• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Гелі утворення латексу при іонному (коагулянтном|) відкладенні

Метод іонного відкладення широко застосовується при виготовленні тонкостінних, донотовщинних| виробів з латексів. Він застосовний, практично, для всіх типів латексів, стабілізованих| іоногеними| емульгаторами, включаючи натуральні, синтетичні і штучні латекси.

Метод іонного відкладення полягає в наступному: форму необхідної конфігурації занурюють в розчин соли, катіон якої здатний викликати астабілізацію| латексу (коагуляція); потім форму витримують в латексній композиції до наростання гелю заданої товщини, після чого форму витягують з латексної композиції і гель піддають синерезису|, сушці, вулканізації.

Зазвичай як коагуляції застосовують водні і спиртні розчини солей двовалентних металів, як правило, азотнокислого або хлористого кальцію. Детальне дослідження процесів іонного відкладення було проведене Сандомирским Д.М., Черной В.В. [33; 7, с. 151...164; 34, 30). В основі даних про кінетику іонного відкладення латексів різної природи|: впливу на величину відкладення температури, в'язкості латексу, кількості коагуляції на формі автори прийшли до висновку про дифузійний характе|р цього процесу.

Астабілізация латексних частинок і утворення гелю здійснюються у лічильнику дифузії катіонів електроліту з поверхні форм в об'єм латексу і їх взаємодії із захисною речовиною латексних частинок. Це дозволило застосувати закон Фіка для виведення рівняння, що описує кінетику іонного відкладення:

де dQ - кількість речовини, диффундуючої за час т через одиницю площі; c-концентрація; х-відстань; - градієнт концентрації; Д - коефіцієнт дифузії.

При виведенні рівняння були зроблені ряд припущень:

Ø між кількістю полімеру латексу і кількістю продиффундованої| солі коагуляції, що відклалася, існує однозначна залежність;

Ø концентрація солі в гелі змінюється лінійно від концентрації на поверхні| форми до нульової концентрації на зовнішній поверхні гелю і ця концентрація залишається постійною в ході іонного відкладення.

З урахуванням цих допущень після ряду перетворень було отримано рівняння|, що описує кінетику іонного відкладення:

де q - кількість полімеру, що відклався, на одиницю площі форми за час т.

де С₀ - концентрація солі, що коагулює, на формі; С_н -концентрація полімеру в гелі;- коефіцієнт, що пов’язує|| кількість продиффундованої| в латексі солі з кількістю полімеру відкладеним на формі.

Результати експериментальної перевірки рівняння (2), представлені на рис.3.15, показали, що квадрат кількості

Рис. 3.15. Залежність квадрата кількості полімеру, що відклався, від тривалості відкладення: • - натуральний латекс; х - хлоропреновий| латекс

полімеру, що відкладається, при іонному відкладенні латексів різної природи пропорційний тривалості відкладення. Подальші дослідження [34; 32, с. 157; 40, 41], не дивлячись на зроблені уточнення в рівняннях для опису процесу іонного відкладення, також базувалися на уявленні про дифузійну природу цього процесу.

Припущеня, зроблене при виведенні рівняння (2) про існування зв'язку між кількістю полімеру, що відклався, і кількістю астабілізуючих катіонів, продиффундовавших| в латекс, було експериментально підтверджене в роботах [35, 36].

Прямими експериментами [36] було встановлено, що в гелях, отриманих методом іонного відкладення з латексів різної природи, визначаються нерозчинні з'єднання, що утворюються в результаті реакцій аніона змульгатора| і катіона коагуляції:

2RCOO^- + Me⁺⁺ ® (RCOO)₂Me

Незалежно від часу відкладення гелю і концентрації коагуляції вміст зв'язаного катіона, що доводиться на 1 г полімеру гелю, є величина постійна для даного латексу (рис. 3.16, 3.17). Ця величина, спочатку названа "кальцієвим еквівалентом", оскільки дослідження проводилися з коагуляцією, що містить хлористий кальцій, надалі, після вивчення іонного відкладення із застосуванням коагуляцій, що містять солі Ва, Са, Zn, Ag, була названа "катіонним еквівалентом".

