Навигация
Сильная ассоциация ПАВ с поверхностно-активными полимерами
17534
знака
0
таблиц
11
изображений
3. Сильная ассоциация ПАВ с поверхностно-активными полимерами
Модифицирование водорастворимых гомополимеров прививкой небольшого числа (обычно в реакцию вступает 1% мономерных звеньев) гидрофобных групп, например алкильных цепей, приводит к дифильным полимерным молекулам, склонным к самоассоциации за счет гидрофобных взаимодействий. Слабое агрегирование (рис. 7) макромолекул сопровождается увеличением вязкости и других реологических параметров. Этот эффект «ассоциирующих загустителей» используется при производстве красок и многих других промышленных продуктов для модифицирования их реологических свойств.
Вводимые в растворы полимеров ПАВ сильно взаимодействуют с гидрофобными группами полимера, что приводит к усилению ассоциации полимерных цепей и увеличению вязкости. В качестве примера на рис. 8 приведена структура гидрофобизированного неионного эфира целлюлозы. Введение додецил-сульфата натрия приводит к резкому увеличению вязкости гидрофобизированного эфира целлюлозы и практически не влияет на немодифицированный эфир целлюлозы (рис. 9). При большой концентрации ПАВ вязкостный эффект исчезает. Наблюдаемые эффекты лучше объясняются образованием смешанных мицелл между ПАВ и дифильным полимером. Для образования поперечных сшивок и, следовательно, проявления вязкостного эффекта необходимо, чтобы в мицеллообразовании принимало участие большое число гидрофобных групп полимера. При повышенных концентрациях ПАВ лишь одна гидрофобная группа полимера входит в состав смешанной мицеллы, что приводит к исчезновению эффекта «поперечных сшивок».
Рис. 7. Самоассоциация гидрофобизированных водорастворимых полимеров в присутствии ПАВ может усиливаться или, наоборот, снижаться в зависимости от стехиометрического соотношения компонентов
Повышение вязкости при добавлении ПАВ в растворы гидрофобизированных водорастворимых полимеров характерно для всех систем, но эффект сильно зависит от вклада электростатических взаимодействий. Как видно из рис. 10, добавки противоположно заряженных ПАВ к раствору гидрофобизированного полиэлектролита вызывают более сильный вязкостный эффект, чем неионные или одноименно заряженные ПАВ. Но и в последних случаях наблюдаются значительные эффекты, особенно если привитые гидрофобные цепи велики.
Рис. 8. Целлюлозу можно модифицировать относительно хаотичным введением гидроксиэтиль-ных и этильных групп с образованием этил(гидроксиэтил)целлюлозы (ЭГЭЦ). Для получения гидрофобизированной ЭГЭЦ вводят небольшое количество гидрофобных групп
Рис. 9. Введение додецилсульфата натрия в раствор гидрофобизированной целлюлозы (ЭГЭЦ) сначала приводит к резкому увеличению вязкости, а затем при увеличении концентрации ПАВ — к снижению до низких значений. Для немодифицированной целлюлозы изменения вязкости в присутствии ДСН незначительно
Рис. 10. Добавление ПАВ к раствору гидрофобизированного полиэлектролита (в данном примере — гидрофобизированный полиакрилат) приводит к различным изменениям вязкости в зависимости от типа поверхностно-активного вещества. Эффект проявляется гораздо сильнее в случае противоположно заряженных ПАВ (бромид додецилтриметиламмония, DTAB), чем при введении неионного ПАВ (С 12 Е5) или одноименно заряженного ПАВ (додецилсульфата натрия, SDS)
В смесях ПАВ и имеющих точки помутнения полимеров, полярность которых уменьшается при повышении температуры, могут образовываться термообратимые гели. Повышение температуры приводит к гелеобразованию, при охлаждении гель плавится. Подобные эффекты характерны также для смесей неионных ПАВ и гидрофобизированных водорастворимых полимеров, поскольку повышение температуры индуцирует рост мицелл либо переход от мицелл к везикулам или другим самоассоциированным структурам.
