38.Устойчивость и астабилизация дисперсных систем.

Водная дисперсия каучука называется латексом. Дисперсная фаза латекса состоит из частиц (глобул) шарообразной или грушевидной формы размером от 0,025 до 5 мкм. Различают латексы натуральные, искусственные и синтетические. Натуральный латекс – млечный сок тропических каучуконосных растений; синтетический латекс – водная дисперсия эластомера, образующаяся в результате эмульсионной полимеризации (ПВХ, ПВА). Латекс, изготовленный диспергированием в воде “готовых” полимеров (бутилкаучука, синтетического изопренового каучука), называется искусственным.

Большинство глобул имеет диаметр от 0,04 до 3 мкм. Средний размер микроскопически видимых частиц 1,5 мкм. В синтетических латексах размер частиц значительно меньше (0,02-2 мкм). Чем меньше размер частиц, тем больше их удельная поверхность и тем больше требуется эмульгатора для обеспечения его агрегативной устойчивости.

Глобулы латекса имеют сложное строение. Наружный слой их состоит из белков, липидов, жирных кислот и других ПАВ, содержащихся в латексе. Следующий слой состоит из твердого эластичного каучука. Наконец, внутренняя часть глобулы – основная ее масса – представляет собой также каучуковый углеводород, по консистенции напоминающий очень вязкую жидкость. Переход от текучего содержимого внутренней части глобулы (золь-каучука) к эластичному каучуку второго слоя (гель-каучука) происходит постепенно. Различие между тем и другим заключается в степени полимеризации каучукового углеводорода и в некоторых особенностях молекулярной структуры. Поверхностный слой глобулы обусловливает стойкость латекса как дисперсной системы.

Вязкость латекса зависит от концентрации, размера его частиц, их полидисперсности, природы и содержания эмульгатора, и других факторов. С уменьшением размера частиц вязкость латекса увеличивается. При латексы ведут себя как структурно-вязкие жидкости.

Одним из преимуществ латекса перед растворами каучука является его способность смачивать гидрофильные поверхности (кожу, ткань и др.). Поскольку латекс содержит большое количество ПАВ, то поверхностное натяжение его значительно ниже, чем воды. Для свежего латекса оно составляет . Смачивающая и пропитывающая способность латекса возрастает с понижением его поверхностного натяжения. Последнее снижают добавлением аммиака.

Величина и знак заряда глобул зависит от реакции среды и характера диссоциации протеиновой части поверхностного слоя. Свежий латекс обладает слегка щелочной реакцией ( ), глобулы заряжены отрицательно. Электрокинетический потенциал их равен и линейно возрастает с повышением . Перезарядка глобул латекса производится введением в него катионных мыл, например, цетилпиридинийбромида.

39.Закономерности формирования изделий из полимерных дисперсий, в частности латексов.

В производстве резиновых изделий применяют концентраты латекса (до полимера). Их получают выпариванием, сливкоотделением и центрифугированием. Концентраты, полученные центрифугированием (квалитекс), содержат наименьшее количество некаучуковых составляющих и имеют наименьшую вязкость при высокой концентрации.

Технологическая схема производства изделий из латексов включает следующие основные стадии: 1) приготовление латексной смеси; 2) получение полуфабриката (геля); 3) уплотнение геля; 4) сушка изделий; 5) их вулканизация.

1) Способы переработки латекса существенно зависят от его коллоидно-химических свойств, определяемых природой и содержанием эмульгатора, степенью насыщенности поверхности глобул эмульгатором, размером глобул, вязкостью, концентрацией и др. В состав латексных смесей кроме обычных ингредиентов резиновых смесей (вулканизующих агентов, ускорителей вулканизации, активаторов вулканизации, антиоксидантов, наполнителей, пластификаторов и др.) вводят ПАВ (астабилизирующие добавки), загустители, пеногасители, антисептики и др. Латексы, астабилизированные анионактивными эмульгаторами (мыла олеиновой кислоты, казеин, карбоксиметилцеллюлоза) позволяют получать изделия методами желатирования, коагулянтного макания и ионного отложения (см. ниже), в то время как для латексов с неионогенными эмульгаторами, обеспечивающими высокую агрегативную стабильность, эти методы не применимы.

Дисперсии твердых ингредиентов получают их измельчением в водном растворе диспергатора, главным образом, в шаровых мельницах, а также в вибро- и коллоидных мельницах. Водные эмульсии жидких ингредиентов готовят в быстроходных мешалках ( ), коллоидных мельницах, дисковых эмульсификаторах. При изготовлении латексных смесей целесообразно использовать свежеприготовленные дисперсии и эмульсии ингредиентов. В случае их хранения их следует непрерывно перемешивать ( ), не допуская вспенивания. После введения всех ингредиентов смесь “вызревает” часа при и медленном перемешивании. При этом падает , возрастает вязкость, повышается ее однородность и улучшаются технологические свойства.

2) Способы получения изделий из латексов основаны на выделении (коагуляции) полимера в результате астабилизации полимерной дисперсии или удаления влаги из латексной смеси (высушивания).

а) Изготовление тонкостенных изделий (до мм) осуществляют методом макания в готовую латексную смесь формы, конфигурация и размеры которой соответствуют изготавливаемому изделию.

б) При ионном отложении форму, моделирующую изделие, погружают сначала в фиксатор (водный раствор электролита , , загущенный каолином или “белой сажей”), а затем сразу же в латексную смесь. Положительно заряженные ионы электролита ( ) взаимодействуют с защитными веществами, находящимися на глобулах латекса, а также сжимают двойной электрический слой у поверхности глобул, вследствие чего происходит астабилизация латекса, и на форме образуется слой геля. Скорость образования и толщина отложившегося геля зависят, главным образом, от концентрации латекса, природы эмульгатора, количества отложенного фиксатора на форме.

в) При желатинизации процесс медленной коагуляции латекса и образования геля происходит под действием астабилизирующих агентов, образующихся непосредственно в латексной смеси из специальных желатинизирующих веществ (кремнефтористый натрий, аммонийные соли соляной, серной и азотной кислот). Латексную смесь с желатинизирующим агентом заливают в формы, где происходит ее желатинизация, которая может быть ускорена нагреванием. Этим способом изготавливают изделия сложной конфигурации и различной толщины, а также губчатые резины.

г) При электроотложении глобулы латекса, имеющие отрицательный заряд, оседают в электрическом поле на аноде, образуя слой геля. Достоинство способа – возможность быстрого получения прочного геля сравнительно большой толщины при небольшом расходе энергии. Применяется для нанесения покрытий на металлические детали.

3) Уплотнение геля сопровождается медленным самопроизвольным сближением глобул в воде в течение 1-4 часа при . В результате уплотнения геля повышаются его механические свойства: , , возрастают.

4) Сушка проводится в сушильных камерах в течение 2-15 часов в токе горячего воздуха при постепенном повышении температуры от 40 до . Применяют токи промышленной частоты и ИК-лучи.

5) Вулканизацию проводят в камерах в среде горячего воздуха при . Изделия вулканизуют на формах или в свободном состоянии на противнях, заполненных тальком.

Лекция 14