CC BY
18
2022 Химическая технология и биотехнология № 1
Б01: 10.15593/2224-9400/2022.1.07 УДК 66.095.26-922: 544.777: 544.42
Н.С. Воронина, А.И. Нечаев, В.А. Вальцифер
Институт технической химии Уральского отделения Российской академии наук - филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН, Пермь, Россия
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА СТАБИЛЬНОСТЬ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ ПРИ ОБРАТНОЭМУЛЬСИОННОЙ СОПОЛИМЕРИЗАЦИИ
Одним из перспективных методов синтеза водорастворимых акрилатных полимеров является радикальная полимеризация в обратных эмульсиях. При осуществлении полимеризации в обратных эмульсиях возможно получение высокомолекулярных полимеров с высокими скоростями, легкое удаление выделяющегося при полимеризации тепла, проведение реакции в маловязких средах, использование концентрированных растворов мономеров и получение латексов, которые легко концентрируются путем азеотропной дистилляции и быстро растворяются в воде.
Объектом проводимых исследований являются обратные водно-изооктановые эмульсии, которые будут использоваться для исследования радикальной сополимериза-ции в обратной эмульсии акрилатных ионогенных терполимеров. Характерной чертой обратных эмульсий является их значительная агрегативная неустойчивость по сравнению с прямыми эмульсиями.
Основная цель данной работы заключается в установлении закономерностей влияния низкомолекулярных электролитов и температуры на дисперсионные характеристики обратноэмульсионной сополимеризации акриламида (АА), нитрила акриловой кислоты (АН) и натриевой соли 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты (АМПСЫа).
Методом радикальной сополимеризации в обратной эмульсии (вода - изоок-тан) синтезирован терполимер АА-АН-АМПСЫа. Установлено влияние присутствия низкомолекулярных электролитов и температуры на кинетику изменения межфазного натяжения (МФН) и размеры дисперсной фазы. Определено, что время наступления равновесного состояния МФН сопоставимо со временем протекания процесса полимеризации. Установлено, что процесс радикальной сополимеризации оказывает незначительное влияние на увеличение среднего размера обратной эмульсии и не влияет на устойчивость обратной эмульсии. Определено, что повышение температуры среды до 70 °С приводит к линейному росту средних размеров частиц эмульсии в 1,5 раза, при этом увеличения индекса полидисперсности не происходит.
Ключевые слова: радикальная полимеризация, полимеризация в обратных эмульсиях, полиакриламид, агрегативная устойчивость, межфазное натяжение.
N.S. Voronina, A.I. Nechaev, V.A. Valtsifer
Institute of Technical Chemistry Ural Branch of the Russian Academy of Sciences - branch of Perm Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Perm, Russian Federation
EFFECT OF TEMPERATURE AND ELECTROLYTES ON THE DISPERSED PHASE STABILITY IN INVERSE EMULSION COPOLYMERIZATION
Radical polymerization in inverse emulsions is one of the promising methods for the synthesis of water-soluble acrylate polymers. It is possible to obtain high-molecular polymers at high speeds, easy removal of the heat released during polymerization, carrying out the reaction in low-viscosity media, using concentrated monomer solutions and obtaining latexes that are easily concentrated by azeotropic distillation and quickly dissolve in water.
The object of the research is inverse water-isooctane emulsions, which will be used to study the radical copolymerization in the inverse emulsion of acrylate ionic terpolymers. A characteristic feature of inverse emulsions is their significant aggregative instability compared to direct emulsions.
The main aim of this work is to establish the regularities of the influence of low molecular weight electrolytes and temperature on the dispersion characteristics of the inverse emulsion copolymerization of acrylamide (AA), acrylic acid nitrile (AN), and sodium salt 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPSNa).
The AA-AN-AMPSNa terpolymer was synthesized by radical copolymerization in inverse emulsion (water-isooctane). The effect of the presence of low molecular weight electrolytes and temperature on the kinetics of changes in interfacial tension and the size of the dispersed phase has been established. It has been determined that the time of interfacial tension equilibrium state is comparable to the time of the polymerization process. It was found that the process of radical copolymerization has little effect on the increase in the average size of the inverse emulsion and does not affect the stability of the inverse emulsion. It has been determined that an increase in the temperature of the medium to 70 °C leads to a linear increase in the average particle size of the emulsion by 1,5 times, while there is no increase in the polydispersity index.
Keywords: radical polymerization, inverse emulsion polymerization, polyacrylamide, aggregation stability, interfacial tension.
