Полимеризация стирола в присутствии смесей ПАВ и изучение механизма формирования межфазных адсорбционных слоев частиц методом Ленгмюра тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.06, кандидат химических наук Марченко, Светлана Борисовна

• Марченко, Светлана Борисовна
• кандидат химических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат химических наук Марченко, Светлана Борисовна

Ведение

Глава I: Литературный обзор 4 1.1. Топохимические особенности эмульсионной полимеризации

1.2 Теоретические основы метода Ленгмюра.

1.3. Монослои ПАВ.

1.3.1. Линейные полисилоксаны.

1.3.2. Циклические полисилоксаны.

1.3.3. Плюроники

1.3.4. Особенности строения смешанных монослоев.

Глава II: Исходные вещества и методы 32 II.1. Характеристики использованных соединений 32 II.3. Описание методик. 33 II.3.1. Получение монослоев и проведение измерений.

11.3.1.1. Общие сведения

11.3.1.2. Условия экспериментов в данной работе.

11.3.1.3. Способы формирования монослоев для смеси ПДС/Е-30:

11.3.1.4. Способы формирования монослоев для смеси ПДСЛМ68: 37 II.3.1.4. Способы формирования монослоев для смесей:

С-20, С-55/КМ и стеариновая кислота.

11.3.3. Измерение поверхностного потенциала в монослое.

11.3.4. Синтез канифолевого мыла.

11.3.5. Дилатометрический метод исследования кинетики полимеризации.

11.3.6. Определение размеров частиц полимерных дисперсий.

II.3.8. Реакция латексной агглютинации на стекле.

Глава III: Результаты и их обсуждение

III. 1. Полимеризация стирола в присутствии смеси алкилсульфоната натрия (Е-30) и а-(карбоксиэтил)-со-(триметилсилокси)-полидиметил силоксана (ПДС).

111.2. Полимеризация стирола в присутствии смеси ПДС и F-168.

111.3. Полимеризация стирола в присутствии смесей ПАВюксиэтилированных цетиловых спиртов (С-20), (С-55) и канифоливого мыла (КМ).

111.4. Межфазные адсорбционные слои алкилсульфоната натрия (Е-30) и а-(карбоксиэтил)-со-(триметил силокси)-полидиметилсилоксана (ПДС)

111.5. Межфазные адсорбционные слои а-(карбокси этил)-ю-(триметилсилокси)-полидиметилсилоксана (ПДС) и плюроника F

111.6. Межфазные адсорбционные слои оксиэтилирован ных жирных спиртов: С-20, С-55, ионогенного

ПАВ — канифолевого мыла и стеариновой кислоты.

111.7. Использование полистирольный суспензий для иммунодиагностических исследований.

III.7.1. Создание тест-системы на ревматоидный фактор. Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Полимеризация стирола в присутствии смесей ПАВ и изучение механизма формирования межфазных адсорбционных слоев частиц методом Ленгмюра»

В области гетерофазной полимеризации в последнее время были достигнуты существенные успехи. Особо важную роль в этом отношении сыграли исследования по образованию полимерно-мономерных частиц (ПМЧ) и формированию факторов устойчивости в их межфазных слоях.

Полимеризация в эмульсии является одним из основных способов получения полимерных материалов, как промышленного значения, так для биотехнологии и медицины (1-6). Несмотря на то, что этот метод синтеза полимерных суспензий известен давно, до сих пор условия получения суспензий с частицами различного диаметра и распределением по размерам (РЧР), в значительной степени, определяющие его свойства, подбираются эмпирически. Это объясняется в значительной степени тем, что механизм образования частиц при инициировании полимеризации в эмульсии мономера до настоящего времени не ясен и широко дискутируется в литературе (7-9).