За швидкістю іонного відкладення катіони утворюють ряд:

Ba²⁺>Ca²⁺>Zn²⁺>Ag⁺.

Рис. 3.16. Залежність кальцієвого Рис. 3.17. Залежність кількості

еквіваленту від тривалості відкладеного полімеру та

відкладення: • - натуральний латекс; кальцієвого еквіваленту від

х - хлоропреновий| латекс; •- концентрації коагуланта (CaCl₂):

бутадієн-стирольний латекс •-відкладення; х-кальцієвий ек-

вівалент

Іон Ag є єдиним одновалентним катіоном, що викликає іонне відкладення. Оскільки тільки Ag серед одновалентних катіонів утворює з аніонами емульгатора нерозчинні солі, це є свідоцтвом того, що іонні відкладення можуть викликати катіони, що дають з аніонами| ПАР нерозчинні солі. Проте утворення нерозчинних солей і результаті взаємодії катіона коагуляції і аніона ПАР є не єдиною причиною астабілізації| латексу, що приводить до утворення гелю.

Підтвердженням цього є іонне відкладення полімеру латексу, де до якості астабілізуючого| агента використовувався гексамстилендиамін|, який не утворює з емульгаторами латексів нерозчинних солей. Іншою причиною астабілізації| латексу, що приводить до гелеобразованию| при іонному відкладенні, є стиснення подвійного електричного шару і зменшення Е-потенціалу латексних частинок. На першій стадії іонного відкладення основну роль в астабілізації| латексу, мабуть, грає зниження потенціала латексних частинок в результаті дії електроліту, концентрація якого вища за поріг коагуляції латексу. Це приводить до утворення на формі тонкої, щільної плівки коагулюма|. Надалі проникнення електроліту в латекс відбувається поволі через шар плівки коагулюма| і наростаючого гелю. На цій стадії іонного відкладення визначальним чинником астабілізації| латексу є утворення нерозчинних солей катіона коагуляції і аніона емульгатора.

При взаємодії катіона коагуляції і аніона емульгатора разом з тим утворювалися з'єднання, здатні піддаватися гідролізу,

(RCOO)₂Me + 2H₂O ↔ 2RCOO^-- + Me(OH),

що приводить до непродуктивної витрати електроліту. При цьому, чим більше ступінь гідролізації| з'єднань, що утворюються в результаті взаємодії катіона коагуляції і аніона емульгатора, тим повільніше йде іонне відкладення. З цих позицій можна пояснити зменшення швидкості відкладення гелю у ряді астабилизуючих| катіонів Ва²⁺ > Са²⁺ > Zn²⁺. Саме сильним гідролізом пояснюється той факт, що відкладення не йде на катіонах тривалентних металів. При проведенні іонного відкладення в кислому середовищі, яке знижує величину гідролізу, кількість гелю, що утворюється, значно зростає, в т.ч. і при застосуванні як коагуляції солей тривалентних металів (рис. 3.18). Іншим поясненням факту відсутності іонного відкладення при використанні солей тривалентних металів вважається

Рис. 3.18. Вплив рН| хлоропренового| латексу на величину відкладення| при однаковій молярній концентрації різних електролітів|: х – CaCl₂; • -Fe₂(SO₄)₃

утворення на поверхні форми дуже щільної плівки коагулюма, яка утрудняє проникнення в латекс електроліту й перешкоджаючої, тим самим, нарощуванню гелю. На відміну від гелів, отриманих методом желатинування, концентрація полімеру котрих рівна концентрації полімеру в латексі, концентрація полімеру в гелі, що отриманий іонним відкладенням, завжди вище концентрації полімеру в латексі.

Крім того, із збільшенням тривалості іонного відкладення концентрація полімеру в гелі спочатку знижується, а потім збільшується. В якості прикладу в табл. 3.1 приведена залежність концентрації полімеру в гелі від тривалості іонного відкладення хлоропренового латексу (концен­трація полімеру в латексі складала 41%). Вказана залежність якісно однакова й для інших типів латексів.

