Синтез и исследование свойств водных дисперсий сополимеров с гетерогенной структурой частиц на основе бутадиена и винильных мономеров тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.06 ВАК РФ

Петухова, Екатерина Александровна АВТОР
кандидата химических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
Ярославль МЕСТО ЗАЩИТЫ
2002 ГОД ЗАЩИТЫ
   
02.00.06 КОД ВАК РФ
Диссертация по химии на тему «Синтез и исследование свойств водных дисперсий сополимеров с гетерогенной структурой частиц на основе бутадиена и винильных мономеров»
 
 
Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата химических наук, Петухова, Екатерина Александровна

Введение.

1. Литературный обзор.

1.1 Способы получения привитых сополимеров.

1.2 Механизм процесса синтеза привитых сополимеров радикальной полимеризацией.

1.3 Свойства и применение сополимеров с активными функциональными группами.

1.4 Свойства и применение привитых сополимеров.

 
Введение диссертация по химии, на тему "Синтез и исследование свойств водных дисперсий сополимеров с гетерогенной структурой частиц на основе бутадиена и винильных мономеров"

В настоящее время всё больший интерес представляют полимерные материалы, получаемые на основе водных дисперсий модифицированных полимеров, которые за счет своего химического состава и структуры могут обеспечить широкий ряд физико-механических и химических свойств, требуемых для многих отраслей народного хозяйства (автомобильная, мебельная, полиграфическая, лакокрасочная, текстильная, строительная промышленность и др.).

Современная эпоха предъявляет новые и сложные требования к полимерным продуктам, их свойствам и структуре.

Поэтому, изучение процесса получения, изучения структуры, состава, свойств полимерных материалов полифункционального (в техническом плане) назначения имеет большое актуальное значение.

Одним из методов, открывающим широкие возможности для получения материалов с заранее заданным ценным комплексом эксплуатационных свойств является метод эмульсионной полимеризации, обеспечивающий при соблюдении технологических норм простое и экологически безопасное производство нетоксичных и пожаробезопасных продуктов, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками.

Эмульсионная полимеризация в настоящее время позволяет использовать для производства полимеров полифункционального назначения мономеры, отличающихся своими характеристиками (полярностью, растворимостью в воде и др.). К таким мономерам относятся, - бутадиен-1,3, стирол, метилметакрилат, винилхлорид, винилиденхлорид, акрилонитрил, винилацетат, метакриламид, метакриловая кислота и др. продукты, способные вступать в реакции, образующие в процессе радикальной полимеризации полимерные цепи необходимой структуры и конфигурации, что возможно за счет изменения соотношения мономеров и способа введения их в полимерную цепь, а также условий синтеза /1/.

Установление зависимости свойств получаемых полимерных продуктов от первоначального состава мономерной смеси, способа её подачи и условий синтеза представляет собой весьма трудоёмкую экспериментальную задачу. Однако, решение этой, можно сказать трудноразрешимой проблемы, позволяет в ряде случаев получить полимерные продукты с физико-механическими и химическими свойствами намного превышающими свойства ранее известных материалов.

Особый интерес в области решения этой проблемы вызывает процесс затравочной полимеризации, который легко может быть осуществлён в эмульсии, что даёт возможность целеноправленно изменять не только состав получаемых полимерных продуктов (за счёт изменения качества и количества органических компонентов, входящих в состав полимерной цепи), но и саму структуру и конфигурацию полимерной цепи за счёт регулированной подачи компонентов.

На данный момент отсутствуют приемлемые для практики результаты, полученные в рамках строгого физического рассмотрения на молекулярном уровне, и для установления зависимости состава, строения и композиционной неоднородности сополимеров (а следовательно, и их свойств) от исходного соотношения мономеров и других условий синтеза сополимеров используются различные полуэмпирические соотношения, основанные на обработке многочисленных экспериментальных данных /2/.

Поэтому, представляет большой интерес разработка теоретического подхода и установление качественных и количественных корреляций между условиями синтеза сополимеров и их химических и физико-механических свойств.