Диаметр и РЧР зависят от их стабильности в течение полимеризации. Неустойчивость реакционной системы, которая является причиной появления частиц неправильной формы и уширения их РЧР, а так же невоспроизводимость их результатов синтеза обусловлена часто длительным временем формирования в межфазном адсорбционном слое (MAC) факторов устойчивости, и его недостаточной прочностью. Было установлено, что высокой устойчивостью характеризуются частицы, в поверхностном слое, которых на ранних стадиях формируются и электростатический и структурно-механический факторы стабилизации. Этого достигают различными способами: использованием в качестве инициатора персульфата калия, ионогенные функциональные группы которого, входя в полимерную цепь и ориентируясь на границе раздела фаз формируют электростатический фактор стабилизации, а полимерные цепи, концентрируясь в межфазных слоях ПМЧ -структурно-механический фактор. применением ПАВ, растворимых в мономере и несовместимых с образующимся полимером, которые в межфазном слое ПМЧ формируют стерический фактор стабилизации, использованием смеси ионогенных ПАВ с неионными, различной природы, добавлением в рецепт полимеризации специальных веществ например, жирных спиртов с длинной алкильного радикала > С12 и др.

Наиболее часто используемыми и эффективными являются смеси ионогенных и неионных ПАВ. Оказалось, что при определенных соотношениях компонентов смеси ПАВ реакционная система характеризуется устойчивостью, наибольшим числом частиц, наименьшим диаметром частиц их узким распределением по размерам.

Полученные результаты объясняли (10) тем, что совместное действие ПАВ приводит к сильному понижению межфазного натяжения, приводящему к повышению дисперсности эмульсии, увеличению объема микроэмульсии в эмульсии из-за массопереноса неионного ПАВ через границу раздела, согласно коэффициенту распределения и формированием электростатического фактора стабилизации в межфазном слое частиц при адсорбции ионогенного ПАВ. Однако изучение механизма формирования межфазного слоя ПМЧ проведено не было, и эти выводы были сделаны на основании данных исследования микроэмульгирования мономеров в модельных условиях и кинетики полимеризации стирола.

Данная работа является продолжением этих исследований и ставит своей целью выяснение механизма образования межфазных адсорбционных слоев путем изучения поверхностно-активных свойств различных смесей ПАВ в модельных условиях на границе раздела вода-воздух методом Ленгмюра.

Заключение диссертации по теме «Высокомолекулярные соединения», Марченко, Светлана Борисовна

Выводы:

1. Исследование кинетических закономерностей полимеризации стирола в присутствии смесей ПАВ различной природы показало, что только при определенном массовом соотношении компонентов смеси реакционная система в процессе синтеза устойчива, характеризуется узким РЧР, минимальным значением диаметра частиц и высокой скоростью полимеризации.

2. Определены условия проведения полимеризации, при высоком объемном содержании мономера (~50 %), позволяющие синтезировать полимерные суспензии с узким РЧР, устойчивые в процессе синтеза, и при хранении после окончания процесса.

3. Показана возможность синтеза концентрированных полистрольных суспензий при сниженном в 2 раза содержании ПАВ без потери устойчивости.

4. Методом Ленгмюра детально исследованы условия формирования межфазного слоя из смеси ПАВ. Показано, что только при определенных массовых соотношениях каждый из них способен занимать свою площадь в межфазном слое и принимать максимальное участие в формировании факторов устойчивости.

5. Установлена корреляция между данными, полученными при изучении кинетических закономерностей полимеризации и при изучении формирования межфазного слоя в модельных условиях методом Ленгмюра.

122

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Марченко, Светлана Борисовна, 2003 год

1. Елисеева В.И.//ЖВХО им. Д.И. Менделеева.1989 т.34. №2 с.85.

2. Грицкова И.А., Седакова Л.И., Мурадян Д.С., Праведников А.Н.//Докл. АНСССР 1978 Т.238 №3 с.607.

3. Грицкова И.А., Крашенинникова И.Г., Аль-Хаварин Д.И. и др.//Коллоидный журн. 1995 Т.57 №2 с.182.

4. Зуйков А.В., Соловьева Т.С., Панич P.M., Грицкова И.А. Медведев С.С. ДАНСССРД79, с.1377-1382, 1968.

5. Грицкова И.А., Каминский В.А. "Межфазные явления и формирования частиц при ЭП". ЖФХ, 1996,т.70 №8 с.1516-1520.

6. Марченко С.Б., Жданов А.А., Грицкова И.А., Зайцев С.Ю.// Журнал ВМС, серия А 2001 т.43 №3 с.452-458.

