Применение смеси оксиэтилированного касторового масла и изопропилового спирта в качестве стабилизатора полимерных суспензий
Владельцы патента RU 2575850:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) (RU)
Изобретение относится к области высокомолекулярных соединений, а именно к полимеризации виниловых мономеров. Заявлено применение смеси оксиэтилированного касторового масла с содержанием этиленоксидных звеньев от 9 до 12 и изопропилового спирта, взятых в объемном соотношении 1:1, в качестве стабилизатора при гетерофазной полимеризации виниловых мономеров с целью получения устойчивых монодисперсных полимерных суспензий с диаметрами частиц в интервале 0,3-2,8 мкм. Технический результат - изобретение обеспечивает расширение арсенала поверхностно-активных веществ, являющихся биоразлагаемыми и экологически безопасными, используемых в качестве стабилизаторов дисперсной системы при получении устойчивых монодисперсных полимерных суспензий, а также увеличение интервала диаметров синтезируемых полимерных микросфер. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 8 пр.
Изобретение относится к области высокомолекулярных соединений, а именно к применению смеси оксиэтилированного касторового масла и изопропилового спирта в качестве стабилизатора полимерных суспензий.
Полимерные микросферы, содержащиеся в полимерных суспензиях, имеют широкие области применения и могут использоваться в качестве калибровочных эталонов в электронной и оптической микроскопии, светорассеивании, при счете аэрозольных частиц и малоугловой рефракции рентгеновских лучей, для определения размеров пор фильтров и биологических мембран, в качестве модельных коллоидных систем для изучения их реологии, стабильности, седиментации и т.д., моделей плазменных кристаллов, а также в качестве носителей биолигандов при создании диагностических тест-систем (Лобанова Н.А. / Синтез полимерных суспензий с узким распределением частиц по размерам в присутствии полимеров разной молекулярной массы в качестве стабилизаторов / Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. хим. наук / М., 2012; Oliver Arp et al. / Dust Coulomb Balls: Three-Dimensional Plasma Crystals / Physical Review Letters / 2004, Vol. 93, №16, pp. 165004-1-165004-4; Грицкова И.А. и др. / Биотест-системы на основе полимерных микросфер / Вестник МИТХТ / 2006, Т. 2, С. 5-21; Волкова Е.В. / Создание диагностических тест-систем с использованием полимерных микросфер / Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. хим. наук. / М., 2014).
Чаще всего области применения предъявляют ряд требований к полимерным микросферам: они должны иметь определенный размер, быть устойчивыми в процессе синтеза и при хранении и быть монодисперсными (т.е. иметь узкое распределение частиц по размерам).
Из уровня техники (Чирикова О.В / Синтез функциональных полимерных суспензий в присутствии кремнийорганических ПАВ / Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. хим. Наук / М., 1994; Патент RU 2459834 C1 [Общество с ограниченной ответственностью «Пента-91»] 27.08.2012) известно, что устойчивые полимерные суспензии с узким распределением частиц по размерам могут быть получены при полимеризации стирола и метилметакрилата в присутствии кремнийогранических поверхностно-активных веществ (ПАВ).
Также из уровня техники (Крашенинникова И.Г. / Полимерные суспензии медико-биологического назначения с узким распределением частиц по размерам / Диссертация доктора технических наук / М. - 2007) известно, что в качестве стабилизаторов при синтезе монодисперсных полистирольных суспензий могут применяться не растворимые в воде ПАВ, такие как моноэфиры ароматических дикарбоновых кислот (МАФ-1,2,3) и ди-п-толил-о-карбалкоксифенилкарбонол (ДТК).
Недостатками вышеназванных поверхностно-активных веществ являются их ограниченное применение, поскольку они являются лабораторными образцами, синтезированными для конкретного исследования, а также то, что в их присутствии возможно получить полимерные микросферы в достаточно небольшом интервале диаметров (от 0,3 до 1,2 мкм).
Технический результат заявленного изобретения заключается в расширении арсенала поверхностно-активных веществ, являющихся биоразлагаемыми и экологически безопасными, используемых в качестве стабилизаторов дисперсной системы при получении устойчивых монодисперсных полимерных суспензий, а также в увеличении интервала диаметров синтезируемых полимерных микросфер.
