Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

В настоящее время в промышленности при выделении бутадиен-стирольных каучуков из латексов в качестве коагулирующих агентов применяют неорганические соли (обычно хлорид натрия) с последующим подкислением системы серной кислотой [1]. Традиционные способы коагуляции обладают высокой эффективностью и относительной дешевизной, однако расход широко распространенного коагулянта хлорида натрия при выделении бутадиен-стирольных каучуков из латексов достигает 250 кг/т каучука. Сточные воды, содержащие минеральные соли, попадая в водоемы, наносят непоправимый ущерб окружающей среде. Поэтому в настоящее время актуальными являются разработки новых технологий, методов коагуляции латексов и коагулирующих агентов, позволяющих уменьшить или полностью исключить применение минеральных солей для выделения каучуков [2-4].

В настоящей работе изучена коагулирующая способность йодида аммония при выделении каучука из латекса СКС- 30АРК.

Соли аммония представляют интерес в связи с возможностью снижения расхода неорганического коагулянта, т. к. ионы NН₄⁺ больше по размеру и менее гидратированны, чем ионы Nа⁺ должны обладать и более высокой эффективностью коагулирующего действия [5].

Коагуляцию каучукового латекса СКС-30 АРК проводили согласно общепринятой методике с использованием в качестве коагулирующего агента водных растворов йодида аммония с концентрациями 5, 10, 20, 30, 50 % масс., подкисляющего агента 1,0-2,0 % масс. водного раствора серной кислоты при температуре от 0 до 95 ^оС. Процесс выделения каучука из латекса изучали на коагуляционной установке, представляющей собой емкость, снабженную перемешивающим устройством и помещенную для поддержания заданной температуры в термостат. В емкость загружали 20 мл латекса, термостатировали в течение 15-20 минут, после чего вводили водные растворы коагулирующих агентов и серной кислоты. Коагуляцию проводили при рН = 2,0 - 2,5. Полноту коагуляции оценивали визуально по прозрачности серума и гравиметрически - по массе образующегося коагулюма. Образующийся коагулюм отделяли от серума, промывали теплой водой и после отжатия крошку каучука высушивали в сушильном шкафу при температуре 75-80 ^оС.

Характеристика бутадиен-стирольного латекса производства каучука СКС-30 АРК представлена в таблице 1.

Таблица 1. Характеристика бутадиен-стирольного латекса производства каучука
СКС-30 АРК

Полученные экспериментальные данные представлены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты эксперимента коагуляции латекса СКС-30 АРК йодидом аммония

Анализ полученных результатов эксперимента показал, что влияние температуры в диапазоне от 0 до 95 ⁰С на процесс коагуляции неоднозначно. Наименьший расход коагулянта (200-250 кг/т каучука) наблюдается при температурах 0, 60, 80 и 95 ⁰С. Это можно объяснить протекающими одновременно конкурирующими процессами. С одной стороны йодид аммония - это соль сильной кислоты и слабого основания, подвергающаяся гидролизу по катиону:

NH₄I + H₂O ----- NH₃ HOH + HI

Как известно из неорганической химии, влияние температуры на степень гидролиза вытекает из принципа Ле Шателье. Все реакции нейтрализации протекают с выделением теплоты, а гидролиз - с поглощением теплоты. Поскольку выход эндотермических реакций с ростом температуры увеличивается, то и степень гидролиза растет с повышением температуры [6].

С другой стороны латекс представляет собой водную коллоидную дисперсию полимера. Агрегативную и кинетическую устойчивость латекса, учитываемую на всех стадиях технологического процесса их получения и переработки, определяет наличие на его поверхности частиц адсорбционного слоя из молекул гидратированного эмульгатора. Свойства межфазной поверхности - адсорбированного слоя гидратированных молекул ПАВ со структурой, близкой к мицеллярной, - определяют устойчивость латекса в процессе полимеризации, при отгонке незаполимеризовавшихся мономеров, при транспортировке насосами, при хранении, при выделении каучука из латекса. Специфичность воздействия отдельных факторов привела к делению агрегативной устойчивости латексов на отдельные виды: к тепловому воздействию, к механическому воздействию, к действию растворителей, к электролитам, к замораживанию, но во всех случаях при нарушении устойчивости происходит "снятие или преодоление одного и того же по своей природе стабилизирующего барьера (электростатического или структурно-механического)" [7].

Как известно из коллоидной химии повышение температуры влечет за собой уменьшение агрегативной устойчивости и, следовательно, разрушение дисперсной системы, в частности латекса на дисперсионную среду (серум) и дисперсную фазу (коагулюм).

