CC BY
160
УДК 661.173
Л. Ф. Гумерова (магистрант)1 , Н. Н. Сигаева (д.х.н., проф.)2 , А. М. Кирюхин (к.х.н., зав. лаб.)3, Р. А. Рахимкулов (к.т.н., вед. спец.)3, Н. А. Быковский (к.т.н., доцент)4, А. М. Свинухов (асп.)1, Р. Ф. Хайруллин (магистрант)1
Антистатическая обработка гранул из вспенивающегося полистирола
1 Уфимский государственный нефтяной технический университет 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1, e-mail: [email protected] 2Институт органической химии Уфимского научного центра Российской Академии наук 450054, г. Уфа, пр. Октября, 71, [email protected] 3ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», лаборатория физико-химических исследований полимеров 453256, г. Салават, ул. Молодогвардейцев, 30, тел. (3476) 392 566, e-mail: [email protected], [email protected] 4Стерлитамакский филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета, кафедра автоматизированных, технологических и информационных систем 453118, Стерлитамак, пр. Октября, 2, тел. (3473) 291124, e-mail: [email protected]
L. F. Gumerova 1, N. N. Sigaeva 2, A. M. Kiryukhin 3, R. A. Rakhimkulov 3, N. A. Bykovsky 4, A. M. Svinuhov1, R. F. Khairyllin 1
Antistatic treatment of expandable polystyrene granules
1 Ufa State Petroleum Technological University I Kosmonavts St, 450062, Ufa, Russia; e-mail: [email protected] 2Institute of Organic Chemistry, Ufa Scientific Center of RAS 7I, Oktyabrya Pr, 450054, Ufa, Russia; e-mail: [email protected] 3JSC Salavatnefteorgsintez 30, Molodogvardeitsev Str., 453256, Salavat, Russia; ph. (3476) 392566, e-mail: [email protected],
[email protected] 4Ufa State Petroleum Technological University 2, Oktyabrya Pr., 453II8, Sterlitamak, Russia; ph. (3473) 29II24, e-mail: [email protected]
Оценена эффективность антистатического действия ряда поверхностно-активных веществ по отношению к поверхности гранул вспенивающегося полистирола. Показано, что наименьшее поверхностное сопротивление получено при обработке гранул полистирола катионактивным антистатиком Алкамон ОС-2. Это указывает на лучшие антистатические свойства этого поверхностного агента по сравнению с другими изученными антистатиками.
Ключевые слова: антистатик; вспенивающийся полистирол; удельное поверхностное сопротивление.
Ужесточение норм по теплоизоляции жилых и административных зданий приводит к увеличению потребности рынка строительных материалов во вспенивающемся полистироле.
Полистирол, являясь диэлектриком, обладает способностью накапливать статическое электричество. Из-за этого могут происходить искровые разряды, приводящие к воспламене-
Дата поступления 19.02.10
The efficiency of antistatic action for some surface-active substances at the surface of expandable polystyrene pellets was evaluated. The smallest surface resistance was obtained by treatment polystyrene granules by antistatic Alkamon OS-2. This fact indicates better antistatic properties of this agent compared with other researched antistatics.
Key words: antistatic; expandable polystyrene; specific surface resistance.
нию взрывоопасной смеси пентана и воздуха или к поражению обслуживающего персонала электрическим током. Кроме того, наэлектризованные гранулы прилипают к оборудованию, что затрудняет их перемещение пневмотранспортом, они плохо поддаются равномерному распределению по объему формы и притягивают пыль, загрязняющую изделия. Поэтому возникает необходимость электростатической защиты перерабатываемого полимера.
В настоящей работе изучена эффективность действия ряда поверхностных антистатиков на гранулы вспенивающегося полистирола марки ПСВ-БС, полученных на ОАО «Сала-ватнефтеоргсинтез», размером 1.5—2 мм.
Экспериментальная часть
В качестве антистатиков использовали не-ионогенные ПАВ (синтанол ДС-10, моностеа-рат глицерина, стеарамид, софтенол), кати-онактивные (алкапав, ДОН), смеси катионак-тивных и неиногенных ПАВ (алкамон ОС-2, алкамон ОС-3) и анионактивное ПАВ — суль-фонол. Все исследуемые ПАВ производятся в промышленном масштабе в России или Украине, кроме Бта'№ах С, МСГ и Софтенола, широко используемых в качестве антистатических добавок в производстве полистиролов. Характеристики использованных реагентов приведены в табл. 1.
Таблица 1
Используемые для обработки полистирола поверхностные агенты и их характеристики
Торговое название Состав, класс ПАВ Внешний вид, растворимость в воде Фирма-производитель
Алкапав СНз R—N-CH3 СН3 + Cl- Вязкая жидкость бесцветная или светло-желтого цвета, растворим. НИИПАВ (г. Волгодонск, Ростовская обл.)
