Устойчивость суспензий кварца в растворах полиокисэтилена и его поликомплекса с полиэлекхролитом тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.11 ВАК РФ

. л п Національна Академія наук України г\0 ІНСТИТУТ БІОКОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

1 о ФЕВ

На правах рукопису

УДК 541.18.046.7:546.284-31:678.644' 142

Акопова Ольга Валеріївна

СТІЙКІСТЬ СУСПЕНЗІЙ КВАРЦУ У ВОДНИХ РОЗЧИНАХ ПОЛІОКСИЕТИЛЕНУ ТА ЙОГО ПОЛІКОМПЛЕКСУ З ПОЛІЕЛЕКТРОЛІТОМ

02.00.11 - Колоїдна хімія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук

Київ - 1996

Дисертація є рукописом

Роботу виконано на кафедрі фізичної хімії Національного університету імені Тараса Шевченка

Науковий керівник-, доктор хімічних наук, професор Єременко Б.В.

Офіційні опонсиш. доктор фіз.-мат. наук .Шилов В.М.

докт. хімічних наук, професор.........Яремко З.М.

Провідна організація". Інститут колощної хімії і хімії води

ім. А.В. Думанського НАН України

Захист дисертації відбудеться “<20. ”...1997 р. о/У годині на засіданні спеціалізованої Вченої ради Д.01.41.02 Інституту біоколоїдиої хімії НАН України за адресою:

254080, Київ, вул. Фрунзе, 85.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інститутуту біоколоїдної хімії НАН України

Автореферат розіслано /7 іЯНД?£)•£ 19!?іГр.

Вчений секретар Спеціалізованої ради кандидат технічних наук

Прокопенко В.

Актуальність роботи. Можливість регулювання поверхневих властивостей за рахунок утворення адсорбційних полімерних шарів обумовлює важливе значення неіонних полімерів як стабілізаторів та флокулянтів дисперсних систем, і тому дослідження стійкості полімервмісних дисперсій є однією з проблем, що постійно залишаються актуальними для колоїдної хімії.

Вплив неіонних полімерів на стійкість вивчався у різних аспектах для широкого кола колоїдних дисперсій. Проте вивчення стабілізації і флокуляції грубодисперсних, з частинками розміром понад 1 мкм, систем привертало порівняно менше уваги, незважаючи на практичну важливість цього питання, а також на те, що фактори стабілізації мікронних частинок можуть суттєво відрізнятись від тих, що визначають процеси стабілізації-дестабілізації колоїдних систем.

Одним з малодосліджених аспектів використання неіонних полімерів для регуляції стійкості дисперсних систем є їх застосування як компонентів інтерполімерних комплексів, до складу яких, зокрема, входять синтетичні поліелектроліти. Утворення таких комплексів відбувається, переважно, за рахунок водневих зв’язків між макроланцюгами неіонного та поліелектролітного компонентів і, як свідчать результати ряду досліджень, може значно посилити ефективність впливу неіонних полімерів на стійкість дисперсних систем. Тому вивчення дії інтерполімерних комплексів на стійкість дисперсій відкриває широкі перспективи їх використання у багатьох технологічних процесах сучасного виробництва, а також у природоохоронних заходах.

Метою роботи є вивчення впливу неіонного полімеру та утворюваного ним інтерполімерного комплексу на стійкість суспензій

з частинками мікронних розмірів по відношенню до електролітів. Дослідження проводилось на модельній системі кварц -поліоксиетилен, у якій неіониий полімер (ПОЕ) представлено широким набором молекулярних мас. Вплив інтерполімерного комплексу на стійкість кварцевих суспензій з’ясовувався на прикладі детально охарактеризованої раніше системи ПОЕ - сополімер стиролу

і малеїнової кислоти (ССМК), у якій поліелектролітний компонент заряджений однойменно з частинками дисперсної фази.

Для досягнення поставленої мети вирішуються такі задачі: •вивчення особливостей коагуляції мікронних частинок кварцу під дією електролітів у широких межах pH за відсутності полімеру;

•визначення механізму коагуляції таких суспензій на основі розрахунку потенціальних кривих взаємодії частинок;

•дослідження коагуляції суспензій електролітами у присутності ПОЕ та визначення впливу таких параметрів як молекулярна маса,

концентрація полімеру, pH дисперсійного середовища на процеск агрегації;

«з’ясування механізму агрегації у полімервмісних суспензіях на основі розрахунку параметрів адсорбційних шарів ПОЕ і потенціальної енергії взаємодії частинок;

•встановлення загальних закономірностей впливу ССМК та його полікомплексу з ПОЕ на стійкість грубодисперсної системи.

Наукова новизна.

1.На прикладі модельної системи кварц - поліоксиетилен проведено детальне дослідження впливу неіонного полімеру на стійкість грубодисперсної системи з частинками мікронних розмірів у широкому діапазоні молекулярних мас, концентрацій полімеру та pH дисперсійного середовища.

2.Досліджено стійкість гідрофільної суспензії кварцу по відношенню до електролітів і показано, що, на відміну від високодисперсних золів, вона визначається лише електростатичними чинниками.

3.Показано, що неіонний полімер, крім найбільш високомолекулярних зразків, зменшує величини порогів коагуляції суспензій з мікронними частинками електролітами.

4.Встановлено, що механізм агрегації полімервмісної суспензії залежить від молекулярної маси неіонного полімеру: при її збільшенні до певної критичної величини відбувається перехід від коагуляції дисперсій у дальньому мінімумі до стабілізації. Розраховано критичну молекулярну масу ПОЕ, після якої полімер стабілізує суспензії з частинками мікронного розміру.

5.Виявлено основні закономірності впливу ССМК та його полікомплексу з ПОЕ на електрокінетичний потенціал і стійкість кварцевих суспензій, визначено механізм впливу полікомплексу на стійкість суспензій.

Практична значимість роботи.

Результати даної роботи значно розширюють уявлення про механізм впливу неіонних полімерів на стійкість грубодисперсних суспензій. Дослідження стійкості системи кварц - ПОЕ показало, що, на відміну від колоїдних дисперсій, введеня неіонного полімеру знижує стійкість грубодисперсної суспензії по відношенню до електролітів. Виключення становлять лише найбільш високомолекулярні зразки ПОЕ. Введення поліелектроліту у систему кварц - ПОЕ посилює дестабілізуючу дію ПОЕ, незважаючи на те, що індивідуальний ССМК заряджений однойменно з частинками дисперсної фази і підвищує їх стійкість по відношенню до електролітів. Одержані результати свідчать про доцільність вивчення питання використання штерполімерніїх комплексів як ефективних флокулянтів дисперсних систем.

