CC BY
18
УДК 544.35+539.21
Кулиева Л.Э., Широких С.А., Загоскин П.С., Королёва М.Ю, Юртов Е.В.
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ СОСТАВА ДИСПЕРСИОННОЙ СРЕДЫ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ОБРАТНЫХ ЭМУЛЬСИЙ
Кулиева Лэйла Эльнуровна, магистрант 1 года кафедры наноматериалов и нанотехнологии, e-mail: laymurlay@yandex.ru,
Широких Сергей Александрович, магистрант 2 года кафедры наноматериалов и нанотехнологии, Загоскин Павел Станиславович, студент 2 курса кафедры наноматериалов и нанотехнологии, Королёва Марина Юрьевна, д.х.н., профессор кафедры наноматериалов и нанотехнологии, Юртов Евгений Васильевич, д.х.н., чл.-корр. РАН, профессор, заведующий кафедрой наноматериалов и нанотехнологии.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047 Москва, Миусская пл., д. 9
В выполненной работе была исследована устойчивость высококонцентрированных обратных эмульсий с дисперсионной средой из стирола и дивинилбензола. Об устойчивости эмульсий к коалесценции судили по скорости отслаивания водной фазы эмульсии при нагревании её в течение 5 часов при температуре 65°С. Показано, что устойчивость к коалесценции обратных высококонцентрированных эмульсий повышается при увеличении концентрации ПАВ до 1 об.% и снижается при увеличении доли дивинилбензола в составе дисперсионной среды.
Ключевые слова: устойчивость эмульсий, высококонцентрированные обратные эмульсии
STUDYING THE EFFECT OF COMPOSITION OF A DISPERSION MEDIUM ON THE STABILITY OF HIGHLY CONCENTRATED REVERSE EMULSIONS
Kuliyeva L.E., Shirokikh S.A., Zagoskin P.S., Koroleva M.Yu., Yurtov E.V.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
In this work, the stability of highly concentrated inverse emulsions with a dispersion medium of styrene and divinylbenzene was investigated. About the stability of emulsions to coalescence judged by the rate of exfoliation of the aqueous phase of the emulsion by heating it for 5 hours at a temperature of 65 ° C. It was found that the coalescence resistance of reverse highly concentrated emulsions increases with increasing surfactant concentration to 1% by volume and decreases with increasing share of divinylbenzene in the composition of the dispersion.
Keywords: emulsion stability, highly concentrated inverse emulsions
В настоящее время для получения высокопористых полимерных материалов активно развивается метод, который основывается на полимеризации дисперсионной среды обратных эмульсий [1, 2]. Для нанотехнологии данный метод является интересным, так как он позволяет создавать композиционные наноматериалы.
В зависимости от состава и свойств, получаемых материалов, они находят применения в различных областях науки и техники, например, для очистки воды. Одними из самых частых загрязнителей являются нефтепродукты [3, 4].
Структура и свойства пористых полимерных материалов, полученных на основе обратных эмульсий, напрямую зависят от свойств самих эмульсий [5], поэтому следует уделить особое внимание процессу получения и изучению их свойств. Если в процессе полимеризации высококонцентрированная эмульсия является устойчивой и стабильной, то структура полученного полимера будет сходна со структурой исходной эмульсии. Размер пор высокопористого
полимерного материала зависит от размера капель дисперсной фазы эмульсии, то есть капли эмульсии представляют собой матрицу, определяющую структуру материала. Прогнозирование пористости полимерных наноматериалов, полученных на основе высококонцентрированных обратных эмульсий, возможно при условии, что сами эмульсии являются устойчивыми, как при проведении полимеризации, так и на предшествующих ей стадиях технологического процесса.
В высококонцентрированных обратных эмульсиях могут активно протекать процессы Оствальдова созревания и коалесценции. Такие процессы, как известно, приводят к увеличению размера капель. Следовательно, необходимо, что бы эмульсии были устойчивы в течении соответствующего технологического процесса. Так как процесс полимеризации стирола проводят при температуре 60-70 то устойчивость эмульсии в выполненной работе исследовалась при температуре 65 °С.
В данной работе исследована устойчивость высококонцентрированных обратных эмульсий с дисперсионной средой, состоящей из стирола и дивинилбензола в различных объёмных соотношениях (0, 10, 50, 100% дивинилбензола), дисперсной фазой из бидистиллированной воды. Для стабилизации эмульсии использовалось
поверхностно-активное вещество
сорбитанмоноолеат (Span 80, ГЛБ 4,3). Объёмная доля дисперсной фазы обратных эмульсий составляла 95%. Концентрация сорбитанмоноолеата варьировалась от 0,25 до 1 об.% от объёма эмульсии.
Эмульсии получали методом
высокоэнергетического диспергирования.
