Основные физико-химические закономерности получения пленок из растворов полимеров
Таким образом, исходной величиной для расчета фильтрации должен быть такой критерий, как, например, допустимая экономически и технологически частота засоряемости фильер, к сожалению, такой системы расчетов, нет, и обычно пользуются при определении объема и режима работы фильтрующих элементов эмпирическими данными, заимствованными из опыта работы действующих предприятий.
Второй путь решения
проблемы чистоты рабочих растворов - предотвращение попадания в них нерастворимых частиц, и в, соответствии с этим предотвращение образования неполностью проэтерефицированных, пропитанных растворителем или неполностью очищенных с поверхности полимерных материалов при их подготовке к переработке.
B практических растворах полимеров частицы размером выше одного или нескольких микрон (примеси меньших, размеров не вызывают существенного осложнения при переработке могут появляться по разным причинам; основные типы этих частиц следующие.
1) Зольные примеси в исходном полимерном сырье или во вспомогательных материалах. Сюда можно отнести, например, кремнекислоту, привносимую в целлюлозу из древесины, и в частности захваченную в виде речного песка при сплаве древесины. В рабочих растворах часто встречаются частицы окислов металлов, захватываемые из трубопроводов и другой технологической аппаратуры.
2) Нерастворимые частицы исходного полимера, эти частицы образуются в результате, например, неполной этерификации целлюлозы при получении ксантогената или ацетата целлюлозы.
3) Частицы воздуха, которые попадают в раствор с полимером или захватываются при перемешивании. Так же как и твердые примеси, они вредны, если их размер превышает определенный предел, зависящий от диаметра (или толщины) формующих отверстий [1,2].
2. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИХ РАСТВОРОВ ПОЛИМЕРОВ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛЕНОК
Полимеры в растворах, особенно концентрированных, образуют структуры, форма и размер которых зависят как от характера взаимодействия полимера с растворителем, так и от условий, в которых находится раствор (температура, механическое воздействие). Ещё в 30-х годах было показано, что вязкость растворов нитрата целлюлозы равной концентрации в различных растворителях неодинакова. Отличались по своим механическим свойствам и пленки, отлитые из этих растворов (рис. 1).
Рис. 1
Крупный вклад в создание теории растворов высокомолекулярных соединений внесли советские ученые (В.А. Каргин, П.В. Козлов, СП. Папков, А.А. Тагер и др.).
Как и низкомолекулярные соединения, полимеры способны к образованию истинных растворов. Однако длинноцепочечное строение полимеров, их большая молекулярная масса, различная гибкость полимерных цепей определяют специфику растворения полимеров и свойств полимерных растворов. Принципиальное различие в механизме растворения низкомолекулярных веществ и полимеров заключается в том, что пограничный слой, содержащий растворенное вещество в растворителе, образуется прямо противоположным путем: низкомолекулярное вещество диффундирует в растворитель, а в случае высокомолекулярных соединений растворитель проникает в полимер. Такое проникновение, может происходить либо диффузией растворителя, либо через микропоры и капилляры полимерного материала. В материалах волокнистой структуры скорость капиллярного проникновения значительно выше скорости диффузионного процесса.
Набухание полимера под действием растворителя сопровождает ся изменением физического состояния полимера.
Растворитель, проникая полимер, температура которого ниже температуры стеклования, повышает гибкость молекулярных цепей, в результате чего происходит «расстекловывание» полимера в слое, прилегающем к области, не содержащей полимер. Дальнейшее повышение содержания растворителя соответствует появлению высоко-эластической деформации в среднем слое. И наконец, в наружном слое, где содержание полимера наименьшее, возникает вязкое течение. Толщина слоя обусловливается конвекционным режимом, зависящим от скорости перемешивания и вязкости раствора в слое, граничащем с жидкостью.
Так как растворение идет с поверхности материала, его скорость тем выше, чем больше величина поверхности, поэтому измельчение способствует интенсификации процесса.
Растворение полимеров происходит в две стадии:
1) набухание полимера вследствие проникновения малых частиц растворителя оно вызвано большой разницей в коэффициентах диффузии полимера и растворителя;
2) собственно растворение, заключающееся во взаимодиффузии, полимера и растворителя, приводящей к разделению элементов структуры полимера и образованию истинного раствора. Эта стадия может быть ускорена перемешиванием.
В тех случаях, когда полимер имеет редкие «сшивки» (мостичные химические связи между цепями макромолекул), прочные водородные связи или кристаллообразования, действие растворителя на полимер может ограничиться стадией набухания. Факторы, способствующие ослаблению межмолекулярного взаимодействия (тепловое движение; возрастающее с повышением температуры, растворитель, способный к сольватации активных групп полимера), приводят к переводу набухшего полимера в раствор.
Набухание полимера связано с изменением его структуры и сопровождается увеличением объема. Поэтому характер проникновения частиц растворителя в полимер ни в коей мере не похож на проникновение жидкости в пористые материалы.
В отличие от разбавленных растворов полимеров, являющихся термодинамически устойчивыми системами, концентрированные растворы, используемые в технике, представляют собой смесь низко-молекулярного компонента растворителя - и ассоциатов макро-молекул[2,3].
3. основные стадии производства пленок из раствора полимера
На рис. 2 представлена схема технологического процесса производства пленок из раствора методом испарения летучих растворителей.
Из мерников-дозаторов исходные компоненты поступают в смеситель, снабженный мешалкой, где происходит растворение полимера. Полученный раствор через фильтры попадает в аппарат для деаэрации. Из этого аппарата чистый, прозрачный раствор поступает в фильеру, равномерно распределяющую раствор по всей ширине непрерывно движущейся отливочной ленты, заключенной в герметизированный кожух. После удаления летучих растворителей отформованная пленка, содержащая еще довольно значительное количество раствори теля, идет в камеру досушки, а затем, охладившись в барабане, - на намотку. Испарившиеся растворители из кожуха отливочной машины направляются в систему рекуперации. На схеме не представлены дополнительные операции обработки, связанные с получением специальных видов пленки (магнитных лент, кино- и фотопленок).
Основными стадиями процесса производства являются:
1) приготовление раствора;
2) подготовка раствора к формованию - фильтрование;
3) формование пленки;
4) сушка пленки;
5) обрезка кромок и намотка.
Самостоятельной стадией процесса, имеющей большое экономическое значение, является рекуперация растворителей.
Скачать реферат