НЕКОТОРЫЕ КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОЛИГОМЕРНЫХ ПАВ НА ОСНОВЕ ГАЛОГЕН- И АЗОТСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ

АННОТАЦИЯ

Методами рефрактометрии измеренa солюбилизация растворов олигомерного поверхностно-активного вещества на основе 2-бромметилоксирана с 1,3-дифенилгуанидином и 2-бромметилоксирана с 2-аминобензимидазолом в зависимости от концентрации олигомеров, состава исследуемых комплексов, среды, а также от типа солюбилизата. Солюбилизирующая способность олигомерных поверхностно-активных веществ возрастает с увеличением концентрации водных растворов полимеров и их смесей, а также с повышением температуры. Эффект солюбилизации уменьшается с переходом макромолекул олигомера в состоянии наиболее плотного клубка. Макромолекулы обладают наибольшей солибилизирующей способностью, будучи в расправленном виде, в состоянии наибольшей гибкости макромолекул при рН 3,2 и 11.

ABSTRACT

The solubilization of solutions of oligomeric surfactants based on 2-bromomethyloxirane with 1,3-diphenylguanidine and 2-bromomethyloxirane with 2-aminobenzimidazole was measured by refractometry methods depending on the concentration of oligomers, composition of the complexes under study, medium, and the type of solubilizate. The solubilizing capacity of oligomeric surfactants increases with increasing concentration of aqueous solutions of polymers and their mixtures, as well as with increasing temperature. The solubilization effect decreases with the transition of oligomer macromolecules to the state of the densest coil. Macromolecules have the greatest solubilizing capacity when straightened, in the state of greatest flexibility of macromolecules at pH 3.2 and 11.

Ключевые слова: солюбилизация, 2-бромметилоксиран, 1,3-дифенилгуанидин, 2-аминобензимидазол, олигомер, поверхностно-активные вещества, свойства.

Keywords: solubilization, 2-bromomethyloxirane, 1,3-diphenylguanidine, 2-aminobenzimidazole, oligomer, surfactants, properties.

Введение

В современной коллоидной химии одним из главных, приоритетных направлений, которое существенно вносит вклад в определении дальнейшего развития промышленности и сельского хозяйства, является разработка и применение поверхностно-активных веществ с заданными свойствами. Применение поверхностно-активных веществ (ПАВ) в настоящее время является одним из важных и единственным способом интенсификации технологических процессов и повышения производительности труда, улучшения качества продукции и экономии ресурсов. Тенденция увеличения областей и объёмов использования ПАВ определяется особыми, а, в ряде случаев, уникальными свойствами этих веществ, которые при введении их в различные дисперсные системы в ничтожно малых количествах, позволяют получать значительный экономический эффект. Всё это должно служить мощным фактором интенсификации экономики и достижения максимальных результатов при минимальных затратах. Однако, несмотря на эти совершенно очевидные преимущества в использовании ПАВ, до последнего времени многие вопросы их синтеза с заданными свойствами и функциональным составом всё ещё остаются невыясненными, а потенциальные возможности регулирования их коллоидно-химических свойств не реализованными, всё ещё мало внимания уделяется расширению и обновлению ассортимента ПАВ, особенно олигомерных и высокомолекулярных [1].

Комплексные исследования свойств водных растворов  высокомолекулярных ПАВ –полиэлектролитов, позволили выявить условия протекания процессов конформационного перехода макромолекул, изменения их размеров, формирования надмолекулярных структур весьма важных характеристик растворов, определяющих выбор оптимальных доз ПАВ, оценку направления и эффективности их действия на дисперсные системы; показано, что в определенных условиях не молекулярные массы, как таковые, а молекулярные размеры и состояние макромолекул в растворе определяют эффективность высокомолекулярных ПАВ, что указывает на то, что не всегда следует стремиться к получению (синтезу) образцов высокомолекулярных ПАВ, имеющих большие значения молекулярных масс, и, что путем регулирования размеров макромолекул высокомолекулярных ПАВ с относительно меньшими значениями масс можно добиться эффектов, развиваемых высокомолекулярными ПАВ с большими значениями масс [2-9].

