danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2023-67-2-111-118dan-1118Research ArticleХИМИЯCHEMISTRYВлияние химической структуры карбоксилсодержащих полимеров на морфологию осадков и устойчивость дисперсий карбонатовEffect of the chemical structure of carboxyl-containing polymers on precipitate morphology and carbonate dispersions stabilityВоробьёвА. Д.VorobievA. D.

Воробьёв Артем Дмитриевич – канд. хим. наук, заведующий лабораторией

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск

Vorobiev Artem D. – Ph. D. (Chemistry), Head of the Laboratory

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk

pdvc@tut.byБильдюкевичА. В.BildyukevichA. V.

Бильдюкевич Александр Викторович – академик, д-рхим. наук, профессор, директор

ул. Сурганова, 13, 220072, Минск

Bildyukevich Alexander V. – Academician, D. Sc. (Chemistry), Professor, Director

13, Surganov Str., 220072, Minsk

uf@ifoch.bas-net.byВоробьёваЕ. В.VorobievaE. V.

Воробьёва Елена Викторовна – д-р хим. наук,профессор, заведующий лабораторией

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск

Vorobieva Elena V. – D. Sc. (Chemistry), Professor, Headof the Laboratory

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk

evorobieva@igic.bas-net.byБучаС. В.BuchaS. V.

Буча Светлана Васильевна – науч. сотрудник

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск

Bucha Svetlana V. – Researcher

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk

bucha1003@gmail.comАстаховаМ. А.AstahovaM. A.

Астахова Марина Александровна – науч. сотрудник

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск

Astahova Marina A. – Researcher

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk

manya88ama@mail.ruИнститут общей и неорганической химии Национальной академии наук БеларусиInstitute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of BelarusИнститут физико-органической химии Национальной академии наук БеларусиInstitute of Physical and Organic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus202307052023672111118Copyright © Воробьёв А.Д., Бильдюкевич А.В., Воробьёва Е.В., Буча С.В., Астахова М.А., 20232023Воробьёв А.Д., Бильдюкевич А.В., Воробьёва Е.В., Буча С.В., Астахова М.А.Vorobiev A.D., Bildyukevich A.V., Vorobieva E.V., Bucha S.V., Astahova M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1118

С целью изучения влияния молекулярно-структурного строения карбоксилсодержащих полимеров на их ингибирующее и стабилизирующее действие в процессах осадкообразования был исследован ряд полимерных кислот с различным содержанием карбоксильных групп (Х): полиакриловая кислота (Мn = 5100 г-моль–1, Х = 61,11 %), полиметакриловая кислота (Мn = 5500 г-моль–1, Х = 48,79 %), сополимер метакриловой кислоты с терпеном скипидара (α-пинен) (Мn = 3500 г-моль–1, Х = 14,54 %). Установлено, что введение поликислот замедляет процесс роста кристаллов и приводит к изменению морфологии и структуры осадка карбонатов в результате рекристаллизации аморфной фазы в более устойчивые кристаллические формы. Показано, что поликарбоновые кислоты повышают коллоидную стабильность смешанной дисперсии карбонатов и каолина. Отмечен синергизм стабилизирующего действия смесей поликислот с различной гидрофобностью: в присутствии смеси полиакриловой кислоты с сополимером метакриловой кислоты с терпеном скипидара стабилизационный эффект возрастает 2 раза по сравнению с дисперсией без добавок и в 1,4–1,8 раза по сравнению с индивидуальными компонентами смеси. 

The influence of the molecular structure of carboxyl-containing polymers on their inhibitory and stabilizing effect in the precipitation processes was studied using a number of polymeric acids with different contents of carboxyl groups (X): polyacrylic acid (Mn = 5100 g-mol–1, X = 61.11 %), polymethacrylic acid (Mn = 5500 g-mol–1, X = 48.79 %), copolymer of methacrylic acid with turpentine terpene (α-pinene) (Mn = 350 g-mol–1, X = 14.54 %). It has been established that polyacid molecules slow down the process of crystal growth and recrystallization of the amorphous phase into more stable crystalline forms, which leads to a change in the morphology and structure of a carbonate precipitate. It has also been shown that polycarboxylic acids increase the colloidal stability of a mixed dispersion of carbonates and kaolin. The synergism of the stabilizing effect of mixtures of different hydrophobicity-polyacids was noted: in the presence of a mixture of polyacrylic acid with a copolymer of methacrylic acid with turpentine terpene, the stabilization effect increases 2 times compared to dispersion without additives and 1.4–1.8 times compared with individual components of the mixture. 

