 70, Россия
cФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования 
“МИРЭА — Российский технологический университет”, Институт тонких химических технологий 
им. М.В. Ломоносова 
119571 Москва, пр. Вернадского, 86, Россия
*e-mail: anya.semkina.97@bk.ru
Поступила в редакцию 02.02.2024 г.
После доработки 29.05.2024 г.
Принята к публикации 13.06.2024 г.
Исследована реокинетика гелеобразования систем на основе водного раствора поливинилового 
спирта с химическими сшивками и физическими узлами, в том числе гибридных. Для получения 
гидрогелей в качестве сшивающих компонентов использовали глутаровый альдегид и/или тетраметоксисилан. Установлено, что на начальном этапе гелеобразования (до достижения критической 
конверсии гелеобразования) эффективность процесса определяется не химической природой сшивок сетки, а концентрацией сшивающего агента. Выполнен сравнительный анализ механических 
свойств химических, физических и гибридных гидрогелей при разной температуре. Проведение испытаний в квазистатических условиях на одноосное сжатие и растяжение позволило выявить вклад 
узлов и сшивок сетки в поведение гибридных гидрогелей и их отличительные особенности.
DOI: 10.31857/S2308112024010025 EDN: NLOVFH
ВВЕДЕНИЕ
макромолекулярной сетки полимера и молекул 
абсорбированной жидкости [6, 7]. В зависимости 
от типа иммобилизованного растворителя полимерные гели относят к органо- или гидрогелям. 
Последние находят применение в важных для 
жизни человека областях: пищевой промышленности [8], биоаналитической химии, биотехнологии (в частности для адресной доставки 
лекарственных средств), мягкой робототехнике и регенеративной медицине [9–15]. В связи 
с этим создание материалов на основе гидрогелей с регулируемыми механическими свойствами 
является перспективной областью исследований 
современной полимерной науки.
Среди невероятного многообразия полимерных 
материалов особое место занимают гели. Ввиду регулируемых механических характеристик, возможности получения стимул-чувствительных, а также 
биоразлагаемых и биосовместимых составов, гели 
находят применение в самых разных областях: для 
доставки лекарственных средств [1, 2], при создании 
тканеинженерных конструкций [3], в электронных 
устройствах [4], элементах робототехнических узлов 
[5] и т.д. Отличительной особенностью гелей является возможность направленного регулирования 
их физико-механических свойств за счет изменения 
химического состава (как природы полимера, так 
и сшивающего агента) или молекулярно-массовых 
характеристик используемого полимера.
Природа связей между полимерными цепями в сетке геля определяет его тип: физический 
или химический. Химические гели формируются за счет образования ковалентных связей 
между макромолекулами, физические — из-за 
Полимерные гели представляют собой гетерогенную систему, состоящую из пространственной 
7

СЕМКИНА и др.
дит к появлению разных по химической природе 
связей и узлов сетки.
нековалентного взаимодействия между цепями 
(водородные, ионные связи или силы Ван-дер-Ваальса) [16]. Введение дополнительных компонентов в полимерный гель позволяет классифицировать их как наполненные (или композитные). 
Гибридные гели сочетают в своей структуре узлы 
как химической, так и физической природы (помимо присутствующих топологических зацеплений макромолекул) [17]. Подобная комбинация открывает возможности для регулирования 
структурных параметров сеток и получения материалов с нужными механическими характеристиками [18, 19].
Ранее в гибридных гелях состава ПВС/ГА/Siкомп 
было подтверждено образование химических связей между цепями ПВС и продуктами гидролитической поликонденсации алкоксисилана, а также 
молекулами ГА, показано влияние сшивок на кристалличность геля [34–36]. Однако в этих работах 
не было изучено влияние структуры и природы 
межцепных связей на механические характеристики с целью направленного регулирования свойств, 
что обусловливает актуальность исследований, 
представленных в данной работе.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Материалы и методы
Поливиниловый спирт (ПВС)  широко используют для получения гелей различного типа 
(химических, физических и гибридных) за счет 
наличия у него гидроксильных групп [20, 21]. 