Полимеризация в обратной эмульсии является разновидностью гетерофазной полимеризации, при которой гидрофильный мономер, часто в водном растворе, эмульгируется в непрерывной неполярной фазе с использованием поверхностно-активных веществ (ПАВ) [1]. Скорость полимеризации в эмульсии выше, чем в растворе, а получаемый полимер имеет гораздо более высокие значения средней молекулярной массы. Эмульсионная полимеризация может быть легко проведена до высокой степени конверсии, поэтому проблемы с остаточным
мономером в таком случае минимизированы [2]. В результате получают низковязкий высококонцентрированный конечный продукт в виде латекса, который может быстро инвертироваться и растворяться в водной среде. Удобство использования получаемой полимерной эмульсии без дополнительной обработки делает обратноэмульсионную полимеризацию наиболее технологичным способом получения водорастворимых полимеров с регулируемой вязкостью [3-5].
Однако существует проблема низкой агрегативной устойчивости обратных мономерных эмульсий [6], что может существенно осложнить процесс эмульсионной полимеризации и привести к образованию коагулюма. Обратные эмульсии по своей природе существенно менее стабильны в сравнении с прямыми эмульсиями. Это объясняется тем, что в прямых эмульсиях коллоидная стабильность частиц возникает из-за преобладания электростатических сил отталкивания над силами притяжения Лондона - Ван-дер-Ваальса. Эти электростатические силы отталкивания возникают в результате двойного электрического слоя, образованного ионами эмульгатора, адсорбированными на поверхности частиц гидрофобного мономера/полимера, и противоионами из водной фазы [1]. Для обратных эмульсий было обнаружено, что не существует корреляции между устойчивостью к флокуляции и электрокинетическим потенциалом [7]. Низкая стабильность также обусловлена низкой электропроводностью непрерывной фазы и большой разницей в плотности между масляной и водной фазами [8, 9]. Обратные эмульсии расслаиваются или флоккулируют быстрее, чем их прямые аналоги [10]. Соответственно, ключевой фактор для успешного проведения обратной эмульсионной полимеризации - стабильность исходной мономерной эмульсии.
При этом рассматривая полимеризацию в обратных эмульсиях, необходимо учитывать, что на кинетику процесса оказывают влияние многие факторы, такие как инициаторы (масло- или водорастворимые), поверхностно-активные вещества (ПАВ), неполярная фаза и др. [11, 12].
Стабильность обратных эмульсий может быть также улучшена за счет введения амфифильного полимера для усиления адсорбции поверхностно-активных веществ на границе раздела [13, 14]. Когда эмульсия стабилизируется полимером, присутствие полимерных цепей на границе раздела фаз вносит значительный вклад в стабильность коллоидных капель, особенно при высокой ионной силе, поскольку полимерные цепи действуют как стерические барьеры против агрега-
ции. Если же эмульсия стабилизируется как ПАВ, так и полимерами, происходят взаимодействия сурфактант-полимер, приводящие к их адсорбции на границе раздела, в результате чего увеличивается вязкость и повышается солюбилизация эмульсионных систем [15].
Данное исследование направлено на изучение стабильности обратных мономерных и полимерных эмульсионных систем на основе акриламида (АА), нитрила акриловой кислоты (АН) и нариевой соли 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты (АМПС№). В ходе предыдущих наших исследований [16] методом радикальной сополи-меризации АА, АН и АМПСКа в водной среде были получены и изучены терполимеры, способные снижать гидродинамическое сопротивление водных потоков при повышенных термической, солевой и кислотной агрессиях. Кроме того, были установлены [17] параметры и концентрационные соотношения компонентов, влияющие на дисперсность и устойчивость обратных эмульсий для успешного проведения последующей радикальной полимеризации.
Основная цель данной работы заключается в установлении закономерностей влияния низкомолекулярных электролитов и температуры на дисперсионные характеристики обратноэмульсионной сополи-меризации акриламида, акрилонитрила и натриевой соли 2-акрил-амидо-2-метилпропансульфоновой кислоты.