В данной работе исследованы солюбилизирующие и вязкостные свойства синтезированных олигомеров и полимеров при взаимодействии эпигалогенгидрина с азотсодержащими соединениями [10-15].

Материалы и методы

При исследовании коллоидно-химических свойств олигомерных ПАВ на основе 2-бромметилоксирана (БМО) с 1,3-дифенилгуанидином (ДФГ) и БМО с 2-аминобензимидазолом (АБИЗ) выяснена роль солюбилизации в различных процессах. Специфика строения адсорбционных слоев олигомерных ПАВ определяет особенности распределения их макромолекул в латексных частицах.

Объектами исследования были олигомерные ПАВ : БМО с ДФГ и БМО с АБИЗ. Критические концентрации мицеллообразования (ККМ) водных растворов на границе с воздухом: ККМ для БМО с ДФГ 0,015%, для БМО с АБИЗ 0,010%. Полученные значения ККМ указывают, что процесс мицеллообразования и насыщения адсорбционных слоев олигомерного ПАВ развивается в очень узкой концентрационной области (примерно до 0,4^.10^-5 моль/л). Солюбилизацию определяли методом рефрактометрии, исследование проводили при концентрации, превышающей ККМ олигомерного ПАВ. В качестве солюбилизатов углеводородов использовался нитрил акриловой кислоты (НАК).

Результаты и их обсуждение

Результаты определения равновесных величин солюбилизации НАК в растворах олигомерного ПАВ от концентрации водных растворов приведены на рис. 1.

Рисунок 1. Изменение предельной солюбилизирующей способности БМО с ДФГ (1) и БМО с АБИЗ (2) от концентрации олигомерного ПАВ в присутствии НАК при 20⁰С и рН=7

Из рис. 1 можно видеть, что исследуемые олигомерные ПАВ мало отличаются друг от друга по солюбилизирующей способности; скорость насыщения мицелл определяется концентрацией олигомерного ПАВ.

Для выяснения особенностей распределения НАК в латексных частицах исследовали вискозиметрическим методом солюбилизацию НАК в водном растворе олигомерного ПАВ. Вязкость раствора, как видно из рис. 2, определяется концентрацией НАК в системе и проходит через максимум. Эти данные свидетельствуют о том, что НАК солибилизируется в углеводородном ядре мицелл.

Рисунок 2. Изменение относительной вязкости водных растворов БМО с ДФГ (1) и БМО с АБИЗ (2) в присутствии различных добавок НАК при 20⁰С, рН=7

При содержании углеводорода в системе до 10-20% солюбилизация осуществляется, преимущественно, в поверхностных слоях мицелл. Это ведет к частичному агрегированию клубков и повышению вязкости среды. При некотором, достаточно высоком содержании НАК (более 30%), НАК растворяется в основном внутри мицелл, что приводит к повышению контракции, и вязкость системы в целом падает.

Молекулы олигомерного ПАВ, характеризующиеся высокой плотностью расположения ионогенных групп, испытывают в растворах значительное электростатическое взаимодействие, что приводит к деформации их молекулярных цепей.

Подобная деформация зависит от степени ионизации групп и является функцией рН раствора. Формирование структуры водных растворов олигомерного ПАВ удается проследить по изменению объемных свойств растворов, например, по изменению вязкости среды.

На рис. 3 представлена зависимость относительной вязкости 1,0 %-ного водного раствора олигомерного ПАВ от рН среды.

Рисунок 3. Изменение относительной вязкости водных растворов олигомерного ПАВ: БМО с ДФГ (1) и БМО с АБИЗ (2) от рН среды при 20⁰С

Для БМО с ДФГ вязкость раствора достигается наивысшего значения при рН=7, именно в этой области макромолекулы БМО с ДФГ, видимо, отличаются большой гибкостью и находятся в наиболее расправленном виде. Для БМО с АБИЗ изоэлектрическое состояние отмечено при рН 3,2 и 6,8, наибольшую гибкость макромолекулы олигомерных ПАВ имеют при рН 3,2 и 11.

