Способ получения стабильной дисперсии геля поливинилового спирта в виде порошка



Способ получения стабильной дисперсии геля поливинилового спирта в виде порошка
Способ получения стабильной дисперсии геля поливинилового спирта в виде порошка
Способ получения стабильной дисперсии геля поливинилового спирта в виде порошка
Способ получения стабильной дисперсии геля поливинилового спирта в виде порошка

 


Владельцы патента RU 2574403:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ КРИОСФЕРЫ ЗЕМЛИ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИКЗ СО РАН) (RU)

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.

 

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).

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к созданию новых форм наноразмерных кремнийорганических частиц, обладающих различной и регулируемой структурой ядра. Предложены новые сферические сверхразветвленные полиалкоксиметилсилсесквиоксаны общей формулы {[(AlkO)2Si(Me)O1/2-]a[-(AlkO)Si(Me)O-]b[MeSiO1,5]c}n, где сумма a, b и с равна 1, при этом значения а, b и с не равны нулю, а значение n находится в пределах от 10 до 10000, Alk означает углеводородный радикал С2-С4, и способ их получения.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии, биологии и медицине. Способ изготовления коллоидного раствора серебра включает пропускание импульсных электрических разрядов между серебряными электродами в жидкости и получение коллоидного раствора с заданной концентрацией наночастиц металла.

Предложено применение конъюгата глицина, иммобилизованного на частицах детонационного наноалмаза размером 2-10 нм, в качестве антиалкогольного средства для лечения и профилактики алкоголизма.

Изобретение относится к способу получения нанокапсул ауксинов. Указанный способ характеризуется тем, что ауксин добавляют в суспензию каррагинана в бутаноле в присутствии сложного эфира глицерина с одной-двумя молекулами пищевых жирных кислот и одной-двумя молекулами лимонной кислоты при перемешивании, затем приливают 1,2-дихлорэтан, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом соотношение ядро/оболочка в нанокапсулах составляет 1:1 или 5:1.

Изобретение относится к области инкапсуляции. Описан способ получения нанокапсул гиббереллиновой кислоты.

Изобретение относится к способу получения нанокапсул антибиотиков в агар-агаре. Указанный способ характеризуется тем, что в суспензию агар-агара в гексане и сложного эфира глицерина с одной-двумя молекулами пищевых жирных кислот и одной-двумя молекулами лимонной кислоты добавляют порошок антибиотика, затем по каплям приливают бензол, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат.

Изобретение относится к способу получения нанокапсул кверцетина или дигидрокверцетина в геллановой камеди. Указанный способ характеризуется тем, что кверцетин или дигидрокверцетин добавляют в суспензию геллановой камеди в гексане в присутствии сложного эфира глицерина с одной-двумя молекулами пищевых жирных кислот и одной-двумя молекулами лимонной кислоты, далее приливают бутилхлорид, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат, при этом соотношение ядро/оболочка в нанокапсулах составляет 1:3.

Изобретение относится к области получения гибких электропроводящих полимерных пленок с поверхностным сопротивлением, не превышающим 0.15 Ом/□, на основе полимерных подложек.

Изобретение относится к способу получения наноструктурного керамикометаллического покрытия TiN-Cu на твердосплавном режущем инструменте и может быть использовано в металлообработке.

Изобретение относится к области наноэлектроники и может быть использовано в различных областях наноиндустрии. Заявлен способ исследования температурной зависимости электрического сопротивления пленочных образцов при нагреве.

Изобретения относятся к способу и устройству измерения расхода жидких сред, в частности одоранта, и могут быть использованы, например, в газовой промышленности, химической и нефтехимической.

Изобретение относится к области кавитационной обработки жидких сред, а также сред, где удельное содержание воды или иной жидкой фазы превышает ~40-50% от общей массы. Способ ультразвуковой кавитационной обработки жидких сред, в котором режим резонансной акустической кавитации формируется внутри проточной механической колебательной системы-канала, генерирование звуковых колебаний осуществляется синфазно на каждой стороне канала с амплитудой, превышающей порог акустической кавитации для движущейся жидкой среды.

Изобретение относится к способу получения полимерных материалов. Способ получения наномодифицированных полимерных материалов включает конденсацию паров мономера.

Изобретение относится к области кавитационной обработки жидких сред, где удельное содержание воды или иной жидкой фазы превышает 30-35% от общей массы. Способ одновременной ультразвуковой кавитационной обработки объемов жидких сред включает их размещение в рабочей жидкости в ванне прямоугольной формы, при этом материал объемов с жидкими средами имеет удельное акустическое сопротивление, равное или близкое удельному акустическому сопротивлению рабочей жидкости.

Изобретение относится к области переработки углеводородсодержащих отходов и предназначено для получения жидкого котельного топлива. Изобретение касается устройства для переработки нефтеотходов, включающего узел подготовки сырьевой смеси, диспергатор, резервуар готовой эмульсии, между узлом подготовки сырьевой смеси и диспергатором дополнительно установлен регулятор поддержания постоянства расхода сырьевой смеси, резервуар готовой эмульсии соединен трубопроводом через обратный клапан с узлом подготовки сырьевой смеси, а в качестве диспергатора используют вихревой насос, соединенный со струйным кавитационным аппаратом.

Изобретение относится к процессу утилизации попутного нефтяного газа в газогидратной форме с одновременной сепарацией нефти и воды и может быть использовано в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности и в энергетике.

Изобретение относится к химической промышленности и предназначено для производства строительных материалов. .

Изобретение относится к многокамерному пленочному реактору, способу ручного смешивания реагентов и к пленочному устройству и может использоваться в полевых условиях для получения пеноизделий различного вида.

Изобретение относится к композиции материала, содержащей концентрированную дисперсию из наноматериала и композиции растворителя, к продукту, приготовленному с использованием данной композиции, и способам приготовления данной композиции.
Изобретение относится к области стабилизации дисперсных водных систем, которые применяются в фармацевтике и косметологии. .
Наверх