Перемешивание осуществлялось верхнеприводной мешалкой, скорость перемешивания составляла 1200 об/мин. При постоянном перемешивании в систему перистальтическим насосом добавлялась водная фаза.
После получения, около 10 мл эмульсий помещали в конические пробирки с делениями. Образцы эмульсии подвергались нагреву в печи при температуре 65°С.
После получения образцы эмульсии исследовались с помощью оптического микроскопа Axiostar plus, Carl Zeiss (Германия). Пример микрофотографии эмульсии представлен на рисунке 1.
об.% от объёма эмульсии. Строились кинетические кривые отслаивания фаз по времени. Примеры подобных кривых для эмульсий с разной концентрацией ПАВ представлены на рисунке 2.
Рис. 1. Фотография высококонцентрированной обратной эмульсии с долей дивинилбензола 10% и концентрацией ПАВ 0,5 об.%
По полученным микрофотографиям определялся средний размер капель высококонцентрированной обратной эмульсии, который составил 2,7 ± 0,3 мкм при всех исследованных концентрациях ПАВ.
Об устойчивости эмульсий судили по доле отслоившейся водной фазы при выдерживании эмульсии при температуре 65°С. Необходимо отметить, что в исследованных эмульсиях для всех концентраций и соотношений стирола и дивинилбензола не наблюдалось отслаивание органической фазы эмульсии, так как исследуемые эмульсии были высококонцентрированными. Каждый час определялась доля отслоившейся фазы в
Рис. 2. Кинетические кривые отслаивания водной фазы из высококонцентрированной обратной эмульсии с долей дивинилбензола 10 об.%
Из полученных данных видно, что скорость отслаивания резко отличается для эмульсий с разной концентрацией ПАВ. По кинетическим кривым определялась скорость отслаивания водной фазы. На рисунке 3 приведены зависимости скорости отслаивания водной фазы в начальный момент времени из высококонцентрированной обратной эмульсии от концентрации ПАВ для различной доли дивинилбензола в дисперсионной среде.
Рис. 3. Зависимость скорости отслаивания водной фазы высококонцентрированной обратной эмульсии от концентрации ПАВ
В таблице 1 представлены результаты расчета скорости отслаивания водной фазы из высококонцентрированной обратной эмульсии с разным соотношением стирола и дивинилбензола в дисперсионной среде для концентрации ПАВ 1 об.%.
Таблица 1. Скорость отслаивания водной фазы из высококонцентрированной обратной эмульсии с концентрацией ПАВ 1 об.% в зависимости от доли дивинилбензола в дисперсионной среде
Доля дивинилбензола, % Скорость отслаивания водной фазы высококонцентрированной обратной эмульсии, с-1
0 0,07
10 0,69
50 3,33
100 3,61
Из приведенных данных видно, что устойчивость эмульсий повышается с увеличением концентрации ПАВ с 0,25 до 1 об.%. При низкой концентрации ПАВ эмульсии неустойчивы и, следовательно, будут расслаиваться при полимеризации, что может привести к потере сплошности структуры полимера и возможному разрушению материала, изменению его свойств. При этом эмульсии, не содержащие дивинилбензол, являются более устойчивыми к коалесценции, чем эмульсии, содержащие дивинилбензол. И с увеличением доли дивинилбензола в смеси устойчивость к коалесценции эмульсий снижается.
Список литературы
1. Королева М. Ю., Щербаков В.А., Хасанова Л.Х., Ракитин А.И., Широких С.А., Юртов Е.В. устойчивость обратных высококонцентрированных эмульсий и структура высокопористого полистирола, полученного на их основе // Коллоидный журнал. - 2018. - Т. 80. - №. 3. - С. 290-299
2. Чекрыгина М. Ю., Королёва М. Ю. Получение пористого полистирола на основе высококонцентрированных обратных эмульсий // Успехи в химии и химической технологии. — 2013. — Т. 27, № 6 (146). — С. 128-131.
3. Щербаков В. А., Хасанова Л. Х., Салатова Ю. А., Королёва М. Ю. Изучение сорбционных свойств высокопористого поли(стирол-дивинилбензола), полученного на основе обратной высококонцентрированной эмульсии // Успехи в химии и химической технологии. — 2016. - Т. 30, № 12. - С. 40-42
4. Koroleva M.Yu., Shirokikh S.A., Khasanova L.Kh., Babusenko E.S., Yurtov E.V. Highly porous polymeric sponges for oil sorption // Mendeleev Communications. - 2019. - Vol. 29. - P. 176-17
5. Щербаков В. А., Салатова Ю. А., Хасанова Л. Х., Королёва М. Ю. Влияние сорбитанмоноолеата на структуру высокопористого полистирола, полученного на основе обратных высококонцентрированных эмульсий // Успехи в химии и химической технологии. — 2016. — Т. 30, № 12 (181). — С. 25-27.
