Диссертация (Создание высоконаполненных эластомерных композиционных материалов на основе латексов нк и шунгита (карелита)), страница 11

Величинаполярной составляющей для шунгита имеет промежуточное значение междуграфитом и кварцем.Далее сравнивалось смачивание поверхности исследуемых образцовводой и латексом. Поверхность графита не будет смачиваться такой сильнополярной жидкостью как вода, величина контактного угла в данном случаеравна 108,5º. С повышением полярности поверхности образцов от 1,9мДж/м2для графита до 30,7 мДж/м2 для кварца контактный угол для водызакономерно снижается от 108,5º до 28,0º. Такая же тенденция наблюдается длялатекса, однако величина контактного угла для латекса намного ниже.Поверхность шунгита смачивается латексом, поскольку контактный уголменьше 90º [93], а именно 59,5º, и 40,4º соответственно.

Данные представлены втаблице 13. 64Таблица 13Значения краевых углов смачивания для воды и латекса.ОбразецУгол по водеУгол по латексуГрафит108,5±2,575,3±1,5Шунгит91,0±1,559,5±1,0Кварц28,0±1,231,5±0,9Исходя из величины контактного угла, можно сделать вывод о том, чтоповерхность шунгита (карелита) лучше смачивается латексом НК, чемповерхность кварца. Карелит занимает промежуточное положение междугидрофобным графитом и гидрофильным кварцем.

Этот показатель можетслужитьобъяснениемвозможностиполучениявысоконаполненныхкомпозиционных материалов из латекса НК и шунгита (карелита). При этомвведение шунгита (карелита) в латекс НК до 50–100технологические свойства системы.мас. ч не ухудшаетСледовательно, возможно получениесмесей, наполненных большим количеством шунгита (карелита), без потеритехнологических свойств.4.1.3 Определение электрокинетического потенциала заряженныхчастиц шунгита (карелита) и латекса "Квалитекс"Потенциал частиц имеет, как известно, решающее значение дляустойчивости содержащих их систем и является в большинстве случаевосновным фактором, обуславливающим стабильность коллоидных систем вполярных дисперсионных средах.

Измерения ζ-потенциала частиц проводилипо методу, описанному в п. 3.2.6 при 25 ºС с использованием стандартныхполистирольных кювет и электрода погружного типа. Латекс НК и шунгит(Карелит) подвергали непосредственно перед анализом сильному разбавлению(в 2500 раз). Результаты измерений приведены в таблице 14. 65Таблица 14Электрокинетический потенциал заряженных глобул НК в латексе"Квалитекс" и частиц шунгита (карелита)Образецζ-потенциал, мВШунгит (Карелит)-19,6Латекс НК "Квалитекс"-51,6Таким образом, показано, что частицы латекса и шунгита отрицательнозаряжены.

Значения потенциала, полученные для полимерных частиц латексаНКблизки к литературным данным, в то время как для шунгита подобныеданные в литературе отсутствуют. Одинаковый знак зарядов глобул иминеральных частиц способствует сохранению устойчивости композиционныхдисперсий и равномерному распределению шунгита в латексе НК.4.1.4 Анализ водных дисперсий шунгита методом лазернойдифракции. Изучение влияния диспергатора НФ на распределение частицпо размерам.Распределение частиц наполнителя по размерам наряду с природойповерхности частиц имеет определяющее значение при формированиикомплекса свойств композиционных пленочных материалов.

В этой связи, атакже для последующего анализа взаимодействия между шунгитом (карелитом)и латексом НК было изучено численное и объемное распределение частицшунгита в водной дисперсии. При этом было исследовано влияние ПАВдиспергатора (дисперагатор НФ),традиционно используемого в латексныхкомпозициях для улучшения совместимости компонентов, на стабильностьсмеси.Дисперсныйанализпроводилсяметодомлазернойдифракции,позволяющим охватить максимально широкий диапазон размеров частиц,начиная с 40 нм вплоть до нескольких десятков и сотен мкм. 66Для проведения анализа была предварительно изготовлена воднаядисперсия шунгита, имеющая состав:60% шунгита, 5% диспергатора НФ.Дисперсия готовилась по принятой технологии путем 24-х часового помола вшаровой мельнице.

В качестве исходного базового образца в экспериментебыла использована 60% дисперсия шунгита, полученная в отсутствиидиспергатора НФ. Обе дисперсии в ходе анализа были разбавлены примерно в2500 раз. На рисунке 9 представлены кривые численного распределения частицДифференциальноеколичествочастиц,%шунгита по размерам в обеих исследованных системах.Рис. 9 Кривые численного распределения частиц шунгита по размерам вчистой воде и в водном растворе диспергатора НФ.1 - Исходный шунгит (0,024% дисперсия); 2 - дисперсия шунгита сконцентрацией 0,024%, содержащая 5% (от массы шунгита) диспергатораНФ.Как видно из представленного графика, в дисперсии шунгита, полученнойс применением ПАВ, присутствует фаза в которой преобладают частицы с 67размерами от 0,1 до 1 мкм.

