Основні фізико-хімічні закономірності одержання плівок з розчинів полімерів

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Курсова робота за темою:

«Основні фізико-хімічні закономірності одержання плівок з розчинів полімерів»

ЗМІСТ

ВСТУП

1. ПРИГОТУВАННЯ РОЗЧИНІВ ПОЛІМЕРІВ

2. ОСНОВНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ ОДЕРЖАННЯ Плівкоутворювальні РОЗЧИНІВ ПОЛИМЕРОВ ФОРМУВАННЯ ПЛІВОК

3. ОСНОВНІ СТАДІЇ ВИРОБНИЦТВА ПЛІВОК з розчину полімеру

ЛІТЕРАТУРА

ВСТУП

Формування плівок з розчинів полімерів має більш давню історію, ніж будь-які інші методи виробництва плівкових матеріалів.

Отримана ще наприкінці минулого століття гнучка плівка з нітрату целюлози незабаром була використана винахідниками кінематографа як основу кіноплівки. З тих пір не припинялася робота з удосконалення кіноплівки, як використовуваних матеріалів, так і технології процесу. Це привело до створення ряду нових полімерних плівок на основі різних ефірів целюлози, з яких найбільше значення мають плівки з частково гідролізованого триацетату целюлози (59-71% пов'язаної оцтової кислоти), витіснили горючу вибухонебезпечну Кінофотоплівки з нітрату целюлози.

Спочатку плівки отримували з розчину, поливають з рухомої фільєри на нерухомий стіл, поверхня якого представляла собою плоскі листи, силікатного скла. Згодом ця недосконала система була замінена тієї, яка використовується і в даний час: з нерухомої фільєри розчин надходить на безперервно рухому поверхню - безперервні стрічки або обертовий барабан.

У 20-х роках нашого століття широке промислове розвиток, отримав запропонований в 1908 р. Бранденбергером спосіб виробництва пакувальної віскозної плівки - целофану, заснований на принципі формування штучного шовку. Цей процес полягає в хімічних перетвореннях целюлози, яку перекладають у розчинний стан послідовною обробкою лугом і сірковуглецем.

Методи отримання плівок відливом з розчину до цих пір не втратили свого значення для полімерів, температура в'язкої течії яких знаходиться нижче за температуру розкладання. До них відносяться ефіри целюлози, гідрохлорид потгіізопренового каучуку, полівініловий спирт. Використання розчинників доцільно і в тих випадках, коли підвищення молекулярної маси, покращує міцнісні та еластичні властивості плівок, веде до збільшення температури текучості і не допускає переробку полімерів з розплаву.

Так як відплив плівок з розчину проводиться при порівняно низькій температурі, можливе введення нетермостойкіх добавок визначають подальше застосування плівки (стабілізаторів, консервантів, лікарських препаратів і т. п.) [1].

1. ПРИГОТУВАННЯ РОЗЧИНІВ ПОЛІМЕРІВ

Процес розчинення полімерів

Розчинення полімерів з метою отримання вихідних робочих розчинів для формування виробів (волокон, плівок і т. п.) є важливим етапом технологічного процесу переробки полімерів через розчини. Кінцева концентрація робочого розчину залежить від типу полімеру, його молекулярного ваги, обраного розчинника та способу формування виробу.

Одним з основних лімітуючих параметрів, що визначають концентрацію робочого розчину, є його в'язкість. При формуванні волокон і плівок за методом випаровування розчинника ця в'язкість коливається в межах декількох сотень пуаз (приблизно до 1500 пз), при формуванні по «коагуляційного» методу вона становить кілька десятків пуаз (у деяких випадках до 100-200 пз). Цим меж в'язкості відповідає концентрація полімеру в розчині 15-30% у першому випадку і 6-10% в другому.

Доцільно спочатку розглянути процес розчинення низькомолекулярних речовин. Цей процес відноситься до дифузного насиченню прикордонного шару розчинника розчиняються речовини і подальшого зриву цього шару завдяки конвекційним потокам (тепловим або виникають в результаті механічного, перемішування). Після зриву прикордонного шару швидкість дифузії досягає граничного значення, а потім знову зменшується. Проникнення розчинника в тверде тіло практично не відбувається, якщо не вважати заповнення пір чи інших дефектів на поверхні растворяемого тіла.

Інше становище при розчиненні полімеру. З одного боку, швидкість дифузії макромолекул полімеру в розчинник дуже мала, і практично, якби розчинення йшло за звичним для низькомолекулярних речовин механізму, воно завершилося б за проміжки часу, абсолютно непорівнянні з часом, відведеного на технологічні процеси.

