CC BY
69
УДК 547.391.2:542.952:541.182
О. С. Глотова, Р. В. Родионова
Новомосковский институт Российского химико-технологического университета им. Д.И.Менделеева 301670, Россия, Тульская область, г. Новомосковск, ул. Дружбы, д. 8 e-mail: r_htoonhs@dialog.nirhtu.ru
НАНОДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ. ПОЛУЧЕНИЕ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ
Синтезированы нанодисперсные системы на основе винилацетата и ПАМ - алкилэтоксималеинатов. Исследованы свойства синтезированных нанодисперсных систем: сухой остаток, pH среды, вязкость, средний размер частиц, агрегативная устойчивость при хранении. Изучено влияние количества ПАМ, числа этоксигрупп в ПАМе на процесс получения нанодисперсных систем. Показано, что нанодисперсные системы устойчивы при хранении.
Ключевые слова: винилацетат, модифицированные нанодисперсные системы, алкилэтоксималеинаты, агрегативная устойчивость.
Одним из направлений развития лакокрасочной промышленности является создание «нового поколения» воднодисперсионных красок различного назначения. Это обусловлено многочисленными достоинствами водных дисперсий - экономичностью и удобством применения, нетоксичностью,
пожаробезопасностью, возможностью использования для разнообразных целей [1]. Большой практический интерес представляет использование нанодисперсных систем на основе винилацетата, модифицированных поверхностно-активными мономерами (ПАМ) для изготовления воднодисперсионных красок с улучшенной адгезией.
Наиболее распространенным методом получения нанодисперсных систем является метод эмульсионной полимеризации. Существенным недостатком этого метода является то, что в результате загрязнения низкомолекулярным эмульгатором ухудшаются оптические, электрические, механические свойства полимеров. Поэтому в ряде случаев необходимо отделять эмульгатор от полимерного соединения.
Синтез безэмульгаторных латексов на основе мономеров, которые обладали бы и эмульгирующими свойствами - актуальная задача в области эмульсионной полимеризации.
Применение непредельных неионогенных поверхностно-активных мономеров (НПАМ) позволит сохранить высокую устойчивость нанодисперсных систем к коагулирующим воздействиям, а также улучшить их свойства, изменив проблему очистки сточных вод.
Использование ПАМ для модификации нанодисперсных систем дает возможность исключить стадию пластификации низкомолекулярными веществами. Это приводит к сокращению материальных и энергетических затрат, увеличению срока службы изделия, так как в этом случае не происходит выпотевание пластификатора, ухудшающие качество изделия и вызывающее загрязнение окружающей среды.
Нами предложены поверхностно-активные мономеры (ПАМ) - этоксиалкилмалеинаты, обладающие эмульгирующими свойствами, для получения модифицированных нанодисперсных систем.
Изучение эмульгирующей способности, т.е. способности к снижению межфазного поверхностного натяжения, в результате чего уменьшается затрата энергии на эмульгирование, является основным
критерием при выборе ПАМ для использования их в эмульсионной полимеризации. Ранее было проведено качественное исследование эмульгирующей способности этоксиалкилмалеинатов, которая определялась по времени от момента приготовления до разрушения эмульсии винилацетата.
Было установлено, что синтезированные ПАМ могут быть с успехом использованы в качестве эмульгаторов для получения эмульсии прямого типа, а, следовательно, и в эмульсионной полимеризации винильных мономеров.
Было синтезировано 7 образцов нанодисперсных систем, различающихся соотношением мономеров и природой ПАМ по методике, разработанной ранее [2].
На рис. 1. представлена зависимость влияния неионогенного непредельного ПАМ на процесс полимеризации винилацетата.
Рис. 1. Влияние соотношения мономеров на процесс сополимеризации
Введение поверхностно-активных мономеров
(ПАМ) Я10Мп30Н и Я10Мп20Н приводит к
повышению скорости сополимеризации. Вероятно, это
объясняется тем, что молекулы ПАМ - располагаются
на границе раздела фаз следующим образом: —сн2
СН9СН9
2 \2
_о—с-сн=сн—с_масло
вода
О 0 0(с2Н40)тН
В этом случае двойная связь несколько раскрывается, уменьшается влияние стерического эффекта, что и дает возможность легче вступить в сополимеризацию поверхностно-активному мономеру (ПАМ). Происходит перестройка малеинатной формы в фумаратную. А, как известно, в процессе сополимеризации принимает участие в основном
фумаратная связь, которая в 20-60 раз активнее малеинатной [3].
