Способ стабилизации водной дисперсии
Владельцы патента RU 2458733:
Учреждение Российской академии наук Институт криосферы Земли Сибирского отделения РАН (ИКЗ СО РАН) (RU)
Изобретение относится к области стабилизации дисперсных водных систем, которые применяются в фармацевтике и косметологии. Предложен способ стабилизации водной дисперсии, микрокапсулированной гидрофобизированным нанокремнеземом, включающий введение в нее в качестве стабилизатора поливинилового спирта с концентрацией не менее 5 вес.%. Технический результат - снижение энергетических и экономических затрат при получении стабильной водной дисперсии, устойчивой к замерзанию и оттаиванию. 1 табл.
Изобретение относится к области стабилизации дисперсных водных систем, в частности водных растворов, микрокапсулированных кремнеземом, которые применяются, например, в фармацевтике и косметологии.
Известен способ получения устойчивой к замерзанию и оттаиванию стабильной водной дисперсии, микрокапсулированной кремнеземом, с использованием в качестве стабилизатора водного раствора полисахарида [Carter B.O., 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 водной дисперсии расходуется значительное количество полимера (20 вес.%) и требуются большие энергетические затраты для диспергирования высоковязкого раствора полимера.
Задачей, стоящей перед изобретением, является снижение энергетических и экономических затрат при получении стабильной водной дисперсии, устойчивой к замерзанию и оттаиванию.
Поставленная задача решается тем, что при стабилизации водной дисперсии, микрокапсулированной гидрофобизированным нанокремнеземом, включающей введение в нее стабилизирующих добавок (стабилизатора), в качестве стабилизатора в воду вводят поливиниловый спирт.
Для получения дисперсии вместо воды используется водный раствор поливинилового спирта (ГОСТ 10779-78) и гидрофобизированный нанокремнезем аэросил.
Способ осуществляется следующим образом.
Готовят водный раствор поливинилового спирта.
Для приготовления раствора поливинилового спирта (ПВС) использовался 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°С, одновременно перемешивая до получения однородного раствора. Далее продолжая перемешивание для усиления гелеобразования при приготовлении раствора ПВС, добавляют маленькими порциями борную кислоту в количестве 1 вес.%. Все это производят на паровой бане. Продолжают перемешивать до тех пор, пока не получится жидкий мутноватый раствор, по консистенции гелеобразный.
Раствор поливинилового спирта, массой 95 г, с заданной концентрацией и гидрофобизированный нанокремнезем, массой 5 г, помещают в емкость блендера для взбивания и перемешивают (скорость вращения вала 18750 об/мин). 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. Вязкость исходных пятипроцентных гидрогелей не превышает 40 мм2/с.
В результате получается водная дисперсия ПВС, по консистенции напоминающая пасту. Использование водного раствора поливинилового спирта при перемешивании его с гидрофобизированным аэросилом на большой скорости способствует формированию устойчивых капель жидкости, микрокапсулированных нанокремнеземом. Плотность полученной дисперсии ПВС (0,86 кг/л) приближается к плотности 5% раствора ПВС (0,98 г/л). Это указывает на то, что объем дисперсии преимущественно занят раствором ПВС. Адсорбция ПВС вследствие его высоких поверхностно-активных свойств на поверхности частиц аэросила препятствует их ассоциации и образованию протяженной пространственной сетки. Это приводит к резкому росту концентрации капель в объеме дисперсии.
Исследования показали, что использование концентрации аэросила меньше 4 вес.% не обеспечивает необходимую дезагрегацию измельчаемых частиц льда.
| Таблица | |||
| Детализация условий приготовления системы | |||
| Концентрация раствора ПВС, г/мл | Сохранение дисперсной структуры системы после цикла замораживание - оттаивание | Удовлетворительная вязкость (менее 50 мм2/с) | Заключение |
| 1 | - | + | Рекомендуется использовать раствор с концентрацией ПВС примерно равной 5 вес.% в связи с тем, что растворы с концентрацией меньше 3 вес.% не обеспечивают сохранение дисперсной структуры системы после циклов замораживания - оттаивания, а с большими - обладают высокой вязкостью (более 50 мм2/с) |
| 3 | - | + | |
| 5 | + | + | |
| 9 | + | - | |
| 14 | + | - |
Рекомендуется использовать раствор с концентрацией ПВС не менее 5 вес.%, так как растворы с меньшей концентрацией не обеспечивают сохранение дисперсной структуры системы после циклов замораживания - оттаивания.
Полученная предлагаемым способом дисперсия сохраняет мелкодисперсную структуру и при повторении циклов замораживания - оттаивания. Механизм наблюдаемой "криостабилизации" дисперсии возникает вследствие формирования в них криогелевой полимерной структуры.
Предлагаемый способ позволяет снизить энергетические и экономические затраты и получить стабильную водную дисперсию, устойчивую к замерзанию - оттаиванию.
Способ стабилизации водной дисперсии, микрокапсулированной гидрофобизированным нанокремнеземом, включающий введение в нее стабилизирующих добавок (стабилизатора), отличающийся тем, что в качестве стабилизатора в воду вводят поливиниловый спирт концентрацией не менее 5 вес.%.
