CC BY
22УДК 678-762.2
O.K. Швецов, Е.КХ Дуросова
СИНТЕЗ И НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА БУТАДИЕН-СТИРОЛ-КАРБОКСИЛАТНЫХ ЛАТЕКСОВ
(Ярославский государственный технический университет)
Изучено влияние состава мономерной смеси на кинетику, свойства и стабильность бутадиен-стирол-карбоксилатиых латексов. Показано* что разработанные технологические условия синтеза позволяют получать латекс ы сополимеров с высокой глубиной превращения мономеров и достаточной стабильностью для затравочной полимеризации.
КЗ
Одним из наиболее перспективных направлений применения бутадиен-стирол-акрштатных латексов является их использование в качестве пленкообразователя в лакокрасочных материалах (ЛКМ) и в строительных композициях [1]. Получение латексов методом эмульсионной привитой (затравочной) полимеризации позволяет производить относительно недорогие и качественные материалы для этих целей [1,2].
Синтез латексов привитых сополимеров осуществляли в две стадии. Первая стадия - синтез затравочного бутадиен-стирольного сополимера, обеспечивающего основные прочностные характеристики, Целью настоящего исследования явилось получение и исследование свойств латексов сополимеров различного состава на основе бутадиена-
стирола (Ст) и метакриловой кислоты крупнотоннажных сомономеров, широко применяемых в производстве синтетического каучука и различных высокомолекулярных соединений. Высокое содержание звеньев стирола в сополимере обеспечивает требуемую прочность плёнки, звенья бутадиена™ 1,3 придают сополимеру эластичность, а также обеспечивают высокую степень прививки по а-СН2 и двойным связям цепи на затравочный полимер (жёсткое ядро) второй стадии полимеризации. Введение небольшого количества звеньев метакриловой кислоты повышает адгезионные, прочностные характеристики пленки и стабильность пленкообразующих латексов [1],
Синтез бутадиен-стирол-карбо кем латных латексов осуществляли методом эмульсионной радикальной сополимеризации мономеров в водной среде. В качестве инициатора РП использовали водорастворимый персульфат калия (ПСК). В качестве эмульгатора применяли сульфонол НП-3, а дополнительного стабилизатора — лейканол. Дополнительной стабилизации образующихся полимерных частиц (ПМЧ) в процессе синтеза в водной среде способствуют также карбоксилатиые группы звеньев МАК, расположенные на поверхности лрбоксмлатные группы образуются вследст-
вие частичной нейтрализации звеньев МАК, т. к, их стабилизующая способность выше, чем карбоксильных групп звеньев МАК за счёт большей величины отрицательного заряда частиц [3]. Молекулярную массу сополимеров регулировали введением третичного додецилмеркаптана (Тр-ДДМ).
На рисунке 1 приведены кинетические зависимости выхода сополимеров БД, Ст и МАК. Синтез проводили при 50±2 °С в течение 12-13 часов и 2-3 часов при 60±2 °С Этого достаточно для достижения необходимой высокой глубины превращения мономеров (а-100%).
100 •
4 6 S 10 12 14
_[ дробная подача ПСК; | - дробная подача МА.К
J,-Fractional PSK feeding; J -fractional feeding of МАЛ
Состав сополимера БД-Сг-МАК; I - 40:60:1; 2.....35:65:1; 3 30:70; 1;
4.....15:85:1
Polymer composition -BD-St-MAA 1-40:60:1; 2-35:65:!; 3- -30:70:1;
4.....15:85:1
Рис, 1. Кинетические зависимости реакции эмульсионной сопо
янмеризации БД, Cr и МАК
Fig, I. The kinetics of emulsion copolymer!nation of butadiene,
siyrene and mcthacrylie acid
Кинетические зависимости процесса сополимеризации в виде 3-образиых кривых являются типичными для эмульсионной полимеризации гид-рофооных мономеров. Такси характер зависимостей отвечает мицеллярному механизму протекания процесса сополимеризации, когда скорость реакции Vp постоянна до конверсии мономеров 60-75% [2],
В [I] было показано, что оптимальной явля-
58
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2006 том 49
вып. 3
ется дробная подача МАК. Для ускорения процесса сополимеризации использовалась дробная дозировка инициатора, приводящая к увеличению скорости реакции на конечной стадии.
Как видно из представленных графиков, скорость реакции тем выше, чем больше содержание в рецепте более реакционноспособного мономера стирола. Константы сополимеризации Ст (Г|) и БД 2) 0,78 и 1,32 соответственно [4], что указывает на более высокую скорость расходования БД в смеси, однако кп»к22, поэтому общая скорость реакции возрастает при увеличении содержания стирола в мономерной смеси.
В таблице приведены свойства синтезированных затравочных латексов сополимеров БД, Ст и МАК,
Таблица
Некоторые свойства латексов сополимеров БД, Ст н
МАК
Table Some properties of latexes butadiene,styrene and _ methaerylic acid_
Y<t Компоненты, мае.ч. Отфильтрованный латекс
•и:: п/п БД Ст МАК а, % рН Koary- и4 Л ЮМ, % Дср» нм Вязкость по ВЗ-246. с о, мН/м Р,%
1 40 60 1 100 6,30 0,65 82,6 12,6 55,6 52,0
2 35 65 I 100 6,50 0,47 79,2 13,6 58,0 49,4
3 30 70 1 100 6,65 0,32 89,4 13,9 53,9 54,8
4 1 5 85 1 100 6,75 0,46 85,1 13,3 51,8 56,3
Из анализа данных таблицы видно, что степень превращения мономеров во всех четырёх слу-
чаях равна -100%. Значения рН латексов близки -от 6,30 до 6,75. Образование коагулюма в процессе полимеризации невелико и составляет 032-0,65% от сухого остатка латекса. При определении среднего размера частиц (Дср) использовали 0,05%-ный раствор стабилизатора коллоидных систем лейкано-ла, значение рН которого Средний диаметр
частиц латексов составил 80,0-90Д)нм. Также близки и невысоки значения вязкости по Е53-246 (12,6-13,9с). Поверхностное натяжение латексов (а) составляет 52,0-58,0мн/м и значения степени адсорбционной насыщенности яатексных частиц эмульгатором - от 49 до 56%. Все полученные латексы устойчивы к разведению водой при объемном соотношении 1:200 коагулюм при разведении не образуется. Т.е. латексы характеризуются необходимой агрегативной устойчивостью.
Синтезированные латексы сополимеров БД, Ст и МАК различного состава, полученные с высоким выходом полимеров (а-100%) и характеризующиеся требуемой стабильностью, без отгонки остаточных мономеров использовали в качестве «затравки» для получения соответствующих привитых бутадиен-стирол-акрилатных сополимеров -пленкообразователей Л КМ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Груздев Швецов ОЖ. Изв. вузов. Химия и хим. технология, 2004. Т 47. Вып. 8, С, 147-149,
2. Ерко&а Л.Н-, Чечик Д.С Латексы. Д.; Химия. 1983. 224 с.
3. Кабанов В,А, Практикум по высокомолекулярным соединениям, М: Химия, 1985. 224 с,
4. Хэм Д, Сопояимеризация. М.: Химия. 1971- 616 с.
Кафедра технологии полимерных материалов
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2006 том 49 вып. 3 59
