Теоретичні основи технологій гетерофазної модифікації термопластів полівінілпіролідоном

РОЗДІЛ 2
ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИКИ ЕКСПЕРИМЕНТІВ
2.1. Вихідні речовини та їх властивості
Для вирішення поставлених завдань були використані наступні речовини:
- для одержання кополімерів ПВП з вініловими мономерами в емульсійних умовах:
ПВП, метилметакрилат (ММА), стирол, вінілацетат (ВА), метилакрилат(МА),
бутилакрилат (БА), персульфат калію (ПК);
- для одержання кополімерів ПВП з вініловими мономерами в дисперсійних умовах:
ПВП, ММА, стирол, двооксид титану рутильної та анатазної форми, оксид цинку,
ПК;
- для модифікації твердої поверхні у набряклому стані: ПВП, пінополістирольні
відходи (ППС), бутанол;
- для створення сумішей у в’язкотекучому стані: ПВП, полікапрамід (ПА-6),
кополімер ПА-66/6, полістирол суспензійний (ПС), ППС (вибір ПС та поліамідів
зумовлений необхідністю встановлення впливу ПВП на властивості
частково-кристалічних матеріалів, якими є поліаміди, та аморфних, яким є ПС.
Крім того, карбаматні групи ПВП є однорідними до пептидних груп поліамідів, а
отже, ці полімери аналогічні за будовою, а з ПС – відмінні). Для досліджень
використовували зразки таких промислових термопластів: ПА-6 (“Tarnamid-27”)
виробництва фірми Zakіady Azotowe w Tarnowie-Moњcicach S.A. (Польща); ПА-66/6
марки АК-60/40 ТУ 6-05-1032-73; ПСС (ГОСТ 20282-74) виробництва ВАТ “Концерн
Стирол” (м. Горлівка).
Мономери, які використані в роботі, їх властивості та методи очищення наведені
в табл. 2.1, властивості пігментів - в табл. 2.2, а властивості вихідних
термопластів - в табл. 2.3.
Таблиця 2.1
Властивості та методи очищення мономерів та ініціаторів
№ з/п
Назва
Формула
Фізичні властивості
Умови очищення
Стирол
М=104,14; r20=906 кг/м3
n20=1,5469; Ткип.=418,2 К
b20=0,026 мас.%
Промивання 5%-ним NaHSO3, 10%-ним NaOH, H2O (дист.) Сушка CaCl2, цеолітом NaA;
Перегонка (Р=40 мм рт. ст., Т=333 К, інгібітор - гідрохінон)
Метилметакрилат
М=100,12; r20=936 кг/м3
n20=1,4150; Ткип.=373 К
b20=1,5 мас.%
Промивання 5%-ним Na2СО3, Сушка Na2SO4, цеолітом NaA; Дворазова перегонка
(ялинковий дефлегматор, висота 0,6 м; інгібітор - гідрохінон)
Метилакрилат
М=86,09; r20=956 кг/м3
n20=1,4040; Ткип.=353,2 К
b20=6,0 мас.%
Промивання 5%-ним Na2СО3, Сушка Na2SO4, цеолітом NaA; Дворазова перегонка
(ялинко­вий дефлегматор, висота 0,6 м; інгібітор - гідрохінон)
Бутилакрилат
М=128,17; r20=899,8кг/м3
n20=1,4190; Ткип.=420,4 К
b20=0,13 мас.%
Промивання 5%-ним Na2СО3, Сушка Na2SO4, цеолітом NaA; Дворазова перегонка
(ялинко­вий дефлегматор, висота 0,6 м; інгібітор – резинат міді)
Вінілацетат
М=86,05; r20=932 кг/м3
n20=1,3953; Ткип.=346 К
b20=2,5 мас.%
Дворазова перегонка (тиск - атмосферний, висота ректифіка­ційної колони 1 м,
інгібітор - гідрохінон)
Персульфат калію
K2S2O8
М=270,33;
r20=2480 кг/м3
Перекристалізація із води.
М – молекулярна маса; r20, n20, b20 – густина, показник заломлення, розчинність
мономеру у воді при 20 оС;
Таблиця 2.2
Властивості пігментів
№з/п
Властивість
Двооксид титану
Оксид цинку
Анатаз
Рутил
Густина, кг/м3
Показник заломлення
Маслоємність
Покривність, г/м2
Розбілююча здатність, ум.од.
Питома поверхня, м2/г
3700-3900
2,55
20-22
35-45
1150
9-15
3700-4200
2,70
16-18
30-40
1500
7-20
5500
1,95-2,05
12-16
110-140
5-10
Основні характеристики досліджуваних термопластів зведені в табл. 2.3.
Таблиця 2.3.
Характеристики вихідних термопластів
Показник
ПА-6
ПА-66/6
ПС
ППС
Хімічна будова
кополімер 60% солі АГ і 40% е-капролактаму
Густина, г/см3
1,14
1,12
1,05
0,06
Насипна густина, г/см3
0,6-0,8
0,65-0,75
0,55-0,65
Температура топлення, не менше, 0С
221
160
160-170
150
Міцність під час розтя­гування, не менше, МПа
50
20
40
6,8*
Відносне видовження під час розтягування, %
40
60
1,5-3,0
Адсорбція вологи до насичення на повітрі,
24 год при 20 0С, %
3,0
5,8
0,2
1,33
* — міцність при 10%-ому стисненні.
Полівінілпіролідон – аморфний полімер білого кольору лінійної будови з
молекулярною масою 12...360•103; температура розм’якшення 120-140 0С; густина
при 20 0С 1,19 г/см3; nD20 = 1,52 (для плівки). ПВП використовували високої
очистки (МРТУ №3928-71).
2.2. Методики експериментів
2.2.1. Методика синтезу ПВП-вмісних латексів та дисперсій
Синтез ПВП-вмісних латексів і дисперсій проводили в тригорлій колбі, що містить
якірну мішалку, зворотній холодильник та пристосування для подачі аргону.
Попередньо в окремій посудині розчиняли ПВП і персульфат калію в дистильованій
воді. Спочатку в колбу вносили розчин ПВП і персульфату калію в дистильованій
воді, після чого при інтенсивному перемішуванні додавали мономер. Мономери, які
використовували при полімеризації, попередньо очищували згідно методик
наведених в таблиці 2.1, вакуумували та насичували аргоном. Полімеризацію
здійснювали при температурі 323-373 К. Вміст ініціатора (ПК) складав від 0,02
до 0,05 моль/л.
Синтез кополімерів в присутності оксидів металів (пігментів) проводили в
умовах, аналогічних при синтезі латексів, але з додаванням на початковій стадії
пігментів. Синтез проводили при двох різних варіантах змішування компонентів
реакційного середовища. В одному випадку, ПВП вводили одночасно з пігментами та
ініціатором. У другому випадку, особливістю було те, що пігменти спочатку
модифікували у водних розчинах ПВП, внаслідок адсорбції макромолекул на їх
поверхні, а потім додавали ініціатор та мономер. Така послідовність введення
реагентів обґрунтована встановленими в даній роботі особливостями впливу
міжмолекулярних взаємодій на поверхневі характеристики пігментів.
Швидкість перемішування полімеризаційних середовищ була підібрана
експериментальним шляхом з врахуванням ровн