Полистирольные суспензии, содержащие наночастицы оксидов металлов (1091724), страница 9
Текст из файла (страница 9)
в расчетена мономер. Температура - 70 ºС, концентрация ДСН - 3 % масс. в расчетена мономер, мольное соотношение ДСН/ЦС = 1:2, УЗ-обработка - амплитуда– 20%, общее время обработки 12.5 мин, длительность импульса 10 с, времямежду импульсами 2 сНа рисунке 3.1(3) показано влияние концентрации додецилсульфатанатрия на скорость полимеризации. Наблюдалось, что с увеличениемконцентрацииэмульгатораскоростьполимеризацииувеличивается.Изучение влияния концентрации ДСН на дисперсный состав показало, что,56как и ожидалось, при увеличении концентрации ДСН средний диаметруменьшается незначительно и составляет: при концентрации ДСН 2 % масс. врасчѐте на мономер - 79 нм; 3 % масс.
в расчѐте на мономер – 64 нм, 5 %масс. в расчѐте на мономер – 63 нм.Конверсия мономера, %10012390807060504030201000102030405060708090Время, минРис. 3.1(3)Графики зависимость конверсии мономера от времени приконцентрации ДСН: 1 - 2 % масс. в расчете на мономер; 2 – 3 % масс. врасчете на мономер; 3 – 5 % масс. в расчете на мономер.
Температура - 70ºС, концентрацияПК - 2 % масс. в расчете на мономер, мольноесоотношение ДСН/ЦС = 1:2, УЗ-обработка - амплитуда – 20%, общее времяобработки 12.5 мин, длительность импульса 10 с, время между импульсами 2сВлияние длительности ультразвукового воздействия на распределениечастиц по размерам, средний диаметр полистирольных микросфер, числочастиц и соответственно на скорость полимеризации стирола изучали приамплитуде – 20 %, общем времени обработки 0; 6 и 12.5 минут, длительностиимпульса 10 сек., временем между импульсами 2 с показано на рисунке573.1(4). Видно, что увеличение времени воздействия на систему ультразвукомот 6 до 12.5 минут не влияет на значение конверсии мономера: до 80%-нойконверсии полимеризация протекает в обоих случаях за 35-40 минут. И в томи в другом случае образовались полимерные суспензии с одинаковымдиаметром частиц – 75-80 нм.Конверсия мономера, %1001902803706050403020100010203040506070Время, минРис.
3.1(4)Графики зависимость конверсии мономера от времени приразличной длительности УЗ: 1 – 0 мин; 2 – 6 мин; 3 – 12.5 мин. Температура 70 ºС, концентрация ПК - 2 % масс. в расчете на мономер, концентрацияДСН - 3 % масс. в расчете на мономер, мольное соотношение ДСН/ЦС = 1:2,УЗ-обработка - амплитуда – 20%, общее время обработки 12.5 мин,длительность импульса 10 с, время между импульсами 2 сОбобщенныеэкспериментальныерезультатыпроведенияполимеризации в высокодисперсных системах представлены в таблице 3.1(1).58Таблица3.1(1).Определениеоптимальныхусловийпроведенияполимеризации в высокодисперсных эмульсиях стирола в отсутствиенаночастиц№п/пЗначение параметраРаспределениечастиц поСредний диаметр, нмразмерамИзменяемыйпараметрОбъемное соотношение фаз стирол:водная фаза11:9унимодальное7721:6унимодальное8631:3унимодальное139Природа инициатора4ПКунимодальное865ДАКунимодальное133Концентрация инициатора (персульфат калия)6ПК (2 % масс.)унимодальное867ПК (3 % масс.)бимодальное83; 230Концентрация эмульгатора (ДСН)8ДСН (2 % масс.)унимодальное799ДСН (3 % масс.)унимодальное6410ДСН (5 % масс.)унимодальное63Длительность УЗ-обработки11отсутствуетбимодальное68; 25712УЗ (6 мин.)унимодальное8013УЗ (12,5 мин.)унимодальное75Примечание – Концентрации приведены на массу мономера.Было показано, что наибольшая устойчивость реакционной системынаблюдалась при объемном соотношении мономер/водная фаза, равном 1:6,59концентрации инициатора (персульфат калия), равной 2 % масс.
