РОЗДІЛ 2
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА
2.1. Характеристика вихідних речовин і реактивів
2.1.1. Порошок діоксиду титану. У дослідженнях використовували порошок діоксиду титану рутильного типу з поверхнею, модифікованою неорганічними оксидами (4 % Al2O3 та 2 % SiO2) і прищепленими органічними сполуками для надання необхідних оптичних властивостей та регулювання гідрофільно-ліпофільного балансу (RCL-2, DuPont, США). Частинки порошку - округлої форми (рис. 2.1) з середнім діаметром 0,23 мкм.
Рис. 2.1. Мікрофотографія частинок діоксиду титану
Питома поверхня порошку діоксиду титану, визначена методом БET за адсорбцією азоту, дорівнює 14,6 м2/г. Розрахована геометрична поверхня - 6,0 м2/г. Максимальна величина питомого заряду на поверхні частинок, розрахована за результатами потенціометричного титрування, дорівнює 3,86 Кл/г.
2.1.2. Поліметакрилова кислота. Поліметакрилова кислота - добре розчинний у воді аніонний поліелектроліт з елементарною ланкою
У дослідженні використано зразок ПМАК з середньов'язкісною молярною масою 35·103 г/моль, синтезований шляхом вільнорадикальної полімеризації (розчинник - толуол, ініціатор - пероксид бензоїлу) [137], з наступним переосадженням без додаткового фракціонування.
Полімер був висушений за температури 373 К і атмосферного тиску, подрібнений і протягом доби витриманий у вакуумній шафі за залишкового тиску 200 Па та температури 373 К. ПМАК у твердому вигляді зберігали в скляних бюксах з притертими кришками.
Одержані зразки поліметакрилової кислоти були ідентифіковані за їхнім ІЧ-спектром (рис. 2.2), який добре узгоджується з довідниковими літературними даними [138].
Рис. 2.2. ІЧ-спектр поліметакрилової кислоти
2.1.3. Поверхнево-активні речовини.
? TRITON X-100 (Aldrich, Голландія) - низькомолекулярна неіонна ПАР, що містить 97 % октилфенілполіетоксиетанолу
Прозора рідина, добре розчинна у воді та органічних розчинниках. Молярна маса - 646 г/моль, ГЛБ = 13,5, питома густина - 1,029 г/см3. За літературними даними KKM знаходиться в межах 2,4·10-4-5,1·10-4 моль/л [90, 139]. Значення ККМ, визначене експериментально у розчині 1·10-3 моль/л KCl, дорівнює 1·10-3 моль/л.
? ATLAS G-3300 (Atlas Chemical Co, США) - низькомолекулярна аніон-на ПАР, що містить 90 % додецилфенілсульфонату натрію
В'язка рідина блідо-червоного кольору, мало розчинна у воді. Молярна маса - 348,05 г/моль. За літературними даними KKM ATLAS G-3300 знаходиться в межах 1,2·10-3-1,5·10-3 моль/л [106, 140]. Значення ККМ, визначене експериментально у розчині 1·10-3 моль/л KCl, дорівнює 1,57·10-3 моль/л.
? DEXTROL OC-50 (Dexter Chemical Corp., США) - низькомолекулярна аніонна ПАР, що містить 92 % частково нейтралізованого естеру алкілфеніл-поліетоксилату і фосфорної кислоти
В'язка рідина, добре розчиняється у воді та органічних розчинниках, питома густина - 1,11 г/см3.
? TAMOL - 731 (Rohm and Haas, США) - олігомерна аніонна ПАР, що містить 25 % натрієвої солі полікарбонових кислот з елементарною ланкою
Добре розчинна в воді, питома густина дорівнює 1,10 г/см3.
? TRITON СF-10 (Aldrich, Голландія) - низькомолекулярна неіонна ПАР, що містить 99 % бензилового ефіру октилфенілполіетоксилату
Непрозора біла рідина, добре розчиняється у воді та органічних розчинниках. Молярна маса - 736 г/моль, ГЛБ = 14,0, питома густина - 1,07 г/см3.
2.1.4. Дисперсійне середовище. Для отримання суспензій використо-вували бідистильовану воду з питомою електропровідністю ? 1 мкСм/см, а також деіонізовану воду, очищену за допомогою приладу "Millipore-Q", з питомою електропровідністю 0,055 мкСм/см.
2.1.5. Реактиви. При виконанні роботи були також використані:
? 0,1 н стандартний розчин KCl (Fluka) - для приготування 1·10-2-1·10-5 н розчинів.
? KF (99,99 %, Sigma-Aldrich), KBr (99,99 %, Merck), LiCl (99,99 %, Merсk), CsCl (99,5 %, Merck), LiF (99,9 %, Merck), 20 % водний розчин катіонного поліелектроліту - хлориду полідиалілдиметиламонію (Poly-DADMAC) з молярною масою 35·103 г/моль (Katpol Chemie Bitterfeld, Німеччина) - для приготування 1·10-3 н розчинів.
? LiOH (98 %, Sigma-Aldrich), KOH (86 %, Sigma-Aldrich), CsOH·H2O (99,97 %, Sigma-Aldrich), NaCl (99 %, Sigma-Aldrich), розчин фіксаналу HCl (Fluka), 48 % розчин HF з густиною 1,15 г/см3 (Sigma-Aldrich), 47 % розчин HBr з густиною 1,49 г/мл (Sigma-Aldrich) - для приготування 0,1 н розчинів.
? фенолфталеїн (Fluka), етиловий спирт (? 99,8 %, Merck).
2.2. Приготування розчинів і суспензій
2.2.1. Розчини поліметакрилової кислоти. Перед проведенням досліджень із твердої поліметакрилової кислоти готували проміжні розчини з концентрацією 0,4-0,6 моль/л із розрахунку на елементарну ланку. Точну концентрацію визначали методом кислотно-основного титрування розчином КОН у присутності NaCl. Хлорид натрію додавали з розрахунку, щоб отримати ~ 0,02 н концентрацію у точці еквівалентності. Оскільки поліметакрилова кислота є слабкою (рКа залежно від ступеня нейтралізації полікислоти та інших чинників коливається в межах 4,5-5,5 [141]), то як індикатор використовували фенолфталеїн. Цей метод є достатньо простим і точним, дає відтворювані результати за не надто малих концентрацій поліелектроліту (> 1,16·10-5 моль/л) і ступенів нейтралізації ? 0,8. Значення концентрацій розраховували за трьома паралельними титруваннями.
Для досліджень розчини та суспензії з необхідною концентрацією ПМАК готували із проміжних розчинів методом розведення.
2.2.2. Розчини поверхнево-активних речовин. Проміжні водні розчини TRITON X-100 (4,98 %), ATLAS G-3300 (4,91 %), DEXTROL OC-50 (4,23 %), TAMOL-731 (3,51 %) і TRITON СF-10 (3,91 %) готували ваговим методом з вихідних реагентів без їхньої додаткової очистки. Для досліджень розчини та суспензії з необхідною концентрацією ПАР готували із проміжних розчинів методом розведення.
2.2.3. Суспензії діоксиду титану. У залежності від того які властивості суспе