3.2. Латексы

Латексы – это коллоидные водные дисперсии полимеров с диаметром частиц 50 – 300 нм, стабилизированные поверхностно-активными веществами, содержащими гидратирующие группы.

Классифицируют латексы в зависимости от их происхождения: натуральные, синтетические, искусственные и модифицированные.

Натуральный латекс представляет собой млечный сок каучуконосного растения бразильской гевеи. Каучук, находящийся в латексе, представляет собой 1,4-цис-полиизопрен. Содержание его достигает 30-40 %

Синтетические латексы ( ГОСТ 24920-81) – это латексы, которые получают методом эмульсионной полимеризации. Синтетические латексы являются основным и самым многочисленным классом. Их классифицируют по химическому составу полимера или исходных мономеров. В соответствии с этим признаком синтетические латексы подразделяют на: бутадиен-стирольные, карбоксилсодержащие, бутадиен-нитрильные, акрилатные, винилацетатные (ГОСТ 18992-80);на основе винил- и винилденхлоридов, на основе фторированных мономеров и т.д.

Каждый из перечисленных латексов различается соотношением звеньев мономеров. Например, в бутадиен – стирольных латексах соотношение мономеров бутадиен : стирол при синтезе может изменятся от 90 : 10 (низкостирольные латексы) до 10 : 90 (высокостирольные латексы); в бутадиен-нитрильных латексах соотношение мономеров бутадиен : нитрил акриловой кислоты обычно изменяется от 90 : 10 до 60 : 40.

Искусственные латексы представляют собой латексы на основе каучуков (СКС -65ГП ГОСТ 10564-75;СКС-50ГПС ГОСТ 14053-78;СКС-30 ГОСТ 23492-83Е). Их получают диспергированием в воде предварительно синтезированных полимеров в присутствии поверхностно-активных веществ (эмульгаторов) с последующей отгонкой из эмульсии растворителя и концентрированием полученной дисперсии. Размер частиц в искусственных латексах больше, чем в синтетических.

Модифицированные латексы- это латексы, подвергнутые химической модификации, например, вулканизированные латексы, галогенизированные и гидрогалагенированные, латексно-смлояные композиции.

Свойства латексов

Латексы состоят из дисперсной фазы, которая представляет собой большое число макромолекул полимера: от нескольких десятков до нескольких сотен и более в зависимости от размера глобул, дисперсной среды – воды и от 10 до 20 специальных компонентов – добавок. Добавки могут быть стабилизаторы, эмульгаторы, пеногасители, красители, антиоксиданты, пластификаторы, наполнители и т.д.

Размер частиц дисперсной фазы – основное свойство коллоидной системы и определяет такие свойства латекса, как реологические, оптические и многие другие. Диаметр частиц большинства синтетических латексов в зависимости от их технологии лежит обычно в диапазоне от 30-40 до 200-300 нм. Для искусственных латексов максимальный размер частиц достигает 500 нм, а в натуральном латексе встречаются частицы диаметром нм и более.

Содержимое твердого вещества в товарном продукте в современных латексах составляет 25-70 %. Вязкость 500-1000 м Па*с и плотность 1 кг/ , если латекс не содержит наполнители. Срок хранения от нескольких недель до нескольких месяцев в зависимости от добавок и наполнителей. Латексы чувствительны к низким температурам и их надо предохранять от замерзания.

В процессах обработки и переработки бумаги чаще всего используют синтетические латексы, на основе полиакрилатов, полиметакрилатов, полистирола, полибутадиена, поливинилацетата, полиолефинов и их сополимеров, реже искусственные латексы, на основе бутилкаучука, сополимера этилена с пропиленом и т.д. Латексы используются как пленкообразующие, связующие и клеящие вещества.

Как пленкообразующие латексы используются при производстве бумаги для упаковки, для производства ЦКМ декоративного назначения и т.д.

Как связующее латексы используют при производстве мелованной бумаги, для грунтования обоев. Введение латексов в меловальные суспензии позволяет увеличить содержание сухого остатка до 70 %, и при этом сохраняются необходимые реологические свойства, низкая вязкость и высокая текучесть суспензии, что позволяет ее наносить на соременных установках.

Синтетические полимеры, на основе которых изготавливают латексы, термопластичны, поэтому в процессе сушки и горячего каландрирования происходит растекание покровного слоя и покрытие получается сомкнутым, гладким, с высоким лоском, хорошо воспринимающим печатные краски и столь эластичным, что отпадает надобность в пластификаторах. Введение латекса уменьшает пылимость и придает покрытию водостойкость.

К недостаткам латексов следует отнести пенистость, запахи, температуро- и механонеустойчивость; при введении пигментов и механическом воздействии могут нарушаться адсорбционные слои эмульгатора на поверхности глобул полимера, и тогда система может коагулировать. Поэтому перед введением латекса в покровную суспензию для стабилизации его необходимо добавить защитный коллоид, в качестве которого выступают водорастворимые полимеры.