З іншого боку, на відміну від низькомолекулярних речовин для полімерів характерно глибоке проникнення розчинника у внутрішні шари речовин (набухання), яке на багато порядків обганяє за швидкістю процес дифузії речовини в розчинник. Таким чином, освіта шару, що представляє собою розчин речовини в розчиннику, відбувається не над поверхнею твердого тіла, а як би в поверхневих шарах самого полімеру.

Коли поверхневий шар сягає певної концентрації завдяки безперервній дифузії розчинника в полімер і відповідно певній в'язкості, відбувається зрив його через конвекційних потоків в рідині. При цьому чим вище градієнт швидкості, що задається перемішуючим пристроєм, тим глибші шари можуть бути зірвані таким шляхом. Чим вище молекулярна вага полімеру і, отже, чим вище в'язкість еквіконцентрірованних розчинів, про разующіхся в поверхневих шарах, полімеру, тим тонше зриваються шари (при одній і тій же швидкості перемішування) і тим повільніше відбувається інтегральний процес розчинення.

Швидкість розчинення абсолютно не пов'язана з інтенсивністю перемішування рідини. Однак після цієї точки швидкість розчинення і відповідно товщина наступного шару будуть залежати від швидкості перемішування.

Фільтрування і обезвоздушіваніе розчинів

Так як вироби з розчинів полімерів формують шляхом видавлювання їх через тонкі отвори (фільєри або щілини), видалення домішок і твердих часток приділяється завжди дуже велика увага. Дійсно, навіть частинки з розмірами, значно меншими, ніж діаметр отвору фільєри, здатні істотно спотворити форму витікає струменя і викликати локальні перенапруження або утонения, що призводять до обриву нитки або до появи дефектів на плівці, домішки ж більшого діаметра закупорюють отвори і взагалі роблять неможливим формування .

На практиці питання чистоти робочих розчинів полімерів вирішується двома шляхами.

Перший шлях полягає в підборі систем фільтрів, фільтрувальних матеріалів і кратності фільтрації для раціонального проведення процесу фільтрації вибирають оптимальні співвідношення між розмірами пор фільтрувального матеріалу і діаметром формуючих отворів. Справа в тому, що повне очищення розчину, не може бути досягнута. Але, ставлячи певний інтервал допустимих розмірів проходять через фільтр частинок, слід зважати на те, що цей інтервал не є сувора величина; в результаті природного розкиду в розмірах пор фільтра, зрештою, виходить розчин, в якому не видалені повністю всі домішки до заданого розміру, а містяться з якоюсь імовірністю частки, розмірами вище заданих.

Таким чином, вихідною величиною для розрахунку фільтрації повинен бути такий критерій, як, наприклад, допустима економічно і технологічно частота засоряемость фільєр, на жаль, такої системи розрахунків, немає, і зазвичай користуються при визначенні обсягу та режиму роботи фільтруючих елементів емпіричними даними, запозиченими з досвіду роботи діючих підприємств.

Другий шлях вирішення проблеми чистоти робочих розчинів - запобігання попадання в них нерозчинних частинок, і в, відповідно до цього запобігання утворення неповністю проетерефіцірованних, просочених розчинником або неповністю очищених з поверхні полімерних матеріалів при їх підготовці до переробки.

B практичних розчинах полімерів частинки розміром вище одного або декількох мікрон (домішки менших, розмірів не викликають істотного ускладнення при переробці можуть з'являтися з різних причин, основні типи цих часток наступні.

1) Зольні домішки у вихідному полімерному сировину або у допоміжних матеріалах. Сюди можна віднести, наприклад, кремнекислоти, що вноситься в целюлозу з деревини, і зокрема захоплену у вигляді річкового піску при сплаві деревини. В робочих розчинах часто зустрічаються частки оксидів металів, захоплювані з трубопроводів та іншої технологічної апаратури.

2) Нерозчинні частинки вихідного полімеру, ці частинки утворюються в результаті, наприклад, неповної етерифікації целюлози при отриманні ксантогената або ацетату целюлози.

3) Частинки повітря, які потрапляють у розчин з полімером або захоплюються при перемішуванні. Так само як і тверді домішки, вони шкідливі, якщо їх розмір перевищує певну межу, що залежить від діаметру (або товщини) формуючих отворів [1,2].

2. ОСНОВНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ ОДЕРЖАННЯ Плівкоутворювальні РОЗЧИНІВ ПОЛИМЕРОВ ФОРМУВАННЯ ПЛІВОК

Полімери в розчинах, особливо концентрованих, утворюють структури, форма і розмір яких залежать як від характеру взаємодії полімеру з розчинником, так і від умов, в яких знаходиться розчин (температура, механічна дія). Ще в 30-х роках було показано, що в'язкість розчинів нітрату целюлози рівною концентрації в різних розчинниках неоднакова. Відрізнялися за своїми механічними властивостями і плівки, відлиті з цих розчинів (рис. 1).