Заключение

Таким образом, для установления связи солюбилизирующей способности олигомерного ПАВ с конформацией его макромолекул в водном растворе было проведено исследование растворимости в растворах ПАВ при различных значениях рН среды. Критические концентрации мицеллообразования водных растворов на границе с воздухом для олигомеров составляет 0,015% и 0,010%. Процесс мицеллообразования и насыщения адсорбционных слоев олигомерного ПАВ развивается в очень узкой концентрационной области, который составляет до 0,4^.10^-5 моль/л. Эффект солюбилизации уменьшается с переходом макромолекулы олигомерного ПАВ в состоянии наиболее плотного клубка. Макромолекулы олигомерных ПАВ обладают наибольшей солюбилизирующей способностью, будучи в расправленном виде, в состоянии наибольшей гибкости макромолекул рН составляет 3,2 и 11.

Список литературы:

1. Ахмедов У.К. Водорастворимые поверхностно-активные полимеры: синтез и свойства // Институту общей и неорганической химии АН РУз 75 лет: Сб. научн. статьей. - Ташкент, 2008. -С. 195-209.
2. Хамраев С.С. Коллоидно-химические основы применения ПАВ для регулирования свойств дисперсий природных минералов // Успехи коллоидной химии. -  Т.: Фан, 1987. - С. 232-244.
3. Гиззатов А.А., Станчев М. Поверхностная активность и адсорбционная способность поверхностно-активных веществ в зависимости от строения их молекул // Научное и экологическое обеспечение современных технологий: Материалы IV  Респ. научно-практ.  конф. –Уфа. -2007. - С. 25.
4. Курбанбаева А.Э. Солюбилизирующая способность поликомплексов на основе производных полиакрилатов // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. -2018. -№3 (45).
5. Tsige Меsfin, Grest Gary S. Surface tension and surface orientation of реrfluoiinated alkanes //J.  Phys. Chem. – New York.  -2008. - №13. - Р. 5029-5035.
6. Новосёлов Н.В., Матвеенко В.Н. Новые ПАВ - четвертичные аммониевые соединения: зависимость коллоидно-химических и реологических свойств от структуры // Нанотехнология. – Москва. 2007. -№5. - С. 103-113.
7. Нурманова М.Л., Махкамов Р.Р., Саидкулов Ф.Р., Самандаров Ш.К., Махкамова И.Г. Получение и коллоидно-химические свойства новых пав производных алифатических и ароматических кислот // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. -2024. -№10(124). –С. 45-53.
8. Danilin L., Lugovitskaya T., Kolmachikhina E., Rogozhnikov D. Colloid-chemical properties of surfactant–nitric acid–water systems // Chimika techno akta. -2023. Vol 10. Issue 4 .
9. Rusanov A.I., Shchekin A.K. Micelle formation in solutions of surfactants. Lan Publishing House: St. Petersburg. -2022. -612 р.
10. Богданова С.А. Влияние неионных ПАВ на поверхностные свойства олигомеров и полимерных матералов // Материалы III Межд. конф. по коллоидной химии и физико-химической механике. М. -2008. -С.87.
11. Курбанбаева А.Э., Холмуминова Д.А. Влияние коллоидно-химических свойств высокомолекулярных пав на прочность бетона // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. -2023. -№7(109).
12. Нуштаева А.В. Материалы, получаемые из эмульсий и пен, стабилизированных твердыми коллоидами // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. -2017. -№4 (34).
13. Исмаилов Р.И. Синтез и исследование свойств катионных поверхностно-активных веществ // Узб.хим.ж. -2016. -№1. -С. 17-21.
14. Исмаилов Р.И., Маматкулова М.Б., Давлатов Р.М., Исмаилова Р.М. Разработка коллоидной композиции и исследование её некоторых свойств // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. -2024. -№6(120). часть 1. -С. 58-61.
15. Исмаилов Р.И., Yodgorov N., Ismailov A.I. Study of the mechanism of synthesis of oligomerization of epiiodohydrin with diphenylguanidine and some of their properties // Technical science and innovation. -Тashkent. -2024. -№3. -P. 5-10.