411103

5 осО: .,Чтйитио-".:," ,2 ЙЗОБРЕТЕ Н Ия Ф 1 ОЗ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зависимое от авт. свидетельства1. Кл. С 081 3302 Заявлено 29.И 1,1970 ( 1463085/2 осударственной комитетСовета Министров СССРпо делам изобретенийи открытий ПриоритетОпубликовано 16.1.1974. Бюллстснь2Дата опубликования описания ЗЛ 1.1974 678.746,22;541,1, Р. Амнуи Т А Г аявител ОНОДИСПЕРСНАЯ СУСПЕНЗИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИСТИРОЛЪНОГО ЛАТЕКСАЦ . г 2(у в 1 В, л2Г9Съ радиус частиц ускорение силы тякестнвязкость плотность твердой фазырольных частиц) плотность жидкой фазы. де гО Ч ртв -олпстн; Жи Ч С 11 С 1 ; ос 1 к- нетнчсприсоединением заявкиПредлагаемое изобретение относится к области получения модельных моноднсперсныхсуспензнй на основе полистирола,Такие суспснзии могут быть использованыв качестзе модельных систем для изучения 5рассеяния света мутными средами (аОрсководой, частицами пыли в атмосфере и т. п.),в качестве эталонов для калибровки увеличения электронных н поточных ультрамикроскопов, для настройки различных счетчиков аэрозольных частиц, для изучения туманообразования и т, д.Известны модельные монодисперсные суспензии на основе полистирола, полученные путем проведения затравочной эмульсионной 15полимеризации стирола в водном растворе,содержащем 8,00% стирола, 0,20% лауратакалия (или 0,80% каприната натрия), 0,06%едкого кали и 0,20% инициатора реакции персульфата калия, при интенсивном перемеши Эвании и температуре 80+0,5 С получают зародышевый монодиспсрсный латекс с диаметром полистирольных частиц 0,18 - :0,21 мкм.Затем используя этот латекс в качестве затравочного, ступенчатьв наращиванием получают монодисперсный полистирольный латекс счастицами диаметром 0,5 в : 1,0 мкм,Монодисперсные частицы, имеющие диаметр1,00 - 5,00 мкм, получают, используя для серии затравочных полимеризаций латексы, не 30 подвергавшиеся коллондно-хпми сскоху ст- рснпю. Для пошпнсши стспснн моноднсперснос 11 применяют дробное введение ма.ых дозпрово( пнннатор 10,05% псрсул.фат; лия).Извссныс модельные монодисперсные коо 1- познцин прсдставляют собой моноднснсрсную суспензию частиц полистирола в вол . ОднаКО Они кнсъ апчсскп неустойч пгы, т к как и них происходит осажденис латсксных частиц из-за значительной разности п.оностсй полистирола и воды, составляющей 0,05 г,см. ПО- скольку частицы полистнрольных латсксов имеют сферическую форму, скорос.ь нх Осаждения может быль рассчитана по формуле Стокса 11 з формулы видно, что по мере уве размера частиц возрастает скоросьдення, а, следовательно, снижается к ская устойчивость композиции.3Например, для модельной моподисперсной суспспзип полистирол в во скорость осаждения частиц иамстром 0,50 мкм будет 68 10 -см/сек 11 ли 0,06 см/сутки), а для частиц диаметром 1,00 мкм и 3,00 мкм, соотвст свен и - 273 1 О -см/сск 1 или 0,24 С.1/Су 1 ки) и 2460 1 О- см/сск (ил 1 2,13 см/сутки). Поэтому при проведении работ, требующих длительиого слсжс:1 ия зд частицахИ, в микроог 1.- емях моподисцсрспых композиции полпсти рол - вода обычно происходит заметное послойное изменеИе концентрации латснсиых частиц, вплоть до пх полного удалс 1 ия пз ВсР хи Р 1 х слосв. Это Ос о Осип О 11 Гл 51,110 л 5 крупных частиц прп малой высоте рабочей 15 емкости р 11 боров.В резуль"дтс молельные монодисперсные композР 1 ц 111, получснпые по извсстному способу, 1 е Облд 11 зт лисливой эксплуятяциопной способностью. 