Таблиця З.1

Залежність концентрації полімеру в гелі від тривалості іонного відкладення (концентрація полімеру в латексі 41%)

Причина більш високої концентрації полімеру в гелі його концентрації в латексі пояснюється диффузіофорезом латексних частинок, що викликаний різною швидкістю дифузії катіонів й аніонів електроліту в об’єм латексу.

Це створює електричне поле, під дією якого частинки латексу рухаються у напрямку до форми. В результаті відбувається концентрування латексних частинок поблизу поверхні форми, що і обумовлює велику концентрацію полімеру в гелі, ніж в латексі. Тільки за рахунок диффузіофорезу можна пояснити можливість отримання гелю іонним відкладенням з латексу з концентрацією полімеру 0,1%. Одночасно дані табл. 3.1 слугують підтвердженням того, що в перший момент відкладення має місце коагуляція, що приводить до утворення на формі щільної плівки коагулюма, вміст полімеру в якій істотно перевищує вміст поліме­ру в латексі. У міру збільшення тривалості іонного відкладення кон­центрація полімеру в гелі знижується, що пов'язано з утворенням більш пухкого гелю. Подальше зростання концентрації гелю пов'язано з процесом синерезису.

З практичної точки зору представляється необхідним розглянути закономірності впливу колоїдно-хімічних властивостей латексів на процес іонного відкладення. При рівному вмісті полімеру в латексі, рівному значенні рН латексу й однаковому середньому розмірі частинок латексу збільшення ступеня насиченості їх поверхні емульгатором приводить до зменшення швидкості іонного відкладення і зростання катіонного еквіваленту (рис. 3.19).

При рівному вмісті полімеру в латексі і рівному значенню pH латексу збільшення середнього розміру латексних частинок, при однаковому ступені насиченості їх поверхні емульгатором, приводить до збільшення швидкості іонного відкладення і зменшення катіонного еквіваленту (рис. 3.20).

Старіння латексу, що супроводжується агрегацією латексних частин, приводить до збільшення швидкості іонного відкладення й зменшенню катіонного еквіваленту (рис. 3.21). Підвищення температури латексу при іонному відкладенні приводить до збільшення швидкості іонного відкладення і зниження катіонного еквіваленту (рис. 3.22).

При порівнянні латексів, що виготовлені із застосуванням емульгаторів різної хімічної природи, було встановлено, що латекси, отримані на калій каніфольному милі, характеризуються більш високою швидкістю іонного відкладення ніж латекси, що стабілізовані милами парафінових кислот (рис. 3.23 й 3.24). Відповідно, катіонний еквівалент вище у латексів, що стабілізовані милами парафінових кислот. Представлені на рис. 3.19...3.22 дані, вказують на те, що чинники, що знижують агрегативную стійкість латексу (зниження ступеня насиченості поверхні латексних частинок емульгатором, збільшення розміру частинок, підвищення температури латексу при іонному відкладенні, старіння латексу), призводять до збільшення швидкості відкладення гелю і зниженню катіонного еквіваленту.

Рис. 3. 19. Вплив ступеня насиченості Рис. 3.20. Вплив розміру поверхні частинок емульгатором частинок хлоропренового

хлоропренового латексу на кількість латексу на кількість полімеру,

полімеру, що відклався, і величину що відклався, і кальцієвий

кальцієвого еквівалента: 1, 2, 3 – еквівалент. Середній розмір

тривалість відкладення 15, 60, 180 хв, частинок: 1 - 87 нм; II - 52 нм.

відповідно; 4 - кальцієвий еквівалент. Ступінь насиченості поверхні

Емульгатор – олеат калію частинок емульгатором - 75-78%. - кальцієвий еквівалент;

- час відкладення 15 хв;

- час відкладення 60 хв

Іншими словами, при зниженні агрегативної стійкості латексу для відкладення одиниці маси полімеру потрібна менша кількість астабілізуючого катіону.

