Латексы, их переработка и применение

Латексные изделия. Широкий ассортимент латексных изделий (метеорологические радиозондовые оболочки, перчатки различных типов, резиновые нити, изделия из губчатых резин и др.) обусловлен простотой технологии их производства и возможностью легкой механизации и автоматизации всех стадий процесса. Применение латексов позволяет получать резиновые изделия, которые не могут быть изготовлены из твердых каучуков, например, тонкостенные бесшовные. Кроме того, замена растворов каучука (резиновых клеев) латексом при изготовлении некоторых изделий исключает необходимость применения токсичных и пожароопасных органических растворителей.

Технология производства латексных изделий. Технологическая схема производства большинства латексных изделий включает следующие основные стадии: 1) приготовление латексной смеси, 2) получение полуфабриката (геля), 3) уплотнение геля, 4) сушку изделия, 5) его вулканизацию.

Приготовление латексной смеси. Основная задача при составлении латексных смесей — правильный выбор типа латекса. Так, латексные изделия с высокой прочностью при растяжении получают при использовании натурального или синтетического карбоксилатного латекса. При изготовлении латексных изделий, стойких к действию маселv и растворителей, применяют бутадиен-нитрильные или хлоропреновые латексы. Низкая газопроницаемость и высокая озоностойкость могут быть достигнуты при использовании хлоропренового латекса или искусственного латекса бутил каучука.

Способы переработки латекса существенно зависят от его коллоидно-химических свойств, определяемых природой и содержанием эмульгатора, степенью насыщенности поверхности глобул эмульгатором, размером глобул, вязкостью, концентрацией, стойкостью к действию высоких и низких температур и др. Латексы, стабилизированные анионоактивными эмульгаторами, позволяют получать латексные изделия методами желатинирования, коагулянтного макания и ионного отложения (см. ниже). Эти методы неприменимы для латексов с неионогенными эмульгаторами, обладающих высокой агрегативной стабильностью. Высокое содержание эмульгатора, обеспечивающее полное насыщение поверхности глобул латекса, позволяет вводить в смесь значительное количество наполнителей, но обусловливает низкие механические свойства и невысокую водостойкость латексных изделий. Кроме того, высокая (более 60 %) степень насыщенности поверхности глобул эмульгатором может отрицательно сказываться на получении латексных изделий указанными выше методами.

В состав латексных смесей, кроме обычных ингредиентов резиновых смесей (вулканизующих агентов, ускорителей вулканизации, активаторов вулканизации, антиоксидантов, наполнителей, пластификаторов и др.), вводят поверхностно-активные вещества, так называемые астабилизирующие добавки, способствующие снижению устойчивости коллоидной системы, загустители, пеногасители, антисептики и др.

" Для вулканизации смесей используют те же системы, что и для изделий из твердых каучуков. Карбоксилатные латексы вулканизуют с использованием солей Zn, Са и Mg, являющихся одновременно астабилизирующими агентами при ионном отложении.

Ускорителями вулканизации служат главным образом ультраускорители (дитиокарбаматы, тиурамы), т. к. при изготовлении смесей из латексов исключается опасность под вулканизации. Широко используют также тиазолы и гуанидины. Ускорители вулканизации, помимо своего

основного назначения, могут оказывать существенное влияние на коллоидно-химические и технологические свойства смесей. Например, в присутствии цинковой соли меркаптобензтиазола повышается вязкость смесей из натурального латекса. Введение активатора вулканизации ZnO в латексы, содержащие аммиак, приводит к их медленной астабилизации. В этом случае устойчивость смеси повышают, удаляя предварительно аммиак из латексов или вводя в смесь дополнительный стабилизатор коллоидной системы.

В латексные смеси вводят те же пластификаторы, антиоксиданты и антиозонанты, что и в смеси на основе твердых каучуков. Порошкообразные наполнители (каолин, мел, литопон, высокодисперсная SiO2, сажа) обычно не способствуют эффективному повышению механических свойств изделия.

