Диссертация (1091746), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Длялинеаризованных участков изотерм поверхностного давления рассчитанасжимаемость монослоя (К) по формуле, где A – площадь на молекулу, π –поверхностное давление, N – число молекул в монослое, Т – температура.51ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕИскусственные латексы – это водные дисперсии предварительносинтезированных полимеров, которые нельзя получить путем эмульсионнойполимеризации.К ним относятся цис-1,4-полиизопрен, этилен-пропиленовый каучук,стереорегулярныйполибутадиен,бутилкаучук,кремнийорганическиеполимеры т.д.Они нашли свое применение в различных областях промышленности:резинотехнической, легкой, пищевой, строительстве и сельском хозяйстве.Катионные искусственные латексы в России и странах СНГ непроизводятся.Промышленнаяпотребностьвнихудовлетворяетсяисключительно импортом по очень высоким ценам. Это обусловленоотсутствием отечественной сырьевой базы и достаточного ассортиментавыпускаемыхкатионактивныхэмульгаторов.Следуетотметить,чтофундаментальные научные разработки в направлении как синтеза, так имодификации этих латексов также отсутствуют.
Аналогичная ситуациянаблюдается и для анионных латексов.Создание технологии получения искусственных латексов тормозят итехнологические проблемы, обнаруженные при опытно-промышленныхиспытаниях. Это их недостаточная устойчивость, сильное пенообразованиена всех стадиях, деструкция полимера, нестабильная дисперсность частиц идр.Всеэтоподтверждаетактуальностьнаучныхисследований,необходимых для поиска новых научных подходов к получению агрегативноустойчивыхполимерныхсуспензийсвысокимзарядомчастицнаповерхности и высокой концентрацией полимера, обеспечивающих ихвысокие технологические свойства.Анализ научной и патентной литературы показывает, что основнымистадиями получения искусственных латексов являются [2, 4]:52 выбор природы растворителя растворение полимера до получения раствора с определеннойвязкостью и концентрацией сухого вещества эмульгирование раствора полимера в водном растворе ПАВ собразованием устойчивой тонкодисперсной эмульсии отгонка растворителя концентрирование полимерной суспензии до необходимогосухого остаткаИзучение всех стадий получения искусственных латексов представляетсобой самостоятельное исследование, в котором определяются параметрыкаждого из этапов создания полимерной суспензии, характеризующиенеобходимые свойства латекса и в первую очередь устойчивость системы.Первойстадиейполученияискусственноголатексаявляетсяприготовление раствора полимера с невысокой вязкостью и максимальновозможнойконцентрациейполимера.Кнастоящемувременисформулированы требования, предъявляемые к растворителям и к ПАВ,используемым для стабилизации полимерных частиц [16].Растворитель должен иметь низкую растворимость в воде (менее 0,1%),образовывать низковязкие растворы полимеров при достаточно высокойконцентрации.
Кроме того растворитель должен быть дешевым, доступным,по возможности нетоксичным. Таким требованиям отвечают алифатическиеуглеводороды(пентан,гексан,циклогексан),ароматическиегептан),(бензол,нафтеновыетолуол),а(циклопентан,такженекоторыехлорпроизводные (хлороформ, четыреххлористый углерод) углеводороды.Ввыборевзаимодействия,подходящегоβ,растворителяопределяющимпользуютсясовместимостьпараметромкомпонентов,константой Хаггинса, µ, характеризующей их термодинамическое сродство.53иСогласно литературным данным [4], вязкость растворов полимера недолжна превышать 5-10 Па∙с, а концентрация полимера в нем должнасоставлять не менее 10-12% масс.В качестве эмульгаторов используется широкий ряд ПАВ различныхтипов, ионогенные и неионные. Анализ литературных данных не позволяетотдать предпочтение тем или иным типам ПАВ.
Зарубежные фирмы дляполучениялатексов с отрицательным зарядом частиц рекомендуютнатриевые, калиевые и аммониевые соли высших жирных кислот, а такжесоли продуктов сульфирования высших ароматических кислот аминов иамидов, а с положительным - соли жирных аминов, четвертичныхаммониевых солей и пиридиниевых оснований, а также смеси этих ПАВ снеионными эмульгаторами, такими как оксиэтилированные производныеалифатических спиртов и алкилфенолов, блок-сополимеры окиси этилена иокиси пропилена и т.д.Косновнымтребованиям,образование полимернойпредъявляемымсуспензиикПАВ,относятсяс небольшим размером частиц,обеспечение ее агрегативной устойчивости и невысокого пенообразования навсех стадиях получения латекса.3.1.
