高温での水停止のためのジルコニウム水酸化物ナノ粒子を使用した強化ポリアクリルアミドポリマーゲル:熱的および流動学的調査

本研究では、ヒドロキノン（HQ）およびヘキサメチレンテトラミン（HMT）を使用して、有機的に交差結合されたポリアクリルアミド（PAM）ハイドロゲルの熱的安定性および粘弾性特性の向上におけるジルコニウム（IV）水酸化物（Zr（OH）4）ナノ粒子の使用の効果を調査しました。PAMゲルの熱的安定性と粘弾性特性はそれぞれDSCおよびDMAによって研究されました。DSC分析から、バウンドおよびフリー水分の含有量が分析され、ゲル内で発生する直接的および間接的相互作用に関する初期の手がかりが得られました。0.2〜0.8 wt %のZr（OH）4を追加することで、PAMハイドロゲルの熱的安定性がPAM単独に比べて3〜5°C（187°Cに達する）向上しました。さらに、Zr（OH）4を追加することでPAMハイドロゲルの弾性が増加し、これはより高い分解エンタルピーと記録されたフリー水によって示された強い相互作用結合によっても支持されました。これらの相互作用はFTIRおよび光学顕微鏡画像を使用してさらに説明されました。TGAの結果は、PAMゲルの官能化を明らかにし、ゲルが400°Cでも熱的に安定であることを示しました。加えて、焼成、有機交差結合剤、塩分、およびpHがゲル特性に与える影響も調査されました。DSCおよびDMA分析から、ポリマーゲルの最適条件は次のとおりであることがわかりました: PAM 4 wt%、Zr（OH）4 0.2〜0.8 wt%、有機交差結合剤（OrgCL）0.3 wt%、およびKClまたはMgCl2 2 wt%。