ИССЛЕДОВАНИЕ  ВОЗМОЖНОСТИ  ПРИМЕНЕНИЯ  ЖИРНЫХ  СИНТЕТИЧЕСКИХ  КИСЛОТ  ДЛЯ  ПРОИЗВОДСТВА  КАУЧУКОВ

Солопенко  Анна  Валерьевна

студент  4  курс,  факультет  среднего  профессионального  образования,  Воронежский  государственный  технологический  университет,  г.  Воронеж

Новикова  Елена  Игоревна

студент  4  курс,  факультет  среднего  профессионального  образования,  Воронежский  государственный  технологический  университет,  г.  Воронеж

Михайлова  Нина  Алексеевна

научный  руководитель,  канд.  технических  наук,  преподаватель,  Воронежский  государственный  технологический  университет,  г.  Воронеж

Смотракова  Марина  Владимировна

научный  руководитель,  преподаватель,  Воронежский  государственный  технологический  университет,  г.  Воронеж

E-mail:  smotrakovam@mail.ru

В  производстве  синтетического  каучука  широко  используется  метод  эмульсионной  полимеризации.  Одним  из  основных  компонентов  эмульсионной  полимеризации  является  эмульгатор.  В  качестве  эмульгаторов  используются  поверхностно-активные  вещества  (ПАВ),  способные  адсорбироваться  на  границе  раздела  фаз,  что  приводит  к  существенному  снижения  поверхностного  натяжения  [3,  с.  327].

При  выборе  ПАВ  для  эмульсионной  полимеризации  важно  учесть  не  только  его  эффективность  как  эмульгатора,  но  предусмотреть  его  поведение  в  процессах  выделения  каучука.

Соли  карбоновых  кислот  (мыла)  используются  в  производстве  синтетического  каучука.  Однако  широкое  применение  нашли  мыла  синтетических  жирных  кислот  фракций  С₁₀—С₁₃  и  С₁₀—С₁₆.  При  выделении  каучука  основная  масса  синтетических  жирных  кислот  остается  в  полимере,  отрицательно  влияя  на  свойства  вулканизатов. 

Принципы  выбора  эмульгатора  для  каждой  полимеризационной  системы  твердо  не  установлены.  Класс  ПАВ  не  способен  диссоциировать  на  ионы.  Молекулы  этих  соединений,  наряду  с  гидрофобной  частью  содержат  полиэтиленовую  цепь,  способствующую  их  растворимости  в  воде.  Широко  распространенными  представителями  таких  эмульгаторов  являются  алкилфенолы  [1,  с.  48]. 

Оксиэтиленовая  цепь  гидратирована  вследствие  взаимодействия  эфирного  атома  кислорода  с  водой.  Полиоксиэтиленовая  цепь  определенной  длины  образует  клубки,  связывая  при  этом  воду.  Поэтому,  начиная  с  некоторой  длины  углеводородной  цепи,  зависящей  от  молекулярной  массы  углеводородного  радикала,  такие  эмульгаторы  приобретают  растворимость  в  воде  [1,  с.  52].  Поэтому  мыла  синтетических  жирных  кислот  применяют  в  сочетании  с  эмульгаторами  других  типов  [3,  с.  328].

Достоинствами  таких  эмульгаторов  являются  возможность  широкого  варьирования  свойств  ПАВ  за  счет  изменения  состава  сополимера  и  его  молекулярной  массы,  незначительное  пенообразование  водных  растворов,  возможность  бессолевой  коагуляции  латексов  [3,  с.  329].

Природа  эмульгатора,  применяемого  в  эмульсионной  полимеризации,  имеет  большое  значение  для  механизма  образования  и  для  кинетики  процесса. 

Роль  эмульгатора  многогранна.  Он  определяет  формирование  латексных  частиц,  кинетику  полимеризации  и  обеспечивает  устойчивость  образующегося  латекса.  Большое  значение  имеет  образование  мицелл  эмульгатора,  коллоидная  растворимость  в  них  мономеров  и  формирование  адсорбционных  слоев  эмульгатора  на  поверхности  латексных  полимерно-мономерных  частиц.  Строение  эмульгатора,  его  состав  и  наличие  в  нем  некоторых  примесей  может  существенно  влиять  на  кинетику  эмульсионной  полимеризации,  коллоидно-химические  свойства  латекса,  структуру,  состав  и  свойства  образующегося  полимера.

Известно  влияние  длины  углеводородной  цепи  мыл  жирных  кислот  на  эмульсионную  полимеризацию.  По  мере  увеличения  длины  углеводородной  цепи  в  молекуле  мыла  во  всех  концентрациях  латекса  повышается  вязкость  и  толщина  адсорбционных  слоев,  а  степень  гидратации  адсорбированного  мыла  уменьшается.  С  повышением  молекулярного  веса  эмульгатора  толщина  защитных  слоев  увеличивается  [2,  с.  31—32].

До  С₆  соли  жирных  кислот  не  являются  эмульгаторами,  и  эмульсионная  полимеризация  с  ними  не  идет.  При  увеличении  длины  цепи  начинают  проявляться  все  в  большей  степени  свойства  эмульгатора,  ускоряется  эмульсионная  полимеризация.  При  достижении  определенной  длины  цепи  отрицательно  сказывается  снижение  растворимости  мыла  в  воде.

