|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Смешанные адсорбционные слои Твин 80 и гидроксипропилцеллюлозы на границе раздела водный раствор - воздухстатья
- Авторы: Потешнова М.В., Задымова Н.М.
- Сборник: Сборник трудов Всероссийской конференции "Актуальные проблемы адсорбции и катализа"
- Год издания: 2016
- Место издания: Иваново
- Первая страница: 164
- Последняя страница: 165
- Аннотация: Смешанные адсорбционные слои поверхностно-активных веществ (ПАВ) и полимеров играют ключевую роль в стабилизации дисперсных систем различной природы, что обуславливает широкое применение композиционных составов на основе полимеров и ПАВ в технологических процессах химической, пищевой, косметической и фармацевтической отраслях промышленности. Наиболее востребованными являются экологически безопасные, нетоксичные, водорастворимые неионогенные ПАВ (НПАВ) и биополимеры, к которым, в частности, относятся производные целлюлозы. Однако до настоящего времени вопрос о взаимодействии производных целлюлозы и НПАВ в водной среде и адсорбционных слоях, во многом определяющих основные целевые свойства композиций, остается дискуссионным. В данной работе проведено комплексное исследование поверхностных и объемных свойств водных растворов гидроксипропилцеллюлозы, Твин 80 и их бинарных смесей различного состава. Использовали гидроксипропилцеллюлозу (ГПЦ) торговой марки Klucel EF (Hercules, CША) со средневесовой молекулярной массой Мw = 80 кДа и Твин 80 (Tв, полиоксиэтилированный (20) сорбитан моноолеат) фирмы Sigma, Мw = 1308 Да. Оба компонента нетоксичные, биоразлагаемые, применяются для изготовления лекарственных форм. Водные растворы готовили на основе трижды дистиллированной воды, удельная электропроводность которой составляла 1,5х10-4 См/м (20°С). Поверхностное натяжение (σ) измеряли методом висящей капли в атмосфере, насыщенной парами исследуемого раствора при 23°С. Удельную вязкость растворов определяли с помощью вискозиметра ВПЖ-2 с диаметром капилляра 0,56 мм при температуре 22°С. Дисперсионный анализ проводили на высокоскоростном приборе динамического рассеяния света Nanotrac Particle Analyzer модель Zetatrac™ (фирмы Microtrac INC, Nikkiso). В широкой области концентраций получены изотермы поверхностного натяжения σ(lnC) для следующих систем: 1 – растворы Тв; 2 – растворы ГПЦ ; 3 – растворы Тв, содержащие постоянную концентрацию ГПЦ (СГПЦ = 3,0·10-8М); 4 – растворы, содержащие различные концентрации бинарной смеси Тв+ГПЦ, характеризующейся постоянным соотношением компонентов (СТв/СГПЦ = 209/1), при котором на звено полимера приходится примерно одна молекула Тв. На основе анализа полученных изотерм σ(lnC), можно заключить: • Изломы, которые наблюдаются для индивидуальных компонентов, соответствуют критической концентрации мицеллообразования (ККМ = 3,2·10-5 М) в случае Тв и предельной молекулярной растворимости в случае ГПЦ (SГПЦ = 5,0·10-8М). • Добавка ГПЦ (СГПЦ = 3,0·10-8М < SГПЦ) приводит к уменьшению ККМ Тв в 5 раз, что, как известно, соответствует действию добавок, промотирующих возникновение водородных связей между молекулами воды. • Эффективность снижения поверхностного натяжения возрастает в ряду: Тв < ГПЦ < Тв+ГПЦ. Получены дифференциальные кривые распределения частиц по размерам. Для растворов ГПЦ и Тв+ГПЦ эти кривые бимодальны. Так, растворы полимера (система 2) содержат как молекулы ГПЦ со средним гидродинамическим диаметром (d), равным ~ 20 нм, так и более крупные частицы (d ~ 400 – 600 нм) – агрегаты макромолекул. В растворах Тв+ГПЦ (система 4) помимо агрегатов (d ~ 400 – 600 нм), обнаружены частицы малых размеров (d ~ 10 нм). Компактизация свидетельствует о гидрофобизации макромолекул ГПЦ при взаимодействии с молекулами Тв, обусловленном формированием водородных связей между оксиэтильными звеньями молекул НПАВ и гидроксильными группами полимера, т.е. о комплексообразовании в бинарных растворах Тв+ГПЦ. Вискозиметрические исследования выполнены для растворов ГПЦ и бинарных растворов Тв+ГПЦ (система 4). Приведенная вязкость (ηуд/C) линейно зависит от С, которая выражена в г/см3 и в случае бинарной смеси является суммой концентраций компонентов. По уравнению Хаггинса ηуд/C = [η] + KH[η]2C рассчитаны значения характеристической вязкости ([η]) и константы Хаггинса (KH). Характеристическая вязкость для Тв+ГПЦ (система 4) оказалась примерно в 4 раза меньше, чем для растворов индивидуального полимера. Это свидетельствует о более компактной конформации комплекса по сравнению с макромолекулами ГПЦ при бесконечном разбавлении раствора. Значение KH для растворов комплекса Тв+ГПЦ было больше, чем для ГПЦ (KH,Тв+ГПЦ = 0,72; KH,ГПЦ = 0,58). Это указывает на уменьшение термодинамического сродства растворителя (воды) к комплексу, т.е. комплекс более гидрофобен, чем макромолекулы ГПЦ. Анализ зависимостей поверхностного натяжения от времени σ(t) для растворов ГПЦ (СГПЦ = 4,0·10-8 М), Тв (СТв = 8,3·10-6 М) и Тв+ГПЦ (система 4, СГПЦ = 4,0·10-8 М, СТв = 8,3·10-6 М) показал, что скорость снижения поверхностного натяжения увеличивается в ряду: ГПЦ < Тв+ГПЦ ≤ Тв. Это свидетельствует о том, что для бинарной смеси Тв+ГПЦ скорость снижения σ в основном определяется адсорбцией НПАВ. Однако, поскольку равновесное значение σ для бинарной смеси меньше, чем для растворов индивидуальных компонентов, можно предположить наличие комплексообразования в адсорбционном слое. Таким образом, комплексообразование между молекулами ГПЦ и Твин 80 вследствие образования водородных связей между гидроксильными группами полимера и оксиэтильными звеньями НПАВ обнаружено как в объеме раствора, так и в адсорбционных слоях. Комплекс полимер–НПАВ характеризуется компактностью, большими гидрофобностью и поверхностной активностью по сравнению с макромолекулами ГПЦ. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 15-08-04546a
- Добавил в систему: Потешнова Мария Викторовна