7. Ребиндер П.А.,ЖВХО им. Менделеева, 1966,т.2,4,362

8. Фукс Г.И., Физико-химические основы применения ПАВ,Ташкент, изд."Фан", Уз.ССР,1977,5.

9. Маркина З.Н., сб."Успехи коллоидной химии",М.,"Наука", 1973,239. Ю.Грицкоав И.А., Дисс. докт.хим. наук, МИТХТ им. М.В. Ломоносова,1. Москва, 19781 l.Staudinger Н. Die hochmolekularen organischen Verbindungen. J, Springer, Berlin, 1932

10. Догадкин Б.А., Виноградова Г.В., Колл. ж., 1937, 3, 2320-2322.

11. Юрженко А.И., Гусяков В.П., ДАН СССР, 1952, 86, с. 129-134.

12. Harkins W.D. J.Polymer Sci., 1950, 5, p. 217-151.

13. Fikencher H, Kunststoffe, 1964, 53, 734.

14. Медведев С.С. в кн.: Кинетика и механизм образования и превращения макромолекул. М., Наука, 1968, с. 5-17.

15. Грицкова И.А., Медведев С.С., Дудукин В.В., Назар К.Н., Высокомолек. Соед., 1967, 9Б, 33, с. 196-201.

16. Мелконян А.Г. Арм. Хим.ж., 1966, 19, 338-341.

17. Мелконян А.Г., Шакарян ЭЛ., Шагинян А.А., Арм. Хим.ж., 1969, 22, с. 1026-1037.

18. Grancio V, Williams D, J.Polymer Sci., 1970, Pt. A-l, 8, p. 2617-2629.

19. Keusch P, Prince J, Williams D, Macromol. Sci., 1973, A7, 3, p. 623-646.

20. N.Lazaridis, A.H.Alexandropolus, E.G.Chatzi, C.Kiparissidis, Chem. Eng. Sci., 54, 1999, 3251.

21. D.Colombie, E.D.Sudol, Macromolecules, 33, 2000,4347.

22. K.Esumi, J.Colloid. Interface Sci. 273, 1995, 379.

23. L.Volwerg, R.G.Gilbert, Macromolecules, 33,2000, 6693

24. Ъ . D. Colombie, K. Landfester, E.D. Sudol, M.S. El-Aasser, Langmuir 16 2000 7905.

25. Capek, Adv. Colloid Interface Sci. 80 1999 85.

26. Capek, C.S. Chern, Adv. Polym. Sci. 155 2001 101.

27. R. Zimehl, G. Lagaly, J. Ahres, Colloid Polym. Sci. 268 1990 924.

28. R. Evans, D.H. Napper, Kolloid Z. Z. Polym. 251 1973 329.

29. Y.T. Choi, M.S. El-Aasser, E.D. Sudol, J.W. Vanderhoff, J. Appl. Polym. Sci. 23 1985 2973.

30. C.S. Chern, T.J. Chen, Colloid Polym. Sci. 275 1997 546.

31. C.S. Chern, T.J. Chen, Colloid Polym. Sci. 275 1997 1060. 34.1. Capek, Macromol. Symp. 179 2002 153.

32. J. Chudej, I. Capek, Polymer 43 2002 1681.

33. Vanderhoff I. W., Ugelstad J., J.Polymer Sci., 1973, A-l, 11, p. 503-513.

34. Ugelstad J., Hansen F.K., Lange S., Die macromolekulare Chemie, 1974,175, p. 507-521.

35. Никитина C.A., Спиридонова B.A., Мочалова O.C., Успехи коллоидной химии, 1973, 5, с. 268-278.

36. Спиридонова В.А., Никитина С.А., Таубман А.Б., Дан СССР, 1968, 182, с. 640-644.

37. Грицкова И.А., Медведев С.С., Зуйков А.В., Высокомолек. Соед. ,1968, 10, с. 59-63.

38. Volmer M., Zs. Phys.chem., 1927, 125, p. 151-162.

39. Ребиндер П.А., Колл. ж., 1958, 20, с. 527-540.

40. Русанов А.И., Щукин Е.Д., Ребиндер П.А., Колл. ж., 1968, 30, с. 735741.

41. Симакова Г.А., Каминский В.А., Грицкова И.А., Праведников А.Н., ДАН СССР, 1984, Т. 276, № 1, с. 151.

