Диссертация (Получение искусственных латексов с положительным зарядом частиц), страница 14

в расчете на полимер, полимернаясуспензия неустойчива, но при повышении содержания катионного ПАВ ееустойчивость возрастает.Можно думать, что в этом случае в поверхностных слоях частицформируются и структурно-механический и электростатический барьеры,совместное действие которых и позволило получить устойчивые полимерныеэмульсии.101Данные по влиянию концентрации и массового соотношения смеси ПАВна средний диаметр частиц, распределение частиц по размерам, дзетапотенциал и устойчивость полимерных суспензий ДСТ и БК приведены втаблицах 3.3(3) и 3.3(4). Общая концентрация смеси ПАВ составляла 9 или10 масс.

ч. в расчете на полимер в случае ДСТ и БК, соответственно.Таблица3.3(3).Коллоидно-химическиесвойстваискусственныхлатексов на основе бутадиен-стирольного термоэластопласта в зависимостимассового соотношения кремнийорганического и катионного ПАВ (общаяконцентрация ПАВ 9% мас. в расчете на полимер)Массовоесоотношение Dср, нмПАВζКоагулюм,потенциал,%мВПАВ 1ПАВ 2И-851Азол-1291:17960,3794,21-2И-851Азол-1291:24310,42026,7нетПента-91Азол-1291:131040,0036,6≈5Пента-91Азол-1291:24700,12013,1нетPdlБыло показано (рис. 3.3(1)), что при использовании смеси катионногоПАВ, Азола-129, и кремнийорганического - И-851, взятых в массовомсоотношении, равном 1:1, при общей концентрации ПАВ 9 масс.ч.

в расчетена полимер полимерная суспензия содержит две фракции частиц: 99% частицимеют размер около 800 нм, а 1% - 4800 нм. Увеличение доли катионногоПАВ за счет изменения массового соотношения от 1:1 до 1:2 приводит кзначительному сужению РЧР, размеры фракций частиц изменяются до 430 и1320 нм соответственно. При этом значение дзета-потенциала вырастает с +4до +26 мВ.При использовании в качестве кремнийорганического ПАВ Пента-91РЧР латекса имеет унимодальный характер как при массовом соотношении102ПАВ 1:1, так и 1:2. Размер частиц уменьшается от 3260 нм до 460 нм приувеличении концентрации катионного ПАВ и уменьшении доли КО ПАВ всмеси. Также снижается количество коагулюма, выделяемого при отгонкерастворителя, и повышается величина заряда на поверхности частиц от +6,6до +13 мВ.1)2)dср=796нмdср=431нм3)4)dср=461нмdср=3265нмРис.

3.3(1). Числовые распределения частиц искусственного латекса наосновебутадиен-стирольноготермоэластопластапоразмерамприиспользовании в процессе получения смеси ПАВ U-851: Азол-129 всоотношении: 1) 1:1, 2) 1:2; и смеси ПАВ Пента-91: Азол-129 в соотношении3) 1:1, 4) 1:2.Аналогичные результаты наблюдались при получении полимерныхсуспензий бутилкаучука.103Таблицалатексовна3.3(4).основеКоллоидно-химическиебутилкаучукавсвойстваискусственныхзависимостисоотношениякремнийорганических и катионных ПАВПАВ 1ПАВ 2СоотношениеDср,ПАВнмζPdlпотенциал,мВКоагулюм,%И-851Катамин 11:124630,2502,68≈5И-851Катамин 11:21690,18220,1нетПента-91Катамин 11:112410,2255,09≈51)dср=2460нм2)dср=169нм3)dср=1031нмРис.

3.3(2). Числовые распределения частиц искусственного латекса БКпо размерам при использовании в процессе получения смеси ПАВ И-851:Катамин 1 в соотношении: 1) 1:1, 2) 1:2; и смеси ПАВ Пента-91: Катамин 1 всоотношении 3) 1:1.Видно, что при массовом соотношении КОПАВ : катионный ПАВ,равном 1:1, при общей концентрации ПАВ 10 масс.ч. в расчете на полимерсредний размер частиц БК, стабилизированных U-851, составляет 2,5 мкм.При массовом соотношении U-851/Катамин-1, равном 1:2, была полученаболее высокодисперсная дисперсия, средний размер частиц составляет 170нм, а значение дзета-потенциала +20 мВ.