Экспериментальная часть. В качестве мономеров использовали акриламид (АА) (+98 %, Alfa Aesar), 2-акриламидо-2-метилпропан-сульфоновую кислоту (АМПСК) (98 %, Alfa Aesar) и нитрил акриловой кислоты (АН) (99+ %, Alfa Aesar), предварительно очищенный от ингибитора перегонкой. Натрия гидроксид (ч.д.а., АО «ЭКОС-1»), изооктан (эталонный, АО «ВЕКТОН») поверхностно-активные вещества - сорби-тан моноолеат (Span 80) (Alfa Aesar), полиэтиленгликоль сорбитан моно-олеат (Tween 80) (Alfa Aesar), азобисизобутиронитрил (АИБН) (+98.5 %, Mody Chemi) использовали без дополнительной очистки. Для получения обратных эмульсий во всех экспериментах была использована бидистил-лированная вода с удельной проводимостью 1.6 мкСм/см.
Для получения дисперсной фазы использовали водно-мономерный раствор акриламида, нитрила акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты. АМПСК нейтрализовали 4 М раствором NaOH с получением АМПС^. Массовое соотношение мономеров выбрано с учетом ранее проведенных нами исследований по радикальной сополимеризации в водной среде [16], и составляет [АА]:[АН]:[АМПСК] =
= 65:15:20 мол.%. Суммарное количество мономеров в системе 1,6 моль/л. В качестве эмульгирующей системы выбрана смесь неионо-генных поверхностно-активных веществ: сорбитан моноолеат (Span 80) со значением гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ) 4,3 единиц и по-лиэтиленгликоль сорбитан моноолеат Tween 80 со значением ГЛБ 15 единиц. Применялось соотношение ПАВ Tween 80/Span 80 = 16/84 мас.%, обеспечивающее ГЛБ смеси 6 единиц. Суммарное количество ПАВ
5 мас.%. Данные условия эксперимента, как наиболее оптимальные, определены в предыдущих исследованиях [17].
Эмульгирование осуществляли с помощью высокоскоростного гомогенизатора WiseTis HG-15A-Set-A (DAIHAN Scientific) при добавлении водно-мономерной фазы в неполярную среду (изооктан) при скорости 15-20 тыс.об/мин в течение 5 мин. Объемное соотношение фаз во-да/изооктан составляло 55/45. Tween 80 вводился в водную фазу, Span 80 -в масляную. Использование смеси ПАВ с суммарным значением ГЛБ
6 единиц, а также характер их раздельного введения в эмульгируемую систему обеспечили стабильность полученных обратных эмульсий.
Полученную обратную эмульсию помещали в реактор высокого давления с перемешиванием Parr 4560. Далее эмульсию продували азотом в течение 30 мин, после чего добавляли инициатор АИБН в виде его раствора в изооктане в количестве 0,01 мас.% от мономеров. Температуру реакции сополимеризации варьировали в диапазоне 50-65 °С. Скорость перемешивания в экспериментах изменяли от 300 об/мин.
Получаемый сополимер осаждали из обратной эмульсии в десятикратном избытке ацетона. Для удаления воды, ПАВ, остаточных мономеров и инициатора промывку осуществляли 4 раза, чередуя ацетон с этанолом. Осажденный и промытый полимер сушили под вакуумом при 60 °С до постоянной массы.
Методом динамического светорассеяния на приборе ZetaPALS (Brookhaven Inst.) определяли средний диаметр частиц дисперсной фазы и их распределение (индекс полидисперсности PDI) до и после процесса полимеризации. Обработку результатов проводили с помощью программного обеспечения Particle Solutions ver. 3.0 (Brookhaven Inst. Co). Метод позволяет определить коллоидные характеристики дисперсных систем в диапазоне от 10 нм до 3 мкм.
Определение межфазного натяжения (МФН) и изучение кинетики установления равновесия проводили на тензиометре SDT (KRUSS GmbH, Германия). Метод позволяет измерять межфазное натяжение от 10-6 мН/м
и исследовать длительные процессы диффузии ПАВ в межфазном слое при температурах от 25 до 70 °С.
Элементный анализ проводили на элементном анализаторе Vario EL cube (Elementar). ИК-спектры были получены в диапазоне от 400 до 4000 см-1 на спектрометре IFS 66/S (Bruker). Спектры ЯМР регистрировали на спектрометре Bruker Avance IIIHD 400 (рабочая частота 300 и 75,5 МГц соответственно). В качестве растворителя использовали ДМСО-ё6.
Средневязкостное значение молекулярной массы Мп полученного сополимера определено методом капиллярной вискозиметрии в 0,5 М растворе NaCl по значениям характеристической вязкости [п] на основании уравнения Марка - Куна - Хаувинка: [п] = K ■ MП. Для расчета использовали следующие значения постоянных: K = 1,9510-5 и а = 0,83.
