1.1.7. В’язкість латексів та способи її регулювання
В’язкість латексів є однією зважливих характеристик, що визначають технологічність переробки латексу.
Надто висока в’язкість викликає труднощі при перекачуванні і перемішуванні латексів, ускладнює процес спінювання латексних композицій при отриманні піногуми, а висока стабільність утвореної піни призводить до браку при виготовленні змочувальних виробів, покриттів і ін.
Низька в’язкість є причиною нерівномірності товщини покриттів, що наносять на вертикальні поверхні. З іншого боку, при просоченні латексами волокнистих матеріалів бажана невисока в’язкість, при якій забезпечується краще проникання просочувального составу всередину матеріалу, що обробляють.
Теоретичні основи реологічної поведінки латексів в узагальненому вигляді викладено в роботах [4, с. 13...23; 3, с. 55...59]. Тут також доцільно зупинитися лише на практичних аспектах цього питання.
Всі товарні латекси, концентрація полімеру в яких зазвичай перевищує 40%, є псевдо пластичними, не ньютонівськими рідинами, що характеризуються зниженням в’язкості при збільшенні напруги зсуву. Типова крива залежності в’язкості від напруги зсуву якісно представлена на рис. 1.4.
Рис. 1.4. Залежність в’язкості ŋ від напруги зсуву ρ
При малих напругах зсуву і, відповідно, при невеликій швидкості течії, коли швидкість руйнування структури системи сумірна зі швидкістю її тиксотропного відновлення, в’язкість не залежить від напруги зсуву і є максимальною. При великих напругах зсуву і, відповідно, високій швидкості течії структура системи практично повністю руйнується, в’язкість перестає залежати від напруги зсуву і є мінімальною. В проміжній ділянці спостерігається зменшення в'язкості при збільшенні напруги зрушення (структурна в'язкість).
Кількісне значення в'язкості латексу, так само як і в'язкості інших структурованих колоїдних систем, залежить від умов її визначення. Тому кількісне значення в'язкості латексів можна порівнювати тільки при визначенні її в строго ідентичних умовах (однакова конструкція приладу, рівне значення напруги зрушення, однакова температура і т. д.). Проте навіть при вимірюванні в абсолютно однакових умовах значення в'язкості для певного латексу можуть відрізнятися залежно від його попередньої історії.
Для технічного контролю в'язкості латексів найчастіше використовується ротаційні вискозиметри Брукфільда [12], а також вискозиметри з капілярами ( Воронка В3-4).
Структурна в'язкість латексу відображає взаємодію частинок полімерної фази між собою і з водною фазою, здійсненне через адсорбційні захисні оболонки гідратів, навколишні частинки полімеру і що збільшують ефективний гідродинамічний об'єм дисперсної фази.
У ряді аніоноактивних емульгаторів при переході від натрієвого мила до калієвих в'язкість латексу знижується, особливо у випадку мила на основі жирних кислот. Із зростанням довжини вуглеводневого ланцюга емульгатора на основі жирних кислот в'язкість латексу підвищується унаслідок збільшення товщини шару адсорбційного гідрату. Дегідратація емульгатора при введенні в латекс електролітів знижує в'язкість. При підвищенні температури в'язкість латексу знижується, що, мабуть, також пов'язано з частковою дегідратацією адсорбованих ПАР.
При змішуванні латексів різної природи в'язкість отриманої суміші, як правило, змінюється неадитивно. Відмічені в роботі [13] екстремальні залежності в'язкості при змішуванні латексів різної природи можливо відображають процеси агрегації різнорідних частинок в результаті перерозподілу емульгаторів між ними.
Специфічними особливостями поведінки реології володіють латекси карбоксилвмісних полімерів. При підлужуванні таких латексів, синтез яких проводять в кислому середовищі, відбувається зазвичай зростання в'язкості. Проте характер і ступінь підвищення в'язкості залежать від вмісту полімеру в латексі, температури склування полімеру, вмісту в ньому карбоксильних груп і хімічної природи сомономерів [4, с. 69...73]. Зростання в'язкості латексу при підлужуванні відбувається тим в більшій ступені, чим вищий вміст у полімері карбоксильних груп. В’язкість латексів карбоксилвмісних полімерів з високою температурою склування і відносно невеликим вмістом карбоксильних груп (1...5) при підлужнені змінюється мало.
Одним із широко поширених способів регулювання в’язкості латексу при його переробці є загуснення. Для цієї мети використовується велика група агентів, що загущують, які представляють собою природні та синтетичні водорозчинні полімери. Відомості про ці продукти будуть дані у главі 2 (розділ 2.1.7). Адсорбуючись на поверхні часточок латексу, ці речовини, беручи участь в утворенні захисної адсорбційно-гідратної оболонки, збільшують тим самим ефективний об’єм дисперсної фази і, як наслідок, збільшують структурну в’язкість. Разом з тим загуснення латексу може проходити також за рахунок підвищення в присутності цих речовин в’язкості водної фази. Одна з головних вимог, яка пред’являється до згущувачів, це стабільне, що не змінюється з часом, значення в’язкості латексу. Між тим, ця вимога на практиці виконується лише частково. Як правило, в’язкість латексу після введення у нього згущувача суттєво зростає, досягаючи якогось певного значення, а потім у процесі зберігання відбувається поступове подальше збільшення в’язкості.
В інших випадках в процесі зберігання латексу, що загуснув, може відбутися зниження його в’язкості.
Причина цих явищ недостатньо зрозуміла, можна лише припустити, що вони пов’язані з можливим перерозподілом на поверхні часточок емульгаторів і згущувачів та зміною внаслідок цього ступеня гідратації захисних адсорбційних шарів, а також з можливими змінами властивостей при зберіганні самого загущувача. Тому не рекомендується піддавати довгому зберіганню латекси і латексні композиції з введеними згущувачами.