ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ ЛАТЕКСОВ.
Технология синтетических каучуков.
Башкатов Т.В., Жигалин Я.Л.
1980 г. 336 стр. 18 табл. 88 рис.
Учебник предназначен для учащихся химико-технологических средних специальных учебных заведений.
Рассмотрены основы химии и технологии получения мономеров, синтетических каучуков и латексов, а также используемое оборудование. Приведены свойства и области применения синтетических каучуков и латексов. Много внимания уделено контролю и автоматизации основных процессов производства, а также вопросам техники безопасности и охраны труда.
Может быть полезен инженерно-техническим работникам отраслей промышленности, занимающимся производством и переработкой синтетических каучуков и латексов.
Из книги:
ЛАТЕКСЫ.
Латексы по способу получения делятся на натуральные, синтетические и искусственные.
Натуральный латекс получают главным образом из млечного сока каучука тропического растения - бразильской гевеи. Латекс представляет собой полную дисперсию каучука, содержание которого колеблется в пределах 33-37%. Каучук в латексе находится в виде мельчайших частиц шарообразной или грушевидной формы, обычно называемых глобулами. Размер глобул не одинаков, поэтому натуральный латекс принадлежит к полидисперсным системам.
Синтетические латексы представляют собой продукт эмульсионной полимеризации мономеров. Вследствие своей доступности они нашли самое широкое.
|
|
|
Искусственные латексы изготавливают из твердых полимеров или их растворов в органических растворителях. К ним относятся латексы 1,4-цис-полиизопрена, силоксановых и других неэмульсионных каучуков.
Из латекса получают материалы и изделия, которые невозможно изготовить непосредственно из высокополимерных веществ в твердом виде. Замена каучука латексом уменьшает капиталовложения и энергетические затраты, облегчает условия труда, так как смешение каучука с ингредиентами происходит на энергоемком и тяжелом оборудовании, тогда как в латексы ингредиенты вводят в виде водных дисперсий и растворов.
Годовое потребление всех латексов составляет около 500 тыс. т, причем примерно 65% из них - синтетические латексы.
СИНТЕТИЧЕСКИЕ ЛАТЕКСЫ.
Производство первого промышленного синтетического латекса - хлоропренового - было начато в 1936 г. Затем были разработаны и внедрены бутадиеновый, бутадиен-стирольный, бутадиен-винилиденхлоридный, бутадиен-нитрильный и другие латексы.
В настоящее время промышленность СК вырабатывает широкий ассортимент синтетических латексов, а объем их производства составляет 5% объема производства синтетических каучуков.
|
|
|
Производство синтетических латексов быстро развивается и за рубежом, даже в таких странах, где отсутствует собственное производство СК (Швеция, Финляндия). Из социалистических стран кроме СССР производства синтетических латексов имеются в Болгарии, ГДР, Польше, Румынии и Чехословакии.
Основными синтетическими латексами в настоящее время являются бутадиен-стирольные, которые, включая модифицированные, составляют около 80% общего выпуска синтетических латексов. Кроме того, выпускаются латексы бутадиеновые, нитрильные, хлоропреновые, карбоксилатные, метилвинилпиридиновые.
СВОЙСТВА СИНТЕТИЧЕСКИХ ЛАТЕКСОВ.
Синтетические латексы представляют собой коллоидные многокомпонентные системы, состоящие из полимера, стабилизатора (эмульгатора), электролитов и других компонентов. В состав латекса входят частицы каучука (дисперсная фаза) и сыворотка (дисперсионная среда).
Синтетические латексы по ряду свойств сближаются с натуральным латексом. Это сходство объясняется тем, что как натуральный, так и синтетические латексы стабилизованы поверхностно-активными веществами. В натуральных латексах стабилизаторами являются протеины, а в синтетических - поверхностно-активные вещества.
|
|
|
Главной характеристикой всякой коллоидной многокомпонентной системы является степень дисперсности. Все синтетические латексы относятся к полидисперсным системам, размер частиц которых колеблется от сотых долей до нескольких микрометров.
Синтетические латексы представляют собой более высокодисперсные системы, чем натуральный латекс. Частицы синтетических латексов меньше и более однородны по размерам, чем частицы натурального латекса (0,05 мкм в синтетических латексах, 0,15 - 14 мкм в натуральном). Благодаря высокой дисперсности синтетические латексы обладают рядом преимуществ по сравнению с натуральным латексом. К ним относятся: большая устойчивость синтетических латексов, лучшая диффузионная способность и т. д.
Исследованиями последнего времени показано, что устойчивость концентрированных дисперсий, т. е. суспензий или эмульсий с высоким содержанием дисперсной фазы, к которым принадлежат синтетические латексы, обусловлена наличием на поверхности частиц каучука абсорбционных пленок стабилизатора (эмульгатора), являющихся упруго-пластично-вязкими структурированными образованиями.
