Основные физико-химические закономерности получения пленок из растворов полимеров
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ ПОЛИМЕРОВ
2. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИХ РАСТВОРОВ ПОЛИМЕРОВ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛЕНОК
3. ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ПРОИЗВОДСТВА ПЛЕНОК ИЗ РАСТВОРА ПОЛИМЕРА
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Формование пленок из растворов полимеров имеет более давнюю историю, чем какие-либо другие методы производства пленочных
материалов.
Полученная еще в конце прошлого столетия гибкая пленка из нитрата целлюлозы вскоре была использована изобретателями кинематографа в качестве основы кинопленки. С тех пор не прекращалась работа по усовершенствованию кинопленки, как используемых материалов, так и технологии процесса. Это привело к созданию ряда новых полимерных пленок на основе различных эфиров целлюлозы, из которых наибольшее значение имеют пленки из частично гидролизованного триацетата целлюлозы (59-71 % связанной уксусной кислоты), вытеснившие горючую взрывоопасную кинофотопленку из нитрата целлюлозы.
Первоначально пленки получали из раствора, поливаемого из движущейся фильеры на неподвижный стол, поверхность которого представляла собой плоские листы, силикатного стекла. Впоследствии эта несовершенная система была заменена той, которая используется и в настоящее время: из неподвижной фильеры раствор поступает на непрерывно движущуюся поверхность - бесконечную ленту или вращающийся барабан.
В 20-х годах нашего столетия широкое промышленное развитие, получил предложенный в 1908 г. Бранденбергером способ производства упаковочной вискозной пленки - целлофана, основанный на принципе формования искусственного шелка. Этот процесс заключается в химических превращениях целлюлозы, которую переводят в растворимое состояние последовательной обработкой щелочью и сероуглеродом.
Методы получения пленок отливом из раствора до сих пор не утратили своего значения для полимеров, температура вязкого течения которых находится ниже температуры разложения. К ним относятся эфиры целлюлозы, гидрохлорид потгиизопренового каучука, поливиниловый спирт. Использование растворителей целесообразно и в тех случаях, когда повышение молекулярной массы, улучшающее прочностные и эластические свойства пленок, ведет к увеличению температуры текучести и не допускает переработку полимеров из расплава.
Так как отлив пленок из раствора производится при сравнительно низкой температуре, возможно введение нетермостойких добавок определяющих дальнейшее применение пленки (стабилизаторов, консервантов, лекарственных препаратов и т. п.) [1].
1. ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ ПОЛИМЕРОВ
Процесс растворения полимеров
Растворение полимеров с целью получения исходных рабочих растворов для формования изделий (волокон, пленок и т. п.) является важным этапом технологического процесса переработки полимеров через растворы. Конечная концентрация рабочего раствора зависит от типа полимера, его молекулярного веса, избранного растворителя и способа формования изделия.
Одним из основных лимитирующих параметров, определяющих концентрацию рабочего раствора, является его вязкость. При формовании волокон и пленок по методу испарения растворителя эта вязкость колеблется в пределах нескольких сотен пуаз (приблизительно до 1500 пз), при формовании по «коагуляционному» методу она составляет несколько десятков пуаз (в некоторых случаях до 100-200 пз). Этим пределам вязкости отвечает концентрация полимера в растворе 15-30% в первом случае и 6-10% во втором.
Целесообразно вначале рассмотреть процесс растворения низкомолекулярных веществ. Этот процесс относится к диффузному насыщению пограничного слоя растворителя растворяющимся веществом и последующему срыву этого слоя благодаря конвекционным потокам (тепловым или возникающим в результате механического, перемешивания). После срыва пограничного слоя скорость диффузии достигает предельного значения, а затем опять уменьшается. Проникновение растворителя в твердое тело практически не происходит, если не считать заполнения пор или иных дефектов на поверхности растворяемого тела.
Иное положение при растворении полимера. С одной стороны, скорость диффузии макромолекул полимера в растворитель очень мала, и практически, если бы растворение шло по привычному для низкомолекулярных веществ механизму, оно завершилось бы за промежутки времени, совершенно несопоставимые со временем, отводимым на технологические процессы.
С другой стороны, в отличие от низкомолекулярных веществ для полимеров характерно глубокое проникновение растворителя во внутренние слои веществ (набухание), которое на много порядков обгоняет по скорости процесс диффузии вещества в растворитель. Таким образом, образование слоя, представляющего собой раствор вещества в растворителе, происходит не над поверхностью твердого тела, а как бы в поверхностных слоях самого полимера.
Когда поверхностный слой достигает определенной концентрации благодаря непрерывной диффузии растворителя в полимер и соответственно определенной вязкости, происходит срыв его из-за конвекционных потоков в жидкости. При этом чем выше градиент скорости, задаваемый перемешивающим устройством, тем более глубокие слои могут быть сорваны таким путем. Чем выше молекулярный вес полимера и, следовательно, чем выше вязкость эквиконцентрированных растворов, образующихся в поверхностных слоях, полимера, тем тоньше срываемые слои (при одной и той же скорости перемешивания) и тем медленнее происходит интегральный процесс растворения.
Скорость растворения совершенно не связана с интенсивностью перемешивания жидкости. Однако после этой точки скорость растворения и соответственно толщина последующего слоя будут зависеть от скорости перемешивания.
Фильтрование и обезвоздушивание растворов
Так как изделия из растворов полимеров формуют путем выдавливания их через тонкие отверстия (фильеры или щели), удалению примесей и нерастворенных частиц уделяется всегда очень большое внимание. Действительно, даже частицы с размерами, значительно меньшими, чем диаметр отверстия фильеры, способны существенно исказить форму вытекающей струи и вызвать локальные перенапряжения или утонения, приводящие к обрыву нити или к появлению дефектов на пленке, примеси же большего диаметра закупоривают отверстия и вообще делают невозможным формование.
На практике вопрос чистоты рабочих растворов полимеров решается двумя путями.
Первый путь состоит в подборе систем фильтров, фильтровальных материалов и кратности фильтрации для рационального проведения процесса фильтрации выбирают оптимальные соотношения между размерами пор фильтровального материала и диаметром формующих отверстий. Дело в том, что полная очистка раствора, не может быть достигнута. Но, задавая определенный интервал допустимых размеров проходящих через фильтр частиц, следует считаться с тем, что этот интервал не есть строгая величина; в результате естественного разброса в размерах пор фильтра, в конечном счете, получается раствор, в котором не удалены полностью все примеси до заданного размера, а содержатся с какой-то вероятностью частицы, размерами выше заданных.
Скачать реферат