Рис. 3.21. Вплив тривалості старіння на товщину плівки полімеру хлоропренового латексу, що відклався (•) і кальцієвий еквівалент (х)

Рис. 3.22. Вплив температури Рис. 3.23. Кінетика іонного

хлоропре­нового латексу при відкладення бутадієн-

іонному відкладенні на нітрильного латексу СКН-40,

кількість полімеру, що відклався, виготовленого з різними

(•) і кальцієвий еквівалент (х) емульгаторами:

1 - калій каніфольне мило;

2 - некаль; 3 - мило парафінових

кислот

Рис. 3. 24. Кінетика іонного відкладення латексу: 1 – натуральний; 2- хлоропреновий (емульгатор – мило абієтинової кислоти); 3 – бутадієн-стирольний (емульгатор – мило парафінових кислот)

Дані про вплив в'язкості латексу на швидкість іонного відкладення суперечливі. В роботі [34] наводяться дані, що свідчать про те, що із збільшенням в'язкості латексу швидкість іонного відкладення зменшується. В протилежність цьому в роботі [32, с. 156... 157] показано, що швидкість іонного відкладення із збільшенням в'язкості латексу збільшується. Ці суперечності, можливо, зв'язані з тим, що випробуванню піддавалися латекси, у яких крім відмінностей в'язкості відрізнялися і інші властивості (наприклад. розмір частинок, ступінь насиченості поверхні частинок емульгатором), або зміна в'язкості латексів здійснювалася прийомами, які крім зміни в'язкості могли змінювати і інші властивості (наприклад, при використанні загусників). Враховуючи, що в основі процесу іонного відкладення лежить диффузіонний процес (дифузія електроліту від форми в латекс і диффузіофорез латексних частинок до форми), а коефіцієнт дифузії, згідно рівнянню Ейнштейна, обернено пропорційний в'язкості, слід вважати, що за інших рівних умов, збільшення в'язкості латексу повинне приво­дить до зниження швидкості іонного відкладення.

Швидкість іонного відкладення залежить від властивостей полімеру латексу. В рабо­те [45] було показано, що чим жорсткіше полімер, тим вища швидкість іонного відкладення.

При дослідженні іонного відкладення штучного латексу 1-4 цис-поліізопрену було встановлено, що із збільшенням молекулярної маси полімеру швидкість іонного відкладення зростає.

Збільшення швидкості іонного відкладення спостерігалося також при поєднанні цього латексу з високостирольним латексом СКС-85ГП і при модифікації полімеру латексу п-нітрозодифеніл-аміном (мал. 3.25). Як приклад на мал. 3.26 приведений отриманий методом просвічуючої електронної мікроскопії знімок репліки з поверхні гелю, що виготовлений іонним відкладенням. В структурі гелю чітко є видимими як первинні латексні частинки, що зберегли свою індивідуальність, так і їх агрегати, що утворилися при коалесценції первинних частинок, простір між якими заповнений серумом латексу. Очевидно, коалесценція латексних частинок і утворення, в результаті, монолітної структури гелю перешкоджатиме дифузії астабілізуючого катіона через гель в латекс і тим самим уповільнюватиме швидкість іонного відкладення.

Тому, характер впливу властивостей полімеру латексу на швидкість іонного відкладення, мабуть, визначається аутогезіонними властивостями полімеру.

Жорсткий полімер латексу через низьку аутогезію перешкоджатиме коалесценції частинок в гелі. В результаті, в цьому випадку створюватимуться більш сприятливі умови для дифузії астабілізуючого катіона через гель в латекс, і, тим самим, швидкість іонного відкладення буде вищою.

Підвищення молекулярної маси полімеру штучного поліізопренового латексу, модифікація полімеру цього латексу, що підвищує жорсткість полімеру, утрудняючи коалесценцію частинок, обумовлює більш високу швидкість іонного відкладення.