Латексы на основе бутадиен-стирола. Это синтетические латексы, которые получают методом эмульсионной полимеризации. Основной параметр, определяющий пленкообразующие свойства – это соотношение звеньев стирола и бутадиена в составе сополимера. С увеличением содержания стирольных звеньев повышается температура стеклования сополимера и его жесткость. При содержании 30-50 % стирольных звеньев –это типичный эластомер, при содержании 65 % стирольных звеньев сополимер обладает заметным удлинением и пленкообразующими свойствами, при содержании 85% звеньев – это типичная смола, образующая порошок при высыхании латекса. В ЦБП в основном используются карбоксилированные бутадиен-стирольные латексы с содержанием стирола 65-75%.

Латексы на основе акрилатов

Это целый ряд синтетических латексов, которые получают методом эмульсионной полимеризации сополимеров акрилатов и метакрилатов и винилацетата (ДММА-65ГП ГОСТ 13522-78); акрилонитрила; метилового, этилового или бутилового акрилата. Полиакрилаты – это низкомодульные эластомеры, полиметакрилаты – типичные стекла с высокой прочностью практически нулевым удлинением. Сополимеризацией этил- или бутилакрилата с метилмет- или метилакрилатом можно получить продукты с промежуточными свойствами, которые используются в основном как связующие и пленкообразующие и дают прочные, эластичные покрытия с хорошими барьерными свойствами такими, как водостойкость, жаростойкость, стойкость к растворителям.

Главные их преимущества – высокая стойкость к световому и окислительному старению, высокая адгезия, блеск поверхности покрытия.

Латексы на основе сополимеров винилацетата

Это синтетические латексы, которые традиционно называют поливинилацетатными дисперсиями. Их в основном используют как связующие и пленкообразующие в покровных и пропитывающих композициях.

Другие латексы

В процессах обработки и переработки бумаги используют также и другие латексы на основе сополимеров полиолефинов и метакриловой кислоты, бутилкаучука и т.д.

В последнее время во всем мире ведутся интенсивные работы по разработке латексов на основе натуральных полимеров. Биополимерные латексы дают покрытия с худшими поенкообразующими и барьерными свойствами, однако, основным их достоинством является их полная биоразлагаемость.

Дисперсии полимеров для поверхностной проклейки бумаги

Поверхностная проклейка – это обработка на клеильном прессе бумаги-основы с целью создания оптимальной впитывающей способности к различным жидкостям: воды, чернилам, печатной краски, тонера, маслам, жирам. Кроме того, поверхностная проклейка улучшает структурно-механические, печатные и оптические свойства.

Традиционно при производстве бумаги используют проклеивающие композиции на основе водорастворимых полимеров – чаще всего окисленного, катионного крахмала или карбоксиметилцеллюлозы. Однако при использовании современных методов печати, цифровой печати у такой бумаги наблюдается плохое качество печати, повышенная пылимость.

Это связано с тем, что сформированная на поверхности бумажного полотна пленка из водорастворимых полимеров в процессе сушки начинает сжиматься в HY – направлении. Поскольку крахмал и карбоксиметилцеллюлоза являются жесткоцепными полимерами, в полимерной сетке возникают значительные усадочные напряжения, приводящие к появлению микротрещин, по которым при печати происходит расплывании краски, чернил и проникновение их в толщу листа.

Современными тенденциями при разработке композиционных составов для поверхностной проклейки является использование системы на основе смеси гидрофильных и гидрофобных полимеров. В качестве гидрофильного полимера чаще всего используют различные модификации крахмала. В качестве гидрофобного полимера – сополимеры стирола с акрилатом, полиуританы и т.д. в виде дисперсий.

Дисперсии состоят из гидрофобного полимерного ядра – сферических частиц синтетических полимеров (размер частиц 70-200 нм) и защитного коллоида. В процессе поверхностной проклейки капиллярно-пористая структура бумаги заполняется, а поверхность покрывается смесью крахмала и дисперсии синтетического полимера. В процессе сушки на волокнах целлюлозы и наполнителе формируется пленка, имеющей структуру взаимопроникающей полимерной сетки (ВПС). Такая структура состоит из гидрофильной крахмальной матрицы с гидрофобными полимерными частицами, равномерно распределенными в ней. Температура сушки бумаги значительно превышает температуру стеклования синтетических полимеров, поэтому когда в крахмальной матрице начинают возникать усадочные напряжения, синтетические полимеры, сохраняя свою пластичность, придают эластичность крахмально-полимерной пленке и снимают возникающие усадочные напряжения, предотвращая тем самым появление микротрещин.

Использование дисперсий приводит к увеличению прочности покрытия, снижению пылимости. Улучшает печатные свойства, качество струйной печати, увеличивает адгезию тонера при печати на лазерном принтере.

Дисперсии имеют широкие области применения.

Таблица 4. Области применения синтетических дисперсий для поверхностной проклейки

Вид бумаги или картона	Использование
Офисная бумага	50
Мелованная бумага и картон	20
Картон из вторичного волокна для упаковки	15
Carbonless copy	8
Специальные виды бумаги	7