chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2021-16-6-490-501chemicallytech-1771Research ArticleSYNTHESIS AND PROCESSING OF POLYMERS AND POLYMERIC COMPOSITESСИНТЕЗ И ПЕРЕРАБОТКА ПОЛИМЕРОВ И КОМПОЗИТОВ НА ИХ ОСНОВЕInfluence of emulgator nature on dispersity and stability of artificial polymer suspensions based on polycarbonate and polymethyl methacrylateВлияние природы эмульгатора и концентрации полимера на дисперсность и устойчивость искусственных полимерных суспензий на основе поликарбоната и полиметилметакрилатаhttps://orcid.org/0000-0001-6593-3045СтужукА. Н.StuzhukA. N.

Стужук Александр Николаевич - аспирант кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений.

119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Alexander N. Stuzhuk - Postgraduate Student, S.S. Medvedev Department of Chemistry and Technology of Macromolecular Compounds.

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571

aleksandr-stuzhuk@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3320-3344ШкольниковА. В.ShkolnikovA. V.

Школьников Александр Васильевич - аспирант кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений.

119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Alexander V. Shkolnikov - Postgraduate Student, S.S. Medvedev Department of Chemistry and Technology of Macromolecular Compounds.

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571

sashka513@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4925-7176ГорбатовП. С.GorbatovP. S.

Горбатов Павел Сергеевич - аспирант кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений.

119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Pavel S. Gorbatov - Postgraduate Student, S.S. Medvedev Department of Chemistry and Technology of Macromolecular Compounds.

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571

refazer@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4358-1998ГрицковаИ. А.GritskovaI. A.

Грицкова Инесса Александровна - доктор химических наук, профессор кафедры химии и технологии ВМС.

119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Inessa A. Gritskova - Dr. Sci. (Chem.), Professor, S.S. Medvedev Department of Chemistry and Technology of Macromolecular Compounds.

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571

inessagritskova@gmail.comМИРЭА – Российский технологический университет, Институт тонких химических технологий им. М.В. ЛомоносоваРоссияMIREA – Russian Technological University, M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical TechnologiesRussian Federation202127012022166490501Copyright © Stuzhuk A.N., Shkolnikov A.V., Gorbatov P.S., Gritskova I.A., 20222022Стужук А.Н., Школьников А.В., Горбатов П.С., Грицкова И.А.Stuzhuk A.N., Shkolnikov A.V., Gorbatov P.S., Gritskova I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/1771Objectives

Objectives. To create stable artificial polymer suspensions with a positive charge of particles based on polycarbonate and polymethyl methacrylate using cationic surfactants and organosilicon surfactants.

Methods

Methods. The size of droplets and polymer suspension particles was determined by photon correlation spectroscopy (dynamic light scattering) using a Zetasizer NanoZS laser particle analyzer (Malvern, UK).

Results

Results. Domestic cationic surfactants Katamin-AB and Azol-129 were found to be capable of producing stable artificial polycarbonate and polymethyl methacrylate suspensions. Based on the polymer, the optimal surfactant concentration was 6 wt %. The effect of polymer concentration in solution on the stability and particle size of final polymer suspensions was shown. It was determined that the polymer concentration in the solution should not exceed 10%. When obtaining a highly dispersed suspension during dispersion, a higher concentration causes an increase in the viscosity of emulsions. As a result of a synergistic effect formation, we used mixtures of cationic surfactants (Katamin-AB/Azol-138 and Azol-129/Azol-138) to enhance the stability of the final polymer suspensions. The optimal surfactant ratio was 9:1. The total concentration of the mixture is 10 wt %, based on the polymer. Polymer suspensions were stabilized with each of 2:1 mixtures of cationic surfactants Katamin-AB and Azol-129 withan organosilicon surfactant U-851. The total mixture concentration was 9 wt %, based on the polymer.

Conclusions

Conclusions. New methods of producing artificial polycarbonate and polymethyl methacrylate suspensions in the presence of domestically produced cationic surfactants, as well cationicorganosilicon surfactants mixtures, were proposed. The colloidal-chemical properties of the obtained polymer suspensions were considered. It was found that using a 2:1 mixture of cationic and organosilicon surfactants produces polymer suspensions that are stable during production and storage.

Цели

Цели. Создание агрегативно устойчивых искусственных полимерных суспензий с положительным зарядом частиц на основе поликарбоната и полиметилметакрилата с использованием катионных поверхностно-активных веществ (КПАВ), а также их смесей с кремнийорганическим поверхностно-активным веществом (КОПАВ).

Методы

Методы. Размер капель и частиц полимерных суспензий определяли методом фотонной корреляционной спектроскопии (динамического светорассеяния) с помощью лазерного анализатора частиц Zetasizer NanoZS (Malvern, Великобритания).