Результаты и их обсуждение. Образующаяся обратноэмульсион-ная полимерная система представляет собой низковязкую коллоидную систему молочно-белого цвета, стабильную в течение нескольких дней при комнатной температуре.
Уравнение реакции радикальной полимеризации, а также структура получаемого терполимера акриламида, нитрила акриловой кислоты и натриевой соли 2-акриламидо-2-метилпропансульфокислоты представлены на рис. 1.
[-AMIICNa
Рис. 1. Уравнение реакции радикальной полимеризацией АА, АН и AMnCNa
Качественный состав синтезированных терполимеров был определен методом ИК-фурье-спектрометрии. Полученный спектр АА-АН-АМПСКа показан на рис. 2, а. ИК-спектры терполимера состоят из полос поглощения (п.п.) функциональных групп, характерных для АА, АН и АМПСК. Эффективность реакций сополимеризации также подтверждается отсутствием п.п. винильных групп.
С=0 ь
3600 2800 2000 1200 400 9876543210 Волновое число V, см 1 /1,м.д.
а б
Рис. 2. ИК-спектр (а) и ЯМР-спектр (б) сополимера АА-АН-АМПСКа
Структура терполимеров АА-АН-АМПСКа определена методом ХН ЯМР-спектроскопии. В 1Н ЯМР-спектре присутствуют химические сдвиги сигналов, соответствующих протонам функциональных групп не только АА, но и АН и АМПСКа (рис. 2, б). Показано, что при синтезе образуются тройные статистические сополимеры с равномерным распределением ионогенных и неионогенных звеньев по длине макро-молекулярной цепи.
Состав терполимера, рассчитанный по данным элементного анализа, показал, что содержание звеньев АА, АН и АМПСКа составляет 57.7, 1.9 и 40.4 мас.% соответственно.
Определена характеристическая вязкость полученных терполимеров АА-АН-АМПСКа, она составляет 185 мл/г. Значения средневязкост-ной молекулярной массы, рассчитанной по уравнению Марка - Куна -Хаувинка, при этом составляют 9,9 105 г/моль.
Исходя из литературных данных, установлено, что введение низкомолекулярных электролитов может способствовать повышению устойчивости обратной эмульсии. С целью проверки данного предположения было исследовано влияние ионной силы раствора на дисперсность и устойчивость эмульсий при радикальной сополиме-ризации АА, АН и АМПСК в обратных водно-октановых эмульсиях. Ионную силу раствора задавали солями КаС1 и СаСЬ. Расчет ионной силы раствора по низкомолекулярным электролитам проводили по следующей формуле:
>с = 2 2
z 1=1
где с - молярные концентрации отдельных ионов, моль/л; - заряды ионов.
На рис. 3 представлены средние эффективные размеры и индексы полидисперсности частиц обратной эмульсии в зависимости от ионной силы раствора, задаваемой солями №С1 и СаС12, а также распределения частиц дисперсной фазы эмульсии по размеру до полимеризации и после полимеризации.
0,10 /, моль/л а
ю 100
Диаметр <1, нм
б
Рис. 3. Зависимость среднего эффективного диаметра и индекса полидисперсности частиц обратной эмульсии от ионной силы раствора (а) и распределения по размеру (б): 1 - мономерная эмульсия с №С1, 2 - полимерная эмульсия с №С1,
3 - мономерная эмульсия с СаС12, 4 - полимерная эмульсия с СаС12
Как видно из полученных данных, во-первых, полимеризация в обратной эмульсии в присутствии низкомолекулярных электролитов приводит к увеличению размеров частиц эмульсии по сравнению с исходной эмульсией. В среднем, размер частиц дисперсной фазы эмульсии увеличивается в 1,5 раза вне зависимости от концентрации и типа низкомолекулярного электролита. Во-вторых, увеличение ионной силы, опять же вне зависимости от типа низкомолекулярного электролита, приводит к незначительному увеличению средних размеров частиц обратной эмульсии. Так, увеличение ионной силы раствора до 0,175 моль/л способствует увеличению среднего размера частиц эмульсии с 18 до 22 нм. Влияние низкомолекулярных электролитов можно связать с их высаливающим действием на водорастворимый ПАВ (Tween 80).
После полимеризации средний размер частиц обратных полимерных эмульсий характеризуется аналогичной зависимостью от ионной си-
лы раствора как до полимеризации с учетом увеличившихся размеров в 1,5 раза. Исследования индекса полидисперсности, а также устойчивости обратных эмульсий не выявили характерных зависимостей от ионной силы раствора в исследуемых концентрационных интервалах и типа низкомолекулярного электролита.