Очевидно, дисперсность в большейстепени определяется количеством катионного ПАВ.Однако при использовании только одного катионного ПАВ, взятого вколичестве 6,5% мас. в расчете на полимер, уже на стадии эмульгирования104система теряла стабильность. При использовании в качестве КОПАВ Пента91 в тех же условиях средний размер частиц составлял более 1 мкм.Полученныерезультатыпозволяютрекомендоватьдляполученияустойчивых искусственных латексов БК смесь КОПАВ, содержащегокарбокси группы, и Катамина 1 при их массовом соотношении, равном 1:2соответственно.Высокаясуспензии,агрегативнаяполученнойкремнийорганическогоустойчивостьвПАВискусственнойприсутствииобъясняетсясмесиполимернойкатионногоформированиемипрочногомежфазного адсорбционного слоя на поверхности полимерных частиц.

[91]Образование электростатического барьера в поверхностном слое частицпроисходит в результате адсорбции катионного ПАВ из водной фазы и изобъема частиц. Структурно-механический барьер стабилизации формируетсяв процессе диффузии кремнийорганического и катионного ПАВ из объемачастиц к поверхности раздела фаз в виде ассоциатов молекул ПАВ типакластерных структур, движущей силой которой является несовместимостьполимера с КО ПАВ.Такоймеханизмформированиямежфазногослояобеспечиваетустойчивость частиц полимерной суспензии и их относительно узкое РЧР впроцессе их образования и отгонки растворителя.Таким образом, КО ПАВ в смеси с катионными ПАВ образуют прочныемежфазные адсорбционные слои на поверхности частиц искусственноголатекса.Приэтомнаибольшуюэффективностьпроявляютсмесикремнийорганических и катионных ПАВ, взятые в массовом соотношении1:2 соответственно.1053.4.

Применение полученных искусственных латексов3.4.1. ПленкиЭластомерные изделия, такие как, например, перчатки, широкоизвестны в промышленности и медицине, благодаря своей способностиобразовывать химический, микробиологический и физический защитныйбарьер между окружающей средой и кожей. Определяющими свойствамитаких изделий являются ощущение комфорта и мягкости, поддержаниетактильной чувствительности и поверхностного статического сопротивления.Антистатические свойства перчаток чрезвычайно важны при работе счувствительнымэлектроннымоборудованием,посколькупозволяютизбежать статических разрядов, которые могут повредить электронныекомпоненты. Изделия из натурального каучука отличаются мягкостью иприятными тактильными свойствами, однако не проявляют хорошейстатической сопротивляемости.

Кроме того, натуральный латекс содержит всвоем составе белок, вызывающий аллергические реакции у определеннойчасти населения. Лишены этих недостатков маканые изделия из латекса. [84]Плёнкообразование из водных дисперсий полимеров имеет рядпреимуществ по сравнению с получением плёнок из растворов: высокаяконцентрация пленкообразующего полимера при низкой вязкости системы;отсутствие растворителя, часто дорогостоящего или токсичного, причемотпадает необходимость его рекуперации; пленкообразование идет приобычных температурах с достаточной скоростью.

[85-90, 96]Всё это упрощает технологический процесс и делает его болееэкономичным.Длярассмотрениявозможностииспользованияполученныхискусственных латексов ДСТ и БК для изготовления пленок были выбранынесколько образцов, полимерные частицы которых были стабилизированыПАВ различной природы и характеризовались отличными друг от другасвойствами(среднимдиаметром,РЧР,106поверхностнымнатяжением),приведенными в таблице 3.4.1(1). Выбранные полимерные дисперсии БКкроме того отличались и степенью очистки: один образец был отмыт намембранной ячейке от остаточного количества ПАВ значительным объемомводы.Высушиванием были получены пленки из искусственных латексов, атакжеизрастворовДСТиБКвциклогексане.Характеристикиневулканизованных пленок приведены в таблице 3.4.1(2).Таблица3.4.1(1).Характеристикииспользуемыхискусственныхлатексов ДСТПолимерДСТБКСреднийдиаметр,нм346,03782PdIζ-потенциал,мВ0,3390,33138,310,2558,80,4439,61114373,30,5910,4775,019,4Катамин 1373,30,47719,4Катамин1/Пента 9112410,2250,5ЛатексСистема ПАВИЛ-1ИЛ-2Азол-129/ЦСАзол-129/ЦСАзол-129/Азол-138Катамин АБКатамин 1ИЛ-3ИЛ-4БК-1ОтмытыйБК-1БК-2Как видно из данных таблицы 3.4.1(2) наибольшее сопротивлениеразрыву наблюдается у пленок, полученных из раствора ДСТ.