При этом, регистрируются частицы с микроннымиразмерами.Сцельюразработкиспособовполучениямаксимальнойстепенидисперсности образцов, была получена зависимость распределения частиц поразмерам от относительного содержания диспергатора НФ. Результаты,полученные методом лазерной дифракции, представлены на рисунке 10. Вданной серии диспергирование на шаровой мельнице не применялось, и ПАВдобавлялся непосредственно в камеру анализатора, при этом системагомогенизироваласьприпомощимеханическогоперемешиваниясДифференциальный объем частиц, %дополнительным использованием ультразвуковой обработки во время съемки.Рис. 10 Кривые объемного распределения частиц шунгита по размерам вводной дисперсии с разным содержанием диспергатора НФ1 - 0,024% дисперсия шунгита; 2 - 0,024% дисперсия шунгита с 2 %-ойдобавкой диспергатора НФ; 3 -0,024% дисперсия шунгита с 5 %-ой добавкойдиспергатора НФ. 68Из рис. 10 видно, что максимальная степень дисперсности наблюдается присодержании диспергатора порядка 5 %.

При дальнейшем увеличении содержаниядиспергатора НФ наблюдается укрупнение частиц минерального наполнителя,следовательно концентрация НФ в водной дисперсии шунгита (карелита) порядка 5% является оптимальной.4.1.5 Дисперсный анализ композиций «Латекс НК «Квалитекс» - шунгит(карелит)» методом динамического светорассеянияИзучение диспергирования шунгита в латексе НК проводили с помощью методадинамического светорассеяния, предназначенного для определения дисперсногосостояния свободнодисперсных коллоидных системы с частицами, участвующими вброуновском движении. Съемка образцов в данном случае, также как в методелазерной дифракции, осуществляется в условиях значительного разбавленияисследуемых систем в стационарном режиме (без перемешивания), что накладываетна исследуемую систему определенные ограничения, связанные с возможнойседиментацией грубодисперсной фракции шунгита.

Поэтому полученная информациякасается только тонкодисперсной фракции шунгита (карелита).Для подготовки образцов исходный латекс "Квалитекс" разбавили водой в 50раз, 60%-ю дисперсию шунгита (карелита) также разбавили в 50 раз.Смесь латекса НК, наполненного шунгитом, при содержании шунгита 20% массот массы сухого полимера, также разбавляли в 2500 раз. Дисперсный составкомпозиции исследовался сразу после смешения дисперсии с латексом (в течениепервых 5 мин) и после выдержки смеси в течение 48 ч в закрытой емкости прикомнатной температуре.В виду существующих ограничений метода в экспериментах использовалитонкодисперсную фракцию шунгита (d < 5 - 10 мкм) при сохранении постоянногосоотношения полимер/наполнитель.

Диаграммы объемного распределения частиц поразмерам в разбавленных дисперсиях исходных компонентов (латекса и дисперсияшунгита, содержащая 5% диспергатора НФ), а также в разбавленных латексных 69композициях, содержащих 20% минерального наполнителя, представлены нарисунках 11- 14.Рисунок 11 - Объемное распределение частиц по размерам в латексе НК"Квалитекс».Рисунок 12 - Объемное распределение частиц по размерам в дисперсии шунгита(карелита) 70Рисунок 13 - Объемное распределение по размерам частиц в латексе НК"Квалитекс", наполненного 20% шунгита (карелита) сразу после смешения.Рисунок 14 - Объемное распределение по размерам частиц в латексе НК"Квалитекс", наполненного 20% шунгита (карелита) через 48 часов после смешения.Как следует из представленных данных, в условиях разбавления латекс"Квалитекс" содержит фракции с размерами (гидродинамическими диаметрами)частиц 0,2-0,5 мкм.

При разбавлении дисперсии шунгита, большая часть (объем)образцаприходитсянатонкодисперснуюфракциюсразмерамичастицсопоставимыми по размерам с частицами латекса НК (0,2-0,45 мкм). В разбавленнойлатексной композиции, содержащей 20 мас. ч. шунгита на 100 мас.

ч. в начальные 71моменты времени наблюдается обогащение глобул латекса НК тонкодисперснойфракцией карелита (шунгита). Причиной этого, возможно, является бифильнаяприрода шунгита (имеет в составе и гидрофобную и гидрофильную часть), благодарякоторой частицы могут проникать в гидрофобную часть латекса (молекула каучука) ихорошо смачиваться его гидрофильной частью (белковая оболочка и вода).Отсутствие крупных частиц шунгита (карелита) (рис 13) говорит об их седиментациив латексе НК. В подтверждение этого утверждения были проведены исследования поизучению скорости седиментации шунгита (карелита) в воде и латексе НК«Квалитекс».Анализ дисперсии шунгита проводили в соответствии с методом [94], описанномавторами Покидько Б.В.

и Игнатовой М.М. Результаты испытаний приведены нарисунке 15.Рисунок 15 Седиментация шунгита (карелита) в воде и в латексе НК«Квалитекс»Как видно из рисунка 15 седиментация крупной фракции шунгита в латексе НК«Квалитекс» происходит с достаточно высокой скоростью (больше 50 %крупнодисперсной фракции переходит в осадок в течение 30 – 40 мин). 72После выдержки в течение 2 суток размеры частиц в композиции «латекс НК шунгит» несколько возрастают и появляется фракция с размерами 1-2 мкм (рис 14),что может свидетельствовать об образовании более крупных агрегатов частицкарелита с глобулами латекса НК.