Результаты

Результаты. Было установлено, что для получения устойчивых искусственных поликарбонатных и полиметилметакрилатных суспензий могут быть использованы отечественные КПАВ Катамин АБ и Азол-129. Оптимальная концентрация ПАВ составила 6 мас. % в расчете на полимер. Показано влияние концентрации полимера в растворе на устойчивость и размер частиц конечных полимерных суспензий. Определено, что концентрация полимера в растворе не должна превышать 10%. Дальнейшее повышение концентрации приводит к повышению вязкости эмульсий при получении высокодисперсной суспензии в процессе диспергирования. Использованы смеси КПАВ Катамин АБ/Азол-138 и Азол-129/Азол-138 для повышения устойчивости конечных полимерных суспензий за счет образования синергетического эффекта. Оптимальное массовое соотношение ПАВ составило 9:1. Общая концентрация смеси 10 мас. % в расчете на полимер. Получены полимерные суспензии, стабилизированные смесями КПАВ Катамин АБ/КОПАВ U-851 и КПАВ Азол-129/КОПАВ U-851 в соотношении 2:1 каждой смеси в расчете на полимер. Общая концентрация смеси составила 9 мас. % в расчете на полимер.

Выводы

Выводы. Предложены новые способы получения искусственных поликарбонатных и полиметилметакрилатных суспензий, полученных в присутствии КПАВ отечественного производства, а также их смесей и смесей КПАВ с КОПАВ. Рассмотрены коллоидно-химические свойства полученных полимерных суспензий и показано, что при использовании смеси КПАВ и КОПАВ, взятых в объемном соотношении 2:1, образуются устойчивые в процессе получения и хранения полимерные суспензии.