Исследования влияния ионной силы раствора на межфазное натяжение обратной эмульсии с течением времени представлены на рис. 4. Как и следовало ожидать, низкомолекулярные электролиты при концентрациях до 1 мас.% не оказывают существенного влияния на равновесное МФН. Введение в систему от 0,1 до 1 мас.% №С1 приводит к снижению МФН с 0,9 до 0,8 мН/м, тогда как при этом без введения низкомолекулярного электролита МФН составляет 1 мН/м. Незначительно меняется только характер временной зависимости МФН при введении 1 мас.% №С1. Система с меньшей скоростью выходит в равновесный режим, что может объясняться частичным высаливающим действием соли на водорастворимый ПАВ.
1,2
0123456789 10 11 12
МО"3, с
0 0%№С1 □ 0,1%№С1 ¿0,5%№С1 х 1 % №С1
Рис. 4. Зависимость межфазного натяжения от концентрации №С1 (мас.%)
Интерес вызывает форма зависимостей с течением времени. Как видно, все зависимости характеризуются наличием минимума в районе 0,1 мН/м с последующим увеличением, локальным максимумом в диапазоне значений 0,9-1,1 мН/м, постепенно выходящим на плато в интервале 0,8-1,0 мН/м. Данное поведение МФН, по всей видимости, объясняется процессами термодинамического равновесия при сорб-
ции-десорбции молекул ПАВ на границе поверхности фаз. Так, первоначально происходит процесс сорбции молекул ПАВ на межфазной границе из объема фаз, сопровождающийся снижением МФН. Далее, с течением времени, наблюдается существенный рост МФН, на порядок по сравнению с локальным минимумом. Десорбция ПАВ с межфазной поверхности, вероятно, возможна вследствие локальной пресыщенности границы раздела фаз ПАВами. После прохождения максимума с течением времени происходит незначительное снижение МФН и, после 2,5-3 ч система стабилизируется и приходит в равновесное состояние. Таким образом, при проведении процесса сополимеризации в обратных эмульсиях необходимо учитывать достаточно длительное время, сопоставимое со временем полимеризации, стабилизации системы в течение которого меняется МФН, а соответственно и граница раздела фаз, и размеры частиц дисперсной фазы эмульсии.
Исследование влияния температуры на дисперсность и устойчивость обратной эмульсии было проведено для системы, аналогичной при исследовании влияния ионной силы раствора. Температуру варьировали в диапазоне от 25 до 70 °С. Полученные результаты зависимости среднего диаметра и индекса полидисперсности частиц обратной эмульсии от температуры представлены на рис. 5. Как видно из полученных данных, повышение температуры среды до 70 °С приводит к линейному росту средних размеров частиц эмульсии в 1,5 раза до значений порядка 100 нм. Однако при повышении температуры увеличения индекса полидисперсности не происходит.
20 30 40 50 60 70 80 1 10 100
Т, °С Диаметр с!, нм
а б
Рис. 5. Зависимость среднего эффективного диаметра и индекса полидисперсности частиц обратной эмульсии (а) и распределения по размеру (б) от температуры
Исследования влияния температуры полимеризации на размер частиц дисперсной фазы обратной полимерной эмульсии возможны только при температурах 50-70 °С, так как при более низких температурах реакция радикальной полимеризации не происходит. Проведенные исследования при 50-70 °С показали, что дисперсность и устойчивость полученных полимерных эмульсий полностью сопоставима с исходными обратными эмульсиями при данных температурах.
Исследования влияния температуры на МФН обратной эмульсии с течением времени представлены на рис. 6. Как видно из полученных зависимостей, повышение температуры влияет как на величину МФН, так и на характер изменения МФН с течением времени. Повышение температуры с 25 до 70 °С существенно снижает равновесное значение МФН на два порядка по значению - с 1 до 0,05 мН/м. Необходимо отметить, что максимальное снижение равновесного значения МФН наблюдается уже при 60 °С и при дальнейшем увеличении температуры не изменяется.
Рис. 6. Зависимость межфазного натяжения от температуры
При повышении температуры изменяется характер установления равновесных значений МФН. Как можно отметить, увеличение температуры повышает скорость достижения равновесного МФН, так, например, при 30 °С равновесие достигается по прошествии 2,7 ч, а при 60 °С уже через 1,5 ч. При промежуточных температурах время дости-
жения равновесного значения МФН также находится в указанном интервале. При температурах вплоть до 60 °С все зависимости характеризуются наличием локальных максимумов и минимумов, при температуре выше 60 °С характер зависимости становится линейным. Таким образом, при проведении радикальной полимеризации в целевом диапазоне температур 50-60 °С необходимо учитывать, что равновесное значение МФН наступает только спустя 1,5 ч, а в течение этого времени происходит изменение МФН и, как следствие, изменение размеров частиц дисперсной фазы обратной эмульсии.