При повышении температуры коагуляции преобладает процесс дестабилизации латексной системы (непосредственно коагуляции), что приводит к уменьшению расхода коагулянта йодида аммония. Но проведение процесса коагуляции при очень высоких температурах (80-95 ⁰С) связано со сложностью аппаратурного оформления и большими энергозатратами.

Проанализируем влияние концентрации на процесс коагуляции латекса.

При введении в латекс разбавленных растворов йодида аммония с концентрацией 2-5 % масс. полной коагуляции не достигалось во всем диапазоне температурного режима несмотря на увеличение расхода коагулянта до 450 кг/т каучука. Это может быть связано вероятнее всего с существенным уменьшением концентрации дисперсной фазы после введения в латекс коагулирующего агента, что в свою очередь отражается на достижении полноты коагуляции [8]. Наилучшей коагулирующей способностью (200-250 кг/т каучука) обладают растворы с диапазоном концентраций 10-30 % масс. При использовании высококонцентрированных растворов йодида аммония (50 % масс) не только не происходит снижение его расхода (450 кг/т каучука), но и наблюдается отсутствие полной коагуляции при температурах 20-40 ⁰С включительно. Данное явление можно объяснить захватом коагулирующего агента образующейся крошкой каучука, вследствие чего он не принимает дальнейшего участия в процессе коагуляции.

Таким образом, по результатам эксперимента можно сделать вывод, что при использовании в качестве коагулирующего агента иодид аммония целесообразно вести процесс при температуре 60 ⁰С и использовать растворы с концентрациями от 10 % масс и не превышающей 30 % масс.

Следует отметить, что сопоставив ранее полученные экспериментальные данные по коагуляции латекса фторидом и хлоридом аммония [9, 10] при коагуляции в равных условиях наблюдается снижение коагулирующей активности галогенидов аммония в ряду NH₄F>NH₄CI>NH₄I, т.е. с увеличением размера сопутствующего (галогенид-) иона. От F^- к I^- растет ионный радиус и снижается гидратация, что по- видимому способствует усилению межионного взаимодействия с катионом, снижая его адсорбцию и коагуляционную способность.

На основе каучука СКС-30АРК выделенного из латекса иодидом аммония были приготовлены резиновые смеси с использованием ингредиентов стандартной резиновой смеси.

Результаты испытаний резиновых смесей и вулканизатов на основе каучука СКС-30 АРК, выделенного из латекса иодидом аммония представлены в таблице 3.

Анализ представленных результатов показал, что вулканизаты, изготовленные на основе каучука выделенного из латекса иодидом аммония, обладают характеристиками, близкими к вулканизатам на основе каучука, где для коагуляции использовали хлорид натрия (таблица 3).

Таблица 3. Свойства резиновых смесей и вулканизатов на основе каучука СКС-30 АРК

Примечание. Продолжительность вулканизации: числитель - 60 мин; знаменатель - 80 мин.

В результате проведенной работы можно делать вывод, что иодид аммония может служить эффективным коагулянтом для выделения бутадиен-(a-метил) стирольных каучуков из латексов, однако наблюдается снижение его коагулирующей способности в ряду галогенидов NH₄F>NH₄CI>NH₄I. Необходимо отметить, что по своей коагулирующей способности NH₄I приближается к NаCI.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Кирпичников П.А., Аверко-Антонович Л.А., Аверко-Антонович Ю.О. Химия и технология синтетического каучука. Л.: Химия. 1987. 424 с.
2. Распопов И.В., Никулин С.С., Гаршин А.П. и др. Совершенствование оборудования и технологии выделения бутадиен-(a-метил)стирольных каучуков из латексов. М.: ЦНИИТЭнефтехим.
   1997. 68 с.
3. Распопов И.В., Никулин С.С., Рыльков А.А., Шаповалова Н.Н. // Производство и использование эластомеров. 1997. N 12. С. 2-6.
4. Моисеев В.В., Попова О.К., Косовцев В.В., Евдокимова О.В. Применение белков при получении эластомеров. М.: ЦНИИТЭнефтехим. 1985. 53 с.
5. Измайлов А.Н. Электрохимия растворов. М.: Химия. 1966. 576 с.
6. Глинка Н.Л. Общая химия: учебное пособие для ВУЗов. Под ред. А.И. Ермакова изд. 30-е испр.-М.: Интеграл-Пресс, 2005. 728 с.
7. Зимон, А. Д., Лещенко, Н. Ф. Коллоидная химия. М. : Химия, 1995. 336 с.
8. Никулин С.С., Вережников В.Н., Пояркова Т.Н. // ЖПХ. Т. 73. вып. 10., 2000. С. 1720-1724.
9. Черных О.Н., Никулин С.С. // Успехи современного естествознания № 8, 2008. С. 10-14.
10. Черных О.Н., Никулин С.С. // Производство и использование эластомеров № 2, 2008. С. 17-22.