Зроблені у роботі висновки можуть бути узагальнені для широкого кола дисперсних систем, і, таким чином, робота є теоретичним обгрунтуванням застосування неіонних полімерів і їх полікомплексів з поліелектролітами у процесах стабілізації-дестабілізації грубодисперсних систем у розчинах електролітів.

Робота виконана в рамках науково-дослідних робіт Київського університету імені Тараса Шевченка по темі № 52

“Багатокомпонентні дисперсні системи, що містять полімери, на основі полікомплексів”, № держреєстрації 019321004306.

Апробація роботи.

Матеріали дисертаційної роботи доповідались і були представлені на 8-ій міжнародній конференції з хімії поверхні і колоїдної хімії (лютий 1994 р., Австралія), 4-ому та 5-ому

міжнародному симпозіумі з гірничої хімії (жовтень 1992 р., Київ; жовтень 1995 р., Туреччина), 1-ій угорсько-украінській конференції з екології Карпатського єврорегіону СЕІІЕС0’94 (травень 1994 р., Ужгород), на конференції “Комплекс наукових та науково-технічних заходів країн СНД” (вересень 1993 р., Одеса), 8-ій Українській конференції з хімії високомолекулярних сполук (вересень 1996 р., Київ) та науковій конференціі Київського університету (квітень 1996 р.). ,

Публікації.

За матеріалами дисертації опубліковано 5 статей, 2 доповіді у працях конференцій та тези 5 доповідей.

Структура та об’єм дисертації.

Дисертація складається зі вступу, п’яти розділів, висновків, переліку літературних джерел, що цитуються (164 найменувань). Роботу викладено на 161 сторінках друкованого тексту, вона містить 9 таблиць та 24 рисунки.

Декларація особистої участі. Постановка задачі проводилась безпосередньо за участю автора. Проведення експерименту та аналіз експериментальних даних виконано особисто автором.

На захист виносяться:

1. Результати дослідження стійкості водних суспензій кварцу з частинками мікронних розмірів по відношенню до електролітів і механізм агрегації при різних вмістах електроліту та pH середовища.

2.Встановлені закономірності впливу неіонного полімеру (ПОЕ)

на стійкість грубодисперсних суспензій по відношенню до електролітів у залежності від таких параметрів системи як молекулярна маса і концентрація полімеру та pH дисперсійного середовища. ;

3.Механізм впливу адсорбційних шарів неіонного полімеру на агрегацію мікронних частинок під дією електролітів.

4.Результати дослідження впливу поліелектроліту (ССМК) та його полікомплексу з ПОЕ на електрокінетичний потенціал та стійкість суспензій кварцу та уявлення про механізм агрегації частинок у присутності полікомплексу.

Зміст роботи

У вступі обгрунтовується актуальність проблеми, що розглядається, формулюється мета дослідження, викладено основні положення, що виносяться на захист.

У першому розділі розглянуто сучасні уявлення про фактори агрегаційної стійкості полімервмісних дисперсних систем. Проаналізовано та узагальнено результати досліджень, присвячених впливу неіонних полімерів та поліелектролітів на стійкість.

Другий розділ присвячений обгрунтуванню об’єктів дослідження; у ньому приведені їх основні характеристики та розглянуті експериментальні методики. Для вивчення агрегативної стійкості грубодисперсних суспензій використано модельну систему кварц -поліоксиетилен, електроповерхневі та адсорбційні характеристики якої добре відомі. При виборі кварцу як дисперсної фази враховувалась можливість досить точної оцінки ван-дер-ваальсового притягання, необхідної для визначення природи агрегативної стійкості.

Для вивчення стійкості суспензій у присутності інтерполімерного комплексу було обрано комплекс ПОЕ з сополімером стиролу та малеїнової кислоти (ССМК), у якому ланки стиролу і малеїнової кислоти чергуються як 1:1. ССМК є слабкою двохосновною кислотою; негативний заряд макроланцюгів ССМК утворюється за рахунок дисоціаціїї СООН-груп. Система ССМК - ПОЕ - кремнезем (аеросил) раніше вивчалась у рамках теорії макромолекулярних реакцій (Желтоніжська, Єременко, 1987). Було ; досліджено закономірності комплексоутворення у системі ПОЕ-ССМК та особливості конкурентної взаємодії макроланцюгів ПОЕ та ССМК з активними центрами поверхні кремнезему.

У цьому ж розділі описано методику одержання суспензій, очищення їх від домішок та фракціювання, Фракція, відібрана дая подальших досліджень, містила частинки радіусом 3,-7 мкм. Описано також методики приготування водних розчинів ПОЕ, ССМК і методику одержання полікомплексу.

Вивчення агрегативної стійкості базується на визначенні порогів коагуляції суспензій кварцу (ПК) методом світлопропускання. Суспензії витримувались на протязі 24 г, що було необхідно для досягнення адсорбційної рівноваги у тих випадках, коли у розчині був присутній полімер. Концентрація дисперсної фази була постійною у

зсіх експериментальних серіях і становила 3,75 г/л. ' При зезперервному перемішуванні відбирали однакові (5 мл) об’єми :успензії і змішували з таким же об’ємом розчину електроліту заданої концентрації. Суспензію переливали у оптичну кювету товщиною 1 см

1 вимірювали зміну світлопропускання за певний проміжок часу при X = 480 нм. Залежність світлопропускання від часу осідання сусгіензіїІ (т) фіксували за допомогою самописця при різних концснтрйцЬіх глектроліту, починаючи від нульової. Для порівняння впливу різних концентрацій електроліту на коагуляційні процеси визначали різницю між початковою величиною світлопропускання та світлопропусканням на 5-ій хвилині осідання суспензії, А І. Потім будували графіки, що відображають залежність цієї величини (ступеня освітлення суспензії) від концентрації електроліту С. А/ зростає із збільшенням С. За міру стійкості суспензій правила величина ПК, яку визначали як таку концентрацію електроліту, перевищення якої не і приводило до подальшого зростання ДI. pH суспензій регулювали подаванням НС1 або NaOH. У експерименті використовували реагенти ; марки х.ч.

Паралельно з визначенням агрегативної стійкості проводилось визначення (^-потенціалу частинок методом мікроелектрофорезу. Електрофоретичну рухливість частинок визначали у горизонтальній комірці закритого типу прямокутного перерізу із співвідношенням ширини до глибини 10. Висота комірки становила 1 мм, відстань між електродами, за допомогою яких вимірювалась напруга, 1,7 см.' Для вимірювань було використано розбавлені суспензії з частинками радіусом < 2 мкм. .