кремнийорганические ПАВискусственная полимерная суспензиякатионные ПАВполикарбонатполиметилметакрилатструктурно-механический барьерorganosilicon surfactantsartificial polymer suspensioncationic surfactantspolycarbonatepolymethyl methacrylatestructural and mechanical barrierИсследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках научного проекта № 19-33-90128\19The reported study was funded by the Russian Foundation for Basic Research, project No. 19-33-90128\19ReferencesМэнсон Дж., Сперлинг Л. Полимерные смеси и композиты: пер. с англ., под ред. Ю.К. Годовского. М.: Химия; 1979. 440 с.Manson J., Sperling L. Polimernye smesi i kompozity (Polymer mixtures and composites: trans. from Engl.). Godowsky Yu.K. (Ed.). Moscow: Khimiya; 1979. 440 p. (in Russ.). [Manson J., Sperling L. Polymer blends and composites. NY: Plenum Press; 1976. 513 p.]Tscharnuter W. Photon correlation spectroscopy in particle sizing. In: Meyers R.A. (Ed.) Encyclopedia of Analytical Chemistry. 2000. P. 5469–5485.Tscharnuter W. Photon correlation spectroscopy in particle sizing. In: Meyers R.A. (Ed.) Encyclopedia of Analytical Chemistry. 2000. P. 5469–5485.Грицкова И.А., Копылов В.М., Симакова Г.А., Гусев С.А., Маркузе И.Ю. Полимеризация стирола в присутствии поверхностно-активных кремнийорганических веществ различной природы. Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2010;52(9):1689–1695.Gritskova I.A., Kopylov V.M., Simakova G.A., Gusev S.A., Markuze I.Yu. Polymerization of styrene in the presence of surface-active organosilicon substances of various nature. Polym. Sci. Ser. B. 2010;52(9):1689–1695. https://doi.org/10.1134/S1560090410090046Грицкова И.А., Ботова О.И., Шитов Р.О., Гринфельд Е.А. Получение искусственных латексов на основе изопрен-стирольного термоэластопласта. Тонкие химические технологии. 2014;9(5):61–63.Gritskova I.A., Botova O.I., Shitov R.O., Grinfeld E.A. Preparation of artificial latexes based on isoprene-styrene thermoplastic elastomers. Fine Chemical Technologies. 2014;9(5):61–63 (in Russ.)Larsson M., Hill A., Duffy J. Suspension stability; why particle size, zeta potential and rheology are important. Annu. Trans. Nord. Rheol. Soc. 2012;12:209–214.Larsson M., Hill A., Duffy J. Suspension stability; why particle size, zeta potential and rheology are important. Annu. Trans. Nord. Rheol. Soc. 2012;12:209–214.Холмберг К., Йёнссон Ю., Кронберг Б., Линдман Б. Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных растворах. М.: Лаборатория знаний; 2020. 531 с. ISBN 978-5-00101-767-7Holmberg K., Jönsson Yu., Kronberg B., Lindman B. Poverkhnostno-aktivnye veshchestva i polimery v vodnykh rastvorakh (Surfactants and polymers in aqueous solutions). Moscow: Laboratoriya znanii; 2020. 531 p. (in Russ.). ISBN 978-5-00101-767-7 [Holmberg K., Jönsson Yu., Kronberg B., Lindman B. Surfactants and polymers in aqueous solutions. John Wiley & Sons; 2003. 562 p.]Жданов А.А., Грицкова И.А., Чирикова О.В., Щеголихина О.И. Кремнийорганические ПАВ – стабилизаторы частиц полистирольных суспензий. Коллоидный журнал. 1995;57(1):30–33.Zhdanov A.A., Gritskova I.A., Chirikova O.V., Shchegolikhina O.I. Organosilicon surfactants as stabilizers of polystyrene suspensions particles. Kolloidnyi zhurnal = Colloid J. 1995;57(1):30–33 (in Russ.).Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения. Москва, Н. Новгород: Изд-во НГТУ: Издательский центр «Академия»; 2008. 368 с. ISBN 978-5-7695-5389-9,5-76953028-6.Semchikov Yu.D. Vysokomolekulyarnye soedineniya (High-molecular compounds). Moscow, N. Novgorod: NSTU: Publishing Center “Academy”; 2003. 368 p. (in Russ.).Lee V.Ya. Organosilicon Compounds: Theory and Experiment (Synthesis). Academic Press; 2017. 758 p. ISBN 978-0-12-801981-8Lee V.Ya. Organosilicon Compounds: Theory and Experiment (Synthesis). Academic Press; 2017. 758 p. ISBN 978-0-12-801981-8Саладжес Д.Л. Поверхностно-активные вещества –виды и применение. Буклет FIRP 300 A, 2002. 49 с.Salages J.L. Surfactants. Types and Uses. FIRP Booklet 300 A; 2002. 49 p. URL: https://dokumen.tips/documents/surfactants-types-and-uses.htmlSrividhya M., Chandrasekar K., Baskar G., Reddy B.S.R., Physico-chemical properties of siloxane surfactants in water and their surface energy characteristics. Polymer. 2007;48(5):1261–1268. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2007.01.015Srividhya M., Chandrasekar K., Baskar G., Reddy B.S.R., Physico-chemical properties of siloxane surfactants in water and their surface energy characteristics. Polymer. 2007;48(5):1261–1268. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2007.01.015Curstedt T., Calkovska A., Johansson J. New Generation Synthetic Surfactants. Neonatology. 2013;103(4): 327–330. https://doi.org/10.1159/000349942Curstedt T., Calkovska A., Johansson J. New Generation Synthetic Surfactants. Neonatology. 2013;103(4): 327–330. https://doi.org/10.1159/000349942Шинода К., Накагава Т., Тамамуси Б., Исемура Т. Коллоидные поверхностно-активные вещества. пер. с англ., под ред. А.Б. Таубмана, М.: Мир, 1966. 319 с.Shinoda K., Nakagawa T., Tamamushi B., Isemura T. Kolloidnye poverhnostno-aktivnye veshchestva. Fiziko-khimicheskie svoistva (Colloidal Surfactants: Some Physicochemical Propertiestrans: trans. from Engl.). Taubman A.B. (Ed.). Moscow: Mir; 1966. 319 p. (in Russ.). [Shinoda K., Nakagawa T., Tamamushi B., Isemura T. Colloidal Surfactants: Some Physicochemical Propertiestrans. New-York: Academic Press; 1963. 310 p. ISBN 978-1-48322923-2]Зимон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание. М.: Химия; 1974. 416 с.Zimon A.D. Adgeziya zhidkosti i smachivanie. M.: Himiya; 1974. 416 p. (in Russ.).Liu J., Zhang F.F., Song Y.H., Lv K. Zhang N., Li Y.C. The synthesis of nonionic hyperbranched organosilicone surfactant and characterization of its wetting ability. Coatings. 2021;11(1). https://doi.org/10.3390/coatings11010032Liu J., Zhang F.F., Song Y.H., Lv K. Zhang N., Li Y.C. The synthesis of nonionic hyperbranched organosilicone surfactant and characterization of its wetting ability. Coatings. 2021;11(1). https://doi.org/10.3390/coatings11010032Aveyard B. Surfactants: In Solution, at Interfaces and in Colloidal Dispersions. Oxford, New-York: Oxford University Press; 2019. 576 p. ISBN 978-0-19-882860-0Aveyard B. Surfactants. In: Solution, at Interfaces and in Colloidal Dispersions. Oxford, New-York: Oxford University Press; 2019. 576 p. ISBN 978-0-19-882860-0

The authors declare that there are no conflicts of interest present.