Технический результат достигается применением смеси оксиэтилированного касторового масла с содержанием этиленоксидных (EO) звеньев от 9 до 12 и изопропилового спирта, взятых в объемном соотношении 1:1, в качестве стабилизатора при гетерофазной полимеризации виниловых мономеров с целью получения устойчивых монодисперсных полимерных суспензий с диаметрами частиц в интервале 0,3-2,8 мкм.
Настоящее изобретение может быть продемонстрировано следующими примерами, которые носят иллюстрирующий характер и никоим образом не ограничивают объем притязаний.
Пример 1.
В трехгорлую колбу, объемом 250 мл, снабженную механической мешалкой, термометром и капилляром для продувки азотом, при интенсивном перемешивании загружают 180 мл бидистиллированной воды, 0,18 г инициатора (персульфата калия) и дегазируют током азота в течение 15 минут с одновременным нагреванием его до 80°C, после чего добавляют 20 мл стирола, с растворенными в нем 0,18 г смеси оксиэтилированного касторового масла с содержанием этиленоксидных звеньев от 9 до 12 и изопропилового спирта (ОЭКМ и ИС), взятых в объемном соотношении 1:1, при этом объемное соотношение мономер:вода составляет 1:9. Реакционную систему нагревают до 80°C и проводят полимеризацию при интенсивном перемешивании в течение ~5 ч до достижения конверсии стирола 99,98%. Образование коагулюма не наблюдается. Получена полистирольная суспензия с диаметром частиц ~0,91 мкм (906,7 нм) и степенью полидисперсности (Dw/Dn) 1,004. Микрофотография полистирольных частиц, полученных по примеру 1, и гистограмма их распределения по размерам представлены на Фиг. 1 (1.1).
Пример 2.
Осуществляется по аналогии с примером 1, отличаясь количественным содержанием компонентов: бидистилированная вода - 221 мл, персульфат калия - 0,26 г, стирол - 29 мл, ОЭКМ и ИС - 0,26 г, при этом объемное соотношение мономер:вода составляет 1:6. Полимеризацию проводят при интенсивном перемешивании в течение ~6 ч до достижения конверсии стирола 99,98%. Образование коагулюма не наблюдается. Получена полистирольная суспензия с диаметром частиц ~1,14 мкм (1143 нм) и степенью полидисперсности (Dw/Dn) 1,006. Микрофотография полистирольных частиц, полученных по примеру 2, и гистограмма их распределения по размерам представлены на Фиг. 1 (1.2).
Пример 3.
Осуществляется по аналогии с примером 1, отличаясь количественным содержанием компонентов: бидистилированная вода - 160 мл, персульфат калия - 0,36 г, стирол - 40 мл, ОЭКМ и ИС - 0,36 г, при этом объемное соотношение мономер:вода составляет 1:4. Полимеризацию проводят при интенсивном перемешивании в течение ~7 ч до достижения конверсии стирола 99,98%. Образование коагулюма не наблюдается. Получена полистирольная суспензия с диаметром частиц ~2,74 мкм (2739 нм) и степенью полидисперсности (Dw/Dn) 1,005. Микрофотография полистирольных частиц, полученных по примеру 3, и гистограмма их распределения по размерам представлены на Фиг. 1 (1.3).
Пример 4.
В трехгорлую колбу, объемом 250 мл, снабженную механической мешалкой, термометром и капилляром для продувки азотом, при интенсивном перемешивании загружают 180 мл бидистиллированной воды, 0,19 г инициатора (персульфата калия) и дегазируют током азота в течение 15 минут с одновременным нагреванием его до 80°C, после чего добавляют 20 мл метилметакрилата, с растворенными в нем 0,19 г ОЭКМ и ИС, при этом объемное соотношение мономер:вода составляет 1:9. Реакционную систему нагревают до 80°C и проводят полимеризацию при интенсивном перемешивании в течение ~1 ч до достижения конверсии метилметакрилата 99,98%. Образование коагулюма не наблюдается. Получена полиметилметакрилатная суспензия с диаметром частиц ~0,44 мкм (437,1 нм) и степенью полидисперсности (Dw/Dn) 1,031. Гистограмма распределения полиметилметакрилатных частиц по размерам, полученных по примеру 4, представлена на Фиг. 2 (2.1).
Пример 5.
