Основные физико-химические закономерности получения пленок из растворов полимеров

Приготовление раствора. В состав рабочего раствора; идущего на изготовление пленки, входят пленкообразующий полимер, растворитель и пластификатор, иногда краситель или пигмент, стабилизатор.

Растворители должны отвечать следующим основным требованиям:

1) достаточная растворяющая способность по отношению к полимеру;

2) неограниченное смешение с пленкообразующим полимером для обеспече

ния однородного раствора;

3) минимальное значение концентрационного градиента вязкости (т. е. вязкость раствора по возможности должна мало изменяться с изменением концентрации полимера во избежание значительной усадки пленки при испарении растворителя);

4) максимальный температурный градиент вязкости (т. е. значительное изменение вязкости с изменением температуры, что облегчает проведение ряда технологических операций, например фильтрования, деаэрации);

5) степень летучести, обеспечивающая оптимальную кинетику испарения;

6) химическая стойкость и инертность по отношению к другим компонентам раствора и материалам оборудования;

7) нетоксичность;

8) взрыво- и пожаробезопасность;

9) экономичность, определяемая как доступностью и низкой стоимостью растворителя, так и возможно более полной его регенерацией.

В отличие от растворителя, играющего вспомогательную роль при получении пленок (при формовании пленки растворитель удаляется), пластификатор остается в пленке как ее неотъемлемая часть.

Общие требования к пластификаторам:

1) эффективность действия;

2) совместимость с полимером;

3) низкая степень летучести;

4) химическая стойкость и инертность в отношении других компонентов смеси;

5) отсутствие цвета и запаха;

6) нетоксичность.;

Пластификатор не должен также экстрагироваться из пленки в условиях ее эксплуатации.

Состав раствора, как правило, определяется назначением пленки.

Для получения более толстых пленок, не подвергающихся изгибу, готовят более концентрированные растворы, содержащие до 40% частично омыленного триацетата целлюлозы. Для электроизоляционных пленок, которые должны выдерживать многократный изгиб/ используются 10%-ные растворы того же полимера в метилен хлориде с добавкой спирта. При пониженных требованиях к прочности пленки применяют вторичный ацетат целлюлозы с меньшим количеством связанной уксусной кислоты (54-56% вместо 60-61% в частично омыленном триацетате целлюлозы). Это позволяет повысить содержание полимера в спирто-ацетоновом растворе (1 : 3) до 18-20% при наименьшем концентрационном и наибольшем температурном градиентах раствора.

Пластификаторами ацетилцеллюлозных пленок служат смеси фта-латов и фосфатов.

Однородность раствора в большой степени зависит от выбора смесительного оборудования, порядка загрузки компонентов и режима перемешивания.

Обычно используют вертикальные или наклонно-горизонтальные аппараты с коррозионностойким внутренним покрытием, снабженные мешалками, конструкция которых обеспечивает эффективное перемешивание массы во всем объеме аппарата. Схематическое изображение таких аппаратов дано на рис. 3.

Рис. 3

Так как для лучшего растворения полимера необходимо дать ему набухнуть, загрузку компонентов ведут следующим образом: в аппарат вводят примерно половинное количество растворителя и при работающей мешалке загружают небольшими порциями разрыхленный порошкообразный полимер. Затем загружают остальное количество основного растворителя и после продолжительного перемешивания в полученный однородный раствор добавляют смесь пластификаторов в растворе входящего в рецептуру тяжелолетучего растворителя.

Продолжительность и интенсивность перемешивания зависят от количества и характера смешиваемых компонентов, а также от конструкции смесителя и его емкости; приготовление раствора занимает обычно от 6 до 24 ч: В случае высоковязких растворов слишком интенсивное перемешивание (высокая скорость вращения мешалки) вызывает нежелательное разогревание раствора.

Выгрузка, вязкого раствора и подача его в дополнительные емкости - гомогенизаторы - производится насосами плунжерного, геликоидального или шестеренчатого типа, предназначенными для перекачивания вязких жидкостей.

Подготовка раствора к формованию. Раствор, поступающий и формование пленки, не должен содержать каких-либо механически примесей и частиц нерастворившегося полимера, а также пузырьков газа, ухудшающих качество отлитой пленки.

Для удаления инородных твердых включений раствор подвергают многоступенчатой фильтрации с помощью фильтр-прессов однокамерного или многокамерного типа. Фильтрующим материалом в них служат ватно-марлевые подушки, хлопчатобумажные ткани (бязь, молескин, батист), кирза.

Раствор плунжерным или шестеренчатым насосом подается под давлением в фильтр-пресс, и, пройдя слой фильтрующего материала, через патрубок пресса по трубопроводу направляется в промежуточные емкости, установленные после каждой ступени фильтрации.

Скорость фильтрации зависит от вязкости раствора, количества примесей в нем, конструкции фильтр-пресса, типа фильтрующего материала и давления.

Фильтрацию проводят в 2-4 ступени. Основной из них является первая. Последняя ступень - контрольная - служит для очистки раствора от случайных загрязнений непосредственно перед подачей раствора на деаэрацию. Назначение деаэрации - удалить из пленкообразующего раствора растворенные в нем газы и пузырьки воздуха, захваченные раствором в процессе приготовления, фильтрации, транспортировки. В зависимости от типа растворителя эту операцию осуществляют одним из двух способов, основанных на понижении растворимости газов в растворе.

Для водных растворов понижение упругости пара достигается путем вакуумирования. Для летучих растворителей этот способ непригоден, так как их испарение вызовет изменение концентрации раствора и нарушение технологического процесса получения пленки.

Для подобных растворов рекомендуется нагревание раствора с последующим отстаиванием. Нагретый теплообменнике до температуры кипения растворителей раствор попадает в расширительный сосуд - термостат-отстойник, где вскипает. Вскипающий растворитель увлекает за собой растворенные газы и пузырьки воздуха, которые при нагревании увеличиваются в объеме и лопаются по выходе на поверхность раствора. Пары растворителя конденсируются и возвращаются в раствор, а газы удаляются.

Для нагревания используют теплообменники типа «труба в трубе» с эмалированной внутренней поверхностью. Термостат-отстойник представляет собой герметически закрытый цилиндрический сосуд с коническим днищем, снабженный водяной рубашкой (для охлаждения раствора) и предохранительным клапаном (для регулирования давления внутри термостата). Подача раствора в простейших термостатах-отстойниках осуществляется по направляющему зонту либо под уровень раствора во избежание разбрызгивания раствора и образования пузырьков.

Термостаты-отстойники располагают таким образом, чтобы раствор из них самотеком поступал в фильеру отливочной машины. При этом необходимо соблюдать постоянный напор, обеспечивающий равномерное поступление раствора на формование, а следовательно, равнотолщинность пленки.

 Скачать реферат