5. 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 называется глобулами. Размер глобул не одинаков, поэтому натуральный латекс принадлежит к полидисперсным системам.

Синтетические латексы представляют собой продукт эмульсиционной полимеризации мономеров. Вследствие своей доступности они нашли самое широкое применение.

Искусственные латексы изготавливаются из твердых полимеров или их растворов в органических растворителях. К ним относятся латексы 1,4 –цис-полизопрена, селиксановых 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, и улучшает условия труда, так как смешение каучука с ингредиентами происходит на энергоёмком и тяжелом оборудовании, тогда как в латексе ингредиенты вводят в виде водных дисперсий и растворов.

Годовое потребление всех латексов составляет около 500000 тонн, причем примерно 65% из них – синтетические латексы.

Синтетические латексы. Производство первого промышленного синтетического латекса – хлоропренового – было начато в 1936 году. Затем были разработаны и внедрены бутадиеновый, будадиен-стирольный, бутадиен-винилиденхлорный и другие латексы.

В настоящее время промышленность СК вырабатывает широкий ассортимент синтетических латексов, а объём их производства составляет 5% от объёма производства синтетических каучуков.

Основными синтетическими латексами в настоящее время являются бутадщиен-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 коллойдные многокомпонентные системы, состоящие из полимера, стабилизатора, электролитов и других компонентов. В состав латекса входят частицы каучука и сыворотка.

Синтетические латексы по ряду свойств сближаются с натуральным латексом. Это сходство объясняется тем, что как натуральный, так и синтетические латексы стабилизированы поверхностно-активными веществами. В натуральных латексах стабилизаторами являются протеины, а в синтетических- поверхностно-активные вещества.

Главной особенностью всякой коллойдной 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 размера, чем частицы натурального латекса. Благодаря высокой дисперсности синтетические латексы обладают рядом преимуществ по сравнению с натуральным латексом. К ним относятся: большая устойчивость синтетических латексов, лучшая диффузная способность и т.п.

От размера частиц латекса зависят многие их свойства. Характерным свойством синтетических латексов является их меньшая подверженность самопроизвольному расслаиванию по сравнению с натуральным латексом. Для концентрирования таких латексов применяют особые приёмы. Латекс может коагулироваться при механических и температурных воздействиях, при разведении, при введении в него электролитов, инертных наполнителей и т.д.

Вязкость синтетических латексов зависит от их концентрации, температуры, наличие электролита и др. с увеличением концентрации латекса вязкость его возрастает, причем для каждого вида латекса имеется своя критическая концентрация пастообразования.

Синтетические латексы обладают достаточно высокой химической устойчивостью, а также устойчивостью к механическим воздействиям, что обеспечивает возможность практического их применения.

Если в синтетическом латексе содержание эмульгатора повышено, то полученные из него пленки высыхают медленнее, чем из натурального латекса, и характеризуются большим водопоглощением.

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.

При синтезе латексов соотношение фаз изменяется в широких пределах: от 100:60 до 100:200.

Процесс полимеризации сопровождается процессами разветвления и сшивки непредельных полимеров. Продолжительность процесса полимеризации в производстве латексов меняется в широких пределах и может достигать 30-40 ч.

Вследствие малой скорости полимеризации, большого разнообразия типов латекса и относительно малых количеств каждого типа технологического оформления процесса полимеризации в виде непрерывной схемы оказались во многих случаях нецелесообразным. Поэтому процесс полимеризации в большинстве случаев осуществляется периодическим способом в автоклавах. Температура полимеризации при получении латексов близка температуре синтеза соответствующих каучуков (5-8 и 30-50)

Использование низкотемпературной полимеризации не только повышает показатели физико-механических свойств изделий и полупродуктов, но и уменьшает неприятный запах латексов за счет 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 незаполимеризовавшихся мономеров 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 до 30%. Иногда латексы подлежат даже разбавлению. В этих случаях концентрирование латексов производят в целях сокращения транспортных издержек. Однако при изготовлении изделий и полуфабрикатов такими способами, как шпредингование, желатинизация, вспенивание, клейка, латексы с низкой концентрацией непригодны, и требуется применение концентрированных латексов с высоким содержанием сухого остатка 55-60 %. Такие латексы можно получать путем специального концентрирования латексов с обычным содержанием сухого остатка или же непосредственно в процесс полимеризации.

В настоящее время концентрирование латексов производится методами: сливкоотделением и упариванием. В качестве сливкоотделения агентов применяются как естественные продукты, так и синтетические. Преимуществами сливкоотделения является простота оборудования и отсутствие энергетических затрат, недостатком- наличие больших количеств веществ разбавленного серума. В связи с этим такой процесс применяется довольно ограничено.

Упаривание в промышленности синтетических каучуков является основным методом концентрирования латексов. К приемуществам способа относятся: высокая производительность оборудования и отгонка незаполимеризовавшихся полимеров с водяным паром. Недостатком метода является интенсивное ценообразование, а также образование коагулюма в результате механического и термического воздействия на латекс.

В промышленной практике используется два варианта аппаратурного оформления процесса концентрирования: турбулентно-пленочные испарители типа «лува» и емкости с выносным теплоприёмником. Принцип действия турбулентно-пленочных испарителей состоит в испарении влаги из слоя латекса толщиной около 3 мм, создаваемого на стенках лопастями ротора

При концентрировании упариванием в емкостях с выносным теплообменником латекс подается насосом через фильтр в теплообменник, где подогревается до 35-40 гр по Цельсию. Паролатексная смесь поступает в систему конденсации. Испарение влаги из латекса ведется при остаточном давлении 5,3 кПа.