2 ЭКроме того, такис модельные монодисперсные композиции при длительном хрдиеиип подвержены зяражсИ 10 микроорганизмами. Например, при хранении полистирольных лдтексов в них обнаруживались Вас. 8 Р 1 Ь 11 з, 25 тетрдкокки, Лврсг,11111 п 11 р пп 1. Микроорганизмы и их споры, по размерам соизмеримые с полистирольными частичками, могут нарушать монодисперсность модельных систем и искажать показания рабочих приборов. ЗО Целью предлагаемого изобретения являлась разработка способа получения модельной монодиспсрспой композиции полистирола, ли. шенпой указанных недостатков. Из формулы ч 5 Стокса видно, что седиментация частиц па:(оитси в прямой зависимости от отношенияПоэтому повышение кииетичеЧскОЙ устойчивости для композРций с Одппм 40 и тем же размером частиц может быть достигнуто двумя путями; либо за счет увеличения вязкости жидкой фазы, либо путем максимального сближения плотностей жидкой и твердой фаз. Повышепие вязкости во многих 45 случая; крайне нежелательно, ибо при этом частички полистирола потеряли бы свою подвижность.Задача была решена за счет уравнивания плотностей жидкой и твердой фаз путем вве дспия частиц полистирольиого лдтскся диаметром более 0,5 мкм в водный раствор бромистого ли 11 я, содерРкащий 0,02% Реиоиогепного эмульгятора - оксиэтилпрованного алкилфенола (ОП); концентрацию раствора 55 выбирали в пределах 6 - 7% в зависимости от ПЛОТЕОСТИ ЧЯСТИЦ,По прелягясмому способу берут готовую модельную монодпсперсную композицию полистирольного латексд с 01 рселе 1 ным разме ром частиц, получспиую по способу здтрдвочпой эмульсиониои полимеризацип. Определяют плотность частиц полистирола с помощью препаративной ультрацентрифуги Иптелла. Используют метод установления плавучести 65 034латекса 1 при различных значениях фактора разделения) в серии растворов бромистого лития, приготовленных в большом диапазоне плотностей. При этом за плотность латсксных частиц принимается среднее значение плотно. стсй для двух близлежащих рясворов, обна. рук 11 в 1 пих осадок и сливки. Дл;1 учеа разницы в сжимдсмостях полистирольпых частц и жидкой фазы проводят ценрифугироваиис на разпых скоростях, соответствующих факторам разделения от 5000 О 20000 д. Заем экс 1 раполяцРсп получс 11 пь 1 х а 11 ых па 1 д, получают значение плотности полистирольных частиц, точность определения которого в основном лимитирустся точностью определения плотности растворов бромистогоДля получения кипстичсски устойчивой модельной моподиспсрсиой суспснзии водную фазу полистиролыОГО лятскса ззме 1 яОт раствором бромистого лития, имеющим соотзстствующую плотность. При этом высокой ягрсгатиьп 1 ой устойчивости частиц полистирола дооивдются путем предварительного ввсдсипя в него 0,02% пеионогсииого эмульгатора ОП,Благодаря введению бромистого литРя предлагаемая композиция приобретает бактериостатические свойства. П р и м с р. Берут лятскс полистирола моо. дисперсиостыо 98,65%, содержащий в 1 см 5 10" частиц диаметром 1,17 мкм.Готовят серию растворов бромистого лития с 0,05% эмульгатора ОПв диапазоне плотностей от 1,05006 до 1,05221 г/смз, заведомо охватывающем предполагаемую плотность лад експых частиц.Для замера плотности растворов броми. стого лития используют равнодсленпые термометры 1 класса с наименьшей цсРой деления шкалы 0,01 С и образцовые деисиметры 1 класса с наименьшей ценой деления шкалы 0,0001 г/см, что обеспечивает определецие плотности с ошибкой нс более +0,00003 г/см.В каждый из растворов вводят монодисперсные частички полистирольиого латекса, в котором водную фазу заменяют раствором бромистого лития.1) В прозрачные пробирки вносят по 1 мл тщательно псремешяппого латекса и 5 мл раствора бромистого лития соответствующей плотности, цснтрифугиру 1 от иа любой лабораторной центрифуге в течение 20 - 40 мин при 5000 д до получения хорошего осадка (используют центрифугу ЦЛН),2) Из пробирок удаляют прозрачный раствор и осадок вновь заливают 5 мл раствора бромистого лития преж 1 е 1 плотности.3) Проводят повторное цснтрифугирование па ультрацептрифуге Иптеллд при скорости вращения ротора 17980 об/мин (фактор разделения в средней