4. Аналогия между взаимодействием ПАВ с поверхностно-активными полимерами и образованием смешанных мицелл
Гидрофобизированный водорастворимый полимер (ГП) можно рассматривать как модифицированное ПАВ. Такой полимер сам по себе образует мицеллы (или гидрофобные микродомены) при очень низких концентрациях (при бесконечном разбавлении внутримолекулярные мицеллы). Эти мицеллы могут солюбилизировать неполярные вещества. Более того, ГП и ПАВ, как правило, стремятся образовывать смешанные мицеллы подобно смесям двух ПАВ. Свойства систем ГП-ПАВ определяются двумя стехиометрическими соотношениями: стехиометрией алкильных цепей и стехиометрией зарядов.
Образование смешанных агрегатов в системах всегда превалирует, поэтому концентрация свободных молекул ПАВ понижается, и мицеллы, состоящие из индивидуального ПАВ, не образуются до тех пор, пока концентрация ПАВ не превысит концентрацию гидрофобных групп полимера. Из этого рассуждения можно понять вид изотермы связывания молекул ПАВ гидрофобизированным полимером, схематически представленной на рис. 11.
Взаимодействие ионного ПАВ с немодифицированным гомополимером характеризуется только участком кооперативного связывания. Изотерма связывания ионных ПАВ незаряженным ГП очень похожа на изотерму связывания ионных ПАВ мицеллами неионных ПАВ. На изотерме можно выделить три области. В первой происходит активное (с высоким сродством) некооперативное связывание отдельных молекул ионного ПАВ мицеллой неионного ПАВ или гидрофобизированным полимером. Когда число связанных молекул ионного ПАВ на мицеллу НПАВ превышает единицу, связывание становится антикооперативным, так как связывание молекулы ПАВ одноименно заряженной мицеллой невыгодно. И, наконец, при достижении концентрации свободного ПАВ, равной ККА, начинается самоассоциация ионного ПАВ в мицеллы на полимере. Этому соответствует область кооперативного связывания. В случае соответствующего немодифицированного гомополимера проявляется только эта область кооперативного связывания. Заметим, что KKA можно считать величиной критической концентрации мицелл образования для смешанных мицелл ПАВ-полимер.
Максимальное значение вязкости смесей ПАВ и полимера на зависимостях вязкости от концентрации ПАВ в системе обычно совпадает с точкой ККА. Состав смешанных мицелл, образованных молекулами ПАВ и гидрофобизированного полимера, при этом сильно изменяется с концентрацией; в них начинают преобладать молекулы ПАВ, в результате чего теряется эффект поперечных сшивок.
Рис. 11. Изотерма связывания (зависимость количества связанного полимером ПАВ от концентрации свободного ПАВ) ионного ПАВ неионным гидрофобизированным полимером (ГП) аналогична связыванию мицеллами неионного ПАВ, т.е. с одним участком некоооперативного связывания, одним участком антикооперативного связывания и одним участком кооперативного связывания.
Похожие работы
... (не более 10%), что легко регулируется соотношением алифатического амина и ангидроглюкозидных циклов. В противном случае возникают проблемы с растворимостью. Рис. 3. Превращение крахмала в поверхностно-активный полимер. На схеме окисление происходит только у 6-го атома углерода ангидроглюкозидного фрагмента. В действительности окисление может приводить к раскрытию кольца между 2 и 3-м атомами ...
... свойств составляющих их компонентов. Исследована эффективность первапорационного разделения смеси метанол-метилбутиловый эфир через хитозановую мембрану, модифицированную серной кислотой и четырьмя поверхностно-активными веществами. Для модифицированной серной кислотой хитозановой мембраны содержание метанола в пермеате составляет 70 вес.% при 250С. При 500С разделительный фактор снижается. ...
... Пенооб-разующая способность имеет максимум при промежуточных значениях рН. Влияние полимеров на устойчивость пен Водорастворимые полимеры входят в состав многих технологических композиций на основе водных растворов поверхностно-активных веществ, поэтому важно знать, как взаимодействие между полимерами и ПАВ влияет на устойчивость пен. Чтобы разобраться в этой проблеме, рассмотрим систему, в ...
... для мытья волос—шампуни, пеномоющие добавки для ванн, в которые вводятся биостимуляторы, оказывающие тонизирующее воздействие на организм. Главным компонентом всех названных средств является синтетическое поверхностно-активное вещество (ПАВ), роль которого та же, что и органической соли в обыкновенном мыле. Однако химикам давно уже известно, что индивидуальное вещество, каким бы универсальным оно ...
0 комментариев