ПЕРСПЕКТИВА ПРИМЕНЕНИЯ ФТОРИДА АММОНИЯ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ КАУЧУКОВ ИЗ ЛАТЕКСОВ

1

• Авторы
• Резюме
• Файлы

Черных О.Н. Никулин С.С. Изучена коагулирующая способность фторида аммония при выделении каучука из латекса СКС- 30АРК. Исследовано влияние температуры и концентрации раствора фторида аммония на полноту коагуляции. Проведена оценка свойств резиновых смесей и вулканизатов на основе каучука СКС-30 АРК, выделенного из латекса фторидом аммония. Статья в формате PDF 123 KB

В настоящее время в промышленности при выделении бутадиен-стирольных каучуков в качестве коагулирующих агентов применяют неорганические соли (обычно хлорид натрия) с последующим подкислением системы серной кислотой [1]. Традиционные способы коагуляции обладают высокой эффективностью и относительной дешевизной, однако расход широко распространенного коагулянта хлорида натрия при выделении бутадиен-стирольных каучуков из латексов достигает 250 кг/т каучука. Сточные воды, содержащие минеральные соли, попадая в водоемы, наносят непоправимый ущерб окружающей среде. Поэтому в настоящее время  актуальной является проблема разработки новых технологий, методов коагуляции латексов  и поиску новых коагулирующих агентов, позволяющих работать в области малых расходных норм [2-4]. Одно из перспективных направлений - коагуляция латексов галогенидами аммония, обладающими достаточной распространенностью в химической промышленности и содержащихся в отходах некоторых производств.

В настоящей работе изучена коагулирующая способность  фторида  аммония при выделении каучука из латекса СКС- 30АРК.

Соли аммония представляют интерес в связи с возможностью снижения расхода неорганического коагулянта, т.к. ионы NН4+ больше по размеру и менее гидратированны, чем ионы Nа+ [5] (они близки по свойствам к ионам рубидия) должны обладать и более высокой эффективностью коагулирующего действия. 

Коагуляцию каучукового латекса СКС-30 АРК проводили согласно общепринятой методике с использованием в качестве коагулирующего агента  водный раствор фторида аммония с концентрацией 10, 20, 30 % масс. и подкисляющего агента 1,0-2,0 % масс. водного раствора серной кислоты при температуре от 20 до 95^оС. Процесс выделения каучука из латекса изучали на коагуляционной установке, представляющей собой емкость, снабженную перемешивающим устройством и помещенную для поддержания заданной температуры в термостат. В емкость загружали 20 мл латекса, термостатировали в течение 15-20 минут при заданной температуре, после чего вводили водные растворы коагулирующих агентов и серной кислоты. Коагуляцию проводили при рН = 2,0 - 2,5. Полноту коагуляции оценивали визуально по прозрачности серума и гравиметрически - по массе образующегося коагулюма.

Образующийся коагулюм отделяли от серума, промывали теплой водой и после отжатия крошку каучука высушивали в сушильном шкафу при температуре 75-80^оС.

Хаpaктеристика бутадиен-стирольного латекса производства каучука СКС-30 АРК представлена в таблице 1.

Таблица 1. Хаpaктеристика бутадиен-стирольного латекса производства каучука СКС-30 АРК

Наименование показателя	Значение
Сухой остаток, %	20,3
Поверхностное натяжение, [s], мН/м	54-57
рН латекса	7,8-8,5
Размер латексных частиц [r], нм	7,5-8,1
Содержание связанного стирола, %	22,0-23,5
Массовая доля антиоксиданта, %	1,2

Полученные экспериментальные данные представлены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты эксперимента коагуляции латекса СКС-30 АРК фторидом аммония

Температура коагуляции, °С	Концентрация фторида аммония, %	Расход фторида аммония, кг/т каучука	Выход коагулюма (по массе), %	Оценка полноты коагуляции
20	10	50 100 150 190	37-40 58-60 78-80 96-97	Коагуляция неполная Коагуляция неполная Коагуляция неполная Полная коагуляция
	20	50 100 150 180	50-52 68-70 85-86 96-98	Коагуляция неполная Коагуляция неполная Коагуляция неполная Полная коагуляция
	30	50 100 150 170	65-67 71-73 89-91 95-96	Коагуляция неполная коагуляция неполная Коагуляция неполная Полная коагуляция
40	10	50 100 170	10-11 58-59 95-96	Коагуляция неполная Коагуляция неполная Полная коагуляция
	20	50 100 150	10-12 70-72 95-96	Коагуляция неполная Коагуляция неполная Полная коагуляция
	30	50 100 130	11-13 71-73 98-99	Коагуляция неполная Коагуляция неполная Полная коагуляция
60	10	50 100 150	15-17 76-79 97-98	Коагуляция неполная Коагуляция неполная Полная коагуляция
	20	50 100 130	17-19 82-85 97-98	Коагуляция неполная Коагуляция неполная Полная коагуляция
	30	50 70 100	14-16 40-42 94-96	Коагуляция неполная Коагуляция неполная Полная коагуляция
80	10	50 100 120	1821 85-87 94-96	Коагуляция неполная. Коагуляция неполная Полная коагуляция
	20	50 70 100	23-24 51-53 98-99	Коагуляция неполная. Коагуляция неполная Полная коагуляция
	30	10 50 80	5-7 20-22 97-98	Коагуляция неполная. Коагуляция неполная Полная коагуляция
95	10	50 100 130	17-19 78-80 98-99	Коагуляция неполная. Коагуляция неполная Полная коагуляция
	20	50 100 120	21-24 83-85 96-98	Коагуляция неполная. Коагуляция неполная Полная коагуляция
	30	50 70 100	24-26 59-61 99-99,5	Коагуляция неполная. Коагуляция неполная Полная коагуляция

Анализ результатов эксперимента показал, что увеличение температуры процесса выделения каучука из латекса до 80°С существенно снижает расход коагулянта (от 170 до 80 кг/т каучука). Как известно из коллоидной химии [6] повышение температуры влечет за собой уменьшение агрегативной устойчивости и, следовательно, разрушение дисперсной системы, в частности латекса на дисперсионную среду (серум) и дисперсную фазу (коагулюм).