Цетилтриметиламмоний хлорид. Катионактивное.
ДОН Композиция ПАВ с длиной нормального алкильного радикала 8-18 атомов углерода. Катионактивное. Вязкая жидкость бесцветная или светло-желтого цвета, растворим. НИИПАВ (г. Волгодонск, Ростовская обл.)
Синтанол ДС-10 Продукт взаимодействия высших жирных спиртов с длиной алкильного радикала 10-18 атомов углерода с оксидом этилена. Неионогенное. Воскообразное вещество светло-желтого цвета, растворим. ЗТОС БАРВА (Украина)
Софтенол Смесь моно-, ди- и тристеаратов глицерина. Неионогенное. Порошок, мелкодисперсный, нерастворим. Sasol (Германия)
Сульфонол R - БО2йМа. Смесь натриевых солей алкилсульфоновых кислот с длиной алкильного радикала 11-18 атомов углерода нормального строения. Анионактивное. Паста от белого до светло-желтого цвета, растворим. Волгахимпром (г. Волгоград)
Алкамон ОС-2 Смесь бензолсульфонатов метилдиэтиламинометильн ых производных диэтиленгликолевых эфиров насыщенных и ненасыщенных высших жирных спиртов. Катионактивное и неионогенное Густая вязкая масса от желтого до желто-коричневого цвета, растворим при нагревании. Ивхимпром (г. Иваново, Московская обл.)
Алкамон ОС-3 Композиция катионактивного и неионогенного поверхностно-активного вещества. Однородная прозрачная вязкая жидкость желтого цвета, растворим. Ивхимпром (г. Иваново, Московская обл.)
МСГ Моностеарат глицерина. Неионогенное. Порошок, крупнодисперсный, образует суспензию. Индия
Finawax С Стеарамид. Неионогенное. Порошок мелкодисперсный, нерастворим. Fine Oganics (Индия)
Известно несколько способов борьбы с возникновением статического электричества на поверхности изделий из пластических масс . Одним из таких способов является обработка поверхности изделия антистатическими веществами. В качестве таких агентов обычно используются поверхностно-активные вещества (ПАВ).
Несмотря на многообразие разработанных антистатиков, систематизированные данные и конкретные рекомендации по их применению в промышленном производстве того или иного полимера, в частности, вспенивающихся полистиролов, отсутствует. Некоторые сведения по применению антистатиков в производстве вспенивающегося полистирола приведены в статье 2. Однако на современном этапе промышленного производства возникла необходимость в дополнительных исследованиях.
Поверхностную обработку агентами Бта'№ах С и Софтенол проводили опудрива-нием. Для этого антистатик и гранулы смешивали в стакане лопастной мешалкой. Остальные агенты растворяли или суспензировали в воде. Затем в навеску гранул полистирола вводили полученный раствор из расчета 0.1% ПАВа на полимер и тщательно перемешивали 3—5 мин. Обработанные гранулы предварительно сушили в течение суток при комнатных условиях, а затем в термостате при температуре 30 оС в течение 2 ч.
Эффективность антистатических свойств реагентов оценивали по уменьшению удельного поверхностного сопротивления р5. Измерения проводили при температуре 30 оС и влажности 60%. Начальное напряжение на установке Ц создавали высоковольтным источником постоянного тока и во всех опытах поддерживали одинаковым — 2500 В. В процессе эксперимента контролировали изменение напряжения на измерительной установке.
Для измерения поверхностного сопротивления пользовались установкой (рис. 1), представляющей собой резистивно-емкостную цепь, образованную исследуемым образцом, измерительными электродами и электростатическим вольтметром. Электроды измерительной ячейки выполнены из алюминия, причем, электроды 2 и 4 представляют собой цилиндр, а электрод 3 — полый цилиндр. Диаметр электрода 4 равняется 90 мм, а внутренний диаметр электрода 3—101 мм. Таким образом, эффективная длина измерительной ячейки составляет 29.99 см, а межэлектродное расстояние — 0.55 см. Определение электроемкости измерительной установки показало, что ее величина не зависит от обработки гранул полистирола, являющегося испытуемым образцом, и равняется 58 пФ.
Результаты и обсуждение
Если измерительную установку зарядить, создав постоянное напряжение Ц между 3 и 4 электродами, то с течением времени это напряжение будет убывать вследствие протекания электрического тока по поверхности исследуемого образца. Согласно второму закону Кирхгофа 3, электрическое состояние такой цепи описывается уравнением:
+ и = 0,
(1)
где и — напряжение на вольтметре; £ — время;
Л — поверхностное сопротивление измеряемого образца;
С — электроемкость измерительной установки.