У третьому розділі аналізуються результати вивчення стійкості суспензій кварцу по відношенню до електроліту у відсутності полімеру., У табл. 1 наведено результати вивчення ПК суспензій нітратом Na y широких межах pH. . ■■

Для з’ясування природи агрегативної стійкості кварцбВих суспензій проводився розрахунок потенціальних кривих взаємодії частинок у інтервалі їх радіусів від 3 до 7 мкм з урахуванням ван-дер-ваальсового притягання (VA), електростатичного відштовхування (VR) га відштовхування гідратних шарів поверхні гідрофільного кварцу (Vstr) • Для розрахунку використовувались відомі рівняння теорії ДЛФО (Дерягін, Чураєв, Муллер, 1985; Духін, Дерягін, Семеніхін, 1972).,

Дані табл. 1 показують, що стійкість суспензій мінімальна ■ при pH 2, що є для кварцу точкою нульового заряду. У той час як при.рН-

2 ПК = 0, ступінь освітлення А/0 досягає максимальної величини, яка не залежить від додавання якої завгодно кіькості електроліту (до 1 моль/л NaN03). Із зростанням pH зростає як абсолютна величина С,-потенціалу частинок (£0), так і ПК, що свідчить про збільшення стійкості суспензій. Найвища стійкість спостерігається при pH 10,5.

Розрахунок потенціальних кривих УА + Ук підтверджує одержан) залежність стійкості суспензій від pH. Так, за відсутност індиферентних електролітів, система є стійкою1 у лужному, нейтральному та слабокислому середовищі, і тільки при pH = 2,9 (<£( = - 19 мВ) на потенціальних кривих з’являється дальній мінімум глибиною 1 кТ для частинок з а = 7' мкм. Посилення агрегаційню процесів при подальшому зниженні pH, що спостерігається за данимк світлопропускання (Д/0), є найбільш інтенсивним в області ТНЗ супроводжується збільшенням глибини дальнього мінімуму Не потенціальних кривих.

Таблиця 1

Пороги коагулйції, ^-потенціали та ступені освітлення суспензій кварцу (А/) у відсутності полімеру

pH ПК, • ммоль/л ■' -Со. мВ <к, мВ А Т0 А/к

2,0 0 - - 70 70 :

2,5 = ■ зо - - 45 71

3,3 50 27+2 14±4 22 70

3,9 90 37±2 16±3 16 72

5,4 150 - - 18 67

5,6 140 - - 18 70

5,8 220 60+1 21+2 18 70

8,0 350 - - 19 73

10,5 400 78±2 25±5 18 70

Індекси “0” і “к” скрізь у даній роботі відносяться до нульово' концентрації електроліту та до С= ПК, відповідно.

Відомо, що золі високодисперсного кремнезему ВИЯВЛЯЮТІ підвищену стійкість в області ТНЗ, обумовлену гідратацієк поверхневих силанольних груп (Фролов, 1987; Чернобережський.

1987). Однак, включення структурної складової розклинюючого тиск} у розрахунок потенціальної енергії взаємодії показало, що вона і будь-якому випадку, навіть при рН 2, не може забезпечити стійкість системи, що розглядається в роботі. Так, потенціальний мінімум на кривих УА + У5(г при рН 2 і Ук = 0 складає -44 кТ для частинок : радіусом 3 мкм.

Подібні процеси відбуваються і при додаванні індиферентного електроліту (№>Юз) до агрегативно стійких суспензій. Достатньо помітна коагуляція відбувається вже при невеликих, набагато менших ПК, добавках КаМ03. Потенціальні криві, розраховані як сума сума Уд + Уя> показують, що в цих умовах (рН = 5,8) агрегація частинок відбувається у дальньому мінімумі, утвореному силами ван-дер-ваальсового притягання та електростатичного відштовхування на

відстанях, які набагато перевищують радіус дії сил структурного відштовхування. Отже, структурною складовою розклинюючого тиску можна знехтувати і в цьому випадку, оскільки вона не бере участі у балансі сил, що визначають процеси агрегації. Так, при С№М03 = 10 ммоль/л глибина дальнього мінімуму, який знаходиться на відстанях 20-25 нм, складає -6,5 і -15 кТ відповідно для часточок з радіусами 3 та 7 мкм, тоді як область відстаней, на яких можуть проявлятися сили структурного відштовхування, становить ~ 10 нм.

Із зростанням концентрації №N63 (як і при зниженні pH) інтенсивність процесів агрегації посилюється, що віддзеркалюється у підвищенні ступеню освітлення суспензій і супроводжується

збільшенням глибини дальнього мінімуму. При концентраціях електроліту, що відповідають ПК, подальше зростання Д/ не

відбувається. Як показали розрахунки, при концентрації електроліту, що дорівнює ПК, енергетичний бар’єр на потенціальних кривих зникає, і тим самим створюються умови для переходи частинок у

ближній потенціальний мінімум. Зазначена умова реалізується

одночасно для частинок усіх розмірів у дослідженій області pH і показує, що агрегація грубодисперсних суспензій кварцу відбувається тільки за рахунок зменшення сил електростатичного відштовхування.

Для підтвердження зроблених висновків коагуляція суспензій кварцу була досліджена також у присутності нітратів Са та Ьа у кислому (pH 3,3), нейтральному (pH 5,8) та лужному (pH 11) середовищах. Паралельно з експериментом були розраховані величини ПК за відомим співвідношенням теорії ДЛФО, яке пов’язує для слабозаряджених поверхонь величину ПК при агрегації частинок у ближньому мінімумі із штернівським потенціалом, зарядом протиіону та іонною силою дисперсійного середовища (ОуегЬеек, 1982):

ПК = Ку7(АУ), де у = [ехр(¥гщ/2ЛТ)-1 ]/ [ехр(Р7і|/й/2ЯТ)+1].

Одержані результати наведені у табл. 2.

Таблиця 2

ПК суспензій кварцу (у ммоль/л) електролітами

№N0, Са(їГО,)2 Ьа(іч Оз)з

pH ПК, ПК. ПК, ПК. ПК, ПК*

2,0 0 0 0 0 0 0

3,3 40 50 9 9 3.6 0,7

5,8 194 220 41 36 12 1

11,0 381 400 75 - 21 -

Індекси “е” та “т” відповідають експериментальним та юзрахованим величинам ПК

Дані табл. 2 показують хороше співпадіння теоретичних величин 1К з експериментальними, одержаними для нітрату натрію при всіх

pH, а для нітрату кальцію у кислому та нейтральному середовищах. Можна припустити, що однією з найбільш імовірних причин розходження цих величин у випадку нітрату лантану є гідроліз катіону 1-а . Можливо, та сама причина заважає визначенню ПК нітратом кальцію при pH 11.

Таким чином, результати вивчення впливу електролітів на стійкість суспензій кварцу показують, що вона є електростатично регульованою, і експериментальна картина агрегації крупних частинок кварцу добре описується у рамках теорії ДЛФО з урахуванням сил відштовхування тільки електростатичної природи. Структурна складова розклинюючого тиску, обумовлена гідратацією поверхні кварцу, не впливає на механізм агрегації, і описання стійкості системи не потребує включеня структурних сил у розрахунок міжчастинкового потенціалу, у чому полягає принципова відмінність грубодисперсних суспензій кварцу від гідрозолів кремнезему.

Четвертий розділ присвячений вивченню стійкості суспензій кварцу у присутності неіонного полімеру ПОЕ. Для цього було використано широкий набір молекулярних ПОЕ - від 3000 до 2,7.10 . У табл. З наведені ПК суспензій кварцу електролітами в інтервалі концентрацій ПОЕ 0,005 - 1,0 г/л при pH = 6,2.

Таблиця З

ПК суспензій кварцу (у ммоль/л) у розчинах ПОЕ. pH = 6,2. Цифри 1 і 2 відносяться до №N01 та Са(ІЧО^Ь_____________________

м г очаткова концентрація ПОЕ, г/л

ПОЕ 0 0,005 0,01 0,05 0,1 0,5 1,0

3000 1 220 - - 50 50 45 45

2 36 - - - 5 5 6

6000 1 220 60 50 50 - 45 45

2 36 7 7 7 - 6 5

15000 1 220 - 35 35 40 40 55

2 36 0 4 4 5 4 5

40000 1 220 35 30 ЗО 40 40 55

2 36 5 4 4 4 5 5

1,5.10і 1 220 50 - 60 60 *

2 36 6 - - 8 6 *

2,1.105 1 220 зо 60 60 50 40 *

2 36 3 6 6 6 6 *

1,5.10° 1 220 40 * * ♦ * -

2 36 5 * * * * _

2,7.10й 1 220 40 * * % * -

2 36 5 * * * * -

* - агрегація не спостерігається.

Дані табл. З показують, що у присутності ПОЕ стійкість суспензій кварцу по відношенню до електролітів у певній області концентрацій та молекулярних мас знижується, до того ж між величиною ПК, з одного боку, і концентрацією та М полімеру, з другого, явно виражена залежність відсутня. У відсутності полімеру, як показано у розділі З, ПК становить 220 ммоль/л для На>Ю3 та 36 ммоль/л для Са(М03)2, що Еідповідає електростатично регульованому механізму агрегації частинок. Однак, вже мінімальні добавки ПОЕ, незалежно від М, різко знижують ПК - до 40-60 ммоль/л для №М03 та 3-7 ммоль/л для Са(>Ю3)2. Концентрація полімеру також майже не впливає на ПК. Виключення становлять тільки високомолекулярні зразки ПОЕ: у цих випадках із зростанням концентрації ПОЕ ПК неможливо визначити, оскільки ступінь освітлення суспензій майже не змінюється при додаванні як завгодно великої кількості електроліту (до 1 моль/л №N03).

На відміну від ПК, дані світлопропускання виявили сильну залежність від концентрації та М ПОЕ, що дозволило віділити три групи зразків, які відрізняються за своїм впливом на стійкість суспензій:

а) група низькомолекулярних зразків з М (0,3-4,0).Ю4, у присутності яких агрегація проходить найбільш повно, і при концентраціях електроліту > ПК ступінь освітлення АІк досягає значень, характерних для коагуляції у відсутності ПОЕ;

б) ПОЕ з М (1,5-2,1).Ю5: суспензії добре коагулюють у присутності невеликих концентрацій полімеру, однак при збільшенні концентрацій ПОЕ, як показують спостереження, агрегація частинок відбувається не повністю;

в) високомолекулярні зразки з М > 1,5.106. Коагуляційні процеси спостерігаються тільки в області дуже низьких концентрацій ПОЕ; вже незначне підвищення концентрації полімеру призводить до

різкого зниження ступеню освітлення, АІк стає рівним А/0, і визначити ПК неможливо (табл. 3).

Враховуючи, що вказані ефекти спостерігаються вже у тій області концентрацій, де різниця питомої в’язкості розчинів не перевищує 5 %, було зроблено припущення, що поведінка системи головним чином визначається агрегаційними процесами, і при аналізі експериментальних даних можна знехтувати впливом в’язкості дисперсійного середовища на осадження агрегатів при невеликих концентраціях полімеру.

Енергію стеричного відштовхування адсорбційних шарів ПОЕ розраховували за рівняннями теорії Хесселінка, вважаючи, що основний внесок у стеричну взаємодію вносять хвости адсорбованих макромолекул. Молекулярні параметри - середньо-квадратичний

радіус хвостів <г2>1/2 та число хвостів на одиницю поверхні V, що входять до рівнянь теорії Хесселінка, знаходили за допомогою ряду відомих чисельних результатів, одержаних Схейтенсом та Фліром для адсорбційних шарів неіонних полімерів.

Так, за теорією Схейтенса-Фліра, для ПОЕ з М 40000 при концентрації у розчині 0,1 г/л у хвостах знаходиться приблизно 10% сегментів, а на один ланцюг в адсорбційному шарі припадає в середньому 1,5 хвостів. За цими даними можна оцінити молекулярну масу, що відповідає одному хвосту [М = (40000-0,1)/1,5], і розрахувати параметр за відомими рівняннями Флорі та Марка-Куна-

Хаувінка. Параметр V було розраховано за адсорбційними даними (Єременко, 1983), враховуючи, що на один ланцюг припадає 1,5 хвостів. Для випадку, що розглядається, знайдено <г2>1/2 = 5,9 нм та V = 7,4.10 на см2 поверхні. За допомогою подібних міркувань було розраховано параметри адсорбційних шарів усіх зразків ПОЕ. Незважаючи на наближеність подібних розрахунків, було одержано хорошу кореляцію величин <г2>1^2 з відомими даними гідродинамічних товщин адсорбційних шарів ПОЕ на кремнеземі (Кііішапп еі аі.,

1988).