Рис. 3.25.Кінетика іонного відкладення Рис. 3.26.Знімок фрагменту,

штучного латексу 1,4-цис-поліізопрена отриманий методом

(1), поєднаного з високо стирольним просвічування електронної

латексом СКС-85 (2) та мікроскопії з поверхні гелю

модифікованого п-нітрозодифеніламіном

(3)

Рис. 3.27. Залежність величини відкладення полімеру від концентрації латексу: 1 - натуральний латекс; 2 - синтетичний латекс (емульгатор — мило карбонової кислоти); 3 - синтетичний латекс (емульгатор - мило сульфокислоти)

У ряді випадків, залежність має вид кривих з максимумом, максимум на кривих виразно виявляється у синтетичних латексів, що виготовлені із застосуванням в якості емульгаторів мила карбонових кислот, а положення максимуму зсунуто в область відносно невисоких (30...35%) концентрацій полімеру в латексі (рис. 3.27).

У синтетичних латексів з іншими емульгаторами, а також у натурального латексу екстремальна залежність величини відкладення від концентрації полімеру в латексі або взагалі відсутня в межах досліджених концентрацій полімеру в латексі, або виражена у меншій мірі і максимум зсунутий в область високих (50...60%) концентрацій полімеру в латексі.

Спроба пояснити характер залежності кількості полімеру, що відклався, від його концентрації в латексі була зроблена в роботі [40], в якій кінетика іонного відкладенні розглядалася з позиції теорії дифузії низькомолекулярної речовини (коагуляції) крізь пористе середовище (гель).

Збільшення концентрації полімеру в латексі призводить до збільшення кількості полімеру, що відклався, оскільки астабілізуючі іони стикаються з великим числом латексних частинок. З другого боку, збільшення концентрації полімеру в латексі веде до зростання об'ємної частки полімеру в гелі і тим самим зменшується його проникність і, як наслідок, зменшується кількість астабілізуючих іонів, які поступають в латекс, що і призводить до зменшення відкладення полімеру.

Зменшення проникності гелю призводить до більш істотного зниження відкладення у латексів з високим катіонним еквівалентом, оскільки для відкладення одиниці маси полімеру в цьому випадку потрібна більша кількість астабілізуючого іона. Цим, мабуть, і пояснюється наявність максимуму на кривих залежності величини відкладення від концентрації полімеру в латексах, стабілізованих милом карбонових кислот. Можливо також, що високі аутогезіонні властивості полімеру латексу і почавшийся вже в ході іонного відкладення синерезис гелю можуть бути причиною утворення гелю з низькою проникністю по відношенню до астабілізуючого катіона. В цьому випадку також може наступити момент, коли підвищення концентрації полімеру в латексі і, як наслідок, збільшення об'ємної частки полімеру в гелі перешкоджатиме збільшенню відкладення.

Особливий випадок представляє іонне відкладення з латексів карбоксилвмісних полімерів.

Було встановлено [44, 46], що в цьому випадку катіони взаємодіють не тільки із захисною речовиною латексних частинок, але і витрачаються на реакцію з карбоксильними групами безпосередньо в ході іонного відкладення, здійснюючи зшивання полімеру. При цьому катіонний еквівалент, природно, зростає, а швидкість відкладення за інших рівних умов зменшується. Карбоксилвмісні полімери латексів повоять себе при іонному відкладенні як полімерні електроліти, реакційна здатність яких по відношенню до катіонів коагулянту залежить від ступеня дисоціації карбоксильних груп, зростаючи з підвищенням pH.

Було показано [46], що кількість зв'язаного кальцію в плівці, отриманій іонним відкладенням з бутадієн-стирольного карбоксилвмісного латексу, залежить від рН латексу. Так в плівці з 4% метакрилової кислоти (МАК) при рН= 3,5 зв'язується 0,4% кальції, а при рН= 10,4 - зв'язується 1,4%.