части пробирок составлял 20240 д). При этом в растворах плотностью 1,05221; 1,05169 и 1,05148 г/см получан 1 ТТаблица 1 Плотность жидкой фазы близлежащих композиций,обнаружившихДанные, приведенные в табл, 1, показывают, что плотность полистирольных частиц при условиях эксперимента ограничивается значе- б 5 сливки - остальные растворы плотностью1,05137 - 1,05006 г/см образуют осадки.4) Жидкость, находящуюся над осадкомсливают, после чего каждый из осадков вносят в 500 мл соответствующего раствора бромистого лития,Пробирки со сливками осторожно прокалывают медицинским шприцем и отсасываютжидкуо фазу, Оставшиеся в пробирках частички полистирола также переводят в 500 мл 10соответствующих растворов бромистого лития.В результате получают 9 композиций полистирол - водный раствор бромистого лития,содержащих в 1 см раствора 1 10 частицдиаметром 1,17 мкм, различавшихся по плотности жидкой фазы,Затем определяют плотность полистирольных частиц, Для этого в прозрачные пробирки отбирают по 5 г каждой композиции полистирола и центрифугируют на ультрацентрифуге Интелла со скоростью 17980, 12590 и990 об/мип, что соответствовало факторам разделеи 5 -- 20240, 9923 и 5276 д.Для уменьшения разброса значений плотно.сти жидкой фазы, связанного с колебаниями 25температуры при центрифугированиях, в качестве рабочей выбирают температуру, лежащую вблизи точки максимальной плотностиприготовленных растворов бромистого лития( - 2,5 - : - 2,7 С) . 30При осмотре пробирок по окончании экспе.риментов обнаруживают осадки в композициях, где плотность жидкой фазы при +20"С составляет 1,05006 в : 1,05137 г/см и сливки -для плотностей жидкой фазы от 1,05221 до 351,05148 г/см. Следовательно, для всех испытывавшихся факторов разделения в диапазоне температур от - 1,90 до +1,75 С /см.табл. 1) величина плотности латекспых частицнаходится в пределах значений двух близлежащих плотностей растворов бромистого лития, обнаруживших осадок и сливки иимевших при +20 С плотность 1,05137 - :- : 1,05148 г/см.В табл, 1 приведены значения плотностей 45этих растворов при температурах центрифугирования. 6ниязи 1,05445 - :1,05495 г/смз при 20240 д;1,05437 в : 1,05487 г/см при 9923 д и 1,05433 в : - 1,05481 г/смз при 5276 д. Экстраполяцией этих величин на 1 д получают плотность частиц полистирола в интервале температур - 1,90 +1,75 С, составляющую для данной пяртпп латекса 1,05475 - ;1,05430 г/см при ошибке определения не превышающей-0,00003 г/см".Расчетным путем получают плотность латексшях частиц полистирола при +20 С, находящуося в пределах 1,04998 - : 1,04970 г/см+ +0,00003 г/см и среднее значение плотности 1,04984+0,00017 г/смз. Для расчета используют температурный коэффициент объемного расширения полистирола, равный 21 10 - ".Зятем готовят раствор бромистого лития плотностью 1,04984+0,00003 г/см, который используют в качестве жидкой фазы в модельных кипетически устойчивых композициях с полистирольными частицами данной партии лаекса. 11 ри этом точность уравнивания плотпостеи твердой и жидкой фаз композиций 1 Лр=ртв, - рн см. формулу) лимитируетсяточносью определения плотности частиц полистирола, составлявшей в этом примере 0,00017 г/см".По предлагаемому способу берут 1 мл латекса, указанного в примере (с концентрацией 5 10" частиц в 1 смз раствора и диаметром 1,17 мкм), предварительно дважды переведенного на приготовленный раствор бромистого лития, содержавший 0,02% ОП. В ультра- центрифуге отделяют полистирольные частички от жидкой фазы и переносят их в 1 л раствора бром истого лития плотностью 1,04984 г/см. Получают модельную монодисперсную суспензию полистирола, содержащую 5 10 частичек в 1 см, в которой Ло= = 0,00017 г/см.