3.2.3. Гелеутворення при термосенсибілізації латексів і їх композицій

Під терміном "термосенсибілізація" розуміється додання латексу або латексній композиції підвищеної чутливості до дії тепла. В цих латексах або латексних композиціях, що мають відносну стабільність при кімнатній температурі (15...25˚С), під дією тепла відбувається швидка астабілізація, що призводить до утворення гелю. Є значна кількість речовин, які можуть бути використанні як термосенсибілізуючі агенти. З цією метою можуть бути використані речовини, які будучи введені в латекс, утворюють астабілізуючі комплекси або виділяють іони, що зменшують стабільність латексу, причому їх астабіліуюча здатність повинна різко зростати при підвищенні температури.

До цієї групи речовин може бути віднесена система: оксид цинка,гідроксидамонію, астабілізуюча здатність якої різко зростає при підвищенні температури.

Механізм дії системи оксид цинку , гідрооксид амонія, запропонований Блеклі [36, с. 35], був розглянутий раніше в розділі 3.2.

До іншої групи речовин, які можуть бути застосовані як термосенсибілізуючі агенти, відносяться речовини з негативним температурним коефіцієнтом розчинності. З підвищенням температури розчинність цих речовин у водних середовищах знижується. До них відносяться: полівінілметиловий ефір, поліпропіленгліколі, неіоногенні поверхнево-активні речовини. Серед них найбільше застосування отримав полівініл-метиловий ефір (ПВМЕ).

Механізм дії ПВМЕ досліджений в роботах Блеклі [51] і Гордона [52], а неіногенних ПАР - в роботах Неймана [42]. Вважається, що ПВМЕ, завдяки своїй поверхневій активності, адсорбується на поверхні латексних частинок і, завдяки гідратації, бере участь в створенні захисної адсорбційно-гідратній оболонки.

При дії тепла відбувається втрата стабілізуючої здатності молекул ПВМЕ внаслідок їх дегідратації і випадіння в осад.

Не дивлячись на те, що механізм астабілізації латексів у присутності термосенсибілізуючих агентів ще недостатньо вивчений, результати дослідження законів гелеутворення при застосуванні цих агентів можуть бути використані при виготовленні ряду гумових виробів.

Відкладення гелю під дією тепла з термосенсибілізованної латексної композиції проходить не тільки із значно більшою швидкістю, ніж при іонному відкладенні, але і дозволяє за короткий час отримати плівку з товщиною, яка при практично реальній тривалості іонного відкладення недосяжна (рис. 3.30).

Відкладення гелю під дією тепла з термосенсибілізованної латексної композиції істотно швидшає при зниженні рН.

Зниження рН дозволяє для досягнення однакової кількості полімеру, що відклався, понизити дозування термосенсибілізуючого агента (рис. 3.31).

Рис. 3.30. Кінетика відкладення гелю при іонному відкладенні (•) і при нагріві термосенсибільної латексної композиції (х) (композиція на основі натурального латексу)

Рис. 3.31. Залежність необхідної кількості ПВМЕ (частини маси на 100 частин маси полімеру) від рН латексної композиції для отримання рівної кількості полімеру, що відкладається (композиція на основі натурального латексу)

Разом з тим, для забезпечення стабільності латексної композиції при зниженні рН необхідне введення неіоногенних ПАР, які, збільшуючи стабільність при кімнатній температурі, можуть істотно збільшити термосенсибілізацію композиції.

Концентрація полімеру в гелі, отриманому при нагріві з термосенсибілізованної латексної композиції, значно вище (60...80%) за концентрацію гелю, отриманого методом іонного відкладення (як правило, не більше 60%).

При збільшенні концентрації полімеру в латексі для отримання заданої кількості гелю, що відклався, потрібна менша кількість термосенсибілізуючого агента (рис. 3.32).

Ефективність дії термосенсибілізуючих агентів залежить від природи емульгаторів латексів. Емульгатори з малими теплотами гідратації більшою мірою схильні дегідратації при нагріві. Тому присутність цих емульгаторів в латексах сприятиме підвищенню термосенсибілізації латексних композицій.

Емульгатори з меншими теплотами гідратації в більшій ступені піддаються дегідратації при нагріванні. Тому присутність цих емульгаторів в латексі буде сприяти підвищенню термосенсибілізації латексних композицій. Особливо сильно проводять ефект теплової сенсибілізації латекси , які мають неіоногенні ПАР.

Рис. 3.32. Залежність потрібної кількості ПВМЕ (частини маси на 100 частин маси полімеру) від концентрації полімеру в латексі,для отримання рівної кількості відкладаємого полімеру (композиція натурального латексу)

Швидкість відкладення гелю при нагріванні латексних композицій , які мають термосенсибілізуючі агенти, у всіх випадках залежить від швидкості теплового потоку, що йде від форми в латексну композицію. У свою чергу, швидкість теплового потоку залежить від температури і теплоємності матеріалу форми, тривалості знаходження форми в латексі, коефіцієнта тепловіддачі від форми до латексу і коефіцієнта температуропровідності латексної суміші. Вплив цих чинників був вивчений в роботі [53].

Проте, виведені автором рівняння, які описують процес теплопередачі від форми в латекс, навряд чи можуть бути використаний на практиці. При висновку рівнянь приймалося, що температура форми в ході процесу залишається постійною, що реально не має місця. Крім того, не виключено, що в ході процесу відкладення через тих, що відбуваються в латексі агрегації і астабілізації частинок змінюються коефіцієнти тепловіддачі і температуропровідності [54].

Латексні композиції, термосенсибілізуючі агенти, що містять, використовуються при отриманні піногуми, виготовленні ряду моченних виробів, а також при виготовленні виробів методом екструзії.

Головною перешкодою виготовлення мочених виробів з латексних композицій, що містять термосенсибілізуючі агенти, є трудність підтримки постійної температури латексної композиції при періодичному зануренні в неї нагрітих форм. Крім того, неможливо виготовляти вироби складної конфігурації через відмінність температур в різних ділянках поверхні форм.