При підвищенні рН карбоксилвмісного латексу швидкість іонного відкладення знижується, що пов'язано із зшиванням полімеру латексу, що відбувається. Останнє знижує в системі кількість астабілізуючих іонів, що є причиною уповільнення відкладення гелю.

Взаємодія катіона коагулянту з функціональними групами полімеру має місце також при проведенні іонного відкладення з хлоропренових латексів, полімер яких може містити гідроксильні групи, що утворюються в ході старіння латексів.

Закінчуючи розгляд закономірностей гелеутворення при іонному відкладенні, доцільно розглянути вплив на цей процес деяких технологічних чинників, що мають важливе практичне значення при його реалізації.

До таких чинників слід віднести:

Ø концентрацію коагулянту;

Ø тип розчинника для виготовлення коагулянту;

Ø в'язкість коагулянту;

Ø тривалість витримки форми з нанесеним коагулянтом в латексі або в латексній композиції;

Ø температуру латексу або латексної композиції.

Кількість полімеру, що відкладається, за інших рівних умов залежить від кількості коагулюючої солі, що припадає на одиницю площі поверхні форми.

За даними робіт [33; 7,с. 153] на початку процесу із збільшенням кількості електроліту на формі зростає і кількість полімеру, що відкладається, потім, не дивлячись на подальше збільшення кількості електроліту на формі, процес сповільнюється. Разом з тим, є дані [32,с. 157... 158], що показують, що збільшення концентрації електроліту на формі призводить до безперервного зростання кількості полімеру натурального латексу, що відкладається. При застосуванні як коагуляція розчину азотнокислого кальцію процес відкладення полімеру натурального латексу описується рівнянням:

δ = 0,022Сτ0'5

де δ - товщина плівки, мм; С - концентрація азотнокислого кальцію %; τ -тривалість знаходження форми з коагулянтом в латексі.

Розчинник коагулянту (вода, спирт) спричиняє вплив на швидкість відкладення. Водні розчини хлористого кальцію забезпечують більш високу швидкість іонного відкладення, ніж спиртні. Передбачається, що в спирті хлористий кальцій може зв'язуватися в комплекс:

,

зменшуючи тим самим зміст астаблізуючого катіона Са²⁺.

Необхідною умовою проведення процесу іонного відкладення є необхідність утримати на формі задану кількість коагулянту. Одним з прийомів, дозволяючим утримувати задану кількість коагулянту на формі, є підвищення його в'язкості. Останнє досягається введенням в розчин коагулянту речовин, що підвищують в'язкість. Звичайно для цієї мети застосовують каолін, бентоніт, мів. Конкретні склади коагуляції будуть приведені в розділі 4.2.1.1.

Крім того, після витягання форми з розчину коагулянта проводиться його підсушка, що також утримує коагуляцію на формі. В цьому відношенні переваги мають спиртні розчини коагуляції. Тривалість витримки форм з нанесеним коагулянтом в латексі або латексній композиції визначається залежно від необхідної товщини одержуваного виробу.

Максимальна товщина плівки після синерезису і сушки гелю звичайно не перевищує 1,5...1,8 мм. Практично, для більшості виробів товщина плівки лежить в межах 0,3... 1,0 мм. Тривалість витримки форм в латексі або латексній композиції визначається досліджуваним шляхом з урахуванням колоїдно-хімічних властивостей латексу, вплив яких на швидкість іонного відкладення розглянутий вище.

В умовах виробництва температура латексу або латексної композиції при іонному відкладенні не повинна виходити за межі +15...+25°С. При більш низькій температурі процес відкладення гелю йде поволі, при більш високій температурі можливо нерівномірне відкладення гелю і різна товщина виробів по висоті форми. Оптимальної слід рахувати температуру 20±3°С.

