ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НИТЕЙ ИЗ ЛАТЕКСА

Латексы и их свойства

Латексы представляют собой типичный пример коллоидного состояния высокополимеров, их водную дисперсию. Различают латексы натуральные, синтетические и искусственные. Натуральные латексы представляют собой консервированный и концентрированный сок бразильской гевеи. Синтетические латексы - продукты эмульсионной полимеризации и сополимеризации различных виниловых и диеновых соединений. К ним относятся латексы полимеров и сополимеров бутадиена, изопрена, хлоропрена, пиперилена, стирола, акрилонитрила и ряда других мономеров в самых различных комбинациях и соотношениях. Искусственные латексы, получившие широкое распространение, начиная с 50-х годов XX века изготавливают механическим диспергированием растворов полимеров с последующей отгонкой растворителя. К ним относятся стереорегулярные каучуки, полисилоксаны, полимеры и сополимеры изобутилена и др.

Несмотря на различную природу вышеперечисленных латексов, все они представляют коллоидную систему, если в качестве критерия принимать величину частиц дисперсной фазы. Натуральный латекс имеет размеры частиц примерно 0,05... 1,0 мкм, таковы приблизительно размеры частиц типичных и искусственных латексов.

Синтетические латексы отличаются от искусственных наличием более разреженных адсорбционных оболочек частиц высокополимера.

Частицы латексов, как правило, имеют сферическую форму или близкую к ней. Может иметь место в устойчивых латексах образование вторичных частиц, т.е. агрегированных, но не слившихся первичных частиц (глобул).

Характер распределения частиц и их величина являются важнейшими коллоидно-химическими параметрами латексов. Обычно в латексах наблюдаются частицы разного размера, т.е. латекс в этом случае характеризуется кривыми распределения частиц по размерам. Это распределение в большинстве случаев носит асимметрический характер и может быть би- и тримодального вида. Эти параметры тесным образом связаны с вязкостью, пропитывающей способностью, скоростью сушки, прочностью и усадкой латексных изделий.

Частицы латекса как часть коллоидной системы несут электрический заряд. Заряжены они отрицательно и при пропускании постоянного электрического тока через латекс подвигаются к положительному электроду. Это явление носит название электрофореза.

В настоящее время считается, что латексная частица в основе своей состоит из плотной, несколько эластичной наружной оболочки, внутри которой находится жидкое, вязкое вещество. Сверху оболочка покрыта защитным слоем, состоящим из протеина, мыла и других защитных материалов.

Содержание сухого вещества в латексе колеблется в пределах 30.. .45%, для центрифугированного латекса - 60% и концентрированного - до 75%. Удельный вес латекса зависит от концентраций в нем каучука и лежит в пределах 9500...9800 н/м3. Одним из важнейших свойств латекса является вязкость. Как отмечается многими исследователями [33], вязкость латексов не подчиняется закону Ньютона. Несмотря на то, что вязкость играет огромную роль в технологических процессах до настоящего времени теория этого вопроса полностью не разработана.

Свежий латекс [54] показывает реакцию, которая колеблется от нейтральной (pH = 5,8). При нормальном количестве аммиака в центрифугированном концентрате его pH = 10... 10,5.

Центральное место в теории коллоидной химии латексов и практического их использования занимает вопрос коагуляции. Знание закономерностей коагуляции позволяет выявить причины устойчивости латексов, а также определение оптимальных путей выделения каучука из латекса в процессе его переработки. Получение различных резинотехнических изделий из латексов связано в первую очередь с коагуляцией.

Агрегативная устойчивость латексов достигается за счет образования энергетического барьера, который препятствует сближению глобул до величин, вызывающих коагуляцию. Этот барьер определяется величиной и характером адсорбционного слоя на поверхности частиц, который состоит из молекул поверхностно-активных веществ (ПАВ) или каких-то других эмульгаторов. В свою очередь эмульгаторы могут быть ионогенными, неионогенными, водорастворимыми полимерами или функциональными группами в макромолекулах самой дисперсной фазы. С точки зрения практического использования латексов в процессе их переработки очень важно знать и разграничивать природу потенциального барьера для того, чтобы наилучшим образом выбрать вид воздействия для астабили-зации (коагуляции) латекса. Основными видами или методами коагуляции латексов являются: нагревание, введение электролита, механические воздействия, замораживание-оттаивание. В настоящее время пока еще нет достаточно строгой количественной теории коагуляции латексов из-за сложности и разнохарактерности явлений, наблюдаемых при их астабили-зации различными методами. Для простых коллоидных систем наиболее глубоко разработана теория Дерягина-Ландау-Вервея-Овербека (ДЛВО). Основу этой теории составляет рассмотрение взаимодействия двух частиц, разделенных слоем раствора электролита. При этом энергия их взаимодействия представляется алгебраической суммой энергий их притяже ния (лондоновская сила) и отталкивания (электростатическая сила). Эта теория подвержена критике в работах [25, 27], так как не учитывает целого ряда факторов, действующих реально при коагуляции.

Впервые наиболее подробно было проведено исследование устойчивости латексов к различным воздействиям А. В. Лебедевым с сотрудниками [2, 4] в зависимости от рецептуры полимеризации и ряда других факторов. В результате этих работ было сделано заключение о сложной структуре потенциального барьера и о своеобразии механизмов коагуляции под влиянием разных воздействий. Рассмотрим имеющиеся литературные источники по объяснению механизмов коагуляции латекса вышеперечисленными методами.