Введение этих ингредиентов позволяет снизить стоимость латексных изделий, повысить их жесткость, изменить окраску. Для, улучшения механических свойств латексных изделий применяют ^резорцино- формальдегидные, феноло-формальдегидные, мочевиноформаль- дегидные смолы, латексы поливинилхлорида и полистирола, щелочной сульфатный лигнин. Действие смол наиболее эффективно в том случае, когда их синтез происходит непосредственно в латексе (в процессе гелеобразования или вулканизации) или при введении смолы в стадии резола в процессе получения латекса. В последнем случае дальнейшая поликонденсация протекает одновременно с полимеризацией мономера.

Важное значение в рецептуре латексных смесей имеют поверхностно-активные вещества: 1) анионные (мыла олеиновой кислоты, синтетических жирных кислот и кислот канифоли, натриевая соль продукта конденсации β -нафталинсульфокислоты с формальдегидом — диспергатор НФ, казеин, карбоксиметилцеллюлоза и др.), 2) неионогенные (продукты конденсации моноалкилфенолов с окисью этилена — продукт ОП-7 или олеиновой кислоты с окисью этилена — эмульфор А и др.) и 3) катионные (амины, соли четвертичного аммония и др.). Эти добавки служат смачивающими и диспергирующими агентами, стабилизаторами латексных смесей, латексной пены, суспензий и эмульсий ингредиентов и т. д.

В случае необходимости повышения вязкости латексов применяют так наз. загустители, которые образуют вязкие водные растворы или способствуют созданию тиксотропных структур. Загустителями служат синтетические полимеры (соли полиакриловой кислоты и щелочных металлов, полиакриламид, поливиниловый спирт и др.), природные высокомолекулярные вещества и их производные (карбоксиметилцеллюлоза, крахмал, казеин и др.).

Для предотвращения образования пены при перемешивании латекса и латексных смесей применяют пеногасители — эмульсии кремнийорганических жидкостей, высшие спирты С8 — С12, минеральные масла и др. При наличии в смесях ингредиентов, которые могут разрушаться под влиянием бактерий (казеин, костный клей, крахмал и др.), применяют

антисептики — соединения фенил ртути, бутил олова, фторсиликат натрия, хлорированные фенолы.

Все ингредиенты вводят в латекс в виде водных растворов, суспензий или эмульсий. При этом размер частиц суспензий или эмульсий должен быть близок к размеру глобул латекса, а применяемый для их стабилизации диспергатор должен мало отличаться по своей поверхностной активности от поверхностно-активного вещества в самом латексе; рН эмульсий пли дисперсий, вводимых в латекс, должен быть равен рН латекса.

При изготовлении латексных смесей целесообразно использовать свежеприготовленные дисперсии и эмульсии ингредиентов. В случае хранения их следует непрерывно перемешивать (частота вращения мешалок 30 — 40 об/мин), не допуская вспенивания. Важное значение при изготовлении латексной смеси имеет порядок введения ингредиентов. Обычно в латекс сначала вводят растворы стабилизаторов коллоидной системы, а затем дисперсии вулканизующих^агентов, ускорителей вулканизации, антиоксидантов, наполнителей, эмульсии пластификаторов и, наконец, дисперсию ZnO. Для смешения латекса с дисперсиями, эмульсиями, растворами ингредиентов используют емкости, снабженные рубашками для охлаждения или нагрева и мешалками с переменной частотой вращения. Внутренняя поверхность емкости должна быть эмалированной или иметь антикоррозионное покрытие. Растворы, дисперсии и эмульсии ингредиентов вводят в латекс при непрерывном перемешивании. Частота вращения мешалки в пределах 30 — 40 об/мин позволяет исключить пенообразование, затрудняющее равномерное смешение. Продолжительность изготовления латексной смеси составляет 30 — 60 мин.

В ряде случаев после введения всех необходимых ингредиентов смесь «вызревает» 6 — 24 ч при 20 — 60°С и медленном перемешивании. При этом изменяются коллоидно химические характеристики смеси (падает рН, возрастает вязкость и^др.), повышается ее однородность и улучшаются технологические свойства. В ходе вызревания (особенно при повышенной температуре) полимер в латексе частично вулканизуется.

