RU2574403C1 - Способ получения стабильной дисперсии геля поливинилового спирта в виде порошка - Google Patents
Способ получения стабильной дисперсии геля поливинилового спирта в виде порошка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2574403C1 RU2574403C1 RU2014142307/04A RU2014142307A RU2574403C1 RU 2574403 C1 RU2574403 C1 RU 2574403C1 RU 2014142307/04 A RU2014142307/04 A RU 2014142307/04A RU 2014142307 A RU2014142307 A RU 2014142307A RU 2574403 C1 RU2574403 C1 RU 2574403C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polyvinyl alcohol
- dispersion
- gel
- nanosilica
- hydrophobized
- Prior art date
Links
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 title claims abstract description 27
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract 2
- 230000000996 additive Effects 0.000 claims abstract 2
- 230000001066 destructive Effects 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 235000019422 polyvinyl alcohol Nutrition 0.000 description 23
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 17
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 229910002012 Aerosil® Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 2
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 2
- 150000004677 hydrates Chemical group 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 1
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N Boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 1
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002612 dispersion media Substances 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000003349 gelling agent Substances 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Polymers 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 150000004804 polysaccharides Polymers 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к способу получения стабильной дисперсии геля поливинилового спирта в виде порошка, стабилизированной гидрофобизированным нанокремнеземом, устойчивой к циклам оттаивания и замерзания. Способ включает смешивание воды с гелеобразующей добавкой - поливиниловым спиртом и диспергирование замороженного геля в присутствии гидрофобизированного нанокремнезема. Замороженный гель измельчают при отрицательной температуре, выше температуры разрушающей заморозки, обеспечивая возможность работы обычной стандартной мельницы, на которой готовят дисперсию. Технический результат - исключение необходимости применения шоковой заморозки, снижение энергетических и экономических затрат на приготовление дисперсии. 2 ил., 2 табл.
Description
Изобретение реализует метод получения дисперсии геля поливинилового спирта, стабилизированной гидрофобизированным нанокремнеземом, имеющей вид и свойства порошка, устойчивой к циклам замерзания/оттаивания. Дисперсии воды (растворов) или льда (замороженных растворов) могут быть использованы в качестве модельных систем для исследования образования/разложения гидратов и в качестве строительного и теплоизоляционного материала в условиях холодного климата, а также в фармацевтике, косметологии, пищевой промышленности при транспортировке замороженных продуктов.
Водные дисперсии в виде порошка, например "сухая вода", получают методом диспергирования на воздухе гидрофобизированного нанокремнезема и воды/жидкости [1. Dieter Schutter, Franz-Theo Schmitz, Helmut Bruner Predominantly aqueous composition in a fluffy powdery rorm approximating powdered solids behavior and process for forming same. Patent. 1968]. Водные дисперсии, стабилизированные гидрофобизированным нанокремнеземом, нашли применение в фармацевтике, косметологии [2. Chemical Market Reporter, 17 May 2004, (Website: http://www.chemicalmarketreporter.com) & PPCJ, Polymers, Paint, Colour Journal, Jun 2004, 194 (4477), 30 & Jul 2004, 194 (4478), 34; Dieter Schutter, Franz-Theo Schmitz, Helmut Bruner Predominantly aqueous composition in a fluffy powdery rorm approximating powdered solids behavior and process for forming same. Patent. 1968], научных исследованиях, направленных на разработку способов применения сухой воды в качестве хладоагента [3. Barry D. Allan Dry water. Patent 4008170. 1977], увеличения скорости роста газовых гидратов [4. Wang W.X., Bray C.L., Adams D.J., Cooper A.I. Methane storage in dry water gas hydrates // J. Amer. Chem. Soc.. 2008. Vol. 130, No. 35. P. 11608-11609].
Известен способ получения устойчивой к оттаиванию/замерзанию стабильной дисперсии воды, стабилизированной гидрофобизированным кремнеземом, с использованием в качестве стабилизирующего агента водного раствора полисахарида [5. Carter В.О., Wang W.X., Bray C.L., Adams D.J., Cooper A.I. // Gas Storage in "Dry Water" and "Dry Gel" Clathrates, Langmuir. 2010. V. 26. №5. P. 3186-3193].
