CC BY
12УДК 678.762.2
А.В. Комин, О.К. Швецов, Е.В. Грибанова
ВЗАИМОСВЯЗЬ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ РАСТВОРОВ ПОЛИМЕРНЫХ ПАВ И СВОЙСТВ БУТАДИЕН-НИТРИЛЬНЫХ ЛАТЕКСОВ, ПОЛУЧЕННЫХ В ИХ ПРИСУТСТВИИ
(Ярославский государственный технический университет) E-mail: rusakovagn@ystu.ru
Проведено сравнение поверхностного натяжения растворов и латексов полимерных ПАВ различного состава и пентадекансульфоната натрия. Получены кинетические зависимости синтеза сополимеров бутадиена и акрилонитрила в присутствии таких полимеров. Установлена взаимосвязь стабильности латекса, размера частиц и количества ПАВ в системе.
Применение традиционных ПАВ (эмульгаторов) при синтезе эмульсионных каучуков имеет весьма значительные экологические проблемы в связи с большим количеством сточных вод [1]. Использование полимерных ПАВ (ППАВ) представляет значительный интерес в связи с решением этих проблем. В работе были синтезированы ППАВ различного состава, свойства некоторых из них описаны в работе [2]. На рис. 1 приведены изотермы поверхностного натяжения (о) таких сополимеров и пентадекансульфоната натрия (АСН).
80
О
мН/м
60
40 20 ■
0 -'-'-'-'
0 0,1 0,2 0,3 0,4
С, г/дм3
Рис. 1. Изотермы поверхностного натяжения растворов ППАВ и АСН.
• - (АСН); □ - сополимер 45% МАК, 1; ■ - Сополимер 35%
МАК, 2; ▲- Сополимер 60% МАК, 3 Fig. 1. Superficial tension isotherms for • - (АС^; □ - copolymer with 45% МАЛ, 1; ■ - copolymer with 35% МАA, 2; ▲-copolymer with 60% МАЛ
Для бинарных сополимеров метакриловой кислоты (МАК) и нитрила акриловой кислоты (НАК) с 60% МАК в составе (3) поверхностное натяжение о уменьшается с увеличением концентрации раствора, как и в случае трехкомпонент-ных сополимеров так и в случае АСН. Однако на изотерме поверхностного натяжения отсутствует
точка перегиба, соответствующая ККА (ККМ), наличие которой характерно как для АСН, так и для ППАВ. Это дает право отнести сополимеры МАК- АН к типичным полимерным электролитам, в то время как сополимеры 1,2 являются полимылами.
Характерной особенностью традиционных рецептов эмульсионной полимеризации (ЭП) является прямая зависимость скорости, стабильности и диаметра частиц латекса от количества эмульгатора, однако при применении ППАВ, обеспечивающих требуемую стабильность латекса при синтезе СКН-40А (таблица, рис. 2), наблюдается характерная зависимость кинетики процесса и стабильности латекса от количества эмульгатора. Однако на кинетических кривых нет выраженного стационарного участка, что связано с отсутствием стационарности количества частиц на этой стадии.
Таблица
Зависимость размера частиц и стабильности латекса СКН-40А от количества ППАВ (2).
Table The dependence of SNK latex particles size and
stability upon polymeric surfactant(2) amount.
Количество ППАВ, мас.ч. Конверсия мономеров, % Диаметр частиц, нм Относительная доля коагулюма, %
4,5 45 198 20
5,0 65 208 1,0
5,5 65 200 1,0
6,0 6,0 208 0,4
Как показано в таблице, при увеличении количества ППАВ не наблюдается известной зависимости уменьшения размера частиц при возрастании количества эмульгатора в системе [3-5]. Видимо, это связано с флокуляцией частиц по ходу процесса с сохранением постоянной величины поверхности частиц. В то же время характер кинетической кривой зависит от исходного количества ППАВ в рецепте, что и иллюстрирует рис. 3.
66
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2007 том 50 вып. 4
П,Ч
Рис. 2. Кинетика ЭП бутадиена и НАК зависимости от количества ППАВ. Содержание ППАВ, сополимер 35% МАК, мас.ч.:
• - 6,0; о - 5,5; ■ - 5,0; ▲ - 4,5. Содержание НАК - 44% Fig.2. Emulsion polymerization kinetics of butadiene with NAC vs polymeric surfactant species content. The 35 % MAA copo-lymer: surfactant species contents are • - 6,0; о - 5,5; ■ - 5,0; ▲ - 4,5 % by weight, respectively. The NAC content is 44%.
Конверсия, %
Рис. 3. Зависимость величины поверхностного натяжения латекса от конверсии при синтезе СКН-40А с использованием ПАВ различной природы. □ -АСН; • -ППАВ. Fig.3. Latex superficial tension dependence on conversion at SKN synthesis with different nature surfactant species application. □ - АС^ • - polymeric surfactant.
Характерной особенностью эмульсионной полимеризации диенов и НАК с использованием ППАВ является протекание процесса при постоянном о латекса на уровне 50-55 мН/м, начиная с низкой конверсии мономеров (10%), при концентрации ППАВ в водной фазе не менее 2% (соотношение фаз 1:2). Из рис. 3 видно, что о растет только до конверсии 10-15% (начальный этап), при этом о соответствует ККА, а затем, за счет образования новых частиц и их флокуляции, сохраняется на одном уровне, в то время как следовало ожидать его роста, как при использовании АСН (рис. 3).
При концентрациях ППАВ в водной фазе менее чем 2% стабильность системы сильно уменьшается (таблица). При эмульсионной полимеризации бутадиена и НАК в присутствии ППАВ наблюдаются характерные отличия, указывающие на протекание процесса по не мицелляр-ному способу нуклеации частиц и с сохранением их постоянной поверхности после окончания начального этапа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Равини Э.М. и др. Бутадиен-нитрильные каучуки. Синтез и свойства. Тем.обзор. Сер. Промышленность СК. М.: ЦНИИТЭНефтехим. 1982. С. 67.
2. Корчагин А.В., Швецов О.К. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2004. Т.47. Вып. 6. С. 76-79.
3. Елисеева В.И. Полимерные дисперсии. М.: Химия. 1980. С. 294.
4. Feigin R.J., Napper D.H. J. Colloid and Jnterface Sci. 1980. V. 75. N 2. P. 525-541.
5. Bluckly D.C. Emulsion Polimerisation: Theory and Practice. London.: Applied Science Publishers. 1975. P. 646.
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2007 том 50 вып. 4
67