в расчете намономер, концентрации эмульгатора (ДСН), равной 3 % масс. в расчете намономер, концентрации со-ПАВ (ЦС), равной 6 % масс. в расчете на мономерДлительность ультразвукового воздействия в исследуемом диапазоне (от 6 до12.5 минут) не влияла на средний диаметр частиц и скорость полимеризации.Проведенные исследования позволили определить следующие условияполимеризации, представленные в табл. 3.1(2) и 3.1(3).Таблица 3.1(2) Рецептура полимеризации в высокодисперсных эмульсияхстирола№п/п1СтиролКоличество,масс.
ч.1002Персульфат калия23Додецилсульфат натрия34Цетиловый спирт65Вода дистиллированная648КомпонентыТаблица 3.1(3) Параметры ультразвуковой обработки при получениивысокодисперсной эмульсии стирола№п/п1Параметры ультразвуковой обработкиУстройство для ультразвуковой обработкиCole Parmer,USA3Амплитуда ультразвуковой обработки,% от макс. мощностиЧастота, кГц4Импульс, с10/025Время обработки, минуты12.52602020Выбранные условия проведения полимеризации были подтвержденыданными по устойчивости эмульсий, полученных в различных условиях,прочности межфазных адсорбционных слоев методами Ленгмюра-Блоджетти данными по изучению реологических свойств МАС.3.2 Свойства высокодисперсных эмульсий и межфазных адсорбционныхслоев додецилсульфата натрия и цетилового спирта3.2.1 Свойства высокодисперсных эмульсий, полученных в присутствиисмеси додецилсульфата натрия и цетилового спиртаДанные по устойчивости эмульсий стирола и их дисперсный состав,полученных в различных условиях, на примере эмульсий, образованных приобъемном соотношении о-ксилол/водная фаза, равном 1:6 соответственно,приведены на рисунке 3.2.1(1) и 3.2.1(2).На примере эмульсий о-ксилола в воде изучена их устойчивость в полецентробежныхсил(рис.3.2.1(1)).Видно,чтонаибольшийобъемнеразрушенной эмульсии и высокая устойчивость во времени наблюдаетсядля эмульсии, полученной в присутствии ДСН, взятого при концентрации 3% масс.
в расчете на о-кислол, ЦС, взятого при концентрации 6 % масс. врасчете на о-кислол, при ультразвуковой обработке в течение 12.5 мин., примощности 20 % от максимально возможной (кривая 5). Следует отметить, чтоцетиловый спирт добавляли в водную фазу для создания эффективного егомассопереноса через границу раздела фаз и образования микрокапельэмульсии.61Объем неразрушенной эмульсии, %10049080703605040302201010020406080100120140Время разрушения эмульсии, минРис. 3.2.1(1)Разрушениеэмульсийвдинамическихусловиях(полецентробежных сил) (3000 об мин-1). 1 – о-ксилол/вода (1:6), ДСН (3 % масс.на о-ксилол); 2 – о-ксилол/вода (1:6), ДСН (3 % масс. на о-ксилол) + ЦС(6 % масс. на о-ксилол), введение в о-ксилол, УЗ-обработка; 3 – оксилол/вода (1:6), ДСН (3 % масс. на о-ксилол) + ЦС (6 % масс.
