Химия и химические технологии. 1. Пластмассы, полимерные и синтетические материалы, каучуки, резино-технические изделия, шины и их производство.

К.т.н. Хромышев В.А., к.х.н. Хромышева Е.А., Хаврук Е.А.,

Пронякина А.С.

Мелитопольский государственный педагогический университет имени Богдана Хмельницкого, Украина

Анализ диаграмм состояния систем полистирол – растворитель

В настоящее время в технологии переработки пластмасс, полимерных и синтетических материалов большое внимание уделяется изучению фазовых равновесий в растворах полимеров и полимерных композициях на основе смесей полимеров, процессов фазового и микрофазового разделения в полимерных системах [1-3].

Целью исследования являлся анализ диаграмм фазового состояния систем полистирол – растворитель.

Фазовые диаграммы строили методом изменения объема фаз и их состава [1,2]. Для проведения исследований были выбраны растворителя, которые широко применяются в химической промышленности и органическом синтезе: вода, диметилформамид, этилацетат, ацетон и этоксиэтан.

Как показали проведенные исследования, диаграммы состояния растворов полистирола напоминают диаграммы состояния двухкомпонентных систем жидкость – жидкость, причем кривые смешения резко часто сдвинуты в сторону низких концентраций полимера.

Как показали исследования, растворы, содержащие более 6% полистирола в этилацетате, гомогенны при любых температурах. Более разбавленные растворы при температурах ниже 283К расслаиваются. Температура 283К является верхней критической температурой смешения (ВКТС). Таким образом, критическая концентрация данной системы – 4% (по массе) полистирола.

Диаметрально противоположная картина наблюдается при использовании в качестве растворителя диметилформамида. Растворы, содержащие более 30% полистирола в диметилформамиде, гомогенны при любых температурах. Более разбавленные растворы при температурах выше 324К расслаиваются. Температура 324К является нижней критической температурой смешения (НКТС). Критическая концентрация полистирола в диметилформамиде составляет 22% (по массе). Поэтому переработку растворов полистирола в диметилформамиде необходимо проводить при температурах ниже 324 К. Или, наоборот, для получения устойчивой эмульсии полистирола массовая доля его должна находится в интервале от 1 до 35%, а температура превышать 324К.

Более сложный характер зависимости наблюдается в системе полистирол – этоксиэтан. Фазовая диаграмма имеет две экстремальные точки максимума и минимума. При этом растворы, содержащие более 20% (по массе) полистирола, будут гомогенны при любых температурах. В интервале температур от 230 до 308К система является гомогенной и при более низком содержании полистирола. При температурах ниже 230К и выше 308К растворы расслаиваются и система становится двухфазной. Температура 308К является ВКТС, а температура 230К – НКТС. Этот факт немаловажный и его необходимо учитывать при вторичной переработке полистирола. Критическая концентрация полистирола в этоксиэтане – 12%.

Исследования показали, что растворы полистирола в ацетоне гомогенны при любой температуре только в интервале концентраций – 5-20% (по массе). При меньших и больших значениях концентраций полистирола система может быть двухфазной в зависимости от температуры. Эти особенности растворов полистирола в ацетоне необходимо учитывать при получении и изготовлении из полистирола изделий.

В системе поливиниловый спирт – вода имеются верхняя и нижняя температуры смешения, которые соответственно равны 424К и 332К. Система, в зависимости от условий, может быть гомогенной в интервале концентраций поливинилового спирта от 0,5% до 11%. Оптимальной концентрацией поливинилового спирта в воде – 5%. Этот факт необходимо учитывать при приготовлении антиадгезионного состава на основе поливинилового спирта. Причем, для получения гомогенного раствора температура должна находиться в интервале 332-424К.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Построены диаграммы фазового состояния систем полистирол – этилацетат, полистирол – диметилформамид, полистирол – этоксиэтан и полистирол – ацетон.

2. Установлены области неограниченного смешивания для следующих систем: полистирол – этилацетат – более 6% полимера, полистирол – диметилформамид – более 30% полимера, полистирол – этоксиэтан – более 20% полимера, полистирол – ацетон – 5-20% полимера.

3. Определены критические температуры смешивания и критические концентрации полистирола в системах полистирол – растворитель. Для системы полистирол – этилацетат критическая концентрация полистирола равна 4%, а ВКТС – 283К; полистирол – диметилформамид – 22%, НКТС – 324К; полистирол – этоксиэтан – 12%, ВКТС – 308К, НТКС – 230К соответственно.

4. Определены критические температуры смешивания в системе поливиниловый спирт – вода, которые равны: ВКТС – 424К, НКТС – 332К.

Литература

1. Вшивков С. А., Тагер А. А., Гайфуллина Н. Б. Исследование фазового равновесия растворов полимеров методом точек помутнения и изменения объема сосуществующих фаз и их состава // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. – 1976. – 18, № 1. – С. 25 -28.

2. Нестеров А. Е., Липатов Ю. С. Фазовое состояние растворов и смесей полимеров. – К.: Наукова думка, 1987. – 168 с.

3. Чалых А.Е. Диаграммы фазового состояния полимерных систем. – М.: Янус-К, 1998. – 216с.