Получение полуфабрикатов. Большинство способов получения латексных изделий — ионное отложение, коагулянтное макание, термосенсибилизация, электроотложение, желатинирование, многократное макание — основано на выделении (коагуляции) полимера в результате астабилизации коллоидной системы (например, под действием электролитов) или удаления влаги из латексной смеси (высушивания). Латексные изделия, которые получают погружением формы в латексную смесь, называют макаными. При ионном отложении форму, моделирующую изделие, погружают сначала в так называемый фиксатор, представляющий собой водный раствор электролита [СаСl₂, Сa(N0₃)₂], загущенный каолином или «белой сажей», а затем сразу же в латексную смесь. После образования слоя геля необходимой толщины форму с гелем извлекают из смеси. Способ

отличается высокой производительностью (при одно- или двукратном погружении формы в латексную смесь можно получать латексные изделия толщиной до 2 мм) и широко используется в промышленности.

Разновидность ионного отложения — так называемое коагулянтное макание; в этом случае фиксатором служит незагущенный раствор электролита в летучем растворителе (спирте, ацетоне). Форму после подсушивания на ней фиксатора (обычно 1 — 3 мин при комнатной температуре) погружают в латексную смесь и наращивают гель определенной толщины.

При желатинировании смесь заливают в форму, конфигурация которой определяет форму готового изделия. Смесь содержит желатинирующие агенты (чаще всего 2 — 10 мас. ч. ZnO в смеси с 1 — 5 мас. ч. NH₄C1 и 1 — 4 мас. ч. NH₄OH или 1 — 3 мас. ч. Na₂SiF₆), под действием которых гель образуется при комнатной температуре за 1 — 5 минут. Этим способом можно изготовлять латексные изделия, в том числе пустотелые, любых размеров и с различной толщиной стенки, а также изделия сложной конфигурации (например, рабочие органы («пальцы») чаесборочных машин, технические толстостенные перчатки с рифами на ладонной части, некоторые виды резиновой обуви). Способ лежит в основе получения губчатых резин из латекса.

При электроотложении глобулы латекса, имеющие отрицательный заряд, оседают в электрическом полезна аноде, образуя слой геля. Достоинство способа — возможность быстрого получения прочного геля сравнительно большой толщины при небольшом расходе энергии. Так, при плотности электрического тока, равной 400 а/м², можно за 1 мин получить слой толщиной 1, 4 мм. Недостатки способа — необходимость предотвращать газовыделение на аноде, обусловленное электролизом солей серума, т. к. в противном случае могут быть получены пористые пленки, а также трудность получения разнотолщинных пленок. Способ электроотложения не нашел широкого применения. Наиболее целесообразная область его использования — нанесение покрытий на металлические детали.

При ^многократном макании форму, моделирующую изделие, многократно (3 — 5 раз в зависимости от толщины стенки изделия) погружают в латексную смесь. Слой смеси, остающийся на форме после каждого ее погружения, сушат 5 — 10 мин при комнатной температуре. Способ малопроизводителен и находит применение только при получении латексных изделий с толщиной стенки до 0, 2 мм.

Уплотнение геля. При получении многих латексных изделий гель подвергают уплотнению, при котором происходит медленное самопроизвольное сближение глобул. Процесс обычно проводят, выдерживая форму с гелем в воде в течение 1 — 4 ч при 25 — 30°С. Его скорость возрастает при повышении температуры, уменьшении содержания в латексе поверхностно-активных веществ, улучшении аутогезионных свойств

полимера. В результате уплотнения геля повышаются его механические свойства (модуль и прочность при растяжении, относительное удлинение), что необходимо для проведения дальнейших операций при изготовлении латексных изделий, и, кроме того, ускоряется сушка изделий.

Сушка. Обычно латексные изделия сушат 2 — 15 ч в сушильных камерах в токе горячего воздуха при постепенном повышении температуры от 40 до 70 — 80°С. Один из путей сокращения продолжительности сушки — применение комбинированного нагрева токами промышленной частоты и ИК-лучами. Необходимость резкого увеличения продолжительности'сушки при увеличении толщины слоя геля препятствует получению латексных изделий с толщиной стенки более 2 — 3 мм. Быстрая сушка приводит к удалению влаги только с поверхности геля, что может вызывать его растрескивание и преждевременную вулканизацию поверхностной пленки, препятствующую дальнейшей диффузии влаги из геля к его поверхности. Вулканизацию проводят, как правило, в камерах в среде горячего воздуха при 100 — 140°С. Латексные изделия вулканизуют на формах или в свободном состоянии; в последнем случаеУих помещают в камеры на противнях, заполненных тальком.