В  работе  проводилось  исследование  возможности  использования  синтетических  жирных  кислот  в  качестве  эмульгатора  в  производстве  синтетического  каучука.

В  качестве  эмульгаторов  использовались  оксиэтилированные  алкилфенолы,  в  состав  которых  входили  поверхностно-активные  вещества  ОП-11  и  ОП-12.

Проводилось  определение  фазового  состава  синтетических  жирных  кислот,  кислотного  числа,  интенсивности  окраски,  карбонильного  числа,  содержания  неомыляемых  веществ,  результаты  определения  которых  представлены  в  таблице.

Определение  фазового  состава  синтетических  жирных  кислот  проводилось  методом  газо-жидкостной  хроматографии.  Метод  основан  на  растворении  навески  синтетических  жирных  кислот  в  диэтиловом  эфире,  получении  метиловых  эфиров  жирных  кислот  и  смоляных  кислот  с  последующим  определением  их  методом  газо-жидкостной  хроматографии.  Определение  проводилось  на  хроматографе  ХРОМ  5.

Для  метилирования  исследуемый  раствор  помещался  в  пробирку,  а  в  колбу  —  2,5  г  гидроксида  калия,  1  см³  раствора  гидразин-гидрата  и  изопропилового  спирта.  По  каплям  в  колбу  добавлялся  1  см³  хлороформа.  Образовавшийся  диазометан  током  сухого  воздуха  направлялся  в  пробирку  с  исследуемым  раствором.  Подготовленный  раствор  вводился  в  испаритель  хроматографа.  В  полученных  хроматограммах  рассчитывалось  содержание  метиловых  эфиров. 

Идентификация  синтетических  жирных  кислот  проводилась  по  времени  удерживания.  График  зависимости  логарифма  времени  удерживания  метиловых  эфиров  синтетических  жирных  кислот  от  числа  углеродных  атомов  в  молекуле  кислоты  представлен  на  рисунке  1.

Рисунок  1.  Зависимость  логарифма  времени  удерживания  метиловых  эфиров  синтетических  жирных  кислот  от  числа  углеродных  атомов  в  молекуле  кислоты

Определение  кислотного  числа  заключалось  в  нейтрализации  свободных  синтетических  жирных  кислот  спиртовым  раствором  гидроокиси  калия  в  присутствии  фенолфталеина.

Интенсивность  окраски  определялась  фотоколориметрическим  методом  на  фотоколориметре  КФК-2.  Для  анализа  исследуемый  образец  растворялся  в  хлороформе.  Определение  оптической  плотности  проводилось  при  длине  волны  400  нм  и  толщине  поглощающего  слоя  30  мм.

Определение  карбонильного  числа  основано  на  взаимодействии  карбонильных  соединений  с  солянокислым  гидроксиламином  и  потенциометрическом  титровании  соляной  кислоты  раствором  гидроокиси  калия  на  рН-метре  рН  020.

Карбонильное  число  вычислялось  по  формуле:

,

где:  V  —  объем  раствора  гидроокиси  калия  с  молярной  концентрацией  эквивалента  0,1  моль/дм³,  израсходованного  на  титрование,  см³;

T  —  титр  раствора  гидроокиси  калия  с  молярной  концентрацией  эквивалента  0,1  моль/дм³;

m  —  масса  навески,  г.

Определение  содержания  неомыляемых  веществ  основано  в  извлечении  неомыляемых  веществ  из  предварительно  омыленной  смеси  кислот  с  помощью  α-бромнафталина.  По  изменению  показателя  преломления  α-бромнафталина,  измеренного  на  рефрактометре  УРЛ  до  и  после  экстракции,  определялось  количество  неомыляемых  веществ.

Массовая  доля  неомыляемых  веществ  (x)  в  процентах  рассчитывалась  по  формуле:

  =  ∙  ,

где:  V  —  объем  α-бромнафталина,  см³;

ρ  —  плотность  неомыляемых  веществ  при  температуре  определения  г/  см³;

n1  —  показатель  преломления  α-бромнафталина  при  температуре  определения;

n2  —  показатель  преломления  фильтра  неомыляемых  веществ  при  температуре  определения;

n3  —  показатель  преломления  неомыляемых  веществ  при  температуре  определения;

m  —  масса  навески  кислот,  г.

Таблица  1. 

Результаты  исследования  синтетических  жирных  кислот

В  результате  проведенных  исследований,  показано,  что  исследуемые  синтетические  жирные  кислоты  возможно  применять  в  качестве  эмульгатора  в  производстве  синтетического  каучука.

Список  литературы:

1.Елисеева  В.И.  Полимерные  дисперсии.  М.:  Химия,  1980.  —  296  с.

2.Кузнецов  В.Л.,  Лебедев  А.В.  Влияние  длины  углеводородной  части  мыл  жирных  кислот  на  параметры  межфазных  слоев  в  бутадиен-стирольных  латексах  //  Каучук  и  резина.  1964.  —  №  3.

3.Кирпичников  П.А.  Химия  и  технология  синтетического  каучука:  учеб.  для  вузов.  Л.:  Химия,  1987.  —  424  с.