Найдите перспективные микроструктуры микроэмульсий

Эффективные ПАВ, образующие микроэмульсии при малых концентрациях, характеризуются низкими концентрациями молекулярно растворенного ПАВ в обеих жидких фазах. Поэтому существует ярко выраженное деление на домены трех типов: домены масла, домены воды и мономолекулярные пленки ПАВ.

Такие домены, или псевдо-фазы, являются элементами микроэмульсионных структур. Второй вопрос для обсуждения касается состояния пленок ПАВ, которые могут быть дискретными или формировать связные структуры. В ранних работах считали, что пленки ПАВ дискретны, и микроэмульсии всегда представлены структурами капельного типа. Однако в конце 1970-х гг. оказалось, что эта модель не согласуется с рядом результатов, например со стабильностью систем в широком интервале соотношений объемов жидких фаз.

Решив вопрос, имеем ли мы дело при определенных условиях с дискретным или биконтинуальным типом структуры, мы перейдем к следующему вопросу, который связан с формой капелек и типом биконтинуальной структуры.

Основным и наиболее надежным подходом при изучении связности микроструктуры микроэмульсий является исследование молекулярных коэффициентов самодиффузии. Этот метод не ограничен микроэмульсиями, он находит более широкое применение и стал также инструментом для изучения структуры кубических жидких кристаллов и других изотропных фаз в растворах.

При изучении самодиффузии измеряют смещение молекул на большие расстояния, от нескольких микрометров и более. Это означает, что молекулярные движения внутри таких дискретных агрегатов, как мицеллы и капельки микроэмульсий, не дают вклад в экспериментальные наблюдения.

Самодиффузия частицы (молекулы, агрегата и др.) зависит от большого числа факторов: размера и формы диффундирующей частицы, трения и барьеров, препятствующих движению. При низких концентрациях в гомогенной среде коэффициент диффузии D сферической частицы радиусом R описывается уравнением Стокса-Эйнштейна:

D = kT/(6nηR)                                                (5)

При типичных значениях вязкости порядка 1 мПа (1 сПуаз в старых единицах) D равен ~ 2∙10^-9/R, если R выразить в A, a D - в м /с. Таким образом, маленькая молекула (R порядка 1 Ǻ) имеет коэффициент диффузии ~10^-9 м²/с, что отвечает локальному движению (смещению на малые расстояния). Если молекулы не заключены в закрытые домены и могут свободно перемещаться, они будут перемещаться на большие расстояния с тем же коэффициентом диффузии. Для больших частиц значения коэффициентов диффузии резко уменьшаются. Типичный размер капелек в микроэмульсиях имеет порядок 100 Ǻ, таким образом, коэффициент самодиффузии будет иметь величину порядка 10^-11 м²/с.

Проанализируйте поверхностно-активные полимеры

Поверхностно-активные полимеры, или полимерные ПАВ, получили широкое распространение в последние 20 лет и сейчас используются во многих технологиях. Чаще всего их применяют для стабилизации дисперсий и для регулирования реологических свойств. В этой главе рассматриваются самые важные классы поверхностно-активных полимеров, обсуждаются их свойства и области применения.

Поверхностно-активные полимеры: способы конструирования

Полимер, обладающий поверхностной активностью, можно построить одним из трех главных способов: прививать гидрофобные цепи к гидрофильному полимерному остову (основной цепи), прививать гидрофильные цепи к гидрофобному полимерному остову либо чередовать в макромолекуле гидрофильные и гидрофобные участки. Ниже рассматриваются все три способа.

Поверхностно-активные полимеры распространены и в природе; с тремя главными типами таких соединений мы встречаемся и в растительном, и в животном мире. Роль гидрофильных участков часто выполняют заряженные или нейтральные полисахариды. Антитела (белковые молекулы) обычно содержат остатки углеводов в виде боковых цепей на большом расстоянии от области связывания антигена. Их основная функция заключается в увеличении гидрофильности этого относительно гидрофобного белка. Белки молока и слюны содержат большое количество связанных фосфатных групп и поэтому обладают высокой поверхностной активностью, прекрасно стабилизируя капли жира.

Классификация поверхностно-активных полимеров на три указанные выше группы не является исчерпывающей. На самом деле для получения определенного высокомолекулярного вещества можно комбинировать несколько (два или более) из указанных путей создания поверхностно-активных полимеров. Например, полимерная цепь поверхностно-активного полимера может состоять из чередующихся гидрофильных и гидрофобных участков, а кроме того содержать гидрофильные или гидрофобные боковые цепи. Такую молекулу можно одновременно считать блок-сополимером и привитым сополимером. Привитой сополимер может также содержать гидрофобные и гидрофильные боковые цепи.

С физико-химической точки зрения важным свойством подобных макромолекул является их способность самоориентироваться на поверхности таким образом, что гидрофильные участки оказываются в полярном окружении, а гидрофобные - в липофильной фазе. Поверхностное натяжение раствора при этом понижается, поэтому такой полимер, по определению, поверхностно-активный.