Таким образом, проведенные исследования показали отсутствие необходимости внесения низкомолекулярных электролитов в обратную эмульсию, так как повышающего устойчивость действия не обнаружено. Установлено, что при проведении процесса сополимеризации в обратных эмульсиях необходимо учитывать время стабилизации системы, в течение которого меняется МФН, а соответственно и размеры частиц дисперсной фазы эмульсии. Повышение температуры среды до 70 °С приводит к линейному росту средних размеров частиц эмульсии в 1,5 раза, при этом увеличения индекса полидисперсности не происходит.
Список литературы
1. Inverse emulsion Polymerization / J.W. Vanderhoff, E.B. Bradford, H.L. Tarkowski, J.B. Shaffer, R.M. Wiley // Advances in Chemistry. - 1962. -Vol. 34. - P. 32-51. DOI: 10.1021/ba-1962-0034.ch002
2. Barton J., Capek I. Radical polymerization in disperse systems. - Ellis Horwood Limited, 1994. - 352 p. DOI: 10.1002/pi.1994.210350112
3. Anderson C.D., Daniels E.S. Emulsion polymerisation and latex applications. - iSmithers Rapra Publishing, 2003. - Vol. 14. - 160 p.
4. Ouyang L., Wang L., Schork F.J. Synthesis and nucleation mechanism of inverse emulsion polymerization of acrylamide by RAFT polymerization: A comparative study // Polymer. - 2011. - Vol. 52, № 1. - P. 63-67. DOI: 10.1016/j.polymer.2010.10.063
5. Barari M., Abdollahi M., Hemmati M. Synthesis and Characterization of High Molecular Weight Polyacrylamide Nanoparticles by Inverse-emulsion Polymerization // Iranian Polymer Journal. - 2011. - Vol. 20, № 1. - P. 65-76.
6. К вопросу об устойчивости эмульсий акриламида типа вода-масло / И.М. Яковлева, Г.А. Симакова, И.А. Грицкова, Э.Н. Телешов, В.Ф. Громов, К О. Кобякова // Коллоидный журнал. - 1991. - Т. 53, № 5. - P. 955-961.
7. Albers W., Overbeek J.T.G. Stability of emulsions of water in oil: I. The correlation between electrokinetic potential and stability // Journal of Colloid Science. - 1959. - Vol. 14, № 5. - P. 501-509. DOI: 10.1016/0095-8522(59)90015-7
8. Almeida M.L., Charin R.M., Nele M., Tavares F.W. Stability studies of high-stable water-in-oil model emulsions // Journal of Dispersion Science and Technology. - 2017. - Vol. 38, № 1. - P. 82-88. DOI: 10.1080/01932691.2016.1144195
9. Claesson P.M., Blomberg E., Poptoshev E. Surface forces and emulsion stability // Encyclopedic Handbook of Emulsion Technology / ed. J. Sjoblom. - New York: Marcel Dekker Inc., 2001. - P. 305-326.