полиакриловая кислотаполиметакриловая кислотасополимер метакриловой кислоты с терпеном скипидараингибитордисперсантстабилизационный эффектpolyacrylic acidpolymethacrylic acidcopolymer of methacrylic acid with turpentine terpeneinhibitordispersantstabilizing effectReferencesHawe, M. Acrylic Polymers as Rheology Modifiers for Water-based Systems / M. Hawe // Handbook of Industrial Water Soluble Polymers. – 2007. – P. 32–72. https://doi.org/10.1002/9780470988701.ch3Hawe M. Acrylic Polymers as Rheology Modifiers for Water-based Systems. Handbook of Industrial Water Soluble Polymers, 2007, pp. 32–72. https://doi.org/10.1002/9780470988701.ch3Li, Q. Study on the molecular behavior of hydrophobically modifi ed poly(acrylic acid) in aqueous solution and its emulsion-stabilizing capacity / Q. Li, R. Yuan, Y. Li // Journal of Applied Polymer Science. – 2013. – Vol. 128, N 1. – P. 206−215. https:// doi.org/10.1002/app.38169Li Q., Yuan R., Li Y. Study on the molecular behavior of hydrophobically modifi ed poly(acrylic acid) in aqueous solution and its emulsion-stabilizing capacity. Journal of Applied Polymer Science, 2013, vol. 128, no. 1, pp. 206−215. https://doi.org/10.1002/app.38169Rubinstein, M. Polyelectrolytes in biology and soft matter / M. Rubinstein, G. A. Papoian // Soft Matter. – 2012. – Vol. 8, N 36. – P. 9265−9267. https://doi.org/10.1039/c2sm90104hRubinstein M., Papoian G. A. Polyelectrolytes in biology and soft matter. Soft Matter, 2012, vol. 8, no. 36, pp. 9265− 9267. https://doi.org/10.1039/c2sm90104hПолиакриловая кислота и композиции на ее основе для ингибирования осадкообразования в водооборотных системах / И. В. Шестак [и др.] // Журн. прикладной химии. – 2009. – Т. 82, № 10. – С. 1742–1745.Shestak I. V., Vorob’eva E. V., Basalyga I. I., Krut’ko N. P., Vorob’ev A. D. Polyacrylic acid and formulations based on it as inhibitors of deposit formation in water-recycling systems. Russian Journal of Applied Chemistry, 2009, vol. 82, no. 10. pp. 1894– 1897. https://doi.org/10.1134/s1070427209100280Huang, S.-C. Effect of Molecular Weights of Poly(acrylic acid) on Crystallization of Calcium Carbonate by the Delayed Addition Method / S.-C. Huang, K. Naka, Y. Chujo // Polym. J. − 2008. − Vol. 40, N 2. − P. 154–162. https://doi.org/10.1295/polymj.pj2007162Huang S.-C., Naka K., Chujo Y. Effect of Molecular Weights of Poly(acrylic acid) on Crystallization of Calcium Carbonate by the Delayed Addition Method. Polymer Journal, 2008, vol. 40, no. 2, pp. 154–162. https://doi.org/10.1295/polymj.pj2007162Adsorption mechanism and dispersion efficiency of three anionic additives [poly(acrylic acid), poly(styrene sulfonate) and HEDP] on zinc oxide / C. Dange [et al.] // Journal of Colloid and Interface Science. – 2007. – Vol. 315, N 1. – P. 107–115. https://doi. org/10.1016/j.jcis.2007.03.068Dange C., Phan T. N. T., André V., Rieger J., Persello J., Foissy A. Adsorption mechanism and dispersion efficiency of three anionic additives [poly(acrylic acid), poly(styrene sulfonate) and HEDP] on zinc oxide. Journal of Colloid and Interface Science, 2007, vol. 315, no. 1, pp. 107–115. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2007.03.068Taylor, J. J. Adsorption of sodium polyacrylate in high solids loading calcium carbonate slurries / J. J. Taylor, W. M. Sigmund // Journal of Colloid and Interface Science. – 2010. – Vol. 341, N 2. – P. 298–302. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2009.09.048Taylor J. J., Sigmund W. M. Adsorption of sodium polyacrylate in high solids loading calcium carbonate slurries. Journal of Colloid and Interface Science, 2010, vol. 341, no. 2, pp. 298–302. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2009.09.048Торопцева, А. М. Лабораторный практикум по химии и технологии высокомолекулярных соединений / А. М. Торопцева, В. М. Бондаренко, К. В. Белогородская. – Л., 1972. – 415 с.Toroptseva A. M., Bondarenko V. M., Belogorodskaya K. V. Laboratory Workshop on Chemistry and Technology of Macromolecular Compounds. Leningrad, 1972. 415 р. (in Russian).Массовая кристаллизация в неорганических системах / Т. А. Ларичев [и др.]. – Кемерово, 2006. – 176 с.Laritchev T. A., Sotnikova L. V., Sechkarev B. A., Breslav Y. A., Utekhin A. N. Bulk Crystallization in Inorganic Systems. Kemerovo, 2006. 176 p. (in Russian).Шубников, А. В. Избранные труды по кристаллографии / А. В. Шубников. – М., 1975. – 551 c.Shubnikov A. V. Selected works on crystallography. Moscow, 1975. 551 p. (in Russian).Oriented Nanocrystal Mosaic in Monodispersed CaCO3 Microspheres with Functional Organic Molecules / H. Imai [et al.] // Cryst. Growth Des. – 2012. – Vol. 12, N 2. – P. 876–882. https://doi.org/10.1021/cg201301xImai H., Tochimoto N., Nishino Y., Takezawa Y., Oaki Y. Oriented Nanocrystal Mosaic in Monodispersed CaCO3 Microspheres with Functional Organic Molecules. Crystal Growth and Design, 2012, vol. 12, no. 2, pp. 876–882. https://doi.org/10.1021/ cg201301xЧаусов, Ф. Ф. Влияние кристаллической структуры солей на эффективность ингибирования их кристаллизации органофосфонатами / Ф. Ф. Чаусов // Химия. – 2008. – T. 51, № 5. – C. 63–67.Chausov F. F. Influence of the Crystal Structure of Salts on the Efficiency of Inhibition of Their Crystallization by Organophosphonates. Chemistry, 2008, no. 5, pp. 63–67 (in Russian).Дормешкин, О. Б. Метод оценки эффективности действия реагентов-ингибиторов накипеобразования / О. Б. Дормешкин, А. Д. Воробьев, Д. В. Чередниченко // Труды БГТУ. – 2013. – № 3. – С. 67–70.Dormeshkin O. B., Vorobiov A. D., Cherednichenko D. V. Evaluation method of scaling inhibitors action effectivenes. Trudy BNTU [Proceedings of BSTU], 2013, no. 3, pp. 67–70 (in Russian).Неппер, Д. Стабилизация коллоидных дисперсий полимерами: пер. с англ. / Д. Неппер. – М., 1986. – 487 с.Nepper D. Stabilization of colloidal dispersions by polymers. London, 1984.Electrosteric stabilization of colloidal dispersions / G. Fritz [et al.] // Langmuir. – 2002. – Vol. 18, N 16. – P. 6381–6390. https://doi.org/10.1021/la015734jFritz G., Schädler V., Willenbacher N., Wagner N. J. Electrosteric stabilization of colloidal dispersions. Langmuir, 2002, vol. 18, no. 16, pp. 6381–6390. https://doi.org/10.1021/la015734jZhang, J. Progress of nanocrystalline growth kinetics based on oriented attachment / J. Zhang, F. Huang, Z. Lin // Nanoscale. – 2010. – Vol. 2, N 1. – P. 18–34. https://doi.org/10.1039/b9nr00047jZhang J., Huang F., Lin Z. Progress of nanocrystalline growth kinetics based on oriented attachment. Nanoscale, 2010, vol. 2, no. 1, pp. 18–34. https://doi.org/10.1039/b9nr00047jMineral scales and deposits: scientific and technological approaches / еds. by Z. Amjad, K. D. Demadis. – Elsevier, 2015. – 758 p. https://doi.org/10.1016/c2012-0-07278-xAmjad Z., Demadis D., eds. Mineral scales and deposits: scientific and technological approaches. Elsevier, 2015. 758 p. https:// doi.org/10.1016/c2012-0-07278-x

The authors declare that there are no conflicts of interest present.