Нагревание латекса. Астабилизация латексов под воздействием высоких температур происходит в тех случаях, когда защитные агенты характеризуются малыми теплотами гидратации. Особенно заметно тепловое воздействие оказывает ПАВ. Как показано в работах [32, 34] можно считать, что механизм астабилизации латексов при нагревании происходит в результате дегидратации межфазных слоев. В случае свободного испарения влаги с поверхности латекса механизм коагуляции усложняется [35, 42, 56, 64, 71, 74, 75]. Авторы предлагают следующее объяснение подобной коагуляции. Вначале при испарении влаги повышается концентрация глобул полимера в поверхностном слое из-за малого коэффициента диффузии их в водной фазе (около 10 9см2/с) до состояния псевдо-плотной упаковки, структура которой допускает восходящий пропуск влаги. По мере увеличения этого слоя все больше возрастает его сопротивление переносу влаги до тех пор, пока перенос влаги не станет носить чисто диффузионный характер. При таком влагопереносе происходит резкое обезвоживание поверхностного слоя с образованием плотной пленки коагулюма.

В работе [48] предпринята попытка количественного описания энергии взаимодействия частиц в зависимости от расстояния между ними. Однако теоретические расчеты по предложенным уравнениям очень сильно отличаются от экспериментальных данных. Поэтому полученная зависимость требует значительной корректировки. Как следует из проанализированных источников, в настоящее время имеются данные только количественного описания влияния повышенных температур на коагуляцию латексов и отсутствуют даже простые математические соотношения.

Введение электролитов. Агрегативная устойчивость ионогенных дисперсных систем зависит от состава дисперсионной среды и может быть резко снижена путем введения электролитов [14, 45, 48, 62, 72, 73, 77]. Однако до настоящего времени количественные данные о коагуляции латекса электролитами являются довольно незначительными. Указывается, что ионогенные латексы подчиняются правилу Шульце-Гарди, которое устанавливает зависимость коагулирующей силы иона от его валентности.

В работе [62] рассматривается коагуляция латексов солями кальция и цинка (двухвалентными катионами), и указывается, что количество кальция, необратимо связываемого с 1 г коагулюма (кальциевое число), не зависит от концентрации электролита и от концентрации латекса. Авторы принимают кальциевое число за меру устойчивости латекса к коагулирующему действию электролитов. По их мнению при коагуляции происходит сжатие диффузных ионных атмосфер и превращение эмульгаторов в не растворимые в воде вещества. Здесь же отмечается, что устойчивость латексов нельзя объяснить лишь электростатическим фактором стабилизации.

Механические воздействия. При изготовлении различных резиновых изделий из латекса приходится оказывать на него различное механическое воздействие, подвергать механическому перемешиванию, транспортированию и переработке. Поэтому очень важным вопросом является устойчивость латексов к этим воздействиям.

Как указано в ряде работ [1, 49, 50, 51, 58, 70] до сих пор иет не только количественной теории, ио и единого взгляда на физическую сущность главных факторов, определяющих поведение коллоидных систем типа латексов под влиянием интенсивных напряжений сдвига.

С точки зрения гидродинамики [38, 52] механическая коагуляция дисперсий рассматривается как увеличение вероятности столкновения частиц при турбулентном режиме по сравнению с ламинарным. Однако такой подход противоречит опытным данным, когда латексы, устойчивые при длительном хранении, все-таки коагулируют при механическом перемешивании в ламинарном режиме.

В работе [70], посвященной латексам, показано, что при механических воздействиях частицам придается дополнительная энергия, которая и повышает эффективность их соударений. Дополнительные столкновения возможны лишь за счет разных скоростей движения частиц в соседних слоях, причем столкнуться могут только те частицы, траектории движения которых удалены друг от друга не больше, чем на величину их среднего диаметра (при условии монодисперсности).

Проводились исследования [1] механической коагуляции латексов в зазоре между коаксиальными цилиндрами при быстром вращении одного из них. Эксперименты по механической коагуляции дали сложную картину зависимости скорости коагуляции от интенсивности механического воздействия. На кривых имеется излом, который характеризует переход от медленной коагуляции к быстрой, т.е. показывает наличие пороговых явлений, аналогичных коагуляции электролитами. На скорость механической коагуляции влияет и размер частиц, причем увеличение их размера приводит к ускорению механической коагуляции. Рассматривая механическую коагуляцию, А. В. Лебедев выдвинул гипотезу, что коагуляция происходит за счет предварительного частичного механического отрыва слоев от поверхности глобул, вращающихся относительно друг друга со сравнительно высокими скоростями.

Воюцкий С. С. еще ранее предвидел возможность астабилизации латекса в сдвиговом поле по десорбционному механизму, т.е. за счет уменьшения толщины гидрационных слоев. В работе [33] делается вывод о том, что к настоящему времени не существует единственного взгляда на природу коагуляции латексов.

Замораживание-оггаивание. При замораживании латексов происходит их коагуляция. Механизм протекания этого процесса носит чисто предположительный, без количественного описания параметров процесса. Коагуляция замораживанием имеет практическое применение только для целей хранения и транспортирования. В нашей стране нет применения указанного способа для изготовления резиновых изделий.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >