Влияние поверхностно-активных веществ на степень полидисперсности суспензий полистирольных латексных сфер

Рассмотрены способы получения суспензий на основе монодисперсных частиц полистирольных латексных сфер. Такие суспензии можно применять в качестве мер размеров частиц, необходимых для обеспечения единства измерений гранулометрического состава аэрозолей, взвесей и порошкообразных материалов. Показано, что при различных условиях синтеза монодисперсных суспензий полистирольных латексных сфер можно получать как монодисперсные, так и полидисперсные образцы. Исследовано влияние состава и степени растворимости поверхностно-активных веществ в эмульсии стирол-вода на размер получаемых в результате эмульсионной полимеризации частиц суспензий полистирольных латексных сфер и степень полидисперсности таких частиц. Методами динамического рассеяния света и дифракции лазерного излучения исследованы метрологические характеристики полученных в настоящей работе суспензий полистирольных латексных сфер на основе различных солей лауриновой кислоты – лауратов натрия, калия и лития. Установлено, что на размер и степень полидисперсности частиц указанных суспензий в первую очередь влияет растворимость поверхностно-активного вещества и поверхностное натяжение межфазного слоя стирол-вода в момент образования частиц. Изучено влияние скорости реакции, а также концентрации поверхностно-активных веществ на размер и степень полидисперсности синтезируемых частиц. Установлено, что при использовании в качестве инициатора реакции персульфата калия распределение частиц по размерам является монодисперсным в суспензиях на основе лаурата натрия или калия. Определено, что степень полидисперсности суспензий на основе лаурата лития в 1,5–2 раза выше, чем в образцах других исследованных суспензий. Применение в качестве инициатора азоизобутиронитрила позволило достичь монодисперсности всех образцов суспензий. Экспериментально установлено, что монодисперсность образцов обусловлена временем образования полимерно-мономерных частиц, сопоставимым со скоростью превращения мономера. Полученные результаты будут использованы при создании мер размеров частиц для хранения и воспроизведения значений размеров частиц в жидкости.

1. Грицкова И. А., Жаченков С. В., Прокопов Н. И., Ильменев П. Е. Эмульсионная полимеризация гидрофобных мономеров в высокодисперсных эмульсиях. Высокомолекулярные соединения, 33А(7), 1476–1483 (1991).

2. Прокопов Н. И., Грицкова И. А. Особенности гетерофазной полимеризации стирола при образовании поверхностно-активных веществ на границе раздела фаз. Успехи химии, 70(9), 890–900 (2001). https://doi.org/10.1070/RC2001v070n09ABEH000669

3. Аверкин Д. В., Кузнецов И. А., Балаханов Д. М. Разработка мер размеров частиц в жидкости с номинальным значением размеров частиц 0,07 мкм и 0,1 мкм. Альманах современной метрологии, 4(36), 87–95 (2023).

4. Brouwer W. M. The preparation of small polystyrene latex particles. Journal of Applied Polymer Science, 38, 1335–1346 (1989). https://doi.org/https://doi.org/10.1002/app.1989.070380712

5. Ugelstad J., El-Aasser M. S., Vanderhoff J. W. Emulsion polymerization: Initiation of polymerization in monomer droplets. Polymer Letters Edition, 11, 503–513 (1973). https://doi.org/10.1002/POL.1973.130110803

6. Paulen R., Benyahia B., Latifi M. A., Fikar M. Dynamic optimization of semi-batch emulsion co-polymerization reactor for styrene/butyl acrylate in the presence of a chain transfer agent. Computer Aided Chemical Engineering, 32, 721–726 (2013). http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-444-63234-0.50121-4

7. Alexandra J. Macbeth, Zhuangsheng Lin, Julie M. Goddard. General method for emulsion polymerization to yield functional terpolymers. MethodsX, 7, 101110 (2020). https://doi.org/10.1016/j.mex.2020.101110

8. Wang T., Shi S., Yang F., Zhou L. M., Kuroda S. Poly(methyl methacrylate)/polystyrene composite latex particles with a novel core/shell morphology. Journal of Materials Science, 45, 3392–3395 (2010). https://doi.org/10.1007/s10853-010-4449-9

9. Xinlong Fan, Xiangkun Jia, Hepeng Zhang, Baoliang Zhang, Chunmei Li, Qiuyu Zhang. Synthesis of raspberry-like poly(styrene–glycidyl methacrylate) particles via a one-step soap-free emulsion polymerization process accompanied by phase separation. Langmuir, 29, 11730–11741 (2013). https://doi.org/10.1021/la402759w

10. Sudol E. D., El-Aasser M. S., Vanderhoff J. W. Kinetics of successive seeding of monodisperse polystyrene latexes. I. Initiation via potassium persulfate. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 24, 3499–3513 (1986). https://doi.org/https://doi.org/10.1002/pola.1986.080241231

11. Vanderhoff J. W., Vitkuske J. F., Bradford E. B., Alfrey Jr. T. Some factors involved in the preparation of uniform particle size latexes. Journal of Polymer Science, 20(95), 225–234 (1956). https://doi.org/10.1002/pol.1956.120209501

12. Thomson B., Rudin A., Lajoie G. Dispersion copolymerization of styrene and divinylbenzene: Synthesis of monodisperse, uniformly crosslinked particles. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 33, 345–357 (1995). https://doi.org/https://doi.org/10.1002/pola.1995.080330301

13. Qi H., Hao W., Xu H. et al. Synthesis of large-sized monodisperse polystyrene microspheres by dispersion polymerization with dropwise monomer feeding procedure. Colloid and Polymer Science, 287, 243–248 (2009). https://doi.org/10.1007/s00396-008-1979-7

14. Аверкин Д. В. Синтез мер размера частиц на основе водных суспензий полистирольных латексных сфер. Измерительная техника, (12), 64–68 (2022). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-12-64-68

15. Балаханов М. В., Добровольский В. И., Балаханов Д. М., Беленький Д. И. Совершенствование Государственного первичного эталона единиц дисперсных параметров аэрозолей, взвесей и порошкообразных материалов ГЭТ 163-2010. Измерительная техника, (12), 3–7 (2018). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2018-12-3-7