Для получения дисперсии воды, гидрофобизированным нанокремнеземом, расходуется значительное количество полимера (20 весовых %) и требуются большие энергетические затраты для диспергирования высоковязкого раствора полимера.
Известно, что дисперсия воды, имеющая вид порошка, может быть получена из замороженного раствора гелеобразователя (поливинилового спирта, агара и ряда других) и гидрофобизированного нанокремнезема [6. Yoichiro Т., Yuriko Т., Shinji К. Water-containing powder composition, process for producing the same, and cosmetic preparation containing the powder composition. EPatent No 1206928. Filed 2002. C1. A61K 7/00. Appl. No 00953468.6. Filed 2000]. При этом замороженный гель диспергируют при разрушающей шоковой заморозке от -80 до -120°C.
Известный способ является экономически затратным и технологически сложно осуществимым. Это обусловлено тем, что необходимо использовать жидкий азот и специальные установки с охлаждающими контурами. Способ связан с ужесточением мер по технике безопасности. Кроме того, вопросы устойчивости этих систем к циклам замерзания/оттаивания не рассмотрены в работе и вызывают сомнения.
Задачей, стоящей перед изобретением, является снижение энергетических и экономических затрат при получении устойчивой к оттаиванию и замерзанию порошковой водной дисперсии, а также повышение комфортности реализации способа.
Поставленная задача решается тем, что для стабилизации дисперсии воды, гидрофобизированным нанокремнеземом, в качестве стабилизирующего агента используется поливиниловый спирт (ГОСТ 10779-78), приготовление стабильной порошкообразной дисперсии осуществляется при отрицательной температуре ниже 0°C диспергированием на воздухе льда, армированного ПВС, в присутствии гидрофобизированного нанокремнезема. При оттаивании формируется стабильная водная дисперсия в виде порошка, устойчивая к циклам замерзания/оттаивания.
В качестве критерия комфортной отрицательной температуры следует брать температуру, не ниже нижней критической температуры работы мельницы, на которой готовят дисперсию.
Для пояснения изобретения на фиг. 1 показаны дисперсные системы с различным содержанием аэросила, а на фиг. 2 - дисперсные системы после цикла замораживание-оттаивание.
Способ осуществляется следующим образом.
Готовят водный раствор поливинилового спирта.
Для приготовления раствора поливинилового спирта используется порошок марки 16/10, изготовленный в соответствии с ГОСТ 10779-78.
Для приготовления пятипроцентного раствора поливинилового спирта навеску 5 г ПВС заливают 94 граммами горячей воды с температурой 70-90°C, одновременно перемешивают до получения однородного раствора. Далее продолжая перемешивание, для усиления гелеобразования добавляют маленькими порциями борную кислоту в количестве 1 весового % (патент РФ №238222138). Все это производят на паровой бане. Продолжают перемешивать до тех пор, пока не получается жидкий мутноватый гелеобразный раствор. Вязкость этого раствора не превышает 40 мм2/с.
Полученный водный раствор ПВС замораживали и выдерживали в замороженном состоянии с соблюдением режима криоструктирирования (Лозинский В.И. Криотропное гелеобразование раствора поливинилового спирта // Успехи химии, 1998. Выпуск 67. Номер 7. Страницы 641-655). После замораживания раствора ПВС получаем лед, армированный ПВС. Далее осуществляется приготовление порошкообразной дисперсной системы, гидрофобизированной нанокремнеземом, в холодильной камере при отрицательной температуре изо льда, армированного ПВС, и гидрофобизированного нанокремнезема. Приготовление дисперсной системы может осуществляться при отрицательной температуре ниже 0°C. Выбор температуры обусловлен тем, что при температуре выше 0°C происходит плавление льда, а нижняя критическая температура, при которой осуществляется приготовление дисперсии, выше температуры разрушающей заморозки, что обеспечивает возможность работы на обычном стандартном оборудовании (измельчающем устройстве). Наиболее комфортная температура от -5 до -20°C.