Решением уравнения (1) является равен-
ство:
И = Иоехр(--^1), (2)
КС
где Ц — начальное напряжение на установке.
В полулогарифмических координатах равенство (2) имеет линейный вид:
1пИ = 1пИ0 -■
яс
-1
(3)
Уравнение (3) позволяет по экспериментальным данным определить поверхностное сопротивление опытного образца. Тангенс угла наклона прямой равен:
1еа = 1/ЯС,
(4)
следовательно, поверхностное сопротивление ячейки:
= 1/(0^а),
(5)
Рис. 1. Принципиальная схема измерительной установки: 1 — исследуемый образец; 2 — защитный электрод; 3 — незащищенный электрод; 4 — защищенный электрод; 5 — электростатический вольтметр
а удельное поверхностное электрическое сопротивление
р5=к51/а, (6)
где d — межэлектродное расстояние,
1 — эффективная длина измерительной ячейки.
Результаты зависимости логарифма напряжения от времени процесса представлены на рис. 2—5. Линейный вид зависимости 1пЦ = ((Ь) указывает на то, что процесс разрядки измерительной установки протекает в соответствии с математической моделью,
1
100
200
и с
300
400
Рис. 2. Зависимость логарифма напряжения от времени: 1 — полистирол без обработки; 2 — полистирол, обработанный агентом Пшатах С; 3 — полистирол, обработанный агентом МСГ; 4 — полистирол, обработанный агентом Софтенол; 5 — полистирол, обработанный агентом Синтанол
Рис. 3. Зависимость логарифма напряжения от времени: 1 —полистирол без обработки; 2 — полистирол, обработанный агентом Сульфонол
Рис. 4. Зависимость логарифма напряжения от времени: 1 — полистирол без обработки; 2 — полистирол, обработанный агентом Алкапав; 3 — полистирол, обработанный агентом Дон
V 1
ь
с
Рис. 5. Зависимость логарифма напряжения от времени: 1 — полистирол, обработанный агентом Алкамон ОС-2; 2 — полистирол, обработанный агентом Алкамон ОС-3
Таблица 2
Поверхностное сопротивление гранул, обработанных различными антистатическими агентами
Поверхностный агент Емкость, С Ф-1010 шс Поверхностное сопротивление ячейки, Р Ом.Ю-10 Удельное поверхностное сопротивление, рз, Ом.Ю-10
Без обработки 0.58 0.00301 571.9 94680
Finawax С 0.58 0.00294 587.0 97190
Моностеарат глицерина 0.58 0.00357 483.4 80040
Софтенол 0.58 0.00515 326.8 54100
Синтанол ДС-10 0.58 0.00866 199.2 32980
Сульфонол 18.44 0.03084 1.758 291.1
ДОН 36.45 0.02854 0.961 159.2
Алкапав 58.49 0.04689 0.364 60.37
Алкамон ОС-3 3114 0.10243 0.003135 0.5191
Алкамон ОС-2 3114 0.14395 0.002231 0.3694
описанной выше. Обработка опытных данных методом наименьших квадратов позволила получить уравнения 1пЦ = ((Ь) в аналитическом виде. Погрешность в описании экспериментальных результатов, оцененная в соответствии с распределением Стьюдента для 95% доверительной вероятности по начальному значению напряжения на установке (Ц = 2500 В) составила величину 0.6%.
В табл. 2 приведены рассчитанные значения удельного поверхностного сопротивления г$ для исследуемых образцов.
Данные табл. 2 свидетельствуют, что ка-тионактивные антистатические агенты проявляют себя более эффективыми антистатиками, чем анионактивный и неионогенные.
Наименьшее поверхностное сопротивление получено при обработке гранул полистирола реагентом Алкамон ОС-2, что указывает на лучшие антистатические свойства этого реа-
гента по сравнению с другими изученными антистатиками.
Оценка поверхностного сопротивления во времени (в течение месяца) показала сохранение полученных значений. Таким образом, выбранные антистатики (Алкамон ОС-2, Ал-камон ОС-3 или Алкапав) могут быть использованы при промышленном получении вспенивающегося полистирола.
Литература
1. Статическое электричество в химической промышленности. Под ред. Н. Г. Дроздова.— Л.: Химия, 1971.- 207 с.
2. Харахаш В. Г., Задонцев Б. Г., Бондаренко А. А., Несоленая Л. Г. // Пластические массы.- 1974.- №6.- С. 58
3. Бессонов Л. А.Теоретические основы электротехники: Электрические цепи.- 7-е изд., пере-раб. и доп.- М.: Высшая школа, 1978.- 528 с.