Осуществляется по аналогии с примером 4, отличаясь количественным содержанием компонентов: бидистилированная вода - 160 мл, персульфат калия - 0,37 г, метилметакрилат - 40 мл, ОЭКМ и ИС - 0,37 г, при этом объемное соотношение мономер:вода составляет 1:4. Полимеризацию проводят при интенсивном перемешивании в течение ~1,5 ч до достижения конверсии метилметакрилата 99,98%. Образование коагулюма не наблюдается. Получена полиметилметакрилатная суспензия с диаметром частиц ~0,56 мкм (563,6 нм) и степенью полидисперсности (Dw/Dn) 1,028. Гистограмма распределения полиметилметакрилатных частиц по размерам, полученных по примеру 5, представлена на Фиг. 2 (2.2).
Пример 6.
Осуществляется по аналогии с примером 4, отличаясь количественным содержанием компонентов: бидистилированная вода - 133,3 мл, персульфат калия - 0,62 г, метилметакрилат - 66,7 мл, ОЭКМ и ИС - 0,62 г, при этом объемное соотношение мономер:вода составляет 1:2. Полимеризацию проводят при интенсивном перемешивании в течение ~2 ч до достижения конверсии метилметакрилата 99,98%. Образование коагулюма не наблюдается. Получена полиметилметакрилатная суспензия с диаметром частиц ~1,82 мкм (1817 нм) и степенью полидисперсности (Dw/Dn) 1,028. Гистограмма распределения полиметилметакрилатных частиц по размерам, полученных по примеру 6, представлена на Фиг. 2 (2.3).
Пример 7.
В трехгорлую колбу, объемом 250 мл, снабженную механической мешалкой, термометром и капилляром для продувки азотом, при интенсивном перемешивании загружают 190,5 мл бидистиллированной воды, 0,09 г инициатора (персульфата калия) и дегазируют током азота в течение 15 минут с одновременным нагреванием его до 80°C, после чего добавляют 9,5 мл бутилметакрилата, с растворенными в нем 0,09 г ОЭКМ и ИС, при этом объемное соотношение мономер:вода составляет 1:20. Реакционную систему нагревают до 80°C и проводят полимеризацию при интенсивном перемешивании в течение ~1 ч до достижения конверсии бутилметакрилата 99,98%. Образование коагулюма не наблюдается. Получена полибутилметакрилатная суспензия с диаметром частиц ~0,33 мкм (333,4 нм) и степенью полидисперсности (Dw/Dn) 1,021. Гистограмма распределения полибутилметакрилатных частиц по размерам, полученных по примеру 7, представлена на Фиг. 3 (3.1).
Пример 8.
Осуществляется по аналогии с примером 7, отличаясь количественным содержанием компонентов: бидистилированная вода - 160 мл, персульфат калия - 0,36 г, бутилметакрилат - 40 мл, ОЭКМ и ИС - 0,36 г, при этом объемное соотношение мономер:вода составляет 1:4. Полимеризацию проводят при интенсивном перемешивании в течение ~2 ч до достижения конверсии бутилметакрилата 99,98%. Образование коагулюма не наблюдается. Получена полибутилметакрилатная суспензия с диаметром частиц ~0,66 мкм (658,6 нм) и степенью полидисперсности (Dw/Dn) 1,003. Гистограмма распределения полибутилметакрилатных частиц по размерам, полученных по примеру 8, представлена на Фиг. 3 (3.2).
Размеры частиц полимерных суспензий определяли методом электронной сканирующей микроскопии на приборе «S-570» фирмы Hitachi и методом динамического светорассеяния на приборе Zetasizer Nano ZS фирмы «Malvern» (Великобритания).
1. Применение смеси оксиэтилированного касторового масла с содержанием этиленоксидных звеньев от 9 до 12 и изопропилового спирта, взятых в объемном соотношении 1:1, в качестве стабилизатора при гетерофазной полимеризации виниловых мономеров с целью получения устойчивых монодисперсных полимерных суспензий с диаметрами частиц в интервале 0,3-2,8 мкм.
2. Применение по п. 1, отличающееся тем, что виниловым мономером является стирол.
3. Применение по п. 1, отличающееся тем, что виниловым мономером является метилметакрилат.
4. Применение по п. 1, отличающееся тем, что виниловым мономером является бутилметакрилат.