Рис. 1

Великий внесок у створення теорії розчинів високомолекулярних сполук внесли радянські вчені (В. А. Каргін, П. В. Козлов, СП. Папков, А. А. Тагер та ін.)

Як і низькомолекулярні з'єднання, полімери здатні до утворення істинних розчинів. Однак довголанцюгової будова полімерів, їх велика молекулярна маса, різна гнучкість полімерних ланцюгів визначають специфіку розчинення полімерів і властивостей полімерних розчинів. Принципова відмінність в механізмі розчинення низькомолекулярних речовин і полімерів полягає в тому, що прикордонний шар, що містить розчинену речовину в розчиннику, утворюється прямо протилежним шляхом: низькомолекулярні речовина дифундує в розчинник, а в разі високомолекулярних сполук розчинник проникає в полімер. Таке проникнення, може відбуватися або дифузією розчинника, або через мікропори і капіляри полімерного матеріалу. У матеріалах волокнистої структури швидкість капілярного проникнення значно вище швидкості дифузійного процесу.

Набухання полімеру під дією розчинника супроводжує ся зміною фізичного стану полімеру.

Розчинник, проникаючи полімер, температура якого нижче температури склування, підвищує гнучкість молекулярних ланцюгів, в результаті чого відбувається «расстекловиваніе» полімеру в шарі, що прилягає до області, не містить полімер. Подальше підвищення вмісту розчинника відповідає появі високо-еластичної деформації в середньому шарі. І нарешті, в зовнішньому шарі, де вміст полімеру найменше, виникає в'язке перебіг. Товщина шару обумовлюється конвекційним режимом, що залежать від швидкості перемішування й в'язкості розчину в шарі, що межує з рідиною.

Так як розчинення йде з поверхні матеріалу, його швидкість тим вище, чим більше величина поверхні, тому подрібнення сприяє інтенсифікації процесу.

Розчинення полімерів відбувається у дві стадії:

  1. набухання полімеру внаслідок проникнення малих частинок розчинника воно викликане великою різницею в коефіцієнтах дифузії полімеру і розчинника;

  2. власне розчинення, що полягає у взаімодіффузіі, полімеру і розчинника, що приводить до поділу елементів структури полімеру і утворення істинного розчину. Ця стадія може бути прискорена перемішуванням.

У тих випадках, коли полімер має рідкісні «зшивання» (мостічние хімічні зв'язки між ланцюгами макромолекул), міцні водневі зв'язку або кристаллообразования, дія розчинника на полімер може обмежитися стадією набухання. Фактори, що сприяють ослабленню міжмолекулярної взаємодії (тепловий рух; зростаюче з підвищенням температури, розчинник, здатний до сольватації активних груп полімеру), призводять до перекладу набряклого полімеру в розчин.

Набухання полімеру пов'язано зі зміною його структури і супроводжується збільшенням обсягу. Тому характер проникнення частинок розчинника в полімер жодною мірою не схожий на проникнення рідини в пористі матеріали.

На відміну від розбавлених розчинів полімерів, що є термодинамічно стійкими системами, концентровані розчини, що використовуються в техніці, являють собою суміш низько-молекулярного компонента розчинника - і асоціатів макро-молекул [2,3].

3. основні стадії виробництва плівок з розчину полімеру

На рис. 2 представлена ​​схема технологічного процесу виробництва плівок з розчину методом випаровування летючих розчинників.

З мірників-дозаторів вихідні компоненти надходять в змішувач, забезпечений мішалкою, де відбувається розчинення полімеру. Отриманий розчин через фільтри потрапляє в апарат для деаерації. З цього апарату чистий, прозорий розчин надходить в фільєру, рівномірно розподіляє розчин по всій ширині безперервно рухається відливальної стрічки, укладеної в герметизований кожух. Після видалення летючих розчинників відформована плівка, яка містить ще досить значна кількість розчини теля, йде в камеру досушки, а потім, охолодити в барабані, - на намотування. Випарувалися розчинники з кожуха відливальної машини прямують в систему рекуперації. На схемі не представлені додаткові операції обробки, пов'язані з отриманням спеціальних видів плівки (магнітних стрічок, кіно-і фотоплівок).

Основними стадіями процесу виробництва є:

  1. приготування розчину;

  2. підготовка розчину до формованию - фільтрування;

  3. формування плівки;

  4. сушка плівки;

  5. обрізка крайок і намотування.