Розрахунок потенціальних кривих показав, що за відсутності електроліту всі суспензії стійкі, і їх стійкість забезпечується силами електростатичного відштовхування, незалежно від М. При додаванні невеликих концентрацій електроліту до суспензій, що містять ПЕГ з М (0,3-4,0)*104, на кривих з’являється дальній мінімум, глибина якого зростає із зростанням концентрації електроліту: при цьому

спостерігається підвищення ступеню осввітлення суспензій. Проведені обчислення показали, що при С №Ж)3 < ПК агрегація частинок визначається тільки балансом ван-дер-ваальсового притягання та електростатичного відштовхування (рис. 1, криві 1-3). При С№М03 = ПК радіус дії сил електростатичного відштовхування зменшується до відстаней, співрозмірних з товщиною адсорбційних шарів, і стеричне відштовхування підключається до балансу сил, які регулюють агрегаційний процес (рис. 1, крива 4). Подальше стиснення ПЕШ із зростанням концентрації електроліту призводить до того, що при С КаМ03 > ПК агрегація визначається вже тільки балансом сил стеричного відштовхування та ван-дер-ваальсового притягання. Оскільки енергія стеричного відштовхування практично не залежить від концентрації електроліту, глибина і положення дальнього мінімуму не змінюються. Подальше поглиблення агрегаційних процесів не відбувається, а ступінь освітлення досягає величин АІК. Процеси, що відбуваються у присутсності Са(1Ч03)2, тотожні описаним.

У присутності ПОЕ з М (1,5-2,1)-105 вже при концентраціях ~ 10 ммоль/л 1-1 зарядного електроліту електростатичне відштовхування,

за розрахунками, не повинно приймати участь у балансі складових розклинюючого тиску (рис.2, крива 4), а подальше підвищення концентрації електроліту не повинно призводити до поглиблення агрегаційних процесів. У той же час експериментальні ПК становлять 30-60 ммоль/л, хоча дані світлопропускання показали, що у цьому випадку агрегація проходить не повністю. Для пояснення розбіжності між експериментальними даними і розрахунковою картиною слід прийняти до уваги, що електроліти погіршують якість води як розчинника ПОЕ. Згідно з загальноприйнятими уявленнями, погіршення якості розчинника повинно призводити до певного стискування адсорбційних шарів неіонних полімерів. Зокрема для ПОЕ це підтверджено експериментально (Гасанов і ін., 1991). Розрахунки, проведені для двох розглянутих зразків ПОЕ у припущенні 15%-ного стиснення адсорбційного шару, показують, що глибина дальнього мінімуму на кривих УА+У5 при цьому збільшується

і становить 6,8 кТ для ПОЕ з М 1,5*105 (рис. 2, крива 3) та 3,5 кТ для ПОЕ з М 2,1.105 (а = 7 мкм). Зростає глибина дальнього мінімуму і для менших частинок, що дозволяє їм також підключитися до процесу

Рис. 1.

Потенціальні криві взаємодії частинок кварцу в розчинах ПОЕ з М = 40000. а — 3 мкм. Криві 1-3: С №>Ю3<ПК ''/А+Уд+УК=УА+Ук. Крива 4: С№Ж)3>ПК _ ^+У5+УК=УА+У8 Концентрація ИаМ03: „1-Ю ммоль/л;

2-15 ммоль/л;

3-20 ммоль/л;

4-60 ммоль/л. ^-потенціал:

1 - -41 мВ;

2 - -37 мВ;

3 - -35 мВ;

4 - -29 мВ.

<^,/2 = 5,9 нм (0,1 г/л ПОЕ). 28 = 8 нм (пунктирна пряма на рисунку - подвоєна товщина адсорбційного шару ПОЕ)

агрегації. Додатковою причиною поглиблення агрегаційних процесів у розглянутому випадку можна вважати також дегідратацію полімерних ланцюгів, яка також є дестабілізуючим фактором і відбувається при підвищенні концентрації електроліту у дисперсійному середовищі (Баран, 1986).

Найбільш високомолекулярні зразки ПОЕ (1,5.106 та 2,7.106) стабілізують суспензії кварцу. За розрахунками, навіть для найбільш високомолекулярного зразка досліджуваної серії у відсутності електроліту стійкість забезпечується балансом сил електростатичного і

ван-дер-ваальсового притягання. Із зростанням____________концентрації

електроліту ПЕШ зміщується вглиб адсорбційного шару, однак і у цьому випадку сили стеричного відштовхування забезпечують повну стійкість системи: дальній мінімум не утворюються при будь-яких концентраціях електроліту. Виключення становить тільки область концентрацій < 0,01 г/л ПОЕ (табл. 3). Можливо, що у цій області концентрацій, за теорією Схейтенса-Фліра, у хвостах знаходиться лише незначна частина полімерних сегментів, що значно зменшує стеричне відштовхування і призводить до коагуляції суспензії при додаванні електроліту.

4 - СКаМ03=Ю ммоль/л, С, — -

Рис. 2.

Потенціальні криві взаємодії частинок кварцу у розчинах ПОЕ

з М = 1,5-105. а = 1 мкм.

1-С№1ЧОз=5 ммоль/л, — - 51 мВ;

Уа+^5+Уіі = УА+УК.

2-СКаТЧ03> ' 20ммоль/л,

У\+У5+Ук = УА+У5; Крива розрахована для С№Г'Ю3=20 ммоль/л,

С, = - 35 мВ.

З - як і крива 2, але з урахуванням 15% стискування адсорбційного шару.

41 мВ; УА+УК. (г2)1'2 = 15 нм.

Дані, одержані для двох зразків ПОЕ (2,1-Ю5 та 1,5.10), показали, що розглянута вище залежність стійкості суспензій від М

ПОЕ зберігається і в кислій області pH: ПОЕ з М 1,5.106 стабілізує суспензію навіть при pH 2, тобто за відсутності електростатичного відштовхування, а зразок з М 2,1.105 частково здійснює стабілізуючий вплив. У лужній області pH (pH 10,5) ПК досягає величин, співрозмірних з ПК водних суспензій при тих самих pH, але за відсутністю полімеру. Враховуючи, що ПОЕ не адсорбується на кварці при високих pH (Єременко, 1983), можна припустити, що у цьому випадку здійснюється електростатичний механізм агрегації частинок. Проте це питання потребує більш детального дослідження.

Якісна (і в значній мірі кількісна) кореляція експериментальних результатів з даними розрахунку потенціальних кривих дозволяє стверджувати, що в рамках теорії ДЛФО та адсорбційної моделі Схейтенса-Фліра одержано задовільне пояснення закономірностей стабілізації та агрегації суспензій у розчинах ПОЕ. Присутність неіонного полімеру знижує стійкість грубодисперсних суспензій по відношенню до електролітів за винятком найбільш високомолекулярних зразків дослідженої серії. Механізм агрегації суспензій у присутсності неіонного полімеру, незалежно від М ПОЕ, має ту загальну особливість, що при концентраціях електроліту > ПК електростатична складова розклинюючого тиску не приймає участі в утворенні дальнього мінімуму, і безбар’єрна коагуляція на відстанях між частинками, що дорівнює подвоєній товщині адсорбційних шарів, обумовлена тільки балансом ван-дер-ваальсового притягання та стеричного відштовхування. Експериментальні результати показують, що стабілізуючий вплив ПОЕ починає проявлятися при збільшенні М до деякої критичної величини. Ця величина була розрахована у припущенні, що стан агрегативної стійкості суспензій відповідає глибині дальнього мінімуму, яка не перевищує 1 кТ на кривих УА+У8 для самих крупних частинок. Для суспензій з частинками 3-7 мкм ця М становить 5.105.