Специфічним видом процесу іонного відкладення є так звані пази "електровідкладення" полімеру з латексу. У загальних рисах воно зводиться до наступного: в латекс вводять два електроди, сполучені з джерелом постійного струму; в результаті, має місце електрофорез, тобто рух негативно заряджених частинок латексу до анода, на якому вони відкладаються у вигляді гелю [47]. Проте, вважається [7,с. 161... 164], що електровідкладення полімеру з латексу виходить розглядати не як простий електрофоретичний процес перенесення і розрядження латексних частинок у поверхні анода, але і як процес, безпосередньо пов'язаний з явищами, що йдуть на аноді, у тому числі дифузією в латекс двовалентних катіонів, що утворюються в результаті електролітичної дисоціації матеріалу анода. Під впливом прикладеної різниці потенціалів латексні частинки переносяться до анода з швидкістю:

V=ƒ (ξ ε E /π η),

де V - швидкість електрофорезу; ξ - електрокінетичний потенціал частинок; ε -діелектрична проникність латексу; η - в'язкість латексу; E - напруженість поля; ƒ - параметр, залежний від розміру і форми частинок і товщини подвійного електричного шару.

При застосуванні цинкового анода заряджені іони цинку, що відриваються від анода, рухаються у напрямку до катода. На своєму шляху вони зустрічають ті латексні частинки, що рухаються назустріч, в результаті електрофорезу. Біля анода відбувається концентрація латексних частинок і їх астабілізація, що привзодить до утворення гелю на аноді. Типовий характер змін величини відкладення полімеру і сили струму від часу електровідкладання при постійній величині напруженості поля представлені на рис. 3.28.

На початку процесу відкладення відбувається з постійною швидкістю і викликає лише незначну зміну сили струму.

Потім на наступній стадії процесу швидкість відкладення зменшується, а сила струму різко падає і наступає момент, коли ізолюється електрод, сила струму стає близькою до нуля і відкладення полімеру припиняється. Різке падіння сили струму є слідством зростання електроопору гелю через электрофоретичне обезводнення і видалення електролітів, внаслідок чого відбувається ущільнення структури гелю, а концентрація полімеру в ньому істотно зростає.

Рис. 3.28. Кінетика відкладення полімеру і зміна сили струму при електровідкладанні полімеру з латексу: 1 - відкладення полімеру; 2 - сила струму

Аналізуючи можливість участі різних сил в утворенні суцільної плівки при електровідкладанні полімеру з латексу, автор роботи [5, с. 283] робить висновок про те, що сили електроосмосу є головною причиною злиття частинок в безперервну плівку, разом з силами міжфазного натягнення і аутогезії полімерів латексів. На процес анодного відкладення полімеру з латексів впливає сукупність чинників, пов'язаних як із зовнішніми діями на систему, так і з властивостями латексу і його полімеру [5, с. 267...284; 27, с. 532...540; 47, с. 550...557]. До них відносяться:

Ø густина струму (А/см²). При збільшенні густини струму пропорційно росте кількість полімеру, що відкладається;

Ø тривалість відкладення. Із збільшенням часу відкладення до
певної межі, залежної від властивостей латексу, густина струму і напруги поля кількість полімеру, що відкладається, пропорційно зросте;

Ø напруга. Високу напругу при електровідкладанні латексів можна застосовувати лише при низьких концентраціях електроліту в латексі. В протилежному випадку відбувається рясне газовиділення;

Ø концентрація полімеру в латексі. Із збільшенням вмісту полімеру в латексі кількість полімеру, що відкладається, зростає по кривій у вигляді параболи;

Ø електропровідність латексу. Відкладання зменшується із збільшенням електропровідності латексу. Електропровідність латексу обумовлена двома чинниками - електрофоретичною рухливістю заряджених частинок і концентрацією електролітів в дисперсійному середовищі. Якщо перший чинник відповідальний за перенесення полімеру до електроду, то другий чинник здійснює негативний вплив на процес, викликаючи газовиділення, передчасну коагуляцію латексу в при анодній області;

Ø природа і кількість емульгаторів. Від концентрації емульгатора залежить заряд і электрофоретична рухливість частинок латексу, електропровідність одержуваного відкладення, а отже, і товщина відкладення. Природа емульгатора може впливати як на перенесення частинок до анода, так і на процес формування структури гелю, що відкладається;

Ø природа і властивості полімеру. Утворення суцільної плівки при електро відкладенні полімеру з латексів, також як формування плівки при випаровуванні води з латексу, можливо лише до деякого критичного значення жорсткості полімеру, після перевищення якого плівкоутворення не відбувається;

Ø рН латексу. Збільшення рН латексу звичайно в межах 6...9 призводить до збільшення кількості полімеру, що відклався. При рН вище 9 відкладення зменшується через підвищення електропровідності.