на о-ксилол),введение в воду; 4 – о-ксилол/вода (1:6), ДСН (3 % масс. на о-ксилол) + ЦС(6% масс. на о-ксилол), введение в воду, УЗ-обработкаПолученные результаты объясняются образованием в присутствииДСН и ЦС высокодисперсной эмульсии, что подтверждается приведенныминиже данными изучения дисперсного состава эмульсий (рис. 3.2.1(2)).Сравнительный анализ полученных гистограмм распределения поразмерам капель эмульсий стирола показал, что способ введения цетиловогоспирта в эмульсию стирола существенно влияет на дисперсный составэмульсии. Как видно из данных рисунка 3.2.1(2), средний размер капельстирола при введении ЦС в фазу, в которой он менее растворим (в воду)62много меньше, чем при добавлении ЦС в мономер или в его отсутствие.Кроме того, распределение капель мономера по размерам бимодальное ивключает капли с диаметрами 120 нм (99 % по числу) и 455 нм (1 % почислу), что почти на порядок меньше размеров капель эмульсии, полученнойпри добавлении ЦС в мономер (3330 нм (100 % по числу)).
Использованиеультразвукового воздействия позволило уменьшить размер капель эмульсииСодержание частиц, %со 120 нм до 75 нм.Средний диаметр, нмСодержание частиц, %аСредний диаметр, нмб63Содержание частиц, %Средний диаметр, нмСодержание частиц, %вСредний диаметр, нмгРис. 3.2.1(3) Гистограммы распределения по размерам капель эмульсиистирола, полученной в присутствии ДСН (а), с использованием смесиДСН/ЦС (1:2), при введении ЦС в мономерную фазу (б), в водную фазу (в), вводную фазу после УЗ-обработки (г)Таким образом, были выбраны условия получения устойчивойвысокодисперсной эмульсии стирола: концентрация ДСН, равная 3 % масс. врасчете на мономер, ЦС, равная 6 % масс.
в расчете на мономер, добавление64ЦС в в водную фазу эмульсии, объемное соотношение мономер/водная фаза,равное 1:6 соответственно, при ультразвуковой обработке эмульсии втечение 12.5 минут при параметрах: амплитуда ультразвуковой обработки 20% от максимально возможной (70 кГц), длительность импульса 10 с, времямежду импульсами 2 с.3.2.2 Свойства смешанных слоев додецилсульфата натрия и цетиловогоспирта на границе раздела вода/воздухДля того чтобы оценить взаимное влияние ДСН и ЦС на их коллоиднохимические свойства была исследована модельная система, основанная наформировании тонких пленок этих ПАВ на поверхности водной субфазы.Проведенные исследования методом Ленгмюра-Блоджетт позволяют накачественном уровне продемонстрировать эффективность использованиясмеси ПАВ с целью снижения поверхностного натяжения и образованияполислойных надмолекулярных структур на межфазной границе приконцентрировании компонентов.Поведение ДСН и ЦС в монослоях на границе раздела вода-воздухбыло изучено по отдельности и в составе смеси путем исследования изотермповерхностного давления (π-A) и поверхностного потенциала (ΔU-A).Морфология поверхностных слоев была визуализирована при помощимикроскопии под углом Брюстера непосредственно на водной поверхности.Было показано, что ДСН, ЦС и их смесь в концентрации до 1 мг мл-1, хорошорастворимы в изопропаноле, который был использован в дальнейшем вкачестве растворителя.
Температура эксперимента была максимальноприближена к условиям полимеризации и равна 50 °С.Поскольку ДСН растворим в воде, при нанесении из раствора намежфазной границе формируется адсорбционный гиббсовский монослой. π-Aи ΔU-A изотермы при его сжатии показаны на рисунке 3.2.2(1), кривые 1, 2.65Получить его микрофотографии под углом Брюстера не удалось из-засильной подвижности адсорбированной пленки ДСН на поверхностисубфазы при 50 °С. Практически одновременно с началом увеличенияповерхностногодавления(π)наблюдаетсярезкийскачоквеличиныповерхностного потенциала (ΔU) до 200 мВ в узком диапазоне площадей намолекулу ДСН, связанный с одинаковой ориентацией внутримолекулярныхдиполей в монослое. Дальнейшее сжатие монослоя ДСН между подвижнымибарьерами приводит к монотонному возрастанию π и ΔU. При экстраполяциилинейного участка π-A изотермы к нулевому значению π была оцененаплощадь межфазной поверхности, приходящаяся на одну молекулу ДСН,которая была равна 50 Å2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