Увеличение температуры с 20 до 80°С приводит к снижению расхода фторида аммония. Однако дальнейшее повышение температуры коагуляции до 95°С приводит к увеличению расхода фторида аммония, что, по-видимому, связано с усилением процесса гидролиза. Фторид аммония можно рассматривать как соль, образованную слабой кислотой и слабым основанием. Данный вид соли может подвергаться полностью гидролизу:

NH₄F + H₂O → NH₃  HOH + HF.

Как известно из неорганической химии, влияние температуры на степень гидролиза вытекает из принципа Ле Шателье. Все реакции нейтрализации протекают с выделением теплоты, а гидролиз - с поглощением теплоты. Поскольку выход эндотермических реакций с ростом температуры увеличивается, то и степень гидролиза растет с повышением температуры [7].

Существенное влияние на полноту коагуляции оказывает и концентрация фторида аммония. Следует отметить, что применение разбавленных растворов фторида аммония (1-5 % масс.) приводит к снижению их активности. Это может быть связано вероятнее всего с существенным уменьшением концентрации дисперсной фазы после введения в латекс коагулирующего агента, что в свою очередь отражается на достижении полноты коагуляции [8]. Высококонцентрированные растворы фторида аммония при введении в латекс значительного влияния на уменьшение концентрации дисперсной фазы. Это стабилизирует процесс и оказывает минимальное влияние на процесс коагуляции.

По результатам эксперимента можно сделать вывод, что при использовании в качестве коагулирующего агента фторид аммония целесообразно вести процесс при температурах 60-80°С и использовать высококонцентрированные растворы (20-30 % масс.).

На основе каучука выделенного из латекса фторидом аммония были приготовлены резиновые смеси с использованием общепринятых ингредиентов.

В таблице 3 представлены результаты испытаний каучука СКС-30 АРК и вулканизатов на его основе, выделенного из латекса фторидом аммония.

Таблица 3. Свойства резиновых смесей и вулканизатов на основе каучука СКС-30 АРК, выделенного из латекса фторидом аммония

Показатели	Вид коагулирующего агента
	NH4F	NaCI
Вязкость по Муни	44,0	44,0
Массовая доля свободных органических кислот, %	5,8	5,7
Массовая доля мыл органических кислот, %	0,09	0,09
Потеря массы при сушке, %	0,18	0,17
Массовая доля золы, %	0,21	0,24
Напряжение при 300 % удлинении, МПа	8,3 10,4	7,8 9,0
Условная прочность при растяжении, МПа	26,7 27,7	29,2 29,0
Относительное удлинение при разрыве, %	635 550	640 610
Относительная остаточная деформация после разрыва, %	18 14	16 13

Примечание: продолжительность вулканизации: числитель - 60 мин; знаменатель - 80 мин.

Анализ представленных результатов показал, что вулканизаты, полученные на основе каучука выделенного из латекса фторидом аммония, обладают комплексом свойств, близким к вулканизатам на основе каучука, выделенного из латекса хлоридом натрия (стандартные образцы).

Таким образом, по результатам проведенного эксперимента фторид аммония может служить альтернативной заменой традиционному коагулянту - хлориду натрия, так как существенно снижается его расход (80-100 кг/т каучука), а полученные вулканизаты обладают комплексом свойств не уступающим стандартным образцам. В свою очередь снижение расхода коагулянта приведет к уменьшению образования количества сточных вод, сбрасываемых в водоемы и наносящих непоправимый ущерб окружающей среде.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Кирпичников П.А., Аверко-Антонович Л.А., Аверко-Антонович Ю.О. Химия и технология синтетического каучука. - Л.: Химия. 1987. 424 с.
2. Распопов И.В., Никулин С.С., Гаршин А.П. и др. Совершенствование оборудования и технологии выделения бутадиен-(a-метил)стирольных каучуков из латексов. - М.: ЦНИИТЭнефтехим. 1997. 68 с.
3. Распопов И.В., Никулин С.С., Рыльков А.А., Шаповалова Н.Н. // Производство и использование эластомеров. - 1997. N 12. С. 2-6.
4. Моисеев В.В., Попова О.К., Косовцев В.В., Евдокимова О.В. Применение белков при получении эластомеров. - М.: ЦНИИТЭнефтехим. 1985. 53 с.
5. Измайлов А.Н. Электрохимия растворов. - М.: Химия. 1966. 576 с.
6. Глинка Н.Л. Общая химия: учебное пособие для ВУЗов. Под ред. А.И. Ермакова изд. 30-е испр. - М.: Интеграл-Пресс, 2005. 728 с.
7. Зимон, А.Д., Лещенко, Н.Ф. Коллоидная химия [Текст] / А.Д. Зимон, Н.Ф. Лещенко. - М.: Химия, 1995. 336 с.
8. Никулин С.С., Вережников В.Н., Пояркова Т.Н. // ЖПХ. Т. 73. вып. 10., 2000. С. 1720-1724.

---