Розділ п’ятий присвячений вивченню стійкості суспензій кварцу у присутсності інтерполімерного комплексу ПОЕ з сополімером стиролу і малеїнової кислоти (ССМК). М полімерних компонентів становили 40000 (ПОЕ) та 2,1 • 105 (ССМК). Електрокінетичний потенціал суспензій кварцу вимірювали у широкій області конентрацій комплексу та його компонентів (рис. 3). Характеристичний склад комплексу, що відповідає максимальному числу зв’язків СООН-груп ССМК з ефірними атомами кисню ПОЕ (Желтоніжська, Єременко,1987), становив 0,39 осн-моль ПОЕ/осн-моль ССМК. Попередньо вивчався вплив окремих компонентів комплексу на стійкість суспензій (табл. 4).

Таблиця 4.

Результати вивчення коагулюючої дії КаЖ)3 на суспензії кварцу у розчинах ССМК, ПОЕ і НС1. ПК - в ммоль/л.

ССМК

с, г/л 0 0,044 0,088 0,23 0.44 0,67 0,88 1,76

pH 6,2 4,5 4,3 3,9 3,8 3,7 3,6 3,3

ПК ССМК 220 250 125 150 100 90 80 70

неї 220 100 - 90 - 60 - 50

А/о 18 8 4 3 3 . _3 2

А Ік 70 45 40 35 35 40 40 35

Лттит 0 0,05 0,17 0,27 0,39 0,45 0,51 0,67

ПОЕ ( РН 6,2)

с, г/л 0 0,005 0,05 0,1 0,5 1,0

ПК 220 35 30 40 40 55

А /о 18 16 20 18 15 12

<3 70 75 85 83 76 60

Літот 0 0 0 0,02 0,04 0,06

Дані табл. 4 показують, що, на відміну від ПОЕ, ССМК підвищує стійкість грубодисперсних суспензій кварцу. У присутності ССМК спостерігається також різке підвищення ^-потенціалу у порівнянні з потенціалом кварцу у воді (рис. 3), пов’язане з механізмом утворення поверхневого заряду у системі Si02-CCMK: більш високий поверхневий заряд, а, отже, і ^-потенціал, обумовлені дисоціацією не зв’язаних з поверхнею СООН-груп поліелектроліту (ДрК дисоціації первинних карбоксильних груп ССМК і силанольних груп кремнезему дорівнює ~4 (Желтоніжська, Єременко, 1987). Залежність С(ССсмк) є типовою для поліелектролітів: із зростанням концентрації полімеру (^-потенціал проходить через максимум і зменшується за рахунок стискування ПЕШ при збільшенні іонної сили розчинів ССМК. Додавання електроліту (NaN03) приводить до різкого падіння абсолютної величи-ни ^-потенціалу: від -80 до -18 мВ при С NaN03 = ПК (Сссмк = 0,67 г/л). Одержані дані (високі початкові потенціали і ПК, різке падіння ^-потенціалу при додаванні електроліту, низький потенціал при коагуляції) дозволяють припустити, що у присутності ССМК, як і для багатьох подібних систем, електростатика є основним фактором, що визначає стійкість системи.

Рис. 3.

Залежність електрокінетичного потенціалу частинок кварцу від концентрації ССМК (О) і полікомплексу його з

ПОЕ (») (1) та ПОЕ з М = 40000 (2).

Дослідження адсорбційних шарів поліелектролітів показують, що, на відміну від незаряджених макроланцюгів, макроіони по поверхні мають переважно плоску конформацію (Lyklema, Fleer, 1987), що дозволяє деколи розглядати такі системи як електростатично стабілізовані, стійкість яких описується ван-дер-ваальсовим притяганням та електростатичним відштовхуванням за теорією ДЛФО. Розрахунок потенціальних кривих за даними, добутими для суспензій у присутсності ССМК, підтверджує .припущення про переважно електростатичний механізм агрегації. Так, розрахунки показують, що потенціалу - 18 мВ відповідає коагулююча концентрація нітрату натрію 100 ммоль/л (умова зникнення бар’єру), тоді як експериментальна величина для відповідної концентрації ССМК (0,67 г/л) становить 90 ммоль/л. Розрахунок ПК за відомим ■і співвідношенням ПК = Ky4/(Az6), що є критерієм електростатичного механізму агрегації у ближньому мінімумі, приводить до величини 106 ммоль/л, яка також досить близька до експериментально визначеного ПК. На жаль, відсутність детальної інформації про структуру адсорбційних шарів ССМК не дозволяє на даний час доповнити зроблені висновки більш точними розрахунками.

Додавання полікомплексу до суспензій кварцу призводить до ще більш різкого зниження стійкості по відношенню до електролітів, ніж додавання індивідуального ПОЕ (табл. 5). ^-потенціал у присутності полікомплексу, як і випадку самого ССМК, набагато перевищує £-потенціал кварцу у воді при будь-яких концентраціях комплексу (рис. 3). Залежності ^-потенціалу від концентрації ССМК та полікомплексу майже співпадають, що дозволяє припустити однаковий механізм утворення поверхневого заряду в обох випадках - за рахунок не зв’язаних у комплекс СООН-груп.

Таблиця 5.

ПК та ^-потенціал суспензій кварцу у присутності полікомплексу в залежності від часу контакту та порядку адсорбції компонентів.

Порядок адсорбції pH ПК, ммоль/л -С, мВ (24 г)

60 хв 24 г

Кварц+(ССМК-ПОЕ) 4,4 8 10 101±7

(Кварц-ССМК)+ПОЕ 4,3 9 10 100±5

(Кварц-ПОЕ)+ССМК 4,4 12 10 110±2

При додаванні малих кількостей електроліту відбувається, як і у випадку ССМК, різке падіння ^-потенціалу системи, однак при С ИаМОз = ПК ^-потенціал системи кварц-ПОЕ-ССМК (-35 мВ) набагато перевищує відповідну величину для системи кварц-ССМК (-18 мВ). Виявлено також незалежність ПК та ^-потенціалу від порядку введеня компонентів комплексу та від часу контакту з поверхнею кварцу (табл. 5).

