Исследование набухания акриловых латексов в метилметакрилате Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, серия Б, 1993, том 35, № 7

УДК 541.64:532.73

ИССЛЕДОВАНИЕ НАБУХАНИЯ АКРИЛОВЫХ ЛАТЕКСОВ

В МЕТИЛМЕТАКРИЛАТЕ

© 1993 г. В. И. Колегов, В. Н. Потапов, Н. Е. Харитонова, Т. В. Николаева,

А. Е. Куликова, В. Г. Маринин

Научно-исследовательский институт химии и технологии полимеров им. В.А. Каргина

606006Дзержинск Нижегородской обл.

Поступила в редакцию 21.10.92 г.

Изучено равновесное набухание в ММА латексов ПММА и полибутилакрнлата, полученных в присутствии различных количеств аллилметакрилата, методом статического центрифугирования. Понижение размеров частиц и введение сшивающего агента приводят к уменьшению степени набухания. Определены параметры взаимодействия полимер-мономер, межфазное натяжение, молекулярная масса участков цепи между узлами полимерной сетки.

Исследование набухания частиц синтетических латексов дает важную информацию о механизме прививочной полимеризации в присутствии затравочных латексных полимеров, позволяет определить термодинамический и структурный параметры латексных частиц. Настоящая работа посвящена изучению равновесного набухания в ММА акриловых латексов, используемых при получении ударопрочного ПММА [1], определению параметров термодинамического взаимодействия полимера с мономером, межфазного натяжения и ММ участков цепи между узлами полимерной сетки.

Равновесное набухание латексных частиц описывается уравнением [2]

Ну — Ну\п [ 1 ——

Ут </

/п р

я5/3-

ЯП

(1)

намические и структурные параметры из измерений степени набухания. Оно справедливо для гус-тосшитого полимера; для несшитых латексных частиц необходимо исключить третье слагаемое для левой части уравнения (1).

Методы измерения степени равновесного набухания латексов делятся на статические и динамические [2]. Наибольшее распространение получил метод статического центрифугирования. Он заключается в смешении с избытком мономера взвешенного образца латекса с известной концентрацией полимера, центрифугировании полученной эмульсии, удалении избыточного мономера и взвешивании набухшего образца. При этом предполагается, что вода практически не растворяется в мономере и в полимерной частице, а полимер - в слое избыточного мономера.

Степень весового набухания Н„ можно определить из уравнения материального баланса

0//> = Я„ + (1+у)

1

- 1

(2)

где Ну - степень объемного набухания, % - параметр взаимодействия между молекулами полимера и мономера, Ут - молярный объем мономера, у - межфазное поверхностное натяжение латексных частиц в водной фазе, ¿0 - диаметр сухих частиц, йр - плотность полимера, Мс - средне-численная ММ цепей между узлами полимерной сетки, Я - газовая постоянная, Т - температура. Уравнение (1) позволяет рассчитывать термоди-

где О - масса набухшего образца латекса, содержащего Р грамм полимера, у - растворимость мономера в воде, х - весовая доля полимера в исходном образце. Ну можно рассчитать из уравнения

{йт - плотность мономера).

ИССЛЕДОВАНИЕ НАБУХАНИЯ АКРИЛОВЫХ ЛАТЕКСОВ

891

Объектами исследования служили латексы ПММА и полибутилакрилата (ПБА), полученные эмульсионной полимеризацией с использованием различных количеств сшивающего агента -аллилметакрилата (AMA). В качестве эмульгаторов использовали лаурат калия, фракции С7-С9 и C12-Ci6 калиевой соли синтетических жирных кислот, со - гидроперфторпеларгонат калия.

Степень равновесного набухания измеряли методом статического центрифугирования. Готовили три - четыре образца латекса с концентрацией полимера 5 - 15% и после смешения с ММ А центрифугировали 10 мин при 6000 об/мин. После центрифугирования удаляли шприцем отделившийся верхний слой мономера и взвешивали набухший образец. При расчете Hw по формуле (3) для растворимости ММА в воде брали у = = 0.015 г/г воды [2].

Размеры латексных частиц измеряли турбиди-метрическим методом [3].