Самостійною стадією процесу, що має велике економічне значення, є рекуперація розчинників.

Приготування розчину. До складу робочого розчину; що йде на виготовлення плівки, входять плівкоутворювальний полімер, розчинник і пластифікатор, іноді барвник або пігмент, стабілізатор.

Розчинники повинні відповідати таким основним вимогам:

  1. достатня растворяющая здатність по відношенню до полімеру;

  2. необмежене змішання з плівкотвірних полімером для забезпечення однорідного розчину;

  3. мінімальне значення концентраційного градієнта в'язкості (тобто в'язкість розчину по можливості повинна мало змінюватися зі зміною концентрації полімеру щоб уникнути значної усадки плівки при випаровуванні розчинника);

  4. максимальний температурний градієнт в'язкості (тобто значна зміна в'язкості зі зміною температури, що полегшує проведення ряду технологічних операцій, наприклад фільтрування, деаерації);

  5. ступінь летючості, що забезпечує оптимальну кінетику випаровування;

  6. хімічна стійкість та інертність по відношенню до інших компонентів розчину і матеріалами обладнання;

  7. нетоксичність;

  8. вибухо-та пожежобезпечність;

9) економічність, обумовлена ​​як доступністю і низькою вартістю розчинника, так і можливо більш повної його регенерацією.

На відміну від розчинника, що грає допоміжну роль при отриманні плівок (при формуванні плівки розчинник віддаляється), пластифікатор залишається в плівці як її невід'ємна частина.

Загальні вимоги до пластифікатора:

  1. ефективність дії;

  2. сумісність з полімером;

  3. низький ступінь летючості;

  4. хімічна стійкість та інертність щодо інших компонентів суміші;

  5. відсутність кольору і запаху;

  6. нетоксичність.;

Пластифікатор не повинен також екстрагуватися з плівки в умовах її експлуатації.

Склад розчину, як правило, визначається призначенням плівки.

Для отримання більш товстих плівок, не піддаються вигину, готують більш концентровані розчини, що містять до 40% частково омилення триацетату целюлози. Для електроізоляційних плівок, які повинні витримувати багаторазовий вигин / використовуються 10%-ні розчини того ж полімеру в метилен хлориде з добавкою спирту. При знижених вимогах до міцності плівки застосовують вторинний ацетат целюлози з меншою кількістю пов'язаної оцтової кислоти (54-56% замість 60-61% у частково омиленням триацетат целюлози). Це дозволяє підвищити вміст полімеру в спирто-ацетонової розчині (1: 3) до 18-20% при найменшому концентраційному і найбільшому температурному градієнтах розчину.

Пластифікаторами ацетилцелюлозні плівок служать суміші ФТА-латів та фосфатів.

Однорідність розчину у великій мірі залежить від вибору змішувального обладнання, порядку завантаження компонентів та режиму перемішування.

Зазвичай використовують вертикальні або похило-горизонтальні апарати з корозійностійким внутрішнім покриттям, забезпечені мішалками, конструкція яких забезпечує ефективне перемішування маси у всьому обсязі апарата. Схематичне зображення таких апаратів дано на рис. 3.

Рис. 3

Так як для кращого розчинення полімеру необхідно дати йому набрякнути, завантаження компонентів ведуть такий спосіб: в апарат вводять приблизно половинне кількість розчинника і при працюючій мішалці завантажують невеликими порціями розпушений порошкоподібний полімер. Потім завантажують решта основного розчинника і після тривалого перемішування в отриманий однорідний розчин додають суміш пластифікаторів в розчині входить в рецептуру тяжелолетучего розчинника.

Тривалість і інтенсивність перемішування залежать від кількості і характеру змішуються компонентів, а також від конструкції змішувача і його ємності; приготування розчину займає звичайно від 6 до 24 год: У разі високов'язких розчинів занадто інтенсивне перемішування (висока швидкість обертання мішалки) викликає небажане розігрівання розчину.

Вивантаження, в'язкого розчину і подача його в додаткові ємності - гомогенізатори - проводиться насосами плунжерного, гелікоїдальний або шестеренчатого типу, призначеними для перекачування грузлих рідин.

Підготовка розчину до формуванню. Розчин, що надходить і формування плівки, не повинен містити будь-яких механічно домішок і частинок нерастворим полімеру, а також бульбашок газу, погіршують якість відлитої плівки.

Для видалення сторонніх твердих включень розчин піддають багатоступеневою фільтрації за допомогою фільтр-пресів однокамерного або багатокамерного типу. Фільтруючим матеріалом в них служать ватно-марлеві подушки, бавовняні тканини (бязь, мо Лескін, батист), кирза.