Получение искусственных латексов с отрицательным зарядом частицИскусственные латексы диен-стирольных термоэластопластовибутилкаучука достаточно подробно описаны в патентной литературе,поэтому исследования были начаты с изучения методологии полученияискусственногоподробнымлатексаисследованиембутадиен-стирольноговлиянияосновныхтермоэластопластапараметровс(природырастворителя, природы и концентрации ПАВ и способа его добавления,способов диспергирования) на каждой стадии их получения на диаметрчастиц, распределение частиц по размерам (РЧР) и устойчивость полученной54полимерной дисперсиис целью нахождения путейповышения ихустойчивости.Известно[55,термодинамическим56],чтопроцессом.Врастворениеполимераявляетсярастворителеполимерыспособныобразовывать как истинные растворы, так и коллоидные системы с различнойдисперсностью частиц.
Исходя из величины термодинамического сродства кполимеру растворители относятся к «хорошим» и «плохим». Первыеотличаются образованием значительных сольватных оболочек вокругмолекулярных клубков, приводящим к увеличению их размеров иограничению свободного вращения звеньев макромолекулы относительнодруг друга. В последних макромолекула находится в состоянии плотногоклубка [57, 58].Главным требованием, предъявляемым к раствору полимера, являетсяего вязкость: она не должна превышать 5—10 Па∙с. Возрастание вязкости нетолько приводит к увеличению затрат энергии на эмульгирование, но и непозволяет получать высокодисперсные полимерные суспензии. С другойстороны, понижение вязкости раствора полимера за счет уменьшения егоконцентрации вызывает увеличение затрат энергии на концентрирование.Таким образом, для получения латекса с высоким содержаниемполимера (его концентрация обычно должна составлять не менее 10-12%) впервую очередь необходимо выбрать растворитель, который отвечал быследующим условиям:-обеспечивал достаточное растворение полимера при его высокойконцентрации в растворе;-не приводил бы к образованию высоковязких растворов.Исследования были начаты с изучения условий получения растворовбутадиен-стирольного термоэластопласта.Для этого были выбраны растворители, у которых величина константыХаггинса системы полимер – растворитель для исследуемого полимера,близка к 0,5, что говорит о высокой степени смешения компонентов.55Приведенным требованиям соответствуют пентан, гексан, циклогексан,хлороформ и четыреххлористый углерод.
На рис. 3.1(1) представленыизотермыдинамическойвязкостирастворовбутадиен-стирольноготермоэластопласта в этих растворителях от его концентрации.Таблица 3.1(1). Значения µ для бутилкаучука, полистирола иполибутадиена в некоторых растворителях.[59]РастворительПолимеризопентанпентанполистиролбутилкаучукполибутадиен----0,50Четыреххлористыйуглерод0,760,530,630,390,420,35--0,630,60-гексан гептанциклогексантолуолбензол0,710,730,400,510,61-0,330,434,5142lg η, мПа*с3,5332,5421,51024681012141618Концентрация полимера, % мас.Рис.3.1(1).Изотермыдинамическойвязкостирастворадиен-стирольного термоэластопласта в различных растворителях (25°С): 1 –гексан, 2 – четыреххлористый углерод, 3 – хлороформ, 4 – циклогексан.56Вязкость растворов полимера в пентане была высокой уже приконцентрации ТЭП менее 5%, раствор терял свою текучесть (растворитель неуказан на графике).Таблица 3.1(2). Зависимость динамической вязкости растворовбутадиен-стирольного термоэластопласта от концентрации полимера, мПа∙с.КонцентрацияциклогексанДСТ, % мас.0,89805301010415358гексанхлороформ0,294580420096000,542687102500четыреххлористыйуглерод0,87026219607430Как видно из данных, приведенных в табл.
3.1(2), вязкость растворовувеличиваетсяврядууглерод<гексан<пентан.циклогексан<хлороформ<четыреххлористыйРастворыполимероввциклогексанеимеютнаименьшую вязкость (динамическая вязкость 15%-ого раствора ДСТсоставляет 258 мПа∙с), а растворы полимеров в гексане – наибольшую(динамическая вязкость 15%-ого раствора ДСТ составляет около 10000мПа∙с).Для бутилкаучука вышеуказанным параметрам отвечают гексан,гептан, циклогексан, четыреххлористый углерод и толуол.
На рис. 3.1(2)представлены изотермы динамической вязкости растворов бутилкаучука вэтих растворителях от его концентрации.Согласно экспериментальным данным, наибольшей вязкостью средивыбранных растворителей обладали растворы БК в четыреххлористомуглероде. Уже при концентрации полимера всего 2% масс.
значение вязкостисоставляло порядка 650 мПа∙с, а при дальнейшем увеличении концентрацииБК раствор терял свою текучесть. Далее этот ряд продолжили (в порядкеуменьшения вязкости растворов БК) циклогексан, толуол и гексан. Из этихрастворителей был выбран циклогексан, несмотря на более высокое значениевязкости раствора полимера в нем (вязкость 10% масс. раствора составляла57порядка 750 мПа∙с). Во-первых, исходя из литературных данных, именноэтот растворитель использовался для получения искусственных латексов наоснове бутилкаучука. [60]3,52133lg η, мПа∙с2,5421,510,50024681012141618Концентрация полимера, % мас.Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
