Исследование влияния поверхностно-активных веществ на стабильность воднодисперсионных люминофорсодержащих суспензий

По этим данным был сделан вывод, что оптимальным является содержание БЕВБ Змасс.%.

Несмотря на то, что испытания ударной вязкости проводились на образцах, выдержанных при температуре -ЗОеС в течение 3 суток, разрушение образцов не произошло из-за высокой эластичности ТЭП, входящего в их состав. Результаты показывают, что при увеличении содержания в образцах БЕВБ, энергия сопротивления удару уменьшается.

Для исследования температурных переходов композиций были сняты термомеханические кривые. Было показано, что образец на основе полиме-тилсилоксана с 5масс.% содержанием БЕВБ продемонстрировал наиболее высокую температуру размягчения (138еС), чем исходный ПЭВП (132еС) и образцы с другим составом. Показано, что при увеличении содержания в композиции термоэластопласта температура размягчения уменьшается. Это объясняется повышением подвижности макромолекул и эластичной природой термоэластопласта.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

1. При введении термоэластопласта ударная вязкость и относительное удлинение при растяжении повышаются, что дает преимущества использования материалов на основе полиэтилена, модифицированного термоэласто-пластами, при эксплуатации, в том числе и при низких температурах.

2. Композиции на основе термоэластопласта, полиэтилена и органобенто-нита обладают улучшенными прочностными, физико-механическими и технологическими характеристиками.

3. При введении в полиэтиленовую матрицу термоэластопласта и органо-бентонита происходит увеличение температуры размягчения образцов, благодаря чему изделия из данного материала можно использовать при более высоких температурах.

УДК 667.6:628.978.3

М.В. Антонова, Н.А. Карапузова, Н.А. Апанович

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА СТАБИЛЬНОСТЬ ВОДНОДИСПЕРСИОННЫХ ЛЮМИНОФОРСОДЕРЖАЩИХ СУСПЕНЗИЙ

This work is devoted to investigation of effect surface-active substances on stability of water dispertion phosphor containing suspensions. The investigations of effects of nature surface-active substances on prevention of destruction Al-Sr phosphor in water were done. There was shown that chemical stability of inorganic phosphors is provided using diphilic structure compounds. Noticed, that to create stable phosphor containing suspensions is needed to use diphilic stabilizer in combination with nonionic emulsifier. Quantitative ratio of components to create stable phosphor containing suspensions is found.

Работа посвящена исследованию поверхностно-активных веществ на стабильность воднодисперсионных люминофорсодержащих суспензий. В работе проведены исследования влияния природы поверхностно-активных веществ на предотвращения процесса деструкции алюминиево-стрноциевых люминофоров в воде. Показано, что химическая стабильность неорганических люминофоров обеспечивается при использовании соединений ди-фильного строения. Отмечено, что для получения устойчивых люминофорсодержащих суспензий необходимо использовать дифильные стабилизаторы в сочетании с неионогенными эмульгаторами. Установлены количественные соотношения компонентов для получения стабильных люминофорсодержащих суспензий.

Люминофорсодержащие лакокрасочные материалы находят применение для получения светящихся покрытий, обеспечивающих дополнительную безопасность людей на промышленных и гражданских объектах в чрезвычайных ситуациях. На пути создания люминисцентных композиций важно выяснить поведение люминофора в водных средах.

Воднодисперсионные люминофорсодержащие лакокрасочные материалы не токсичны, что делает их предпочтительными по сравнению с орга-норастворимыми продуктами, так как вместо дорогих и пагубно действующих на окружающую среду растворителей содержат воду.

В качестве объекта исследований нами был выбран промышленный люминофор на основе алюмината стронция марки ФВ-530Д.

Преимущество этого люминофора в том, что он обладает длительным послесвечением - около 8ч. Однако недостатком соединений на основе комплексов щелочноземельных металлов является их низкая водостойкость. Этот процесс негативно сказывается на светотехнических свойствах люминофора, вплоть до полной их потери. Поэтому для получения качественных воднодисперсионных люминофорсодержащих композиций, в первую очередь, необходимо обеспечить химическую стабильность люминофора. С этой целью проведена обработка поверхности твердой фазы.

Исследование заряда поверхности люминофора с помощью индикаторов Гаммета показало [1], что она содержит кислотные центры с рКа = 5,5 - 6,8 и основные с рКа = 7,1-9,3.