10. Ushikubo F.Y., Cunha R.L. Stability mechanisms of liquid water-in-oil emulsions // Food Hydrocolloids. - 2014. - Vol. 34. - P. 145-153. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2012.11.016
11. High molecular weight polyacrylamide nanoparticles prepared by inverse emulsion polymerization: reaction conditions-properties relationships / Y. Tamsilian,
A.R. Sa, M. Shaban, S. Ayatollahi, R. Tomovska // Colloid and Polymer Science. -2016. - Vol. 294, № 3. - P. 513-525. DOI: 10.1007/s00396-015-3803-5
12. Ouyang L., Wang L., Schork F. J. Synthesis and nucleation mechanism of inverse emulsion polymerization of acrylamide by RAFT polymerization: A comparative study // Polymer. - 2011. - Vol. 52, № 1. - P. 63-67. DOI: 10.1016/j.polymer.2010.10.063
13. Nanoemulsions with enhanced temperature stability using thermo-sensitive association of nonionic surfactant and amphiphilic polyelectrolytes / J. Galindo-Alvarez, V. Sadtler, P. Marchal, P. Perrin, C. Tribet, E. Marie, A. Durand // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. -2012. - Vol. 396. - P. 115-121. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2011.12.051
14. Stabilization of water-in-octane nano-emulsion. II Enhanced by amphiphilic graft copolymers based on poly (higher a-olefin)-graft-poly (ethylene glycol) / Z. Fu, M. Liu, J. Xu, Q. Wang, Z. Fan // Fuel. - 2010. - Vol. 89, № 12. -P. 3860-3865. DOI: 10.1016/j.fuel.2010.07.006
15. Goddard E.D. Polymer/surfactant interaction: interfacial aspects // Journal of Colloid and Interface Science. - 2002. - Vol. 256, № 1. - P. 228-235. DOI: 10.1006/jcis.2001.8066
16. Синтез и противотурбулентные свойства терполимеров на основе акриламида, акрилонитрила и натриевой соли 2-акриламидо-2-метилпропан-сульфоновой кислоты / А.И. Нечаев, М.Н. Горбунова, И.И. Лебедева,
B.А. Вальцифер, В.Н. Стрельников // Журнал прикладной химии. - 2017. -Т. 90, № 9. - С. 1234-1242. DOI: 10.1134/S1070427217090233
17. Stability of the dispersed system in inverse emulsion polymerization of ionic acrylate monomers / A.I. Nechaev, N.S. Voronina, V.A. Valtsifer [et al.] // Colloid and Polymer Science. - 2021. - Vol. 299. - P. 1127-1138. DOI: 10.1007/s00396-021-04832-7
References
1. Vanderhoff J.W., Bradford E.B., Tarkowski H.L. et al. Inverse emulsion Polymerization. Advances in Chemistry, 1962, no. 34, pp. 32-51. DOI: 10.1021/ba-1962-0034.ch002.
2. Barton J., Capek I. Radical polymerization in disperse systems. Ellis Horwood Limited, Bratislava, 1994, 352 p. DOI: 10.1002/pi.1994.210350112.
3. Anderson C.D., Daniels E.S. Emulsion polymerisation and latex applications. iSmithers Rapra Publishing, 2003, V.14, 160 p.
4. Ouyang L., Wang L., Schork F.J. Synthesis and nucleation mechanism of inverse emulsion polymerization of acrylamide by RAFT polymerization: A comparative study. Polymer, 2011, iss. 52, nn. 1, pp. 63-67. DOI: 10.1016/j.polymer.2010.10.063.
5. Barari M., Abdollahi M., Hemmati M. Synthesis and Characterization of High Molecular Weight Polyacrylamide Nanoparticles by Inverse-emulsion Polymerization. Iranian Polymer Journal, 2011, iss. 20, nn. 1, pp. 65-76.
6. Yakovleva, I.M., Simakova, G.A., Gritskova, I.A. et al. K voprosu ob ustojchivosti jemul'sij akrilamida tipa voda-maslo [On the problem of the stability of acryl amid emulsions of the water-oil type]. Colloid Journal, 1991, iss. 53, nn. 5, pp. 955-961.
7. Albers W., Overbeek J.T.G. Stability of emulsions of water in oil: I. The correlation between electrokinetic potential and stability. Journal of Colloid Science, 1959, iss. 14, nn. 5, pp. 501-509. DOI: 10.1016/0095-8522(59)90015-7.
8. Almeida M.L., Charin R.M., Nele M., et al. Stability studies of high-stable water-in-oil model emulsions. Journal of Dispersion Science and Technology, 2017, iss. 38, nn. 1, pp. 82-88. DOI: 10.1080/01932691.2016.1144195.
9. Claesson P.M., Blomberg E., Poptoshev E. Surface forces and emulsion stability. Encyclopedic handbook of emulsion technology, 2001, pp. 305-326.
10. Ushikubo F.Y., Cunha R.L. Stability mechanisms of liquid water-in-oil emulsions. Food Hydrocolloids, 2014, nn. 34, pp. 145-153. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2012.11.016.
11. Tamsilian Y., Sa A.R., Shaban M., et al. High molecular weight poly-acrylamide nanoparticles prepared by inverse emulsion polymerization: reaction conditions-properties relationships. Colloid and Polymer Science, 2016, iss. 294, nn. 3, pp. 513-525. DOI: 10.1007/s00396-015-3803-5.
12. Ouyang L., Wang L., Schork F.J. Synthesis and nucleation mechanism of inverse emulsion polymerization of acrylamide by RAFT polymerization: A comparative study. Polymer, 2011, iss. 52, nn. 1, pp. 63-67. DOI: 10.1016/j.polymer.2010.10.063.