Розчин плунжерним або шестерним насосом подається під тиском у фільтр-прес, і, пройшовши шар фільтруючого матеріалу, через патрубок преса по трубопроводу направляється в проміжні ємності, встановлені після кожного ступеня фільтрації.

Швидкість фільтрації залежить від в'язкості розчину, кількості домішок в ньому, конструкції фільтр-преса, типу фільтруючого матеріалу і тиску.

Фільтрацію проводять в 2-4 ступеня. Основний з них є перша. Остання ступінь - контрольна - служить для очищення розчину від випадкових забруднень безпосередньо перед подачею розчину на деаерацію. Призначення деаерації - видалити з пленкообразующего розчину розчинені в ньому гази і бульбашки повітря, захоплені розчином в процесі приготування, фільтрації, транспортування. Залежно від типу розчинника цю операцію здійснюють одним з двох способів, заснованих на зниженні розчинності газів в розчині.

Для водних розчинів зниження пружності пари досягається шляхом вакуумування. Для летючих розчинників цей спосіб не годиться, тому що їх випаровування викличе зміна концентрації розчину і порушення технологічного процесу одержання плівки.

Для подібних розчинів рекомендується нагрівання розчину з подальшим відстоюванням. Нагрітий теплообміннику до температури кипіння розчинників розчин потрапляє в розширювальний посудину - термостат-відстійник, де закипає. Скипають розчинник захоплює за собою розчинені гази і бульбашки повітря, які при нагріванні збільшуються в об'ємі і лопаються після виходу на поверхню розчину. Пари розчинника конденсуються і повертаються в розчин, а гази віддаляються.

Для нагрівання використовують теплообмінники типу «труба в трубі» з емальованому внутрішньою поверхнею. Термостат-відстійник є герметично закритий циліндричний посудину з конічним днищем, забезпечений водяною сорочкою (для охолодження розчину) і запобіжним клапаном (для регулювання тиску всередині термостата). Подача розчину в найпростіших термостатах-відстійниках здійснюється за направляючим парасолю або під рівень розчину, щоб уникнути розбризкування розчину і утворення бульбашок.

Термостати-відстійники розташовують таким чином, щоб розчин з них самопливом надходив в фільєру відливальної машини. При цьому необхідно дотримувати постійний напір, що забезпечує рівномірне надходження розчину на формування, а отже, равнотолщінность плівки.

Формування плівок з розчину проводиться за допомогою фільєри, конструкція якої вибирається залежно від в'язкості розчину і товщини плівки. На рис. 3 представлені три типи фільєр: мажучі - для розчинів в'язкістю 250-350 П; ллється - для розчинів в'язкістю 120-150 П; фільєра з валиком, використовувана для виробництва тонких плівок. Всі типи фільєр представляють собою коритоподібного пристрої з щілинним отвором внизу, зазор якого в деяких випадках може регулюватися. Розчин, що випливає з мажуча фільєри, затримується встановленої біля задньої стінки фільєри планкою, створюючи деякий запас. Планка з ретельно відшліфованим нижнім краєм, прикріплена до передньої стінки фільєри, служать для розмазування розчину по всій ширині поверхні виливки. Відстань від краю планки до поверхні регулює товщину відливається шару.

У фільєри з валиком товщина шару регулюється відстанню між-ду, валиком і поверхнею виливки, а також швидкістю вращеніяваліка. Це дозволяє створити більш-менш рівні умови фор-мування верхнього та нижнього шару плівки, що особливо важливо длятонкіх плівок.

У ллє фільєри кількість випливає розчину регулюють шириною розкриття щілини, змінюючи положення передньої стінки фільєри за допомогою настановних і мікрометричних гвинтів. Розподіл фільєри на запасну (I) і робочу (II) камери забезпечує рівномірне надходження розчину на поверхню виливки. Виливок, розчину з фільєри виробляють на обертовий барабан або безперервно рухому стрічку. Відливальних барабан являє собою сталевий циліндр-шириною 1,2-1,5 м і діаметром від 1,5 до 5,4 м. Поверхня барабана покрита тонким шаром дзеркальним срібла або нікелю. У внутрішній порожнині циліндра циркулює вода для забезпечення рівномірної температури поверхні виливки ". У герметизований, концент-річно встановлений кожух подається теплоносій з температурою, заданої режимом сушіння.

Відливальних частина машини стрічкового типу (рис. 4) складається з двох барабанів, на які натягнута нескінченна мідна стрічка шириною від 0,7 до 1,4 м і завдовжки від 28 до 86 м. Вісь заднього, що направляє, барабана може переміщатися в горизонтальній площині .