42. Грицкова И.А., Каминский В.А, Журн. Физ. Химии, 1996, Т. 70, № 8, с. 1516.

43. Puggeli М., Gabrielli G. Colloid. Polym. Sci. V. 261. 166. 1983.

44. Hatada M., Nishii M., Hirota K. J. Colloid. Interface. Sci. V.45. 502. 1973.

45. Белоусов С.И.,.Sautter E., Годовский Ю.К., Макарова H.H., Pechhold W., Высокомолек. Соед. A. 1996. T.38. 9. с. 1532.

46. Арсланов B.B. Дисс. канд. хим. наук, ИФХ АН СССР, Москва, 1973.

47. Kakimoto М., Kamatsu К. J. Colloid. Interface, V.121. 599. 1988. 51 .Арсланов В.В/ Успехи химии. 1994. Т. 63. 1. с. 3

48. Noll W., Steinbach Н., Sucker С., Polym. Sci. С. 1971. V. 34. P. 123.

49. Fox H.W., Talor P.W., Zisman W.A., Ind. Eng. Chem. 1947. V. 39. P. 1401.

50. Fox H.W., Solomon E.M., Zisman W.A., J. Phys. Chem. 1950. V. 54. P. 723.

51. Kalachev A.A., Litvinov V.M., Wegner G., Macromol. Chem. Macromol. Symp. 1991. V. 46. P. 365.

52. Gabrielli G., Puggeli M., Faccioli R. Colloid. Interface. Sci. V.41. 63. 1972.

53. Kakimoto M., Morikawa A. J. Colloid. Sci. V. 121. 599. 1988. 58.Iwamoto M., Majima Y., Watanabe A. Thin Solid. Films. V. 210/211. 101.1992.

54. Mumby S.J., Swaylen D.J., Rabolt J.F. Macromoleculs. V.19. 1054. 1986.

55. Bringuier E., Vilanove R., Gallot Y. Colloid. Interface Sci. V. 104. 95. 1985.

56. Gaines G.L. Langmur. V.7. 834. 1991.

57. Ariga K., Okahata Y. J. Am. Chem. Soc. V.l 1. 5618. 1989.

58. Dervichian D. J. Chem. Phys. V. 7. 931. 1939.

59. Kato Т. Langmur. V. 6. 870. 1990.

60. Ariga К., Okahata Y. J. Am. Soc. V.l 11. 5618. 1989.

61. КпоЫег C.M., Desai R.C., Ann. Rev. Phys. Chern. 1992. P.207. 67.3ауттер Э., Белоусов С.И., Пеххольд В., Макарова Н.Н., Годовский

62. Ю.К., Высокомолек. Соед. А. 1996. Т.38. I.e. 49.

63. Белоусов С.И., Зауттер Э., Годовский Ю.К., Макарова Н.Н., Пеххольд В., Высокомолек. Соед. А. 1996. Т.38. 9. с. 1538

64. Белоусов С.И., Заутгер Э., Годовский Ю.К., Макарова Н.Н., Пеххольд В., Высокомолек. Соед. А. 1996. Т.38. 10. с. 1772.

65. Белоусов С.И., Зауттер Э., Годовский Ю.К., Макарова Н.Н., Пеххольд В., Высокомолек. Соед. А. 1997. Т.39. 6. с. 1026

66. Белоусов С.И., Годовский Ю.К., Высокомолек. Соед. А, 2000, Т. 42, №1, с. 27-34.

