STUDY OF OBTAINING STYRENE BUTADIENE-RUBBER FROM LATEX CUMULATIVE IMPACT OF A CATIONIC POLYELECTROLYTE AND MAGNETIC FIELDS

Шульгина Ю.Е.¹, Никулин C.C., Никулина Н.С.³

¹Аспирант, Воронежский государственный университет инженерных технологий

²Доктор технических наук, профессор, Воронежский государственный университет инженерных технологий

³Кандидат технических наук, Воронежский институт государственной противопожарной службы МЧС России

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССАВЫДЕЛЕНИЯБУТАДИЕН-СТИРОЛЬНОГО КАУЧУКА ИЗ ЛАТЕКСА СОВОКУПНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ КАТИОННОГО ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТА И МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Аннотация

В работе исследовали применение магнитного поля в сочетании с катионным полиэлектролитом сополимер поли-N,N-диметил-NN-диаллиламмоний хлорида с диоксидом серы для выделения бутадиен-стирольного каучука из латекса СКС-30 АРК. Применения данной технологии выделения позволяет снизить расход коагулирующего агента

Ключевые слова: синтетические эмульсионные каучуки; латекс; коагуляция; магнитное поле.

Shul'gina Ju.E.¹, Nikulin S.S.², Nikulina N.S.³

¹Postgraduate student, Voronezh State University of Engineering Technologies

²Doctor of Technical Sciences, professor, Voronezh State University Engineering Technologies

³Ph.D., Voronezh Institute of State Firefighting Service of Ministry Of Russian Federation for Civil Defence, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters

STUDY OF OBTAINING STYRENE BUTADIENE-RUBBER FROM LATEX CUMULATIVE IMPACT OF A CATIONIC POLYELECTROLYTE AND MAGNETIC FIELDS

Abstract

In this paper we studied the application magnetic field for allocation of styrene-butadiene rubber latex SKS-30 ARC in the presence of copolymer poly-N,N-dimethyl-N,N-diallilammony chloride to sulfur dioxide. Applications of this technology allows to reduce the consumption allocation coagulating agent

Keywords: synthetic emulsion rubbers; latex; coagulation; magnetic field.

Производство синтетического каучука активно развивается. На рынке представлено большое разнообразие выпускаемой продукции. Одной из ключевых стадий получения эмульсионных каучуков является стадия выделения, где используются в качестве коагулирующих агентов минеральные соли и кислоты, приводящие к загрязнению сбрасываемых сточных вод, что создает ряд экологических проблем [1].

Существует значительные количества органических и неорганических коагулянтов как синтетического, так и природного происхождения, позволяющих существенно снизить или исключить применяемые в настоящее время традиционные коагулянты на основе минеральных солей в технологии выделения каучука из латекса.

Особый интерес представляют полимерные четвертичные соли аммония, обладающие высокой коагулирующей активностью.  Известно, что они могут взаимодействовать с компонентами эмульсионной системы с образованием нерастворимых солей, которые захватываются крошкой каучука, что приводит к уменьшению количества сбрасываемых веществ на очистные сооружения [2]. Одним из таких коагулянтов является сополимер поли-N,N-диметил-N,N-диаллиламмоний хлорида с SO₂ (ВПК-10), который в соответствии с санитарно-эпидемиологическим заключением (№ 2 БЦ.01.2.48.П.000651.05.02 от 16.05.2002г.) находит применение в цинкатных электролитах в гальванотехнике.

Существенным недостатком полимерных катионных электролитов  является их высокая стоимость, что сдерживает активное внедрение данных продуктов в технологический процесс выделения каучуков из латекса.  Поэтому снижение расхода дорогостоящего и дефицитного коагулирующего агента  является важной и актуальной задачей. Решение данного вопроса позволит  не только снизить стоимость получаемой продукции, но и уменьшить  экологическую напряженность.

В последнее время проявляется интерес к применению различных физических полей в технологическом процессе производства синтетических полимеров. В статье [3] показано, что обработка бутадиен-стирольного латекса СКС-30 АРК магнитным полем позволяет снизить расход такого коагулирующего агента N,N-диметил-N,N-диаллиламмоний хлорида почти в 2 раза. Авторы связывают это с тем, что в процессе магнитной обработки происходит частичная десорбция стабилизатора  с поверхности латексных частиц в водную фазу латексной системы.

В работе [4] образцы разбавленного латекса бутадиен-стирольного каучука СКС-30 АРК подвергали ультразвуковому воздействию с помощью генератора марки УЗГ 13-0,1/22. Установлено, что ультразвуковое воздействие в течение 60 минут способствует снижению поверхностного натяжения латекса с 67 до 60 мН/м.

Известны положительные результаты, полученные при использовании магнитных полей при отверждении мочевиноформальдегидных смол [5]. Применение данных полей позволило повысить прочностные показатели клеевого соединения [6].

Также в последнее время все больший интерес вызывает проблема применения в качестве наполнителей каучуков волокон различного происхождения. Годовой объём отходов, содержащих волокна и нити, составляет около десятка тысяч тонн. Использование их в производстве эмульсионных каучуков могло бы обеспечить достижение значительного экономического и природоохранного эффекта за счет расширения ассортимента выпускаемой продукции и защиты окружающей среды [7].

В данной работе изучали влияние воздействия постоянного магнитного поля на процесс выделения каучука из латекса СКС-30 АРК при использовании в качестве коагулирующего агента сополимера поли-N,N-диметил-N,N-диаллиламмоний хлорида с SO₂ в сочетании с волокнистой добавкой.

Изучение влияния магнитного поля на процесс коагуляции проводили на каучуковом латексе СКС-30 АРК (ТУ 38.40355-99) выпускаемом в промышленных масштабах.