Електровідкладення полімеру з латексів, не дивлячись на високу швидкість відкладення, високу концентрацію полімеру в гелі, що відкладається, незначна кількість електроліту в гелі, видаленого в результаті електроосмосу, можливість нанесення рівномірного по товщині покриття на вироби складної конфігурації, не отримало широкого застосування.

Серйозною проблемою при застосуванні цього методу є електролітичне розкладання води з виділенням на катоді водню, і кисню - на аноді, що приводять до вспінювання латексу, пористості гелю, що відклався, окисленню полімеру.

Існує ряд методів, що дозволяють виключити негативний вплив цього чинника [47, с. 554; 27, с. 534]. Проте достовірні відомості про широке промислове застосування електровідкладення полімеру з латексів відсутні, не дивлячись на значне число патентів, більшість з яких присвячена застосуванню цього методу для нанесення лакофарбних покриттів [48].

Разом з тим, стосовно виготовлення гумових виробів був розроблений процес [49,50], в якому звичайне іонне відкладення із застосуванням коагуляції здійснюється в електричному полі. Процес характеризується високою швидкістю гелеутворення, що обумовлене одночасною мимовільною дифузією астабілізуючих катіонів в об'ємі латексу, їх міграцією під дією електричного поля, диффузійно- і електрофорезом латексних частинок (рис. 3.29). Крім значного збільшення швидкості

Рис. 3.29. Залежність кількості полімеру (2 і 4) і концентрації полімеру, що відклався, в гелі (1 і 3) від тривалості іонного (---) і електроіонного (-) відкладення для натурального латексу

гелеутворення, сформовані гелі відрізняються високим вмістом полімеру. Крім того, метод дозволяє одержувати різношарові вироби за рахунок застосування форм, частина елементів яких виготовлена з провідника, а частина - з матеріалу з високим електроопором.

На поверхні ізолятора відбувається звичайне іонне відкладення, а по поверхні провідника - іонне відкладення в електричному полі. Проте, як при електровідкладенні, так і при електроіонному відкладенні існує серйозна проблема, пов'язана з вибором матеріалу для виготовлення анода. Оптимальними, з погляду відкладення, є цинкові електроди, при їх застосуванні не відбувається виділення на аноді кисню. Разом з тим, процес електроіонного відкладення супроводиться руйнуванням цинкового анода і потрібен періодичне відновлення поверхні анода нанесенням цинку електролітичним методом.

Читайте також:

1. V Такі негативні особистісні утворення, як самовпевненість і нерозвиненість автономії та ініціативи, обумовлюють неадаптивне старіння людини.
2. Автономні утворення у зарубіжних державах
3. Адміністративні зміни кінця 18-19 ст. та утворення нових архівів
4. Аналіз складу майна та джерел його утворення.
5. Антське державне утворення.
6. Антське державне утворення.
7. Безстатеве розмноження, його визначення та загальна характеристика. Спори — клітини безстатевого розмноження, способи утворення і типи спор.
8. Більш повну практику ціноутворення в сучасних умовах у розвинутих країнах світу допоможе з’ясувати короткий виклад розвитку теорії ціни.
9. БІОЕНЕРГЕТИКА:УТВОРЕННЯ АТФ
10. БІОЕНЕРГЕТИКА:УТВОРЕННЯ АТФ
11. В якій функції гроші обслуговують процес ціноутворення?
12. Валентність — це здатність атомів одного елемента сполу­чатися з певним числом атомів інших елементів під час утворення хімічних сполук.

Переглядів: 572