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J. Chim. Phys.
Volume 93, 1996
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Page(s) | 899 - 919 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/jcp/1996930899 | |
Published online | 29 May 2017 |
Effects of the association on the phase behaviour of mixed solutions of hydrophobically modified and similar unmodified polymers
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Zeneca Resins, The Heath, Runcorn, Cheshire, WA7 4QE Cheshire
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ICI Colloid and Rheology Unit, PO Box 90, Wilton, Middelsbrough, TS90 8JE UK
Il est prévu théoriquement et démontré expérimentalement que lors du mélange de solutions de polymères associatifs obtenus par des substitutions hydrophobes et des homologues non modifiés hydrosolubles, il existe un domaine de composition où le système n'est pas compatible et se sépare en deux phases liquides. Les polymères modifiés utilisés, appelés polymères associatifs (AT) sont des dérivés du polyéthyléne-glycol (PEG) dont chaque extrémité prote un substituant alkyle. Des homopolymères de PEG de même taille sont utilisés comme homologues non associatifs. Sur toute la gamme de concentration ou le système démixte la composition de chaque phase reste constante. Toutefois la viscosité de deux phases en équilibre diffères de plusieurs orders de grandeur. Ceci suggère que l'une des phases contient surtout l'espèce AT et l'autre la polymère non modifié. La démixtion est observée quand la concentration totale en polymère est supérieure à 2 % et la fraction molaire en AT inférieure à 0.65. Il a été montré que les résultats pouvaient s'expliquer qualitativement en prenant en compte les effets d'association selon l'approche de Flory-Huggins. En particulier une fraction molaire critique en AT de 0.68 est prédite, en excellent accord avec les observations expérimentales. Les développements théoriques ont été étendus au cas ou les solutions mélangées contiennent des PEG portant un substituant alkyle à une seule extrémité ainsi qu'aux mélanges de polymères avec une structure en étoile avec leurs d'homologues hydrophobes. Dans ce dernier cas la tendance à la séparation de phases entre les deux espèces augmente rapidement avec le nombre de substituants hydrophobes fixés sur les polymères associatifs
Résumé
It is predicted theoretically and demonstrated experimentally that when solutions of hydrophobically modified associative and unmodified water soluble polymers are mixed, then over a certain range of composition the system phase separates into two distinct solutions. The modified polymers used in the experiments were the so called associative thickeners (AT) consisting of polyethylene-glycol (PEG), end-capped at both ends by alkane groups. Similar sized PEG homopolymers were employed as the non-associative chains. Overall polymer concentrations of the both phase separated solutions were measured and found to be identical. In contrast the viscosity of the two phases were several orders of magnitude different. This suggests that the polymer species in one phase are predominantly AT whereas those in the other phase are mainly of the unmodified type. The two phase region was only observed when the overall polymer concentrations were above 2% and the mole fraction of the AT below 0.65. It is shown that these results can be explained quantitatively by considering the effects of association within the Flory-Huggins scheme. In particular the critical mole fraction of AT is predicted to be 0.68, in excellent agreement with the experimental observations. The theoretical calculations are further extended to mixed solutions involving single end-capped chains and also those consisting of mixtures of hydrophobically modified and similar unmodified star shaped polymers. In the latter case, the tendency for phase separation between the two species of polymers is found to increase rapidly as the number of hydrophobes on the associating polymer molecules are made larger.
Key words: Phase separation / Hydrophobically modified polymers / Associative thickeners
© Elsevier, Paris, 1996