Для реализации программы по изучению влияния постоянного магнитного поля на процесс коагуляции использовали установку, описанную в работе [3]. Исследования проводились при использовании напряженности в интервале от  8 до 22 · 10⁴ А/м.

Латекс СКС-30 АРК (как с волокном, так и без него) помещали в  стеклянную кювету размером 15×30×50мм,  подвергали обработке магнитным полем различной интенсивности  в течение 1, 5, 15, 25 минут. Затем кювету с латексом извлекали из установки и проводили его коагуляцию  путем введения заданных количеств  водного раствора   ВПК-10 с концентрацией  ~ 2 %. Коагуляцию проводили по общепринятой методике, описанной в работе [7]. Выделение каучука из латекса осуществляли при 20±2  ^оС. После введения в латекс расчетного количества ВПК-10 его  перемешивали в течение 2 минут и приливали раствор серной кислоты (концентрация ~ 2,0 %) до рН среды  2,5-3,0. Перемешивание продолжали еще в течение 2-3 минут, после чего  извлекали образовавшуюся крошку каучука из водной фазы (серум), измельчали, промывали дистиллированной водой и сушили при температуре 80-85 ^оС  до постоянной массы.

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что обработка латекса магнитным полем перед введением  ВПК-10  и  серной кислоты приводит к снижению расхода коагулянта с 3,5-4,0  до 2,5-3,0 кг/т  каучука. По-видимому, это связано с тем, что в процессе магнитной обработки происходит частичная десорбция стабилизатора  с поверхности латексных частиц в водную фазу латексной системы. В данном случае, в отличие от действия  только нейтрализационного фактора коагуляции при использования низкомолекулярных коагулянтов,  происходит усиление  процесса коагуляции за счет мостикообразования, свойственного полимерным флокулянтам.

Во-вторых, продолжительность  обработки латекса магнитным полем в течение пяти минут и более приводит к полному выделению каучука из латекса при расходе ВПК-10 ~ 3,0 кг/т  каучука  и величине напряженности магнитного поля 8 · 10⁴ А/м  и ~ 2,5 кг/т каучука при напряженности магнитного поля  22 · 10⁴ А/м. При отсутствии воздействия магнитного поля на латекс коагуляцию достигали  при расходе ВПК-10 ~ 4,0 кг/т  каучука.

Использование волокон (расход 5 кг/т каучука) также позволяет сохранить высокую активность коагулирующей системы (выход крошки каучука) при расходе коагулянта 2,5 кг/т каучука.

Исследования показали, что все полученные образцы каучуков полностью удовлетворяли предъявляемым требованиям потребителя.

Таким образом, применение в технологии выделения каучука из латекса катионного полиэлектролита в сочетании с магнитным полем и волокном позволяет снизить на ~ 25-35 % расход дорогого и дефицитного коагулирующего агента.

Литература

1. Аверко-Антонович И.Ю. Синтетические латексы. М.: Альфа-М, 2005. 125 с.
2. Гаршин А.П, Никулин С.С., Рыльков А.А., Слукина З.Д., Смурыгина В.П., Шаповалова Н.Н. // Произв-во и использ. эластомеров, 1996. Т. 5, С. 8-10.
3. Никулин С.С., Шульгина Ю.Е., Пояркова Т.Н. // ЖПХ. 2014. Т. 87 № 7 С. 974-979.
4. Останкова И.В., ВережниковВ.Н.Корчагин, А.В.Протасов // Материалы научно-практической конференции «Проблемы и инновационные решения в химической технологии» «ПИРХТ».  Воронеж, ООО «Издат-черноземье», 2013. С. 278-280.
5. Никулин С.С., Попов В.М., Латынин А.В., Шендриков М.А. // ЖПХ . 2013. Т. 86. Вып. 4. С. 643-646.
6. Пат. 2439115 РФ, МПК C09J5/00. (2011). Способ склеивания древесных материалов.
7. Пояркова, Т.Н. Практикум по коллоидной химии латексов [Текст] : учеб. Пособие / Т.Н. Пояркова, С.С. Никулин, И. Н. Пугачева, Г.В. Кудрина, О. Н. Филимонова. – М. : Издательский Дом «Академия естествознания», 2011. – 124 с.

References

1. Averko-AntonovichI.Ju. Sinteticheskielateksy. M.: Al'fa-M, 2005. 125 s.
2. Garshin A.P, Nikulin S.S., Ryl'kov A.A., Slukina Z.D, Smurygina V.P., Shapovalova N.N. // Proizv-voiispol'z. jelastomerov, 1996. T. 5, S. 8-10.
3. Nikulin S.S., Shul'ginaJu.E.,Pojarkova T.N. // ZhPH. 2014. T. 87 № 7 S. 974-979.
4. Ostankova I.V., VerezhnikovV.N.Korchagin, A.V.Protasov // Materialynauchno-prakticheskojkonferencii «Problemyiinnovacionnyereshenija v himicheskojtehnologii» «PIRHT».  Voronezh, OOO «Izdat-chernozem'e», 2013. S. 278-280.
5. Nikulin S.S., Popov V.M., Latynin A.V., Shendrikov M.A. // ZhPH . 2013. T. 86. Vyp.4. S. 643-646.
6. Pat. 2439115 RF, MPK C09J5/00.(2011). Sposobskleivanijadrevesnyhmaterialov.
7. Pojarkova, T.N. Praktikumpokolloidnojhimiilateksov [Tekst] :ucheb. Posobie / T.N. Pojarkova, S.S. Nikulin, I. N. Pugacheva, G.V. Kudrina, O. N. Filimonova. – M. :Izdatel'skij Dom «Akademijaestestvoznanija», 2011. – 124 s.