Гидрогели на основе ПВС привлекают большое 
внимание благодаря своей низкой токсичности, 
высокому водопоглощению, хорошим механическим свойствам и биосовместимости [21]. Они 
находят применение в сельском хозяйстве и суперабсорбентах [22], в биомедицине [23] (носители 
для доставки лекарств, каркасы тканевой инженерии, искусственные ткани и органы для имплантации, биосенсоры, перевязочные материалы для 
ран) и при создании мягких роботизированных 
механизмов [24].
Для получения гидрогелей использовали поливиниловый спирт (“Sigma-Aldrich”, США) со степенью деацетилирования 99% и Mw = 130 кг/моль, 
тетраметоксисилан (ТМОС) (“Acros Organics”, 
США); 
чистота 
99%, 
глутаровый 
альдегид 
(“Sigma-Aldrich”, США) 50 мас. % раствор в воде, 
хлороводородная кислота (HCl, х. ч., 37 мас. %, 
“Компонент Реактив”, Россия). Все реактивы 
применяли без дополнительной очистки. В качестве иммобилизованного растворителя использовали деионизованную воду, подготовленную 
на установке “MilliporeMilliQ” (“MerckKGaA”, 
Германия).
Синтез гидрогелей 
на основе поливинилового спирта
Для получения гидрогелей готовили водные растворы ПВС с концентрацией 6.0 мас. % ([ПВС]исх). 
Необходимую навеску сухого полимера заливали 
расчетным количеством воды и оставляли набухать на 1 сутки, после чего раствор выдерживали 
на водяной бане (при температуре 88 ± 2°C и постоянном перемешивании) до полного растворения полимера.
Реакционные системы для синтеза гидрогелей 
получали путем смешения соответствующего водного раствора ПВС и сшивающего компонента 
в заданных соотношениях (табл. 1).
Для получения гидрогелей с физическими 
узлами (система Ф) к водному раствору ПВС 
прикапывали 1 М раствор HCl (pH ≤ 4) и добавляли ТМОС, реакционную систему перемешивали на магнитной мешалке “MR Hei-Tec” 
(“Heidolph”, Германия) в течение 15 мин при 
комнатной температуре (с частотой вращения 
400 об/мин). Для синтеза гидрогелей, формируемых химическими узлами (система Х), к водному раствору ПВС прикапывали 37 мас. % раствор 
HCl (5 мкл HCl на 5 г раствора ПВС; pH ≤ 3), поНа сегодняшний день достаточно хорошо изучены химические гидрогели ПВС, для синтеза 
которых используют бифункциональный сшивающий агент, например глутаровый альдегид (ГА) 
[25–28]. Разнообразие продуктов золь-гель-реакции алкоксиланов позволяет получать гидрогели 
на основе ПВС с физическими и химическими узлами сетки [29–32]. Гидроксильные группы ПВС 
реагируют с силанольными группами гидролизованного алкоксисилана с образованием как 
водородных, так и ковалентных связей Si‒O‒C, 
причем наличие последних частично ограничивает возникновение физических (водородных) 
связей [29]. Одновременное использование двух 
сшивающих компонентов, ГА и тетраэтоксисилана, приводит к формированию гибридных гидрогелей на основе ПВС [33–36]. В этом случае 
происходит образование химических связей между молекулами ПВС, ГА и олигоорганосилосановыми цепочками (Siкомп) – продуктами гидролитической поликонденсации алкоксисилана, 
а также отдельных крупных частиц SiO2 [35, 36]. 
Известно [36], что молекулы ГА предпочтительнее реагируют с Siкомп и только во вторую очередь 
вступают в реакции сшивания цепей ПВС. Таким 
образом, особенность данной системы определяется не только реакционной способностью ГА 
и гидролизованного алкоксисилана по отношению к макромолекулам ПВС, но и к реакциям 
между собой, что при формировании геля привоВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Серия А
№ 1
2024
том 66