Частички всех синтетических латексов несут отрицательный заряд, потенциал которого обычно колеблется в пределах 40-90 мВ. Устранение заряда с частиц латекса введением электролитов вызывает их коагуляцию с образованием крупных флокул.
|
|
|
Заряд частицы латексов удерживается благодаря абсорбированному на их поверхности стабилизатору (эмульгатору). В настоящее время разработана рецептура полимеризации, которая позволяет получать латексы с частицами заданной величины. От размера частиц латекса зависят многие их свойства. Характерным свойством синтетических латексов является их меньшая подверженность самопроизвольному расслаиванию, или сливкоотделению, по сравнению с натуральным латексом. Для концентрирования таких латексов применяют особые приемы.
Вязкость, или коэффициент внутреннего трения, является одним из наиболее важных свойств коллоидной системы. Вязкость синтетических латексов зависит от их концентрации, температуры, наличия электролита и др. С увеличением концентрации латекса вязкость его возрастает, причем для каждого вида латекса имеется своя критическая концентрация пастообразования.
Современные знания в области синтетических латексов еще не позволяют найти общую теоретическую формулу для зависимости изменения вязкости латексов с изменением их концентрации. Это связано с тем, что латекс является весьма сложной системой.
Синтетические латексы обладают достаточно высокой химической устойчивостью, что обеспечивает возможность практического их применения.
Латекс может коагулироваться при механических и температурных воздействиях, при разведении, при введении в него электролитов, инертных наполнителей и т. д.
Устойчивость латексов к механическим воздействиям представляет интерес не только для характеристики коллоидного состояния системы, но является весьма важным технологическим показателем.
Если в синтетическом латексе содержание эмульгатора повышено, то полученные из него пленки высыхают медленнее, чем из натурального латекса, и характеризуются большим водопоглощением.
Установлено, что свойства дисперсной фазы синтетических латексов почти не влияют на свойства латексов. Это объясняется тем, что у каждой частицы каучука имеется достаточно плотный адсорбционный слой. Влияние дисперсной фазы сказывается лишь при очень глубоких изменениях, которые ведут к разрушению латекса. К таким изменениям относятся коагуляция, высыхание при пленкообразовании и др. Только в этом случае свойства коагулянта и физико-химическая характеристика полученных пленок определяются природой полимера, который содержится в латексе.
На свойства синтетических латексов большое влияние оказывают состав и свойства дисперсионной среды, главным образом природа эмульгатора или стабилизатора и чистота исходных мономеров. В производстве латекса используется более широкий ассортимент эмульгаторов, чем для каучуков эмульсионной полимеризации. В большинстве случаев применяются анионоактивные эмульгаторы - соли жирных кислот, абиетиновой кислоты, сульфокислот и др.
ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ ЛАТЕКСОВ.
Производство синтетических латексов - это многостадийный процесс, который включает: приготовление мономеров, водной фазы и растворов регулятора, эмульсионную полимеризацию, отгонку незаполимеризовавшихся мономеров и введение антиоксидантов. Кроме того, часто бывают необходимы такие операции, как агломерация частиц и концентрирование латекса. Поэтому технология получения синтетических латексов во многом аналогична технологии получения многотоннажных синтетических каучуков эмульсионной полимеризации.
При синтезе латексов соотношение фаз изменяется в более широких пределах, чем при получении эмульсионных каучуков: от 100:60 до 100-200.
Поскольку при изготовлении изделий из латексов требования к технологическим свойствам полимеров ниже, чем в производстве каучуков, то полимеризацию проводят до более глубоких стадий (с доведением конверсии до 98-100%). Несмотря на то, что полимеризация сопровождается процессами разветвления и сшивки непредельных полимеров, этот прием позволяет в ряде случаев исключить из производственного цикла регенерацию непрореагировавших мономеров и концентрирование латексов.
Продолжительность процесса полимеризации в производстве латексов меняется в более широких пределах, чем в производстве эмульсионных каучуков. Так, при получении латексов глубокой полимеризации продолжительность синтеза достигает 30-40 ч.
Вследствие малой скорости полимеризации, большого разнообразия типов латекса и относительно малых количеств каждого типа технологическое оформление процесса полимеризации в виде непрерывной схемы оказалось во многих случаях нецелесообразным. Поэтому процесс полимеризации в большинстве случаев осуществляется периодическим способом в автоклавах емкостью 12 м3. Температура полимеризации при получении латексов близка к температуре синтеза соответствующих каучуков (5-8 и 30-50 °С).
Использование низкотемпературной полимеризации не только повышает показатели физико-механических свойств изделий и полупродуктов, но и уменьшает неприятный запах латексов за счет снижения содержания олигомеров.
Режим синтеза латексов сказывается на молекулярно-массовом распределении, структуре полимера и размере частиц. В производстве латексов часто используют добавки, улучшающие те или иные свойства латексов.