Лед, армированный ПВС, и гидрофобизированный нанокремнезем помещаются в емкость измельчающего устройтсва. В качестве нанокремнезема используется гидрофобизированный аэросил марки R 202, размер частиц которого порядка 10-14 нм и плотность при нормальном уплотнении составляет примерно 50 г/л. В результате диспергирования в емкости измельчающего устройства при отрицательной температуре получается порошок, в котором дисперсной фазой являются микрочастицы льда, армированного ПВС, дисперсионной средой - гидрофобизированный нанокремнезем аэросил R 202. Использование льда, армированного ПВС, при перемешивании его с гидрофобизированным аэросилом на большой скорости (порядка 18000 об/мин) способствует формированию порошкообразной дисперсной системы, в которой микронные гранулы льда микрокапсулированы гидрофобизированным нанокремнеземом.
Стабильность и устойчивость к циклам замерзания/оттаивания полученной порошкообразной водной дисперсной системы оценивалась визуально, размер частиц дисперсной фазы определяется по снимкам, полученным после оттаивания проб водной дисперсной системы с помощью цифрового микроскопа Motic (Фиг. 1). Для определения устойчивости проб водной порошкообразной дисперсной системы проведены циклы замерзания/оттаивания. Стабильной и устойчивой к циклам замерзания/оттаивания считалась не расслоившаяся проба водной порошкообразной дисперсной системы, то есть без явного выделения фазы жидкости, и сохраняющая свойство сыпучести.
Системы, приготовленные изо льда, армированного ПВС, и гидрофобизированного нанокремнезема (в количестве от 3 до 8 мас. %), имеют вид порошка после их оттаивания. Замерзание/оттаивание систем с содержанием аэросила менее 8 мас. % приводит к их расслоению на жидкую и порошкообразную фазы (Фиг. 2а, б). Содержание воды в верхнем слое системы лед (армированный ПВС)/3 мас. % аэросил (Фиг. 2а) равно 12,4 мас. %, в нижнем - 93,4 мас % (в порошкообразной системе после оттаивания содержание воды 91 мас. %). Содержание воды в верхнем слое системы лед (армированный ПВС)/5 мас. % аэросил (Фиг. 2б) равно 82,5 мас. % (в порошкообразной системе после оттаивания содержание воды 89 мас. %). Система лед (армированный ПВС)/8 мас. % аэросил не расслаивается после цикла замораживания-оттаивания, содержание воды сохраняется равным 86 мас. % (Фиг. 2в).
Для сравнения получены порошкообразные дисперсии льда, стабилизированные аэросилом, в которых отсутствовал поливиниловый спирт. Эти дисперсии приготовлены тем же способом, что и дисперсии льда, армированного ПВС. После оттаивания дисперсии льда имели вид порошка. Однако после замораживания-оттаивания все дисперсии расслоились. В образцах отчетливо видно две выделившиеся фазы вода и порошок с содержанием воды 90,6 мас. %, 89,4 мас. % и 86,8 мас. % вместо исходных для порошкообразных систем 97 мас. %, 95 мас. % и 92 мас. % воды соответственно (Фиг. 2г, д, е).
Дисперсия, в которой жидкость микрокапсулирована гидрофобизированным нанокремнеземом, сохраняет мелкодисперсную структуру и порошкообразный вид после проведения нескольких циклов замерзания/оттаивания при использовании не менее 5 мас % ПВС в растворе и не менее 8 мас % гидрофобизированного кремнезема аэросила в процессе приготовления системы.
Предлагаемый способ позволяет получить стабильную дисперсию воды, устойчивую к замерзанию/оттаиванию, и снизить энергетические и экономические затраты на приготовление дисперсий воды (льда).