Експериментальні дані (високий ^-потенціал при досить низьких величинах ПК) дозволяють зробити припущення, що у випадку полікомплексу, як і у присутності індивідуального ПОЕ, здійснюється стеричний механізм агрегації суспензій. Товщина адсорбційних шарів полімерів, у тому числі й полікомплексу (нанометри) мала у порівнянні з розмірами частинок (мікрони), що дозволяє проводити оціночні розрахунки енергії взаємодії за рівняннями теорії ДЛФО. При розгляданні впливу ПОЕ з М 40000 на стійкість суспензій було показано, що дія стеричної складової розклинюючого тиску у груббдисперсних системах приводить до дестабілізацій' системи та фіксації частинок на відстанях, що дорівнюють подвоєній товщині адсорбційних шарів при концентраціях електроліту, що дорівнюють ПК: Розрахунок кривих УА+УК, проведений для суспензій у присутності полікомплексу при С №N03 = ПК та £ =' - 35 мВ, показав, що разом з високим потенціальним бар’єром на кривих присутній дальній мінімум, локалізований на відстанях між поверхнями частинок 20-25 нм. Отже, можна припустити, що у присутності полікомплексу полімер-полімерні контакти здійснюються на відстанях 10-13 нм від поверхні частинок, і тільки на цих відстанях стає можливою стерична взаємодія у системі. Дані табл. 5, що свідчать , про практичну незалежність ПК та ^-потенціалу від порядку адсорбції компонентів комплексу, дозволяють зробити висновок про більш-менш рівномірний розподіл ланок ПОЕ та ССМК у межах адсорбційного шару. До стеричного відштовхування додається ще одна складова за рахунок присутності ланок ССМК в адсорбційних шарах,

що, можливо, збільшує радіус дії стеричних сил, проте приводить до зниження ПК у порівнянні з ПК у розчинах ПОЕ завдяки сильному ван-дер-ваальсовому притяганню на відстанях, що дорівнюють подвоєній товщині адсорційних шарів. Дестабілізуючий вплив ПОЕ з М 40000 посилюється введенням поліелектролітного компоненту, незважаючи' на те, що добавка поліелектроліту підвищує електрокінетичний потенціал частинок. Різний вплив ССМК, ПОЕ та полікомплексу на стійкість обумовлений різним механізмом стабілізації; електростатичним у присустності ССМК та стеричним у присустності ПОЕ та полікомплексу.

ВИСНОВКИ

1. Проведено дослідження впливу неіонного полімеру (поліоксиетилену, ПОЕ) та його комплексу з поліелекгролітом (сополімером стиролу з малеїновою кислотою, ССМК) на стійкість суспензій гідрофільного кварцу з крупними частинками (3-7 мкм).

2. Вивчення механізму агрегації у відсутності полімерів у межах pH 2-11 показало, що стійкість водних суспензій кварцу є електростатично регульованою у присустності як таких іонів, що визначають потенціал (Н+, ОН-), так і індиферентних одно- та двохзарядних катіонів. Встановлено, що . сили структурного відштовхування, які виникають за рахунок гідратації поверхні кварцу, не впливають на механізм агрегації і не сприяють стабілізації навіть за умови максимальної гідратації поверхні (pH = 2), у чому полягає принципова відмінність суспензій, що досліджувались, від гідрозолів кремнезему. Показано,; що пороги- коагуляції суспензій (ПК), визначені методом світлопропускання, відповідають умовам коагуляції суспензій у ближньому мінімумі у межах 2<рН^11.

3. Вивчення впливу ПОЕ на стійкість суспензій по відношенню

до електролітів (№N03, Са(ІЧ03)2), проводилось у широкому ряду молекулярних мас: 3000 - 2,7»106. Показано, що в цілому для грубодисперсних систем, на відміну від, вискодисперсних золів, насичені адсорбційні шари неіонного полімеру значно : зменшують величини ПК електролітами у порівнянні з такими системами, де полімер відсутній. : (

Встановлено механізм агрегації суспензій у присутності ПОЕ і показано, що експериментальні величини ПК відповідають таким концентраціям електролітів, при яких радіус дії сил електростатичного відштовхування знижується до відстаней між частинками* що дорівнюють подвоєній товщині адсорбційних шарів.

Поведінка системи залежить від молекулярної маси полімеру. У присутності низькомолекулярних ПЕГ (М 3000-40000) спостерігається найбільша інтенсивність агрегаційних процесів.

У присустності ПОЕ з М (1,5-2,1).105 відбувається часткова стабілізація суспензій. Агрегаційні процеси і величини ПК у цих випадках визначаються такими факторами як зменшення радіусу дії сил електростатичного відштовхування при введеннні електроліту у систему; зменшення параметру <гУ/2 хвостів адсорбованих макроланцюгів внаслідок підвищення іонної сили дисперсійного середовища; дегідратація адсорбційних шарів ПОЕ у присустності електролітів.

ПОЕ з М > 106 стабілізують мікронні частинки кварцу. Оцінка параметрів адсорбційних шарів ПОЕ за теорією Схейтенса-Фліра і розрахунок потенціальних кривих за рівняннями Хесселінка показують, що для розглянутих полідисперсних суспензій з частинками 3-7 мкм стабілізуючий вплив адсорбованого ПОЕ повинен проявлятися при збільшенні молекулярної маси до певної критичної величини, яка дорівнює 5.105.

4. Механізм агрегації суспензій у присутності адсорбційних шарів ПОЕ не залежить від pH - у формуванні дальнього мінімуму беруть участь тільки ван-дер-ваальсова та стерична складові розклинюючого тиску. Виключення становить тільки сильнолужна область pH, де ПОЕ внаслідок значного зменшення адсорбції майже не впливає на стійкість дисперсій кварцу.

5. Проведене вивчення впливу ССМК та його подкомплексу з

ПОЕ на електрокінетичний потенціал та стійкість суспензій кварцу показало, що поліелектроліт та його комплекс з неіонним полімером по-різному впливають на стійкість суспензій. Це пов’язано з різним механізмом агрегації частинок: коагуляція суспензій у розчинах індивідуального ССМК відбувається за електростатичним механізмом, в той час як різке зниження стійкості у присустності полікомплексу ССМК-ПОЕ пояснюється дією стеричних чинників. -

Основні результати дисертації викладено у роботах

1. Акопова О.В., Еременко Б.В. Устойчивость водных суспензий

кварца в растворах электролитов // Коллоида, журн., 1992. - Т.54, №

5,- С. 19-23. .