Рис. 4

Це дозволяє регулювати натяг стрічки і її положення на барабанах. Передній барабан має сорочку з циркулюючої в ній холодною водою, охолоджуючої стрічку.

Обидва барабана і стрічка укладені в герметичний кожух, який утворює вздовж нескінченної стрічки сушильні канали.

Істотне значення має поверхню, на яку відливається плівка. Тому на барабан або стрічку відливальних машин наносять жорстке полімерне покриття з високоглянцевий поверхнею, так званий дзеркальний шар. Спочатку для дзеркального шару використовували желатину, від якої пізніше відмовилися через недовговічності покриття і тривалості виготовлення. В даний час в якості дзеркального шару використовують покриття з похідних целюлози, головним чином йз омилення ацетату целюлози. Дзеркальний шар повинен мати гарну адгезію до металевої поверхні барабана стрічки та погану - до відливається плівці, забезпечуючи легке зняття. Дзеркальне покриття наноситься в три шари і піддається додатковій обробці - омилення.

Омилення верхнього шару досягається обробкою його спиртовим розчином лугу з наступною промивкою. Через більшу зношуваності верхній шар доводиться відновлювати вдвічі частіше, ніж нижній, термін служби якого приблизно 8 місяців.

Сушка плівки

В основному відбувається одночасно з процесом плівкоутворення.

Кінетика випару розчинників при плівкоутворення пов'язана, з одного боку, з характеристикою самих розчинників, а з іншого - з тенденцією полімеру утворювати на поверхні плівки більш щільний шар. Швидкість випаровування розчинників повинна забезпечувати необхідну продуктивність процесу-за умови отримання плівки з однорідною, рівноважної структурою. Чим більше товщина плівки, тим важче виконати цю умову. Це пояснюється тим, що при плівкоутворення з розчину по товщині плівки утворюються три шари, що відрізняються своєю мікроструктурою.

Перший шар виникає при зіткненні розчину з рухомої поверхнею відливальної машини. У цьому шарі відбувається орієнтація структурних елементів вздовж руху поверхні виливки, внаслідок чого він відрізняється нерівноважної, анізотропної структурою.

Поверхневий шар, дотичний з нагрітим повітрям, характеризується щільною упаковкою ланцюгових макромолекул, одно-, навесні і ізотропного структурою, що утворилася в результаті більш-менш тривалої дифузії розчинників через цей шар.

У проміжному шарі - рівноважна, ізотропний мікроструктура, що відрізняється підвищеною рихлістю через присутність залишкового розчинника.

Висока концентрація полімеру в поверхневому шарі ускладнює як дифузію розчинника з нижніх шарів до поверхні плівки, так і випаровування.

Щоб отримати плівку з більш однорідною структурою і прискорити дифузію розчинника з глибинних шарів, уповільнюють поверхневе випаровування, застосовуючи циркуляцію теплоносія з підвищеним вмістом пари розчинника.

Якщо концентрація парів летючого розчинника в сушильних каналах не досягає нижньої межі вибухонебезпечності, можна використовувати в якості теплоносія нагріте повітря. В іншому випадку краще користуватися інертним газом (азотом).

Циркуляція теплоносія здійснюється або відкритим способом, або по замкнутому циклу, що залежить від характеру плівкоутворення. Відкритий спосіб застосовують тоді, коли не потрібно підвищеного вмісту розчинників у верхньому сушильній каналі. У цьому випадку чисте сухе повітря (вміст вологи не більше 8 г / кг) після насичення парами розчинника повністю відсмоктують з сушильних каналів і направляють на рекуперацію. '

У технологічній практиці частіше використовують замкнутий цикл, при якому теплоносій (суміш азоту з парами розчинника) циркулює в замкнутій системі, що включає сушильні канали відливальної машини, вентилятор, калорифер, фільтр, конденсатор. Дві точки отсоса забезпечують інтенсивну циркуляцію у верхньому і нижньому каналах.

При великому обсязі пароповітряної суміші (за рахунок теплоносія) використовують схему циркуляції теплоносія по двох самостійних циклам. У цьому випадку найбільш насичена парами розчинника суміш з верхнього сушильного каналу надходить (через теплообмінник) в конденсатор, а суміш з нижнього каналу після підігріву повертається в сушильні канали машини. Регулюванням обох потоків домагаються заданої концентрації парів розчинника в теплоносії.