Claims (1)
- Способ получения стабильной дисперсии геля поливинилового спирта в виде порошка, включающий смешивание воды с гелеобразующей добавкой - поливиниловым спиртом и диспергирование замороженного геля в присутствии гидрофобизированного нанокремнезема, отличающийся тем, что для получения стабильной и устойчивой к замерзанию/оттаиванию дисперсии замороженный гель измельчают при отрицательной температуре ниже 0°C и выше температуры разрушающей заморозки.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2574403C1 true RU2574403C1 (ru) | 2016-02-10 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2287537C2 (ru) * | 2003-04-08 | 2006-11-20 | Ваккер Полимер Системс Гмбх Энд Ко.Кг | Стабилизированные поливиниловым спиртом редиспергируемые порошки с разжижающими свойствами |
RU2458733C1 (ru) * | 2011-06-23 | 2012-08-20 | Учреждение Российской академии наук Институт криосферы Земли Сибирского отделения РАН (ИКЗ СО РАН) | Способ стабилизации водной дисперсии |
RU2473850C1 (ru) * | 2011-06-23 | 2013-01-27 | Учреждение Российской академии наук Институт криосферы Земли Сибирского отделения РАН (ИКЗ СО РАН) | Способ диспергирования льда |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2287537C2 (ru) * | 2003-04-08 | 2006-11-20 | Ваккер Полимер Системс Гмбх Энд Ко.Кг | Стабилизированные поливиниловым спиртом редиспергируемые порошки с разжижающими свойствами |
RU2458733C1 (ru) * | 2011-06-23 | 2012-08-20 | Учреждение Российской академии наук Институт криосферы Земли Сибирского отделения РАН (ИКЗ СО РАН) | Способ стабилизации водной дисперсии |
RU2473850C1 (ru) * | 2011-06-23 | 2013-01-27 | Учреждение Российской академии наук Институт криосферы Земли Сибирского отделения РАН (ИКЗ СО РАН) | Способ диспергирования льда |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Yoichiro T., Yuriko T., Shinji K. Water-containing powder composition, process for producing the same, and cosmetic preparation containing the powder composition. EPatent No 1206928. Filed 2002. Cl. A61 K7/00. Appl. No 00953468.6 Filed 2000. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gorbacheva et al. | Structure, rheology and possible application of water-in-oil emulsions stabilized by asphaltenes | |
JPH04227677A (ja) | 水溶性重合体懸濁物 | |
BRPI0507114A (pt) | corpos porosos, método para preparar corpos porosos, e, soluções ou dispersões | |
JPS604167B2 (ja) | 凍結有機過酸化物エマルジヨン | |
Puupponen et al. | Preparation of paraffin and fatty acid phase changing nanoemulsions for heat transfer | |
CN106867463A (zh) | 一种氧化石墨烯复合水凝胶基相变材料及其制备方法和应用 | |
CN109734936A (zh) | 一种壳聚糖-酪蛋白磷酸肽复合纳米颗粒稳定Pickering高内相乳液及其制备 | |
Xing et al. | Ternary composite phase change materials (PCMs) towards low phase separation and supercooling: eutectic behaviors and application | |
CN103820083A (zh) | 一种相变蓄冷复合材料 | |
CN104087253A (zh) | 一种冰袋用蓄冷剂 | |
Podenko et al. | Multiple methane hydrate formation in powder poly (vinyl alcohol) cryogel for natural gas storage and transportation | |
Smith et al. | Clathrate hydrate dissociation conditions for refrigerant+ sucrose aqueous solution: Experimental measurement and thermodynamic modelling | |
WO2020258932A1 (zh) | 连续生产石墨烯气凝胶微球的方法 | |
Munyalo et al. | Latent heat of fusion prediction for nanofluid based phase change material | |
Du et al. | Vesicles composed of one simple single-tailed surfactant | |
RU2574403C1 (ru) | Способ получения стабильной дисперсии геля поливинилового спирта в виде порошка | |
CN102640746B (zh) | 一种水悬浮剂杀菌剂及其生产工艺 | |
TWI476275B (zh) | Coolant | |
CN105255453A (zh) | 一种新型蓄冷剂及其制备方法 | |
Zhang et al. | Faceted fatty acid vesicles formed from single-tailed perfluorinated surfactants | |
CN104801213A (zh) | 一种高粘高稳定的Pickering 乳液制备方法 | |
WO2015021301A1 (en) | Antimicrobial sanitizer compositions and methods of making the same | |
CN105385502A (zh) | 一种茶树精油纳米粒的制备方法 | |
CN103965837A (zh) | 一种具有形状可塑性高分子蓄冷剂的制备方法 | |
Altunina et al. | Mechanical and thermal properties of cryogels and foamed cryogels produced from aqueous solutions of poly (vinyl alcohol) |