Однако, учитывая сложность данных полимеризационных процессов (различный качественный и количественный состав исходных органических продуктов, способ их введения в макромолекулярную цепь и условия синтеза полимеров) наиболее реальным является не поиск общих закономерностей для широкого круга систем, а определение границ приемлемости тех или иных зависимостей, установленных на ограниченном количестве конкретных объектов.

В роли таких объектов особый интерес представляют мономеры с активными функциональными группами (сложноэфирными, карбоксильными, амидными и др.) и сополимеры на их основе, особенно в комплексе с неполярными диеновыми углеводородами типа бутадиена и стирола.

Введение компонентов с активными функциональными группами в состав полимерной цепи совместно с такими мономерами, как бутадиен и стирол могут существенно изменять свойства сополимеров /3,4,5,6/. Наличие в полимерной цепи двух или более функциональных групп делает эффект модификации ещё более ярко выраженным.

Учитывая, большое научное и практическое значение исследования условий синтеза новых сополимеров, получаемых путём введения в макромолекулярную цепь как неполярных мономеров (бутадиен, стирол), так и полярных мономеров, содержащих активные функциональные группы (метилметакрилат, метакриловая кислота, метакриламид), используя, к тому же, метод затравочной полимеризации, позволяющий получать макромолекулы с гетерогенной структурой полимерных частиц, данная работа представляет большой интерес и позволяет как теоретически обоснованно, так и практически целенаправленно, и технологически достаточно легко решить проблему получения новых полимерных материалов с высокими 9 эксплутационными свойствами, дающими возможность их применения в различных отраслях промышленности.

Работа выполнена в соответствии с Межвузовской научно-технической программой «Общая и техническая химия» раздел «Новые полимерные материалы».

Цель работы состояла в изучении особенностей синтеза в эмульсии полифункциональных привитых сополимеров с гетерогенной морфологией латексных частиц и создании на их основе высокоэффективных клеёв различного назначения, покрытий по металлу и вододисперсионных красок.

 
Заключение диссертации по теме "Высокомолекулярные соединения"

6. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 .Методом прививочной эмульсионной сополимеризации синтезированы новые латексы с гетерогенной структурой частиц на основе мономеров, различающихся полярностью и растворимостью в воде (бутадиена-1,3, стирола, метилметакрилата, метакриловой кислоты и метакриламида).

2.Исследовано влияние основных компонентов рецепта и условий полимеризации на кинетику процесса и коллоидно-химические характеристики латексов затравочных и привитых сополимеров. Установлено, что скорость полимеризации и коллоидно-химические характеристики латексов привитых сополимеров находятся в прямой зависимости от коллоидно-химических свойств латексов затравочных сополимеров.

Ill

3.Исследовано изменение размера частиц латекса привитого сополимера по ходу процесса прививочной полимеризации. Определены размеры частиц и полидисперсность латексов затравочных и привитых сополимеров. Показано, что полученные экспериментальные данные хорошо коррелируются с теоретическими.

4.Определено влияние адсорбционной насыщенности затравочного латекса на вероятность образования сополимеров с гетерогенной структурой частиц. Установлены значения адсорбционной насыщенности затравочных латексов, обеспечивающие получение только латексов привитых сополимеров.

5.Изучены деформационные и молекулярно-массовые характеристики сополимеров различного состава и структуры (привитых и статистических). Установлено, что эти характеристики синтезированных привитых сополимеров, статистических и смеси ядра и оболочки резко отличаются, что свидетельствует об их различной структуре, влияющей на их физико-механические и химические свойства.

6. На основе новых привитых сополимеров получены высокоэффективные воднодисперсионные клеи полифункционального назначения, перспективные полимерные высокоадгезионные покрытия по металлу, а также вододисперсионные краски для трафаретной печати по ткани обладающие высокой атмосферо-, химсгойкостью и высокой устойчивостью к наполнителям.

 
Список источников диссертации и автореферата по химии, кандидата химических наук, Петухова, Екатерина Александровна, Ярославль

1. Реакции в полимерных системах / Под ред. С.С. Иванчева.- Л.: Химия, 1987.- 304 с. *

2. Ван Кревелен Д.В. Свойства и химическое строение полимеров.-М.: Химия, 1976.- 416 с.