Так как поверхность люминофора дифильна, то для придания ему гидрофобности были выбраны различные типы поверхностно-активных веществ. В качестве катионных использовались алкилбензилдиметиламмоний-хлорид (промышленная марка катамин АБ) и полифосфат натрия, а представителем дифильных - сложный эфир глицерина, фосфорной и жирной кислот (промышленная марка летицин), а также был выбран неионогенный -полиэтиленгликоль моноолеат (промышленная марка олеокс-7) и моноал-килфениловый эфир полиэтиленгликоля (промышленная марка ОП-Ю).

Одним из способов получения качественных микрогетерогенных систем является диспергирование. При этом за стабильность наполненной системы, отвечает адсорбция.

В результате изучения этого процесса на примере адсорбции динамическим методом [2] найдено, что практически все рассмотренные поверхностно-активные вещества адсорбируются на поверхности люминофора (см. таблицу).

Однако, в случае системы, содержащей полифосфат натрия, наблюдалось образование продукта серо-коричневого цвета и люминофор терял свои светотехнические свойства. Известно, что полифосфаты образуют комплексы с ионами щёлочно-земельных металлов [3], что, по-видимому, и наблюдалось в нашем случае.

Табл. Данные адсорбции поверхностно-активных веществ на поверхности люминофора.

Поверхностно-активные вещества Адсорбция А, г Г АВ/г люминофора

Общая Химическая

Катамин АБ 0,028 0,0031

Олеокс-7 0,052 0,0042

Лецитин 0,069 0,0049

ОП-Ю 0,020 0,0019

При добавлении катамина АБ или ОП-Ю происходило очень быстрое разрушение люминофора. При использовании в качестве поверхностно-активного вещества олеокса-7 процесс деструкции протекал медленнее. Так, практически полная потеря люминесцентных свойств происходила в течение суток после получения композиции. Вероятно, это обусловлено тем, что олеокс-7 хорошо смачивает поверхность дисперсной фазы, и из-за его физической адсорбции затрудняется взаимодействие между адсорбционными центрами люминофора и водой.

Обращает на себя внимание тот факт, что во всех этих системах происходило резкое увеличение рН, величина которого достигала 12 - 14.

В результате рентгенофазового анализа продуктов разложения люминофора оказалось, что они отличаются друг от друга в зависимости от используемого поверхностно-активного вещества.

Так, для систем, содержащих олеокс-7, и катамин АБ, смесь, образующаяся в ходе деструкции, состоит из гидроксида стронция и ряда комплексов. Суспензии, полученные при использовании ОП-Ю, кроме того, содержали значительное количество оксида алюминия.

Однако для суспензии, содержащей лецитин оказалось, что на рентгенограмме дисперсной фазы, не содержится продуктов деструкции. Вероятно, разрушение люминофора в этом случае не происходит. По нашему мнению, это связанно с тем, что лецитин, являясь дифильным поверхностно-активным веществом, адсорбируется как на основных, так и на кислотных центрах люминофора, что, вероятно, приводит к образованию плотных ад-сорбционо-сольватных оболочек, и тем самым предохраняет его от разрушительных контактов с водой.

Однако, полученная суспензия была крайне нестабильна и расслаивалась в течении нескольких часов. Нами было высказано предположение, что это обусловлено достаточно большим поверхностным натяжением на границе раздела фаз. Традиционно, для решения подобных задач, используют эмульгаторы, которые по большей части являются неионогенными поверхностно-активными веществами. В качестве таких веществ нами были вы-

браны полиэтиленгликоль моноолеат (промышленная марка олеокс-7), по-лиэтиленгликоль моностеарат (промышленная марка стеарокс-5) и моноал-кплфенпловый эфир полиэтиленгликоля (промышленная марка ОП-Ю).

Оказалось, что для получения люминофорсодержащих суспензий наилучшие результаты достигаются при использовании лецитина и олеокса.

Поэтому нами были проведены исследования по установлению влияния соотношений лецитина и олеокса-7 на свойства люминофорсодержащих композиций.

На рис.1 представлена зависимость степени дисперсности суспензий от содержания в них лецитина, при постоянной концентрации олеокса-7. С увеличением концентрации лецитина происходит снижение степени дисперсности. При этом он адсорбируется на поверхности люминофора, и за счет расклинивающего давления, вызванного проникновением его молекул в микропоры и микротрещины люминофора, ускоряет процесс дезагрегации, приводящей к увеличению активных центров люминофора, что способствует адсорбции лецитина. Стабильность системы в результате повышается, а размер частиц уменьшается, приводя к снижению степени дисперсности.

Рис. 1. Изменение степени дисперсности композиции от концентрации лецитина.

