Химия и химические технологии/3. Лаки, краски, эмали, пигменты, герметики

Живодеров В. В.

Карагандинский государственный университет им. Е. А. Букетова, Казахстан

Получение дисперсии стирола, акриловой кислоты и метилметакрилата в эмульсии

Дисперсии полимеров представляют собой устойчивые гетерогенные двухфазные системы, состоящие из воды и взвешенных в ней мельчайших твердых частиц полимера. Дисперсии получают путем эмульсионной полимеризации или сополимеризации различных мономеров, как правило, при действии свободно-радикальных инициаторов [1].

Дисперсии полимеров являются многокомпонентными системами. Основные физико-механические показатели дисперсий, а также пленок, которые получают после удаления из них воды, определяет химическая природа мономерных звеньев. От химического состава и строения этих звеньев зависит устойчивость полимеров по отношению к внешним воздействиям (перепадам температуры, влажности среды, свету). Вместе с тем, ряд процессов, протекающих в пленках, полученных из дисперсий, не зависит от природы полимеров, но вызван вспомогательными веществами, вводимыми при эмульсионной полимеризации[2].

Определенный интерес в плане моделирования и управления свойствами представляют полимеры, в макроцепях которых содержатся реакционноспособные функциональные группы. Особенно, это важно при разработке полимерных дисперсий[3].

Стирол является отличным мономером, его полимер обладает хорошими гидрофобными свойствами, образует достаточно жесткие пленки, устойчивые к механическим воздействиям. Еще одна важная характеристика это цена, стирол является достаточно дешевым сырьем[4]. Метилметакрилат в свою очередь обладает так же рядом полезных свойств. Его полимер имеет хорошую тенденцию к пленкообразованию, является прозрачным, легко вступает в реакцию сополимеризации. Акриловая кислота так же легко вступает в реакцию сополимеризации, ее полимеры обладают хорошей светостойкостью и твердостью. Наличие у акриловой кислоты –СООН группы, придает ей хорошие адсорбционные свойства. Благодаря чему полученная полимерная пленка не обладает эффектом «чулка»[5].

Были проведены несколько экспериментов с различным исходным составом мономерной смеси. Данные о составе полученных терполимеров в дисперсии представлены в таблице 1.

Таблица 1

Состав терполимеров в дисперсии Стирол (М₁), АК (М₂), ММА (М₃)

Состав исходной смеси, мол.%			Составы терполимеров, мол.%			Выход, %
M1	M2	M3	m1	m2	m3
60.0	20.0	20.0	51.15	23.63	25.22	23,1
40.0	30.0	30.0	35.30	33.87	30.83	36,7
27.0	60.0	13.0	21.71	62.00	16.29	47,0
20.0	50.0	30.0	17.06	51.13	31.81	71,7

По данным таблицы 1 мы можем оценить процентное содержание звеньев того или иного мономера в терполимере. Мы видим что состав терполимера существенно обогащен звеньями акриловой кислоты и метилметакрилата.

Так же мы можем видеть это на рисунке 1.

Рисунок 1. Зависимость вычисленного состава терполимера (■) от состава мономерной смеси (●).

Нами был проведен расчет кинетики проводимой терполимеризации. Данные представлены на рисунке 2.

Рисунок 2. Зависимость выхода терполимера от времени.

По рисунку 2 видно что для данного процесса достаточно 60 минут для полимеризации. Причем выход при этом составляет 86,1%.

В ходе проведения экспериментов получены дисперсии в водоэмульсионной среде. Стирол и метилметакрилат являются слаборастворимыми в воде мономерами, в то время как, акриловая кислота обладает очень хорошей растворимостью. Согласно теории разработанной Медведевым, в данном случае, полимеризация протекает на границе раздела фаз. Что приводит к более упорядоченному распределению звеньев. Так же было установлено, что полученные терполимеры обладают хорошими пленкообразующими свойствами, что представляет возможным использовать их в лакокрасочной промышленности. Требуются дальнейшие исследования.

Литература:

1 Bajpai S.K. Swelling studies on hydrogel networks // J.Sci. and Ind. Res. - 2001. - Vol. 60. - №6. - P.451 - 462.

2 Елисеева В.И. и др. Эмульсионная полимеризация и ее применение в промышленности. М.:Химия, 1976. 223 - 240с.

3 Fitch R., Tsai C. Polymer Colloids, New York 1971. P.73

4 Силинг М.И. // Итоги науки и техники. Химия и технология высокомолекулярных соединений. М.: ВИНИТИ. 1977. Т. 11. С. 119-162.

5 Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1982. 400 с.

6 Могилевич М.М. Окислительная полимеризация в процессах пленкообразования. М.: Химия, 1977. 176 с.

7 Липатов Ю. С. Физико-химические основы наполнения

полимеров. - М.: Химия, 1991. - 362 с.

8 Шевченко А.А. Физика и механика композиционных материалов // Учебное пособие для вузов / А.А. Шевченко. - СПб.: ЦОП Профессия, 2010. -224 с.