13. Galindo-Alvarez J., Sadtler V., Marchal P., et al. Nanoemulsions with enhanced temperature stability using thermo-sensitive association of nonionic surfactant and amphiphilic polyelectrolytes. Colloids and Surfaces A: Physico-chemical and Engineering Aspects, 2012, nn. 396, pp. 115-121. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2011.12.051.
14. Fu Z., Liu M., Xu J., et al. Stabilization of water-in-octane nano-emulsion. II Enhanced by amphiphilic graft copolymers based on poly (higher a-olefin)-graft-poly (ethylene glycol). Fuel, 2010, iss. 89, nn. 12, pp. 3860-3865. DOI: 10.1016/j.fuel.2010.07.006.
15. Goddard E.D. Polymer/surfactant interaction: interfacial aspects. Journal of Colloid and Interface Science, 2002, iss. 256, nn. 1, pp. 228-235. DOI: 10.1006/jcis.2001.8066.
16. Nechaev A.I., Gorbunova M.N., Lebedeva I.I., et al. Synthesis by radical polymerization and structure of drag reducing terpolymers based on acrylamide, acrylonitrile, and 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid. Russian Journal of Applied Chemistry, 2017, iss. 90, nn. 9, pp. 1524-1531. DOI: 10.1134/S1070427217090233.
17. Nechaev A.I., Voronina N.S., Valtsifer V.A. et al. Stability of the dispersed system in inverse emulsion polymerization of ionic acrylate monomers. Colloid and Polymer Science, 2021, nn. 299, pp. 1127-1138. DOI: 10.1007/s00396-021-04832-7.
Об авторах
Воронина Наталья Сергеевна (Пермь, Россия) - младший научный сотрудник, Институт технической химии Уральского отделения Российской академии наук - филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН (614013, г. Пермь, ул. Ак. Королева, 3; e-mail: voronina.n@itcras.ru).
Нечаев Антон Игоревич (Пермь, Россия) - кандидат химических наук, научный сотрудник, Институт технической химии Уральского отделения Российской академии наук - филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН (614013, г. Пермь, ул. Ак. Королева, 3; e-mail: nechaev.a@itcras.ru).
Вальцифер Виктор Александрович (Пермь, Россия) - доктор технических наук, профессор, заместитель директора по научной работе, Институт технической химии Уральского отделения Российской академии наук - филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН (614013, г. Пермь, ул. Ак. Королева, 3; e-mail: valtsiferv@mail.ru).
About the authors
Natalia S. Voronina (Perm, Russian Federation) - Junior Researcher, Institute of Technical Chemistry Ural Branch of the Russian Academy of Sciences -Branch of Perm Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (3, str. Ak. Korolev, Perm, 614013, e-mail: voronina.n@itcras.ru).
Anton I. Nechaev (Perm, Russian Federation) - Ph.D. in Chemical Sciences, Researcher, Institute of Technical Chemistry Ural Branch of the Russian Academy of Sciences - Branch of Perm Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (3, str. Ak. Korolev, Perm, 614013, e-mail: nechaev.a@itcras.ru).
Victor A. Valtsifer (Perm, Russian Federation) - Doctor of Technical Sciences, Professor, Deputy Director for Science, Institute of Technical Chemistry Ural Branch of the Russian Academy of Sciences - Branch of Perm Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (3, str. Ak. Korolev, Perm, 614013, e-mail: valtsiferv@mail.ru).
Поступила: 28.01.2022
Одобрена: 02.02.2022
Принята к публикации: 15.03.2022
Финансирование. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Пермского края в рамках научного проекта № 19-43-590013 р_а. Работа выполнена с использованием оборудования ЦКП «Исследования материалов и вещества» ПФИЦ УрО РАН.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Вклад авторов равноценен.
Просьба ссылаться на эту статью в русскоязычных источниках следующим образом:
Воронина Н.С., Нечаев А.И., Вальцифер В.А. Влияние температуры и низкомолекулярных электролитов на стабильность дисперсной фазы при обратноэмульсионной сополимериза-ции // Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология. - 2022. - № 1. - С. 88-103.
Please cite this article in English as:
Voronina N.S., Nechaev A.I., Valtsifer V.A. Effect of temperature and electrolytes on the dispersed phase stability in inverse emulsion copolymerization. Bulletin of PNRPU. Chemical Technology and Biotechnology, 2022, no. 1, pp. 88-103 (In Russ).