Этот вывод подтверждается результатом исследования влияния количества этоксигрупп в поверхностно-активном мономере на скорость процесса получения нанодисперсных систем (рис.2).
Рис. 2. Влияние ПАМ различных типов на процесс эмульсионной полимеризации винилацетата. Соотношение мономеров BA:RloMщOH=95:5, масс. доля, %
Таблица 2. Изменение размера частиц при хранении поливинилацетатных латексов
Полученные нанодисперсные системы - вязкие сметанообразные массы белого цвета. Спектрофотометрический анализ дисперсий показал, что во всех случаях происходила эмульсионная полимеризация, так как размер частиц не превышает 124 нм. Исследование нанодисперсных систем показало. что с увеличением количества вводимого ПАМ происходит уменьшение вязкости систем, повышение сухого остатка (табл.1).
Сухой остаток находится в пределах, определенных ГОСТ. Изучение самопроизвольной коагуляции, т.е. возникновение агрегатов частиц при хранении, определение дисперсности латексных частиц осуществляли оптическим методом Геллера. Средний размер частиц в латексах определяли непосредственно после их получения, а также через 1 и 3 месяца (табл.2).
Из анализа полученных данных следует, что средний радиус нанодисперсных частиц для всех синтезированных образцов остается практически неизменным. Это свидетельствует об отсутствии самопроизвольной агрегации частиц при хранении поливинилацетатных латексов при комнатной температуре.
Таким образом, нанодисперсные системы, модифицированные ПАМ, обладают высокой устойчивостью при хранении.
Состав BA Соотношение R0,- R1,- R2,-
мономеров нм нм нм
BA:R1oMnsOH 95:5 122 122 122
90:10 119 120 120
85:15 124 124 124
BA:R:oMn2OH 95:5 118 118 118
90:10 120 120 120
85:15 119 119 120
Таблица 1. Свойства нанодисперсных систем
Состав нанодисперсн ых систем Соотношени e мономеров Остаточное содержание мономеров, % Сухой остаток, % рН Вязкость,сек Размер частиц Rj^hm
ВА 100 0,33 45,27 3,76 78,0 118
BA:R10MnsOH 95:5 0,29 48,66 4,40 148,0 122
BA:R10MnsOH 90:10 0,25 53,66 4,70 177,3 119
BA:R10MnsOH 85:15 0,24 55,58 4,79 198,7 124
BA:RK)Mn2OH 95:5 0,47 48,27 4,43 150,3 118
BA:RK)Mn2OH 90:10 0,27 49,07 4,66 170,4 119
BA:R:0Mn2OH 85:15 0,35 50,54 4,86 180,5 120
Глотова Ольга Сергеевна, студентка 1 курса магистратуры факультета «Нефтегазохии и полимерных материалов» РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Родионова Раиса Васильевна, к.х.н., доцент кафедры «Химическая технология органических веществ и полимерных материалов» НИ РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Новомосковск.
Литература
1. Верхоланцев В. В. Лакокрасочные материалы и их применение. -1984. -№ 6. - C. 34-37.
2. Родионова Р.В., Балашов В.А., Волков В.А. Поверхностно-активные мономеры - этоксиалкилмалеинаты в эмульсионной полимеризации. //В сб. "Экологические проблемы производства и потребления поверхностно-активных веществ". М.: МГТУ им.А.Н.Косыгина. - 2007. - С. 14-17.
3. Сорокин М.Ф., Шоде Л.Г., Кошнова З.А. Химия и технология пленкообразующих веществ: учеб. для вузов. -М.: Химия,1981. - С.127.
Glotova Olga Sergeevna, Rodionova Raisa Vasilyevna
Novomoskovsk Institute of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University, Novomoskovsk, Russia, e-mail: r_htoonhs@dialog.nirhtu.ru
NANODISPERSED SYSTEM. PREPARATION, PROPERTIES, APPLICATION
Abstract. Synthesized nanoparticulate systems based on vinylacetate and PAM - alkiletoksimaleinatov. The properties of the synthesized nanodisperse systems: dry residue, pH of the medium, the viscosity, average particle size, aggregate stability during storage. The effect of the amount of the AMP, the number of ethoxy groups in PAME in the process of obtaining nano-dispersed systems. It is shown that nanoparticulate systems stable in storage.
Key words: vinylacetat, the modified nanodisperse systems, alkiletoksimaleinata, aggregate stability.