Відсмоктується районі фільєри парогазова суміш, що містить максимальну кількість парів розчинника, надходить в конденсатор, де частина парів конденсується і самопливом надходить в спеціальний збірник. Несконденсировавшиеся частина парогазової суміші та малонасичені суміш з точки отсоса у районі направляючого барабана, пройшовши калорифер, подаються в нижній сушильний канал машини, що скорочує непродуктивні витрати. Теплоносій вводять у ведучого барабана машини, де сформована плівка вже не може деформуватися струменем газу.

Залежно від складу пленкообразующего розчину і умов процесу плівка, що виходить з відливальної частині машини, може містити різну кількість залишкового розчинника. Так, наприклад, в плівці з частково омилення триацетату целюлози частка розчинника становить від 15 до 25%, тоді як у плівці з вторинного ацетату целюлози воно дорівнює приблизно 10%.

Освіта рідкої плівки

Рідка плівка утворюється при видавлюванні розчину полімеру на барабан, безперервну стрічку або безпосередньо в осадительную ванну через щілинну фільєру, розміри отвору якої визначаються концентрацією розчину і заданою товщиною готової плівки. Якщо, наприклад, товщина готової плівки целофану становить 20 мк, то з урахуванням того, що у вихідному розчині міститься 8% целюлози, щілину в філь'єрі повинна мати розмір близько 0,3 мм. Усадка по ширині в процесі формування досягає приблизно 40-50% від вихідного розміру. При відпливі плівки на барабані (або безперервної стрічці) ширина готової плівки дорівнює вихідної, тому розмір щілини фільєри при заданій товщині готової плівки залежить тільки від концентрації розчину і поправки на усадку не потрібно.

Робочі розчини ефірів целюлози надходять на формування плівки з в'язкістю порядку 100-300 пз в залежності від методу формування. Ця межа в'язкості задається при мокрому формуванні тим тиском, який допустимо створити в філь'єрі, а при сухому - умовами рівномірного розтікання розчину перед випаровуванням розчинника.

При зазначених величинах в'язкості розчину звичайно не з'являються якісь ускладнення в освіті рівномірною по товщині рідкої плівки. На відміну від тієї ролі, яку відіграє поверхневий натяг в освіті форми поперечного перерізу при прядінні штучних волокон, при формуванні плівок за методом безпосереднього введення струменя розчину у ванну і за методом розтікання шару розчину на поверхні вплив поверхневого натягу може позначитися тільки на швидкості згладжування тих невеликих нерівностей, які виникають через механічних пошкоджень вихідних отворів фільєри або внаслідок попа данія нерозчинених частинок в розчин полімеру.

Вирівнювання поверхні рідкої плівки відбувається не тільки під дією сил гравітації, а й у результаті прагнення будь-якої системи до мінімуму свобод ядерної енергії, тобто під дією сил поверхневого натягу. Зменшення вільної енергії може бути досягнуто тільки за рахунок зменшення поверхні. Тому Нерівномірність поверхні, схематично зображена на рис. 4, а у вигляді горба, повинна зникнути під дією сил поверхневого натягу, і шар розчину повинен придбати гладку поверхню, як це показано на. Рис. 5 6. Наведена схема передбачає відсутність сил гравітації, і тому положення підкладки може бути представлено довільним по відношенню до поверхні Землі.

Поверхневий натяг важко змінити для подібних систем штучним шляхом, тому визначальним фактором для швидкості вирівнювання поверхні рідкого шару є в'язкість розчину полімеру. Якщо в'язкість перевищує певну величину, то сили поверхневого натягу виявляються недостатніми, щоб за той відрізок часу, протягом якого плівка залишається рідкою, випадкова нерівність поверхні зникла.

Можливо цією обставиною пояснюється той спостережуваний у виробництві факт, що при формуванні целофану за методом введення рідкої плівки безпосередньо в осадительную ванну на готовому целофані виявляється поздовжня смугастість. Дійсно, поверхневий натяг на межі розділу двох середовищ несмешивающихся (віскоза - осаджувальна ванна) дуже швидко досягає малих величин і виявляється недостатнім для вирівнювання поверхні плівки.

При формуванні віскозних плівок по транспарітовому методу, коли. рідкий шар віскози наноситься попередньо на поверхню обертового барабана, а потім вже потрапляє в осадительную ванну, згладжування випадкових нерівностей встигає завершитися до надходження у ванну, так як поверхневий натяг на межі розділу віскоза - повітря дуже велике (50-60 дин / см). Плівки , отримані за транспарітовому методу, не мають смугастості (штрихів). Оскільки, як зазначалося вище, в процесі подальшої обробки відбувається значна усадка плівки, всі нерівності, що виникли на першій стадії формування, посилюються, що призводить до ще більшого розбіжності в рівномірності плівок, виготовлених за цими двома методами.