Рис. 2. Кривая течения эмульсии лецитина в воде.

С увеличением концентрации лецитина свыше 7% масс, степень дисперсности возрастает, что, по нашему мнению, связано с тем, что он начинает образовывать в системе ассоциативные структуры, адсорбция которых ниже чем у дисперсий. В пользу такого суждения говорят данные (рис 2). При концентрации лецитина около 6% вязкость эмульсии резко увеличивается что является следствием образования крупных ассоциатов.

На рис. 3 представлена зависимость степени дисперсности люмино-форсодержащей суспензии от количества олеокса-7 в ней, при постоянной концентрации лецитина.

По нашему мнению, олеокс-7 хорошо смачивает люминофор, подготавливая его поверхность для адсорбции. Однако, небольшого его количества для смачивания всей поверхности не хватает и она оказывается открытой для контакта с люминофором. При достижении концентрации олеокса-7 в

системе около 7 % масс, смачивание им поверхности полное. Вероятно, за счет этого она становится полностью гидрофобной и разрушения люминофора не наблюдается.

ь 85

О £ 80

х

? 75

70

65

3 5 7 9

Содержание олеокса-7, % масс.

10

15 20 25 30 35

Содержание люминофора, % масс.

Рис. 3. Зависимость изменения степени дисперсности от концентрации

олеокса в системе

Рис. 4. Зависимость изменения степени дисперсности от содержания люминофора в люминофорсодержащих суспензиях.

При дальнейшем росте концентрации поверхностно-активных веществ в системе степень дисперсности возрастает, что, вероятно, обусловлено нарушением адсорбционного равновесия.

Содержание люминофора 50% масс.

Содержание люминофора 10°А> масс.

24 48

Время, час

Содержание люминофора 15°/Ь масс.

Содержание люминофора 25% масс.

ОСАДОК НЕ ОБРАЗОВЫВАЛСЯ

8 £ 15

¡5 £ ю 5 аР Ц'.

ё § о 1

2

8 юо

° Э

? го 6 8

24 48

Время,час

24 48

Время, час

Рис. 5. Зависимость степени дисперсности от содержания люминофора в люминофорсодержащих суспензиях

Содержание твердой неорганической фазы, как известно, оказывает влияние на процесс диспергирования. С увеличением доли пигмента возрас-

тает количество его адсорбционио-активиых центров. При этом поверхностно-активного вещества может не хватать для того, чтобы образовывались плотные адсорбционные оболочки. Вследствие этого степень дисперсности может возрастать. Наряду с этим, увеличение количества люминофора в суспензии должно приводить к улучшению светотехнических характеристик покрытий на основе такой композиции.

Нами были получены композиции с содержанием люминофора от 10 до 50 % масс. При концентрации люминофора в системе выше 25% происходит резкое увеличение дисперсности, вследствие недостатка поверхностно-активных веществ для закрытия всей поверхности твердой фазы и плотные адсорбционные оболочки не образуются (рис.4). При исследовании се-диментационной устойчивости этих композиций оказалось, что системы, содержащие люминофора намного менее или более 25%, не стабильны и начинают расслаиваться уже после приготовления. Вероятно, это вызвано нарушением адсорбционного равновесия на границе раздела фаз (рис 5).

Таким образом, для получения стабильной воднодисперсионной лю-минофорсодержащей пасты необходимо:

1. При диспергировании люминофора в воде использовать совместно ди-фильные и неионогенные поверхностно-активные вещества.

2. Наиболее благоприятные условия для диспергирования системы достигаются при использовании люминофора в количестве около 25% масс, в композиции.

Библиографические ссылки

1. Танабе К. Твердые кислоты и основания/ Танабе К. М.: Мир, 1973. 184с.

2. Апанович H.A. Эпоксидные люминофорсодержащие лакокрасочные композиции: Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. М.: РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2001. 117с.

3. Липатов Ю.С. Адсорбция полимеров/ Ю.С. Липатов, Л.М. Сергеева. Киев: Наукова думка, 1972. 195с.

УДК: 678.5

Д.А. Булгаков, В.И. Солодилов*, И.Ю. Горбунова

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия *Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, Москва, Россия

ПРИМЕНЕНИЕ ЭПОКСИПОЛИСУЛЬФОНОВЫХ СВЯЗУЮЩИХ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ НАМОТОЧНЫХ СТЕКЛО- И УГЛЕПЛАСТИКОВ

The physical and mechanical properties of epoxy-polysulphone GFRP and CFRP was studied. Composite materials were produced by winding, two types of curing agents were used -DADPS and TEAT.