67. Fox H.W., Taylor P.W., Zisman W.A., Ind. Eng. Chern., 1947, V. 39, №6, P.1401

68. Noll W„ Steinbach H., Sucker C., Colloid. Polym. Sci., 1965, V. 204, №3, P. 94

69. Noll W., Steinbach H., Sucker C., Colloid. Polym. Sci.,1970, V. 236, № 1, P.l.

70. Hahn Т., Hsu S., Stidham H., Macromolecules, 1997, V. 30, № 1, P. 87.

71. Steinbach H., Sucker C., Adv. Colloid. Interface Sci., 1980, V. 14, № 26 P. 43

72. Kakihara Y., Himmelblau D.M., Schechter R.S., J. Colloid. Interface Sci., 1969, V. 30, №2, p. 30.

73. Banks W.H., Nature, 1954, V. 174, № 1, p. 365

74. Mann E.K., Langevin D., Langmuir, 1991, V. 7, № 5, p. 1112

75. Sautter E., Dei phasenumwandlungen in Mesophasenpolymeren und ihre

76. Deutung, Habilitationsschrift. 1997. Ulm. 81. Белоусов С.И., Зауттер Э., Годовский Ю.К., Макарова Н.Н., Пеххольд В., Высокомолек. Соед. А. 1996. Т.38. 9. с. 1538

77. Белоусов С.И., Зауттер Э., Годовский Ю.К., Макарова Н.Н., Пеххольд В., Высокомолек. Соед. А. 1996. Т.38. 10. с. 1772.

78. Kato Т. Langmur. V. 6. 870. 1990

79. Белоусов С.И., Зауттер Э., Годовский Ю.К., Макарова Н.Н., Пеххольд В., Высокомолек. Соед. А. 1997. Т.39. 6. с. 1026

80. Белоусов С.И., Годовский Ю.К., Высокомолек. Соед. А, 2000, Т. 42, №1, с. 27

81. Белоусов С.И., Зауттер Э., Годовский Ю.К., Макарова Н.Н., Пеххольд В., Высокомолек. Соед., А, 1997, т. 39, №6,с. 1026

82. Бузин А.И., Зауттер Э., Годовский Ю.К., Макарова Н.Н., Пеххольд В., Высокомолек. Соед., А, 1998, т. 40, №5,с. 1145

83. Guo С., LiuH. Z., Chen J. Y. Collid. Polym. Sci. 1999. C.376.

84. Клямкин А. А., Топчиева И. H., Зайцев С. Ю., Зубов В. П. Биологические мембраны. 1996. Т.13, №3, с.313.

85. Fendler I. Н. Membrane Mimetic Chemistry. N. Y.: Wiley. 1982.

86. Бадер X., Дорн К., Хунфер Б., Рингсдорф X. Успехи химии. 1987. Т.50, №12, с.2028.

87. Ahlers М., Mueller W., Reichert A., Ringsdorf Н., Venzmer J. Angew. Chem. Int. Ed. Eng. 1986/т.29, c.1269.

88. Андрианов K.A. Полимеры с неорганическими главными цепями молекул .М. 1962.

89. Андрианов К.А. Кремнийорганические соединения.М. 1995

90. Бахант В., Хваловский Б.,Ратуоски И. Силиконы.Пер. с англ.М.1960.

91. Северный В.В. и др. Методы плч., св-ва и области применения поликсиалкиленовых блоксополимеров. Сб. Обзорной информации. М.: НИИТЭХИМ. 1986. 46

92. Огарев А.А.,Араланов В.В., Трапезников А.А., Макромол. На границе разд. фаз. Киев: Наукова думка. 1971 155.

93. Yih-Her Chang, Yu-Der Lee // Polymer. 1999. V. 40. P. 5929.

94. Guyot A., Chudej J. // Polymer. 1999. V. 40. P. 5233.

95. Mirzakozha D.A., Toyoko I., Takeshi H., Surf. Sci., 427-428, 1999, 107-110.

96. Xu X., Zhang Z., Wu H., Ge X., Zhang M. // Polymer. 1998. V 39. № 21. P. 5245.

97. Chern C-S., Lin S-Y., Chen L-J., Wu S-C. // Polymer. 1997. V. 38. № 8. P. 1977.

98. Chern C-S., Lin S-Y., Chang L-J., Lin J-Y., Lin Y-F. // Polymer. 1998. V. 39. №11. p. 2281.

99. Chern C-S., Lin C-H. // Polymer. 2000. V. 41. P. 4473.

100. Зайцев С.Ю., Росс. хим. журн. Т.42. 1-2. 1998. 103.

101. Иммунология. Практикум.-К.: Высшая школа.-1989.- 302 с107 .Molday R.S. Cell surface labeling techniques for SEM // Scanning

102. ElectronMicroscopy.-Chicago. ITT Research Institute.-1977.-v. 11.-p. 59-74