Питання про гладкості поверхні плівок і про роль співвідношення поверхневого натягу й в'язкості недостатньо вивчений. Між тим він представляє інтерес не тільки з точки зору стійкості формування волокон, про що говорилося в попередньому розділі, або ровноти поверхні плівок, але і ще в одному відношенні. Мова йде про формуванні стрічок, які представляють собою щось середнє між волокнами і плівками: відношення товщини до ширини складає від 1: 100 до 1: 10000 і вище. Такі стрічки використовуються, наприклад, для виготовлення деяких тканин.

Необхідно оцінити граничне співвідношення розмірів рідкої стрічки, при якому в даних умовах (в'язкість, поверхневий натяг, швидкість затвердіння) смужка не перетвориться на нитку круглого перерізу. За цією межею вже не позначається вплив крайових ділянок плівки, з яких починається поступове «стиснення» (зкруглення) плівки під дією сил поверхневого натягу.

Отверждение плівки при застудневания

Отверждение рідкої плівки шляхом застудневания не відрізняється в принципі від аналогічного процесу отверждения розчину при формуванні штучних волокон. Тут при попаданні розчину полімеру в оса-дітельнуюробочу ванну також починається процес дифузії молекул розчинника і осадителя, який призводить до застудневания системи в результаті розпаду розчину полімеру на дві фази і до подальшого сінеретіческому відділенню рідини.

Оскільки з плівок, одержуваних по мокрому методу формування, широке практичне значення набув тільки целофан, то в подальшому викладі фізико-хімічних особливостей цього методу мова буде йти переважно про цей тип плівкового матеріалу.

При формуванні віскозної плівки більш істотну роль, ніж при формуванні волокна, грають процеси дифузії. Якщо у волокнах проникнення кислоти до центру закінчується через 0,1-0,2 сек, то тут цей час становить 1-3 сек, оскільки товщина плівки, як правило, в 2-4 рази перевищує, діаметр волокна, а просування фронту дифузії пропорційно кореню квадратному з часу. У результаті в плівці різкіше, ніж у волокні, виявляється неоднорідність по поперечному перерізі. Коли зовнішні шари встигають отвердеть, внутрішні представляють собою ще рухому рідину.

Гідродинамічний опір ванни, і тягне зусилля провідних механізмів створюють у поверхневому шарі плівки напругу, яка викликає деяку перебудову структури, і зокрема орієнтацію полімеру. Внутрішні шари відчувають таку перебудову під дією одновісного розтягу в значно меншому ступені. Ці структурні відмінності зберігаються і в готовій плівці, що може бути виявлено за різною інтенсивністю фарбування або безпосереднім наглядом зрізів в електронному мікроскопі.

Особливості формування плівок з розчинів полімерів полягає в необхідності створити умови для отримання рівної поверхні рідкого шару до того, як настане процес затвердіння системи. Тут визначальну роль відіграє співвідношення між в'язкістю і поверхневим натягом системи, з одного боку, і швидкістю твердіння її, з іншого боку [4-7].

ЛІТЕРАТУРА

  1. Папков С.П. Фізико-хімічні основи переробки розчинів полімерів. М.: Хімія, 1971.

  2. Козлов П.В., Фізико-хімія ефіроцеллюлозних плівок, Вид. «Мистецтво», 1948.

  3. Козлов Л.В., Брагінський Г.І., Хімія і технологія полімерних плівок, Вид. «Мистецтво», 1965.

  4. Чесунов В.М., Васенін Р. М., Високомол. соед., А9, 2067 (1967).

  5. Козлов П.В., Фізико-хімія ефіроцеллюлозних плівок, Вид. «Мистецтво», 1948.

  6. Козлов Л.В., Брагінський Г.І. Хімія і технологія полімерних плівок, Вид. «Мистецтво», 1965.

  7. Підгородецький Є.К., Технологія виробництва плівок з високомолекулярних сполук, Вид. «Мистецтво», 1953.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Курсова
92.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Фізико-хімічні основи формування волокон з розчинів полімерів
Фізико-хімічні аспекти переробки термореактивних полімерів
Фізико хімічні закономірності формування тонкоплівкових металополімерних систем з газової
Фізико-хімічні закономірності формування тонкоплівкових металополімерних систем з газової
Фізико-хімічні методи аналізу їх класифікація та основні прийоми
Фізико хімічні методи аналізу їх класифікація та основні прі ми
Одержання алюмінію з розчинів мокрого очищення ацетилену
Фізико-хімічні властивості бензину
Фізико хімічні властивості бензину
© Усі права захищені
написати до нас