Введение к работе
Актуальность проблемы
Поверхностно-активные вещества находят широкое применение в различных отраслях промышленности, в том числе в качестве эмульгаторов при синтезе полимеров эмульсионной полимеризацией. В настоящее время при получении эмульсионных (со)полимеров и латексов в качестве эмульгаторов используют ионогенные низкомолекулярные, зачастую бионеразлагаемые ПАВ, которые при выделении полимеров остаются в сточных водах. Низкомолекулярные ПАВ не позволяют получать в процессе синтеза устойчивые дисперсии полимеров с крупными частицами, что необходимо при получении товарных высококонцентрированных латексов.
Одним из перспективных классов ПАВ являются анионные поверхностно-активные полимеры. Интерес к подобным соединениям с точки зрения использования их в качестве эмульгатров в процессах эмульсионной полимеризации обусловлен легкостью регулирования их поверхностной активности, незначительным пенообразованием их водных растворов, возможностью проведения бессолевой коагуляции латексов, значительным улучшением экологических характеристик производства, а также положительным влиянием на свойства готовых продуктов. Полимерные ПАВ (ППАВ) эффективно сорбируются на межфазных границах даже при очень малых концентрациях. Кроме того, ППАВ могут быть чрезвычайно эффективными стабилизаторами за счет стерического фактора, поскольку не утрачивают возможность адсорбироваться на межфазной поверхности при наличии в своем строении объемных и больших гидрофильных фрагментов.
Среди способов получения ППАВ наиболее перспективным является способ гетеро фазной радикальной безэмульгаторной сополимеризации (БЭП). Данный способ позволяет получать дисперсии амфифильных полимеров, при подщелачивании которых образуются готовые к использованию водные растворы ППАВ, исключая стадии выделения полимера и рекуперации растворителей.
В связи с этим получение новых ППАВ, способных выступать в качестве эмульгаторов в процессах эмульсионной полимеризации, обладающих комплексом ценных свойств и поиск путей их синтеза, является актуальной задачей.
Цель работы. Целью настоящей работы является разработка синтеза ППАВ на основе метакриловой кислоты (МАК), нитрила акриловой кислоты (НАК) и пиперилена (ПП) методом БЭП, исследование свойств полученных сополимеров, их дисперсий и водно-щелочных растворов, а также оценка возможности использования полученных ППАВ в качестве эмульгаторов при получении стирол-акрилонитрильных и бутадиен-стирольных латексов.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-Изучить влияние различных условий (наличия в составе реакционной смеси ингибитора радикальных процессов (нитрита натрия), изменения сте-
пени нейтрализации метакриловой кислоты в процессе сополимеризации, способов введения мономеров в реакционную смесь) на процесс получения ПЛАВ с гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ) 8-14 на основе сополимеров МАК, НАК, ПП;
- Исследовать влияние полярности мономерной смеси при получении
ПЛАВ на активность используемого регулятора молекулярной массы - трет-
додецилмеркаптана (т-ДДМ);
- Изучить свойства водных дисперсий и растворов полученных сопо
лимеров;
- Установить возможность применения новых ПЛАВ в качестве эмуль
гаторов для получения синтетических латексов.
- Изучить особенности гетерофазной радикальной (со)полимеризации
различных мономеров в присутствии калиевых солей полученных сополиме
ров;
Научная новизна. Получены новые ПЛАВ на основе МАК, НАК и ПП, методом БЭП, предусматривающим использование ортофосфорной кислоты (ФК) в качестве агента, регулирующего степень нейтрализации МАК по ходу процесса сополимеризации и нитрита натрия, позволяющего получать устойчивые дисперсии.
Доказано, что в процессе БЭП МАК, НАК и ПП, при массовом соотношении соответствующих мономеров в смеси (32-45:10-30:17-56) образуются сополимеры, калиевые соли которых обладают поверхностно-активными свойствами, отличающиеся по коллоидно-химическим и физико-химическим свойствам. В водных системах полученные новые ПЛАВ проявляют синер-гетический эффект.
Впервые установлено, что в разбавленных водных растворах сополимеров метакриловой кислоты и пиперилена наблюдается полиэлектролитный эффект даже в присутствии значительных количеств внешнего электролита.
Практическое значение работы.
Разработан процесс синтеза новых полимерных эмульгаторов на основе сополимеров МАК-НАК-ПП и МАК-ПП для эмульсионной полимеризации.
Разработан процесс синтеза бутадиен-стирольных и стирол-акрилонитрильных латексов с использованием новых полимерных эмульгаторов.
Личный вклад автора. Все этапы работы, включая постановку задач, проведение эксперимента, обработку, анализ и интерпретацию результатов, выполнялись лично автором.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XX международной научной конференции. Математические методы в технике и технологии (Ярославль, 2007); III Международной научно-технической конференции «Полимерные композиционные материалы и покрытия» POLUMER 2008 (Ярославль, 2008); 4th Saint-Petersburg Young Scientists Conference (with international participation) «MODERN PROBLEMS OF POLYMER SCIENCE» (Saint-Petersburg, 2008), X меж-
дународной конференции по химии и физикохимии олигомеров «Олигомеры-2009», (Волгоград, 2009); 6-ой Санкт-Петербургской конференции молодых ученых «Современные проблемы науки о полимерах», (Санкт-Петербург, ИВС РАН, 2010), Шестьдесят третьей научно-технической конференции студентов, магистров и аспирантов (Ярославль, 2010); Шестьдесят четвертой научно-технической конференции студентов, магистров и аспирантов (Ярославль, 2011); VIII Региональной студенческой конференции с международным участием «Фундаментальные науки - специалисту нового века» (Иваново, 2010).
Публикации. Основные результаты работы изложены в17 печатных работах, в том числе 8 статей в журналах, рекомендованных ВАК, и 9 тезисов докладов на конференциях различного уровня.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и списка использованной литературы, содержит 26 таблиц, 69 рисунков, 199 источников. Общий объем работы 183 страницы машинописного текста.
