Диссертация (1091746), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Согласноэтим требованиям растворитель должен: иметь низкую растворимость в воде (менее 0,1%), температуру кипения ниже 100оС при атмосферном давлении, образовывать низковязкие растворы полимера при достаточновысокой концентрации.Кроме того, растворитель должен быть: дешевым, доступным, по возможности нетоксичным.Такимтребованиямтребованиямотвечаюталифатическиеуглеводороды (пентан, гексан, гептан, амилены), нафтеновые (циклогексан,циклопентан), ароматические углеводороды (бензол, толуол), а такженекоторыехлорпроизводные(хлористыйэтил,хлороформ,четыреххлористый углерод) [4].Для оценки совместимости каучуков с растворителем пользуютсяконстантой Хаггинса, µ, характеризующей термодинамическое сродствокомпонентов [5]. Оптимальным значением µ для системы полимер –растворитель является величина, близкая к 0,5, при этом обеспечивается14средняя вязкость растворов полимера (вязкость углеводородной фазы лежитв пределах от 1,0 до 20000 мПа·с) и достаточное растворение полимера.Чаще всего концентрация полимера обуславливается вязкостью егорастворов и лежит в интервале 10-15% масс.Кроме того, снизить вязкость органической фазы можно путемвведения в растворы полимера полярных добавок, таких как низшиеалифатические спирты, жирные кислоты, минеральные масла.
Их количествотакже обуславливается соотношением констант Хаггинса систем полимер –растворитель и полимер – полярное вещество.Эмульгированиераствораполимеравводнойфазеявляетсяопределяющей стадией получения искусственных латексов, так как откачества эмульсии зависит ее устойчивость и пенообразование на стадииотгонки растворителя.При получении эмульсии используются различные ПАВ:- ионогенные:- анионные: натриевые, калиевые или аммониевые соли высшихжирных и ненасыщенных карбоновых кислот, алифатических оксикислот,нафтеновых и алкилароматических кислот, а также соли продуктовсульфирования высших алифатических спиртов, аминов, амидов;- катионные: соли жирных аминов, четвертичных аммониевых солей,пиридиниевых оснований.- неионные: оксиэтилированные производные алифатических спиртов иалкилфенолов, блок-сополимеры окиси этилена и окиси пропилена, эфирыфосфорной кислоты с высшими спиртами и др.Крометого,используютсясмесивышеперечисленныхПАВ.Например, желательным является присутствие двух эмульгаторов, один изкоторых растворим в углеводородах, например, нефтяные сульфонатыщелочных металлов, содержащие от 20 до 21 атомов углерода, а другойрастворим в воде, например, щелочнометаллические сульфаты производныхвысших спиртов) [6].15В [7] было показано, что для стабилизации эмульсии в смеси могутприсутствовать три вида ПАВ, а именно: катионный эмульгатор (JQT),неионогенный эмульгатор (ОП-10) и анионный эмульгатор (калиевое мылодиспропорционированной канифоли), взятые в массовом соотношении 3:1:1.Утверждается,чтоданнаясмесьпозволяетполучатьустойчивыевысокодисперсные эмульсии.Кроме того, в качестве ПАВ могут выступать углеводородныеамфифильные полимеры, например, поливинилпирролидон, поли(этиленоксид-со-пропилен оксид) в присутствии диспергирующих добавок, такихкак сложные эфиры сорбита, полисорбаты, стеараты, сложные эфирыполиоксиэтилена,дигитоксин,алкил-глюкопираноизиды,каприловаякислота, холевая кислота, таурохолевая кислота, деоксихолевая кислота и ихсоли, соли лаурилсульфата натрия, цетилпиридиний хлориды [8].Примерная рецептура получения искусственного латекса, согласнолитературным данным, представлена в табл.
1.1(1).Таблица 1.1(1). Примерная рецептура получения искусственноголатексаКонцентрация полимера в растворе10-20% мас.Концентрация ПАВ в расчете на полимер1-10 масс. ч. на 100 масс. ч.Соотношение углеводородной и водной фаз1,5-3 : 1 по массеНа стабильность эмульсии немаловажное влияние оказывает способ ееприготовления: продолжительность и интенсивность диспергирования,порядок введения компонентов, температура [9].Чаще всего эмульсии получают в две стадии: получение грубой эмульсии с диаметром капель 20—100 мкмсчитается, что в этом случае не происходит локальногоперемешивания одной из фаз без диспергирования в другой,снижается механо-химическая деструкция полимера); получение тонкой эмульсии с диаметром капель 0,8—1 мкм.16К оборудованию, используемому для получения высокодисперсныхсуспензий относятся коллоидные мельницы, гомогенизаторы различногопринципа действия, высокоскоростные турбинные и пропеллерные мешалки,микрофлюидайзеры и т.д.
