Солюбилизирующая способность поликомплексов на основе производных полиакрилатов

Введение. Явление солюбилизации, заклю­чающееся в резком повышении растворимости в воде малополярных органических соединений в присут­ствии мицелл поверхностно-активных веществ (ПАВ), лежит в основе многих химических и биологических процессов. Изучение этого явления занимает особое место в связи с потребностями интенсивно развивающихся новых технологий и методов, таких как мицеллярный и ферментативный катализ, нефтедобыча, тонкие биотехнологии, значение которых трудно переоценить в настоящее время.

В литературе [7] отмечается целесообразность использования бинарных смесей ПАВ в процессах, где явление солюбилизации играет существенную роль: эмульсионная полимеризация, приготовление медицинских и косметических препаратов и т. д. Значительный интерес представляют работы [4] по изучению солюбилизации добавок в водных раст­ворах природных и синтетических высокомо­лекулярных поверхностно-активных веществ (солюбилизирующая способность комплексов высокомолекулярных соединений (ВМС) практически не изучалась). Между тем решение этого вопроса представляет интерес в связи с эффективностью использования полимерных комплексов в нефтедобыче, нефтепереработке и пищевой промышленности.

Объекты и методы исследования. Нами изучалась солюбилизирующая способность водных растворов поликомплексов сополимера акриловой кислоты с N-маленилэтаноламин (ПАМЭ) с сополимером амино-М-фениленмоноамидакрилата, акриловой кислоты и акрилата аммония (ПАФ) в зависимости от концентрации полимеров, состава исследуемых комплексов, температуры, а также от типа солюбилизата. В качестве солюбилизатов были выбраны: бензол (неполярное вещество) и алифа­тические спирты – гептиловый, октиловый, дециловый (полярные соединения). Изучение солюбилизирующей способности водных растворов комплексов проводили рефрактометрическим методом [2] в интервале концентраций растворов полимеров и их комплексов 0,01-0,07% при температуре 293-323К. Комплексы растворов ПАМЭ с ПАФ получены слиянием растворов компонентов соответствующих концентраций в различных соотношениях. Равновесные значения растворимости солюбилизатов в комплексах растворов достигались через сутки, что связано с длительностью перехода олеофильного вещества во внутренние части ассоциатов. Значение предельной солюбилизации добавок определяли по максимальному количеству введенной добавки солюбилизата, не вызывающей появления макрогетерогенности системы.

Результаты и их обсуждение. Предельная солюбилизация добавок в исследованных системах линейно возрастает с ростом концентрации поли­мерных компонентов, что видно из рис. 1. Это объясняется увеличением вероятности контактирования гидрофобных участков макромолекул, увеличивающим число и размеры гидрофобных областей, являющихся местами связывания солюбилизатов [6].

Рисунок 1. Зависимость солюбилизации гептилового спирта от концентрации растворов комплексов ПАМЭ с ПАФ при 303К для составов: 1- 1:0; 2- 0,8:0,2; 3- 0,6:0,4; 4- 0,4:0,6; 5- 0,2:0,8; 6- 0:1

Рисунок 2. Зависимость солюбилизации бензола (1), децилового (2), октилового (3), гептилового (4) спиртов от весовой доли ПАФ в системе ПАМЭ+ПАФ+Н₂О при температуре 293К и концентрации растворов комплексов 30кг/м³

По мере увеличения в комплексе доли вторых компонентов солюбилизирующая способность [3] исследуемых систем ко всем солюбилизатам возрастает, что обусловлено увеличением доли гидрофобных групп, т. е. с повышением поверхностной активности системы и вследствие этого увеличением степени агрегации и укрупнением смешанных ассоциатов (рис. 2).

Величина солюбилизации зависит от природы солюбилизата. Так,  для неполярного солюбилизата – бензола – растворимость в 2-3 раза меньше, чем величина солюбилизации полярных олеофильных жидкостей (рис. 1-2), что обусловлено стерическими затруднениями при проникновении бензольных ядер внутрь ПАМЭ – полиэлектролитных ассоциатов через их внешнюю гидрофильную оболочку. Согласно современным взглядам солюбилизация представляет собой растворение органических веществ в мицеллах ПАВ. Неполярные углеводороды растворяются в ядре мицеллы, а полярные органические вещества (спирты, амины) распо­лагаются в мицеллах так, что их углеводородные цепи направлены внутрь мицелл, а полярные группы – в водную фазу. Так что алифатические спирты в силу своей дифильности, видимо, встраиваются в полимерные ассоциаты, ориентируясь радикалом в сторону гидрофобного ядра. В исследованных полимерных системах с увеличением длины радикала вводимого солюбилизата солюбилизация снижается. Так, коллоидная растворимость гептилового спирта выше, чем октилового и децилового, что связано наряду со стерическими явлениями с большим гидрофобизирующим действием спиртов с большей длиной цепи на полимер-полимерные ассоциаты, и предельная солюбилизация достигается при меньшем их содержании.

Заключение. Таким образом, изучение солюбилизации бензола и алифатических спиртов – гептилового, октилового, децилового – водными растворами комплексов ПАМЭ с ПАФ позволило установить, что солюбилизирующая способность полимерных комплексов имеет аддитивные значения. Увеличение в составе полимерной системы доли ПАФ способствует увеличению размеров гидрофобных областей, являющихся местами связывания углеводородов. Солюбилизирующая способность полимерных комплексов  возрастает с увеличением концентрации водных растворов полимеров и их смесей, а также с повышением температуры. Гидрофобное действие солюбилизатов полимерными ассоциатами зависит от природы органической добавки, например, бензол характеризуется меньшей растворимостью по сравнению с алифатическими спиртами. Увеличение длины радикала вводимых в полимерные системы спиртов приводит к снижению их солюбилизации.