Далее следуетлатекс, полученный с использованием системы ПАВ Азол-129/ЦС, имеющийсредний диаметр частиц порядка 3 мкм и узкое РЧР. Стоит заметить, чтоотносительное удлинение пленки этого образца было наибольшим, и большечем у пленок, полученных из раствора (1230% и 1025%, соответственно).Следующим можно выделить образец, полученный с применением той жесистемы ПАВ, однако имеющий на порядок меньший средний диаметрчастиц.

Искусственный латекс ИЛ-1 представляет собой высокоустойчивуюполимерную дисперсию. Пленки из этого латекса характеризовались107сопротивлением разрыву порядка 150 кг/см2 и относительным удлинениемчуть более 1000%.Таблица 3.4.1(2). Физико-механические свойства полученных плёнокДСТ и БКПолимерДСТБКОбразецИз раствораИз латексаИЛ-1Из латексаИЛ-2Из латексаИЛ-3Из латексаИЛ-4Из раствораБК-1ОчищенныйБК-1БК-2Ϭ,сопротивлениеразрыву, кг/см2189,97Ɛотн,относительноеудлинение, %1025Ɛост,остаточноеудлинение, %25,0150,96106123,6174,58123025,5123,9792623,6145,7374921,06,86,3450042004204206,5410037013,95170050Пленки из латексов, частицы которых были стабилизированы смесьюАзол-129/Азол-138, имеющие диаметр частиц около 0,5 мкм и достаточноширокое РЧР, характеризовались относительным удлинением чуть менее1000% и наименьшим сопротивлением разрыву, составляющим 124 кг/см2.Наименьшее относительное удлинение имели пленки латекса ИЛ-4,полученного с применением Катамина АБ.

Оно составило 750%,асопротивление разрыву было около 146 кг/см2.Пленки, полученные из раствора БК, как и в случае с ДСТ, показалинаиболее высокие значения параметров относительного удлинения исопротивления разрыву, по сравнению с пленками, полученными из латексовБК, стабилизированных Катамином АБ. Сопротивление разрыву для108растворных пленок составило 6,8 кг/см2, а относительное удлинение –4500%. Пленки из латекса, очищенного от остаточного ПАВ, содержащегосяв водной фазе обладали чуть большей прочностью и меньшей эластичностьюпо сравнению с пленками из неочищенного латекса.

Относительноеудлинение составило 4100% и 4200% соответственно, а максимальноенапряжение на разрыв 6,5 и 6,3 кг/см2 соответственно. Можко сказать, чтопленки,полученныеизраствораиискуственныхлатексовБК,стабилизированных КПАВ, имеют сопоставимые физико-механическиесвойства.Совершенно иная картина наблюдается в случае использования латексаБК, полученного с применением смеси КОПАВ и КПАВ. Пленки на основеэтих латексов имели более чем в два раза большее сопротивление разрыву,порядка 14 кг/см2, и в два раза меньшее относительное удлинение, порядка1700%.

При этом остаточное удлинение уменьшилось более, чем в 8 раз исоставило 50%. По-видимому, это объясняется высокой прочностьюмежфазногоадсорбционногослоянаповерхностичастиц,стабилизированных КО ПАВ.Из полученных экспериментальных данных можно сделать вывод, чтоискусственные латексы ДСТ и БК, стабилизированные КПАВ, могутприменяться для получения маканых изделий, изготавливаемых методомпрямого макания.3.4.2. Модификация битумных эмульсийПолимермодифицированнаядорожнаябитумнаяэмульсия–этобитумная эмульсия, имеющая в своем составе полимер в виде латекса илимодифицирующей добавки к битуму в количестве, необходимом дляулучшения свойств остаточного вяжущего.К этим свойствам относятся: термическая стабильность109 адгезионные свойства (с каменными материалами) трещиностойкость долговечностьИспользование данной технологии позволяет уменьшить расход битумана 10-20% и улучшить производительность процесса при высокой и низкойтемпературе.