При этом в патентной литературе отмечается, чтократность циркуляции обрабатываемой эмульсии должна иметь значение,близкое к 20, мощность сдвиговых усилий - варьироваться от 1×103 до1×108 Вт/см3, а окружные скорости вращения ротора при использовании,например, гомогенизаторов роторно-статорного типа, - изменяться впределах от 8 до 16 м/с при первичной обработке эмульсии и от 16 до 35 м/спри повторной обработке [10, 11, 12].Для снижения содержания ПАВ без потери устойчивости конечнойэмульсии раствор полимера можно порционно диспергировать в одном и томже количестве водного раствора эмульгатора до концентрации полимера вдисперсии 40% масс.
и концентрации эмульгатора 5 масс.ч. на полимер счастичным или полным удалением растворителя после каждого вводараствора полимера.Существенноевлияниенапроцессэмульгированияоказываетпопадание воздуха в систему при интенсивном перемешивании компонентов.Это приводит к тому, что часть ПАВ уходит на образование устойчивой пенына поверхности эмульсии, в результате чего концентрация его в системеуменьшается, а дисперсность и стабильность эмульсии снижается.Что касается температуры, при которой стоит вести эмульгирование, тоее величина обычно находится в пределах 30-50оС. (При меньшей высокавязкость системы и затруднено эмульгирование, при большей – великавероятность десорбции ПАВ с поверхности частиц).Длянекоторыхполимеров,например,бутилкаучука,возможнокриогенное дробление сухим холодом (или твердыми кристаллами воды, илижидким азотом) с получением мелкодисперсного порошка искусственноголатекса, что не требует использования ПАВ.
Температура растираниясоответствует температуре плавления абразива (около 0оС). Особенно этот17метод подходит для полистирола, полиакрилатов, перекрестносшитыхполистиролов. [14]Впроцесседиспергированияможетнаблюдатьсякоагуляцияполимерной суспензии. На интенсивность этого процесса может влиятьизменение температуры, природы органического растворителя, градиентсдвиговой деформации. [13]Технически наиболее сложной стадией процесса является отгонкарастворителясодержащегосяизэмульсии,в воднойпосколькуэмульсииконцентрациюрастворителя,раствора полимера, необходимоуменьшить с 60% масс.
до 0,2% масс, что обусловлено значительнымитепловыми и механическими воздействиями.На стадии удаления растворителя происходит его диффузия черезадсорбционныйслойПАВ,размерчастицполимернойсуспензииуменьшается более чем в 8-10 раз, ПАВ десорбируется с поверхности частицв воду, в результате чего водная фаза насыщается эмульгатором и идетактивное пенообразование, затрудняющее и усложняющее процесс, и частьполимера, на содержащая на поверхности необходимое количество ПАВ дляобеспечения устойчивости, переходит в коагулюм.Таким образом, можно выделить две основные проблемы стадииотгонки растворителя: пенообразование и коагуляцию.Считают, что на процесс коагуляции влияет дисперсность исходнойполимерной суспензии. Если в ней присутствуют крупные части полимера,размером в 5 мкм и более, то в процессе отгонки растворителя они могутстать либо частицами коагулюма, либо зародышами образования еще болеекрупных его частиц и их последующей коагуляции.
Далее, присутствиепаровых пузырей приводит к десорбции ПАВ с поверхности частиц в объемлатекса, приводя к снижению адсорбционной насыщенности поверхностногослоя частиц и их дальнейшей коагуляции. [15]18Предотвратить коагуляцию в данных условиях можно лишь строгимконтролем дисперсного состава полимерной суспензии и скорости процессаотгонки, при которой пенообразование не будет значительным.Пенообразование при отгонке растворителя обусловлено несколькимифакторами:- значительным количеством эмульгатора в системе (10 масс.
ч. на 100масс. ч. полимера против 4 — 6 масс. ч. у синтетических латексов);- большим размером частиц латекса (400—600 нм по сравнению с 100— 250 нм у синтетических латексов), т.е. меньшей межфазной площадьюповерхности и ее сорбционной емкости;- уменьшением площади поверхности раздела из-за уменьшенияобъемадисперснойфазыиувеличениемколичествасвободногонесорбированного ПАВ в водной фазе.Понизить пенообразование можно несколькими путями: выбирая ПАВс меньшими поверхностно-активными свойствами, а значит и с меньшейпенообразующей способностью, и путем введения пеногасителей различнойприроды.Таблица 1.1(2). Пенообразующая способность ПАВ, использованныхдля стабилизации полимерной суспензии.Объем пены, см3Время от началавспенивания, мин Олеат калияКалий канифольноеНатрий канифольноемыломыло05007512555025100105001080204800603046002560430009000019Данные о пенообразующей способности ПАВ различного строенияпредставлены в табл.1, по данным работы [16].Видно, что наименьший объем пены образуется в присутствии ККМ.Использование полярных добавок подавляет вспениваемость эмульсийприихдегазации,аиспользованиепеногасителейпрепятствуетвозникновению пены.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
