|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Влияние гидроксипропилцеллюлозы на реологические свойства прямых эмульсий декана, стабилизированных неионогенным ПАВ Твин 80статья
- Авторы: Куликов -Костюшко Ф.А., Потешнова М.В., Задымова Н.М.
- Сборник: V конференция молодых ученых "Реология и физико-химическая механика гетерофазных систем. Программа и материалы конференции
- Год издания: 2017
- Место издания: ИНХС им. А.В. Топчиева РАН, МГУ им. М.В. Ломоносова Москва
- Первая страница: 125
- Последняя страница: 128
- Аннотация: В настоящее время экологически безопасные, нетоксичные, водорастворимые полисахариды и их производные широко используются в качестве стабилизаторов разнообразных дисперсных систем, и в частности, прямых эмульсий. Чаще всего стабилизирующее действие полисахаридов обусловлено заметным увеличением вязкости дисперсионной среды даже при добавлении небольших количеств. Лишь некоторые модифицированные полисахариды обладают выраженными поверхностно-активными свойствами и способны не только изменять вязкость дисперсионной среды, но и адсорбироваться на различных границах раздела фаз, что может приводить как к стабилизации, так и к дестабилизации дисперсной системы в зависимости от концентрации полимера. Одним из таких полисахаридов является химически модифицированная водорастворимая гидроксипропилцеллюлоза, обладающая линейным строением, высокой поверхностной активностью на различных межфазных границах и использующаяся в качестве эмульгатора, стабилизатора и загустителя при производстве различных лекарственных форм, косметических средств, пищевых композиций и т. п. Для достижения целевых свойств полисахариды часто используются в сочетании с полиоксиэтилированными неионогенными поверхностно-активными веществами (НПАВ). При этом полагают, что молекулы НПАВ и незаряженных полисахаридов практически не взаимодействуют в водной среде. Лишь сравнительно недавно появились публикации, в которых высказывается предположение об образовании водородных связей между гидроксильными группами полисахарида и оксиэтильными группами молекул НПАВ [1, 2]. В данной работе исследовано влияние концентрации гидроксипропилцеллюлозы (ГПЦ, М.в. = 80 кДа) на седиментационную устойчивость и реологические свойства прямых эмульсий декана, стабилизированных НПАВ (полиоксиэтилен (20) сорбитан моноолеат, Твин 80, Тв). Прямые эмульсии декана с постоянной объемной долей дисперсной фазы, равной 0,2, получали при помощи ультразвукового диспергатора. Время диспергирования не превышало 1 минуты. В качестве дисперсной среды эмульсий использовались водные растворы индивидуальных компонентов: Тв (5%), ГПЦ (1,5 и 5%), так и их бинарных смесей, в растворах которых концентрация полимера составляла 1,5 или 5%, а концентрация Тв была постоянной (5%). Концентрации выражены в мас.%. Реологические свойства эмульсий изучали с помощью реометра RheoStress 1 фирма «ThermoHaake», Германия) с измерительной ячейкой конус - плоскость. В работе использовали контролируемое напряжение сдвига (CS-режим), испытания поводили при 20°С. Распределение частиц по размерам в исследованных эмульсиях определяли с помощью динамического рассеяния света на высокоскоростном анализаторе Zetatrac™. Перед проведением дисперсионного анализа образцы эмульсий разбавляли водой в 17,7 раз. Свежеприготовленные эмульсии характеризовались мономодальным распределением частиц по размерам и были высокодисперсными. Средний гидродинамический диаметр капель (Dср) практически не зависел от концентрации компонентов и составлял в случае Тв, бинарных смесей Тв-ГПЦ и ГПЦ, соответственно 200±20, 250±20 и 600±50 нм. Эмульсии хорошо смешивались с водой и не смешивались с деканом, что подтверждает их тип (масло/вода). Эмульсии были седиментационно устойчивыми лишь ограниченное время (t): в присутствии полимера расслоение происходило наиболее быстро (в течение ~10 мин), что, по-видимому, является следствием флокулирующего действия ГПЦ; в случае Тв значение t увеличилось до 4 часов. Устойчивость эмульсий, стабилизированных бинарной смесью Тв-ГПЦ, зависела от концентрации полимера. Эффективность стабилизирующего действия относительно седиментации возрастает в ряду: 1,5% ГПЦ ~ 5% ГПЦ < (5% Тв + 1,5% ГПЦ) < 5% Тв < (5% Тв + 5% ГПЦ). Водный раствор Тв (5%) и эмульсия декана на его основе обнаруживали ньютоновское поведение, при этом вязкость соответственно составила 2,7±0,2 и 3,9±0,2 мПа·с. Значение вязкости эмульсии, рассчитанное по уравнению Эйнштейна оказалось равным 4,1 мПа·с, что согласуется с экспериментальным значением вязкости. Полученные результаты подтверждают отсутствие взаимодействий между каплями эмульсии, стабилизированной Тв. Водные растворы бинарных смесей полимер – НПАВ также характеризуются ньютоновскими свойствами. Увеличение концентрации полимера в бинарной смеси от 1,5 до 5% привело к увеличению вязкости от 6,8 до 77,7 мПа·с. Однако, для эмульсий на их основе наблюдалась аномалия вязкости, усиливающаяся с ростом концентрации полимера. При наименьшей концентрации полимера (1,5%), значения эффективной вязкости эмульсии с ростом напряжения сдвига уеньшаются от 754 до 16 мПа·с. Такое заметное падение эффективной вязкости в отсутствие предельного напряжения сдвига, по-видимому, обусловлено наличием отдельных крупных флокул, пептизирующихся с увеличением напряжения сдвига. Вероятно, такие флокулы, наличие которых и обуславливает потерю седиментационной устойчивости, состоят из капель эмульсии объединенных макромолекулами полимера. Для эмульсии, стабилизированной бинарной смесью полимер - НПАВ с более высокой концентраций полимера (5%) наблюдается предел текучести, равный 1 Па. Это свидетельствует о формировании структуры, пронизывающей весь объем эмульсии и состоящей из капель, связанных в единую сетку макромолекулами ГПЦ, что ингибирует седиментацию. Таким образом, полученные данные свидетельствуют о флокулирующем действия ГПЦ по мостиковому механизму. При этом, по-видимому, полимерные «мостики» между каплями эмульсии, стабилизированными адсорбционными слоями Тв, возникают вследствие формирования водородных связей между гидроксильными группами ГПЦ и оксиэтильными звеньями НПАВ. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 15-08-04546а). Литература 1. Kokol V. // Carbohydrate Polymers. 2002. V. 50. N. 3. P. 227. 2. Grza˛dka E. // Cellulose. 2013. V. 20. N. 3. P. 1313.
- Добавил в систему: Потешнова Мария Викторовна