Влияние уровня этоксилирования в FAES и APES – Гидрофильные параметры
Серия сульфатов простого эфира жирного спирта
Одним из наиболее интересных свойств сульфатов простого эфира жирного спирта (FAES) является образование сочетания неполярных гидрофобных групп, сильной анионной гидрофильной группы, и менее гидрофильной полиоксиэтиленовой цепи, подверженной гидратации. В Таблице 3 показано влияние длины цепи (EO) на физические свойства акрилового полимера. Исследование FAES проводилось с использованием поверхностно-активных веществ с одной и той же гидрофобной группой, жирным спиртом C12-14. Единственным различием была молекулярная масса полиэтиленоксидной цепи, которая была в диапазоне от 2 до 50 молей этилен оксида.

Таблица 3. Влияние уровня этоксилирования на свойства акрилового полимера

AS Disponil SLS 2010, AS без этоксилирования, использовался в качестве референтного вещества. Интересно отметить, что значение размера частиц достигло минимума при уровне этилен оксида 2-4 моля. Для неионогенных аддуктов этилен оксида рост результатов этоксилирования приводит к увеличению ККМ, снижению эффективности формирования мицелл, а также повышению поверхностного натяжения (ST) при соответствующих значениях ККМ. Обратное наблюдалось при рассмотрении серии FAES. ККМ FAES снижается от уровня этоксилирования от 0 до 4 молей, достигая минимума при 4 молях, когда наблюдается незначительные изменения, или не наблюдается никаких. Наблюдаемое изменение ККМ сочетается со снижением поверхностного натяжения при соответствующих значениях ККМ. Таблица 3 и в еще более значительной степени Рисунок 2 показывают минимум размера частиц в диапазоне от 2 до 4 молей EO. Такое резкое падение значения средней величины частиц, видимо, хорошо соотносится со снижением ККМ.

Рисунок 2: Серия FES: размер частиц как функция от уровня этоксилирования.

Минимальное значение среднего диаметра размера частиц соответствует максимальному значению эффективности формирования мицелл. Оптимальное соотношение гидрофобных и гидрофильных свойств в молекулах поверхностно-активного вещества в серии FES образуется, по-видимому, между 2 и 4 молями EO. При значении, превышающем 4 моля EO, размер частицы полимера быстро увеличивается. Такое увеличение размера частицы указывает на наличие более существенного влияния цепи EO на молекулу. По мере того, как доля мицелл с EO цепями увеличивается, гидратация усиливается, и гидрофильность вещества становится более доминирующей.
Эти результаты указывают на важность выбора правильного уровня этоксилирования для получения нужного размера частицы полимера и нужных распределений, а также нужных физических свойств для обеспечения наличия целевых эксплуатационных характеристик специальных применений.
Рисунок 3 дает изображение AFM полимерной пленки, изготовленной с Disponil FES 993. Изображение AFM показывает дискретные полимерные частицы с небольшим распределением размеров. Средний диаметр в 273 нм, полученный Nicomp, хорошо соответствует определению AFM. Сульфаты простого эфира жирного спирта могут быть успешно использованы для производства очень стабильных латексов и контроля размеров частиц в акрилах, винил акрилах и стирольных акриловых системах. В то время как FES с диапазоном 2-4 EO подходят для производства эмульгированных полимеров с очень мелкими размерами частиц, FES с уровнями этоксилирования выше 10 EO подходят для производства латексов с большими размерами частиц.

Рисунок 3: Фотография АFM латекса с размером частицы 273 нм.

Серия сульфатов алкилфенольного эфира
В Таблице 4 и на Рисунке 4 показано влияние длины цепи этоксилирования (EO) на физические свойства акриловых полимеров и размеры частиц соответственно.

Таблица 4. Серия АES: Влияние уровня этоксилирования на свойства акрилового полимера

Алкил фенолы APES, содержащие поверхностно-активные вещества, в настоящее время вытесняются более экологически приемлемыми сульфатами простого эфира жирного спирта, такими как FES. Исследование APES проводилось с поверхностно-активными веществами, содержащими нонилфенольную гидрофобную группу. Единственным различием была молекулярная масса полиэтилен оксидной цепи с диапазоном этилен оксида от 4 до 28 молей. Так же, как и в случае с серией FAES, был выявлен минимальный размера частиц, в данном случае составивший 10 молей EO, Так же, как и в случае с серией FAES, минимальное значение размера частиц соответствует максимальному значению эффективности формирования мицелл. В данном случае, оптимальное соотношение гидрофобных и гидрофильных свойств в молекулах поверхностно-активного вещества составило 10 молей EO. Причины быстрого увеличения размера частиц свыше 10 молей EO те же, что и описанные выше в случае с FAES. Интересно отметить, что размеры частиц, полученных с AES, больше, чем размеры частиц, полученных с FAES при том же уровне этоксилирования. Результаты говорят о наличии более сильного влияния длины цепи EO на размер частицы, чем на значения ККМ.

В настоящей статье рассматривалось влияние молекулярной структуры поверхностно-активного вещества на свойства акриловых полимеров. Влияние гидрофобной структуры, а также влияние длины цепи полиоксиэтилена, исследовались с тремя химическими составами различных анионогенных поверхностно-активных веществ: с алкилсульфатами (AS), с серией FES сульфатов простого эфира жирного спирта (FAES), а также с серией AES сульфатов алкил фенольного эфира (APES). AS поверхностно-активные вещества, использованные в данном исследовании, дали самые малые и самый большие значения размеров частиц. При исследовании AS было установлено, что поверхностно-активные вещества с более короткими углеводородными цепями обладают меньшей склонностью к формированию мицелл. И, напротив, большая способность придавать растворимость больших цепей в диапазоне C12 - C18 давала существенное повышение эффективности формирования мицелл и более высокую стабилизацию полимера. При исследовании FAES и APES было установлено, что, по мере того, как повышался уровень этоксилирования, средний диаметр частиц уменьшался до такого уровня EO, при котором гидрофильность поверхностно-активного вещества стала преобладающей, вызывая такое повышение.

Подробнее о текущем и потенциальном спросе на эмульсионный ПВХ, текущих и потенциальных потребителях можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок эмульсионного ПВХ в России».

А.М. Фернандес, Д. Джеббанема
www.specialchem4coatings.com