3. Uraneck С.A. et al. // Ind. Eng. Chem.- 1960 Vol.52, №9,- P.790.

4. Бродский Г.И., Сахновский Н.Л., Резниковский M.M., Евстратов В.Ф.// Каучук и резина,- I960.- №9 С.22.

5. Захаров Н.Д.// Известия ВУЗов, серия «Химия ихимическая технология»,- 1959,- №2 С.430.

6. Копылов Е.П., Лазарянц Э.Г.,Эпштейн В.Г.// Высокомолекулярные соединения.- 1965.- Т.7, №3 С.523.

7. Цереза Р. Блок- и привитые сополимеры.-М.: Мир, 1964.-210 с.

8. Бергент У., Кофман А. Привитые и блоксополимеры.-М., ИП, 1963.

9. Zelinger Y., Blanoval Z., Gomka M. ABC and MBC Polymer as a PVC Modifiers. In: Scientific Papers of the Prague Institute of Chemical Technology, 1976, c.24, p. 39.51.

10. Усманова И.Ф., Еремина E.H., Кершковская B.B. и др. Пластмассы.- 1978.- №2.- с.7.

11. Пат. 205415 F ФРГ, ИЗР. 1980, вып. №56, №17, c.l 1.

12. Заявка 60-11614. Япония, МКИ С 08F 291/02. Ударопрочные термопластичные сополимеры.- Заявлено 03.11.84., Опубл. 17.06.85.

13. Кирпичников П.А., Аверко-Антонович Л.А., Аверко-Антонович Ю.О. Химия и технология синтетического каучука. Л.: Химия, 1970 г.-528 с.

14. Harkins W.D.j Chim Phics 1945. - 13 т, с.381-387.

15. Юрженко Л.Н., Минец С.М. ДАН СССР. 1946 г. - 47 т.,с. 106108.

16. Smith W., EwartR.j Chim Phics 1948. - 16 т., c.592.

17. Высокомолекулярные соединения / Иванчев С.С., Павлюченко В.Н., Рожкова Д.А. // Сер. А, 1974. - 16 т. - с. 2210

18. Высокомолекулярные соединения / Щепетильников Б.В., Елисеева В.И., Зуйков А.В. // Сер. А, 1978. - 20 т. - с. 20772103.

19. Получение, свойства привитых сополимеров и их применение в ударопрочных материалах М.: НИИТЭХим, 1984 г. - (Сер. Акрилаты и ПВХ: Обзор, информ)

20. Еркова Л.Н., Чечик Д.С. Латексы.- Л: Химия, 1983 224с.

21. Марек. О., Толика М. Акриловые полимеры. Химия., Л., 1966

22. Синтез и применение глицидилметакрилата, тематич. обзор. М., 1979.

23. Басов Б.К., Цейлингольд В.Л., Орехов С.П. Каучук и резина. 3, 1969.

24. Подольский Н.А. Исследование ударопрочных сополимеров стирола, метилметакрилата и нитрила акриловой кислоты методами оптической и электронной микроскопии.: Канд. Дис.-Донецк, 1972.-75с.

25. Суворов Э.А., Фомичева М.М., Хрусталева Т.Д. Каучук и резина, 8, 1975.

26. Тугов Н.И., Кострыкина Г.И. Химия и физика полимеров.- М: Химия, 1989-432с.

27. Николаев А.Ф., Охрименко Г.И. Водорастворимые полимеры. Химия, Л., 1979.

28. Клеи бытового и производственно-технического назначения, выпускаемые в СССР. Тематический обзор.- Москва, НИИ

29. Центр по координации развития производства товаров бытовой химии, 1991.

30. Полимеризационные пленкообразователи.- Под ред. В.И. Елисеевой. Москва Химия, 1971г.

31. Рейбман А.И. Защитные лакокрасочные покрытия в химических производствах. Изд-е 3-е. перераб. и доп. JL, Химия, 1973.

32. Материалы для лакокрасочных покрытий.- Москва, Химия, 1972.