2. Акопова О.В., Єременко Б.В., Русіна О.Д. Коагуляція суспензій кварцу розчинами електролітів // Вісник КУ, 1992.- № 6. С. 9-12.

3. Eremenko B.V., Akopova O.V. Stability of quartz suspensions in electrolyte solutions // Proceeding of the 4th Symposium on Mining Chemistry. Kiev. 6-9 October 1992. P. 361-364.

4. Еременко Б.В., Акопова О.В. Влияние pH на агрегацию суспензий кварца в водных растворах полиоксиэтилена // Доповіді НАН України, 1993. - № 7. С. 103-106.

5. Еременко S.В., Акопова О.В. Механизм агрегации суспензий кварца в растворах гмлиоксиэтилена электролитами // Материалы комплекса научных и научно-технических метроприятий стран СНГ. Одесса, сентябрь 1993. С. 26.

6. Eremenko В. Akopova О. Influence od adsorbed polyethylene oxide on the aggregation processes in aqueous quartz suspensions // Abstracts of 8th International Conference on Surface and Colloid Science. 13-18 Febr. 1994. Adelaide, South Australia. P. 202.

7. Eremenko B.V., Akopova O.V. Sensibilization effect of polyethylene oxide adsorption layers on the quartz suspensions with coarse particles // CERECO’94. The 1st Hungarian-Ukrainian Conference on Carpathian Euroregion Ecology. 30 May-2 June. 1994. Uzhorod. P.24.

8. Akopova O.V., Eremenko B.V. Stability of quartz suspensions in presence of polyethylene glycol complex with maleic acid and styrene copolymer. CERECO’94. The 1st Hungarian-Ukrainian Conference on Carpathian Euroregion Ecology. 30 May-2 June. 1994. Uzhorod. P. 153.

9. Акопова O.B., Еременко Б.В. Влияние электролитов на устойчивость суспензий кварца в растворах полиоксиэтилена // Коллоидн. журн. 1994. - Т.56, № 1. - С. 5-10.

10. Акопова О.В., Желтоножская Т.Б., Еременко Б.В. Электрокинетический потенциал и устойчивость суспензий кварца в растврах сополимера стирола с малеиновой кислотой и его поликомплекса с полиоксиэтиленом // Коллоидн. журн., 1994. - Т. 56, № 6. - С. 741-745.

11. Eremenko B.V., Akopova O.V., Malysheva M.L. Stability of the Quartz Suspensions in Presence of Nonionic Polymer and its Polycomplex with Polyelectrolyte // Proceeding of the 5th Symposium on Mining Chemistry.Istan bul, The Turkey. 7-10 November 1995. P. 155-162.

12. Малишева M.JI., Акопова О.В. Єременко Б.В. Механізм

впливу адсорбції неіонних полімерів на агрегативну стійкість суспензій. Восьма Українська конференція з хімії високомолекулярних сполук. 24-26 вересня 1996 р. Київ. Тези доповідей, с. 173. .

Аннотация Акопова Ольга Валерьевна Устойчивость суспензий кварца в растворах полиокисэтилена и его поликомплекса с полиэлектролитом

На соискание ученой степени кандидата химических наук -

02.00.11 - коллоидная химия

Изучено влияние неионного полимера полиоксиэтилена (ПОЭ) и его комплекса с полиэлекгролитом (сополимером стирола и малеиновой кислоты, ССМК) на устойчивость суспензий гидрофильного кварца с 3-7 микронными частицами.

Показано, что устойчивость водных суспензий кварца в присутствии как потенциал-определяющих (Н+, ОН'), так и

индифферентных 1- и 2-зарядных катионов является только электростатически регулируемой, и определенные методом светопропускания величины порогов коагуляции (ПК) не зависят от действия других факторов агрегативной устойчивости.

Влияние неионного полимера на устойчивость суспензий по отношению к электролитам было изучено в широком ряду молекулярных масс ПОЭ. Установлен механизм агрегации суспензий в присутствии ПОЭ и показано, что ПК соответствуют тем концентрациям электролита, при которых радиус действия сил электростатического отталкивания снижается до межчастичных растояний, равных удвоенной толщине адслоев, в результате чего насыщенные адслои неионного полимера в грубодисперсных суспензиях оказываются, как правило, дестабилизирующим факторм и снижают устойчивость по сравнению с теми системами, в которых полимер отсуствует. Частицы агрегируют в дальнем минимуме, глубина которого определяется только балансом ван-дер-ваальсового притяжения и стерического отталкивания.

Параллельное изучение влияния ССМК и его поликомгтлекса с ПОЭ на электрокинетический потенциал и устойчивость суспензий кварца обнаружило, что дестабилизирующее действие низкомолекулярного ПОЭ усиливается введением полиэлектролитного компонента, несмотря на то, что добавка ССМК повышает электрокинетический потенциал частиц кварца. Установлено, что коагуляция суспензий в растворах индивидуального ССМК проходит по электростатическому механизму, тогда как резкое снижение устойчивости в присутствии поликомплекса ССМК-ПОЭ объясняется действием стерических факторов.

Summary

Akopova Olga Valerievna

Stability of the quartz suspensions in solutions of polyethylene oxide and its polycomplex with polyelectrolyte

Seek for Phil.D. degree (specifity 02.00.11 - Colloidal Chemistry)

The influence of non-ionic polymer polyethylene oxide (PEO) and its polycomplex with maleic acid and styrene copolymer (MASC) on stability of the quartz suspensions with 3-7 micron particles towards electrolytes has been studied.

It is shown that stability of the aqueous suspensions in presence of potential determining (H+, OH") and the indifferent 1-and 2-charged cations is only electrtostatically dependent.

The influence of a non-ionic polymer on the quartz suspensions stability towards the electrolytes is studied in a wide range of molecular weights of PEO. When the electrolyte concentration reaches a value corresponding to the coagulation threshold the range of the electrostatic repulsion reduces to interparticle distances comparable with double thicknesses of the polymer adlayers. The secondary minimum coagulation in this case is determined only by the balance of Van-der-Waals attraction and steric repulsion of adsorbed chains which thereby act as a destabilizing factor in suspensions with micronic particles. The exceptions were only high molecular samples which produced a stabilizing effects.

A parallel study of the influence of MASC and its complex with PEO on the electrokinetic potential and the stability of suspensions shows that destabilizing effect of the low-molecular weight PEO is enhanced by the addition of a polyelectrolyte component in spite of the fact that the presence of MASC increases ^-potential of the quartz particles. In the presence of individual MASC aggregation processes are electrostatically regulated whereas the steric interactions cause a dramatic decrease in suspension stability in the presence of interpolymer complex.