Основной трудностью при отгонке, особенно при использовании противоточной схемы, является пенообразование, поэтому обычно вводят специальный пеногаситель.
Концентрирование латекса является дополнительной технологической операцией в производстве товарных латексов многих типов. Получение концентрированных латексов необходимо не только для сокращения транспортных расходов, но и для улучшения показателей физико-механических свойств получаемых изделий.
В большей части процессов переработки синтетические латексы могут применяться с концентрацией, с которой они обычно получаются на заводе СК (т. е. около 30%). Иногда латексы подлежат даже разбавлению. В этих случаях концентрирование латексов производят в целях сокращения транспортных издержек.
Однако для изготовления изделий и полуфабрикатов такими способами, как шпредингование, желатинизация, вспенивание, клейка, латексы с низкой концентрацией непригодны, и требуется применение концентрированных латексов с содержанием сухого остатка 55-60%.
Синтетические латексы с высоким содержанием сухого остатка можно получать путем специального концентрирования латексов с обычным содержанием сухого остатка или же непосредственно в процессе полимеризации.
В настоящее время концентрирование латексов производится двумя методами: сливкоотделением и упариванием. В качестве сливкоотделяющих агентов применяют как естественные продукты (альгинаты и др.), так и синтетические (полиакрилат натрия, поливиниловый спирт и его эфиры, полиакриламид). Преимуществами сливкоотделения является простота оборудования и отсутствие энергетических затрат, недостатком - наличие больших количеств разбавленного серума. В связи с этим такой процесс применяется довольно ограничено (например, латекс СКД-1М). За рубежом этот процесс используют для концентрирования хлоропреновых латексов.
Упаривание в промышленности СК является основным методом концентрирования латексов. К преимуществам способа относятся: высокая производительность оборудования и отгонка незаполимеризовавшихся мономеров с водяным паром. Недостатком метода являются интенсивное ценообразование, а также образование коагулюма в результате механического и термического воздействия на латекс.
В промышленной практике используются два варианта аппаратурного оформления процесса концентрирования: турбулентно-пленочные испарители типа “Лува” и емкости с выносным теплообменником.
Принцип действия турбулентно-пленочных испарителей состоит в испарении влаги из слоя латекса толщиной около 3 мм, создаваемого на стенках лопастями ротора (n = 200 об/мин). Благодаря интенсивному перемешиванию слоя латекса увеличивается теплоотдача через стенку аппарата. Оборудование обладает высокой производительностью, выход конденсата из одного аппарата достигает до 1500 кг/ч.
При концентрировании упариванием в емкостях с выносным теплообменником латекс подается насосом через фильтр в теплообменник, где подогревается до 35-40 °С. Паролатексная смесь поступает в систему конденсации. Испарение влаги из латекса ведется при остаточном давлении 5,3 кПа.
Латекс натуральный
ЛАТЕКС НАТУРАЛЬНЫЙ (от лат. latex - жидкость, сок), млечный сок каучуконосных растений. Плантации гевеи бразильской (Hevea brasiliensis)-главный пром источник Л. н., представляющего собой водную коллоидную дисперсию глобул каучука натурального диаметром 20-2000 нм.
Из латексов получают многие материалы, изготовление которых непосредственно из каучука вообще невозможно или крайне затруднительно (пенорезина, водоразбавляемые краски, искусственные кожи, адгезивы и др.). Поэтому еще до второй мировой войны латекс натурального каучука заменил каучук при изготовлении ряда изделий, несмотря на недостаточную разработанность технологии его использования (и более высокую стоимость каучука в латексе). Появление синтетических латексов сначала в виде полупродуктов эмульсионного каучука, а затем и в виде готовых продуктов со специфическими свойствами привело к возникновению ряда принципиально новых производств.
Однако далеко не всегда целесообразно разрабатывать новые типы латексов, особенно если ожидаемая потребность в них невелика. В таких случаях часто удается модифицировать свойства готовых латексов введением различных добавок. Такие приемы, давно уже широко используемые для модификации свойств латексов натурального каучука , имеют большое значение и при работе с синтетическими латексами.
В обзоре современного положения производства резиновых пен из латекса [208] подчеркивается важное значение синтетических латексов. Во многих случаях губчатые резиновые продукты удовлетворительного качества можно получать, применяя чистый синтетический латекс, что устраняет опасность перебоев в снабжении и колебаний цен на латекс натурального каучука. Кроме того, без ухудшения качества в синтетические резиновые пены можно вводить значительные количества дешевых неорганических наполнителей (например, глин). Сравнительно низкая и устойчивая цена синтетического латекса значительно усиливает позиции латексных пен в их конкурентной борьбе с полиуретановыми и другими синтетическими пено-пластами.
Дата добавления: 2020-12-22; просмотров: 276; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!