33. Багикатов П.В., Шигалин Л.Я. Технология синтетических каучуков.- М.: Химия, 1980-350с.

34. Кузнецов В.П. Ассортимент и свойства латексов, выпускаемых в СССР и за рубежом,- М.: Химия, 1978.-164с.

35. Новое связующее для смесей несовместимых пластмасс. «Molecular Velcro» allows blend of incompatible resins //Chem. and Eng. News.-1994.- 72, №34.- c.22.- Англ. РЖХ.

36. Выбор стирольных блоксополимеров для применения в различных адгезивах. Selekting styrenic block copolimers for a variety of adhesive applications / Toig Bruce W., Mancinelli Paul A., // Elastomerics.-1990.-122, № 10-c. 44-48.- Англ. РЖХ.

37. Морозостойкие дисперсионные клеи. Frostschudz fur Dicpersionsklebstoffe. Заявка 3839936. ФРГ. МКИ5 С 09 J 11/06, С 09/00/ Tamm Horst, Kirehner Claus; Henkel Kraft.- № 3839936; Заявл. 26.11.88, Опубл. 09.05.90.

38. Справочник по коллоидной химии латексов и поверхностно-активных веществ. /Под ред. Р.Э. Нэймана.-М.: Высш. шк., 1972.- 176 с.

39. Лазарев С .Я., Рейсфельд В.О., Еркова Л.Н. Лабораторный практикум по синтетическим каучукам. Л.: Химия, 1986.

40. Рейсхвельд В.Л., Еркова П.Н., Рубан В.Л. Лабораторный практикум по синтетическим каучукам. Л.: Химия, 1967.-225 с.

41. Коваленко Л.Н. Синтез и некоторые области применения сополимеров на основе бутадиена, метилметакрилата и метакриловой кислоты // Дис. на соиск. уч. степени канд. тех. наук.- Ярославль: ЯПИ, 1986,-190 с.

42. Карякина М.И. Лабораторный практикум по испытанию лакокрасочных материалов и покрытий.- М.: Химия, 1977. -240 с.

43. Уитби Г.С. Синтетический каучук.- Л., 1957.

44. Швецов O.K. Синтез, свойства и некоторые области применения сополимеров изопрена пиперилена с нитрилом акриловой кислоты // Дис. на соиск. уч. степени канд. тех. наук.-Ярославль: ЯПИ, 1975,-188 с.

45. Хэм. Полимеризация виниловых мономеров. М.: Химия. 1973. -616 с.

46. Булле X., Музик Я. Кинетика эмульсионной привитой сополимеризации стирола и акрилонитрила в присутствии полибутадиенового латекса-затравки // Faserforshung und Textiltechnik, 1977, vol. 28, № 5, s. 199-207. пер. с нем.

47. Кузнецов B.JI. Разработка научных основ модификации латексов и латексных полимеров. Автореферат диссертации на соискание ученой степени д.х.н., М; - 1981 - 5с.

48. Зимон Д.А. Адгезия жидкости и смачивания.- М.: Химия, 1974,-416 с.1. АКТпроизводственных испытаний полимерного покрытия на основе латекса привитого карбоксилсодержащего бутадиен-акрилатного сополимера.

49. Установлено, что полимерные покрытия, нанесённые на поверхность изделий из пенополиуретана, обладают высокой адгезией, влагостойкостью, температуростойкостью, а так же стойкостью к воздействию солнечных лучей.

50. Покрытия, наполненные оксидами металлов, обладают высокой огнестойкостью.

51. Установлено,что латексысополимеров с гетерогенной структурой частиц могут быть использованыкак э ффективная основа для покрытий по металлу, как с использование м наполнителя ,так и без него.

52. Завкаф.XTОП,профессорГоликов ИВ. внс.,кхн. КраснобаеваВ.С.

53. Рекомендуется провести в опытно — промышленных условиях расширенные испытания вододисперсионных красок на основе привитых полифункциональных сополимеров.

54. Зав.каф. ХТОП, профессор, д.х.н. В.Н.С., к.х.н.

55. Голиков И.В. Краснобаева B.C.