Берут 0,02 мл латекса и аналогичным способом переводят частички полистирола в 1 л раствора бромистого лития и получают модельную монодисперсную суспензию, содержащую 1 10 а частиц в 1 см" (Ло = =0,00017 г/см,Кинетическая устойчивость композиций полистирола (для использованной в примере партии латекса), полученных по предлагаемому способу (Лр=0,00017 г/смз) в 330 раз превышает кинетическую устойчивость композиций полистирол - вода, полученных по известному способу (Лр=0,05 г/см), в которых использовался латекс той же партии.Так, полученная предлагаемым способом композиция, на протяжении 36-месячного храпения в комнатных условиях не обнаруживает ни агрегации, ни седиментации полистирольных частиц, в то время как полученная известным способом композиция полистирол - вода, содержащая такие же полистирольные частички, осаждается со скоростью 0,24 см/сутки.Известный способ 2,4 5,3 9,4 14,2 21,2 0,008 0,018 0,032 0,050 0,070 1 1,5 2,0 2,5 3,0 30 Предмет изобретения Составитель Л, Кулакова Техред Г. ВасильеваРедактор Г. Емельянова Корректор Н. Стельмах Заказ 1201/16 Изд.171 Тирани 565 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раугиская наб., д, 45Типография, пр, Сапунова, 2 Кроме того, при 36-месячном хранении композиций, приготовленных предлагаемым способом, без принятия каких-либо специальных мер, обеспечивающих их стерилизацию или условия стерильного хранения, ве обнаруживается развития в них микроорганизмов, в то время как полученные известным способом композиции полистирол - воля, ие содержащие растворов бромистого лития, являются прекрасной средой для появления в пих больших скоплений микрофлоры уже после 14-су 1 очцого хранения.1 омпозиция, полученная по предложенному способу, длительное время остается стабильной, в то время как, получешгая по известному способу, крайне быстро расслаивается.В табл. 2 приведены данные по скорости расслоения композиций, полученных по известному и предлагаемому способам.Таблица 2 Из даипыхприведешых в табл. 2 видно, что композиции, приготовленные по предлокениому способу, можно использовать в течение длительного времени без изменения параметров системы, что чрезвычайно важно прп проведении разнообразных работ и экспериментов, требующих длител.и непрерывного слежения за частицами в мисрообьемах кю. вет, контейнеров и пр. Таким образом, предлагаемый способ полу.чеция модельной монодисперсиой композиции полистирола из известного способа отличается следующими преимуществами:5 а) обеспечивает длитсльпуо эксплуатационную способность композиций;б) позволяет получать кипсчпческп устойчивые композиции полистирола, характеризующиеся скоростью осаждения частиц в 330 раз 10 меньшей, чем в известных способах, где в модельных моподисперспых композициях с такими жс полистирольцыми частицами в качестве жидкой фазы применяется вода; при этом подвижность полистирольцых частиц остает ся почти без изменений, так как вязкостькомпозиций при прочих равных условиях повышается не более чем на О,1 сп;в) позволяет получать композиции, обладающие эффективным бактерио- и фун гиостатическим действием (подавляется развитие микроорганизмов);г) позволяет получать композиции, имеющие повышенную устойчивость к действию низких температур (температура замерзания, 25 вместо 0 С, в зависимости от концентрациибромистого лития находится в пределах4 о . 6 оС) Моподисперспая суспензия на основе полистирольцого латекса и дисперсиоцой среды, 35 состоящей из водного раствора пеиоцогепцогоэмульгатора, отличающаяся тем, что, с целью повышения кинетической устойчивости суспепзии, обеспечения ее длительной эксплуатационной способности, подавления развития 40 микроорганизмов и снижения температурызамерзания до - 4 - : - 6 С, применен латекс полистирола с размером частиц 0,35 в : 5 мкм, и в дисперсиоппую среду введен бромистый литии до концентрации его в растворе 6 - 77 в.