Результаты определения степени равновесного набухангя и среднечисленной ММ цепей между узлами полимерной цепи приведены в табл. 1. Для латекса ПММА получены значения Hw и Hv, близкие к результатам работы [2]. Степень набухания частиц ПММА, растворимого в собственном мономере, носит ограниченный характер, так как уменьшение свободной энергии смешения полимер-мономер компенсируется (вследствие разбавления полимера при набухании) возрастанием свободной энергии на границе двух фаз за счет увеличения межфазной поверхности. Сшитые латексы ПММА набухают хуже несшитых, поскольку энергия упругоэластической деформации сетки, как и межфазное натяжение, препятствует набуханию.

Латексные частицы ПБА лучше набухают в ММА, чем частицы ПММА (табл. 1). Увеличение размеров частиц ПБА, полученных без сшивающего агента, а также в его присутствии, приводит к заметному росту Hw и Hv. Это можно объяснить меньшим давлением р - 2у/г в частице с большим радиусом г, нежели в маленькой частице. Хотя частицы ПБА, полученные без сшивателя, могут быть частично сшиты [4], использование 1 - 2% AMA способствует полному сшиванию и понижению степени набухания.

В работе менялось количество используемого эмульгатора и его эффективность, но не было об-

Таблица 1. Степень массового и объемного набухания акриловых латексов в ММА, диаметр частиц и средне-численная ММ цепей между узлами полимерной сетки

Латекс Содержание AMA, % d, HM Hw Ну Mc х 1(Н

ПММА 0 117 2.82 3.31 -

1 76.5 1.84 2.06 2.7

ПБА 0 444 6.11 7.20 -

0 432 5.70 6.71 -

0 295 5.55 6.55 -

0 75.7 3.87 4.48 -

1 487 4.36 5.08 42

1 381 4.20 4.88 36

1 380 4.07 4.72 31

1 117 3.03 3.46 11

2 417 3.27 3.76 12

2 146 3.44 3.96 19

наружено значительного влияния этих параметров на степень равновесного набухания.

Полученные данные по набуханию латексов в ММА использовались для расчета параметров х> у и Мс из уравнения (1). С помощью % = 0.585 [2] получено у=4.3 х 10~3 Н/м для несшитого ПММА, а затем и Мс сшитого латекса (табл. 1). Предполагались несшитыми латексы ПБА, полученные без AMA, для них рассчитаны % = 0.528 и у = 2.20 х 10"3 Н/м. Эти значения позволили рассчитать Мс для сшитых латексов ПБА. Из табл. 1 видно, что с уменьшением размера частиц сшитого ПБА наблюдается уменьшение длины цепей между узлами полимерной сетки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Николаева Т.В., Куликова А.Е., Вишневская ИМ., Разинская И.Н., Гуткович АД., Ермолаева BJI. // Высокомолек. соед. А. 1990. Т. 32. № 6. С. 1139.

2. Gardon JJ. // J. Polym. Sei. A-l. 1968. V. 6. No. 10. P. 2859.

3. Слоним И.Я. H Оптика и спектроскопия. 1960. Т. 8. № 2. С. 255.

4. Колегов В.И., Харитонова U.E., Маринин В.Г, ШевчукЛ.М., Киселева Н.В., Николаева Т.В. // Высокомолек. соед. А. 1990. Т. 32. № 12. С. 2458.

9 ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ серия Б том 35 №7 1993

KOJIErOB h flp.

Investigation of Swelling of Acrylic Latices in Methyl Methacrylate by the Method of Static Centrifugation

V. I. Kolegov, V. N. Potapov, N. E. Kharitonova, T. V. Nikolaeva, A. E. Kulikova, and V. G. Marinin

V.A. Kargin Research Institute of Polymer Chemistry and Technology, Dzerzhinsk, Nizhegorodskii Region, 606006 Russia

Abstract - The equilibrium swelling in methyl methacrylate (MMA) of poly(methyl methacrylate) (PMMA) and poly(butyl acrylate) (PB A) latices obtained in the presence of allyl methacrylate (AMA) was studied by the method of static centrifugation. Reducing particle sizes and introducing a crosslinking agent resulted in lower swelling. The polymer-monomer interaction parameters, interfacial tension, and molecular masses of moieties between the crosslinks of a polymer network were determined.

BblCOKOMOJlEKYJIflPHblECOEflHHEHHfl cepwa B tom 35 №7 1993