Білім және ғылым
жүктеу/скачать 2,97 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 12.3-сурет.
- Газбен толтырылған полимерлер алудың жалпы принциптері
- Полимерлер көбіктенуінің теориялық негіздері
- Газбен толтырылған полимер алу тәсілдері
| 12.2-сурет. Сығу кезіндегі салыстырмалы беріктік, су сіңіру (а) және жылу өткізгіштік коэффициентінің (б) көбіктіпластағы газды фазаның көлемдік мөлшеріне тәуелділігі
12.3-сурет. Тығыздығы 32кг/м3пенополиуретанды созу кезіндегі беріктігі (а) және үзілу кезіндегі салыстырмалы ұзаруының (б) бірлік көлемдегі кеуек санына (N) тәуелділігі Газбен толтырылған полимерлер алудың жалпы принциптері Термопластар мен реактопластар негізінде сан-алуан көбіктіплас- тар алынады. Оларды алудың әдістері мен технологиялық тәсілдері өте көп. Дегенмен, әртүрлі әдістердің жалпы принциптері бар. Кез келген газбен толтырылған полимер алу екі сатыдан тұрады: − көбік алу (сұйық полимерді газ көпіршіктерімен толықтыра отырып); − алынған көбікті бекіту ( тұрақтандыру). Бірінші және екінші сатыларды іске асырудың бірнеше тәсілдері бар. Барлық көбік алу тәсілдерін екі топқа бөледі: − полимерге газды механикалық жолмен диспергілеу; − композиция көлемінде тікелей газ көпіршіктерін көбіктендіру. Бұл екі әдіс полимерде газ көпіршіктерінің түзілу механизмі жағынан бір–бірінен ерекшеленеді. Бірінші тәсіл бойынша сұйықты газбен бірге тұрақты көбік түзілгенше қарқынды түрде араластыру керек. Екінші тәсіл бойынша полимерге газ түзетін зат қосу қажет. Ол зат әртүрлі әсерлерден газ бөледі. Полимерді көбіктендіретін мынадай газ көздері немесе газтүзгіштер бар: − тұтқыраққыш күйдегі полимерге жоғары қысымда газ ерітіледі, қысымды түсіргенде, газ бөлінеді; − полимерге қатты заттарды – химиялық газ түзгіштерді енгізу. Оларды қыздырғанда, газтәріздес өнімдер бөлінеді. Жоғарыда келтірілген көбіктендіру жолдарын іске асыруда көптеген технологиялық тәсілдер қолданылады. Сұйықта (полимерде) газ фазасының көпіршіктері түзілгеннен соң, оларды бекіту қажет. Сұйық– газ коллоидтық жүйесі кинетикалық тұрақсыз және тез ыдырайды. Сондықтан аз өміршең «сұйық – газ» жүйесін ұзақ өмір сүре алатын «қатты зат – газ» жүйесіне ауыстыруды қажет етеді. Бұл ауысу бір принцип бойынша жүзеге асады: сұйық полимерді аққыштығы жоғалғанша тұтқырлығын арттыру арқылы. Осы принципті жүзеге асыру үшін әртүрлі химиялық және физикалық әдістер қолданылады. Бекітудің мына негізгі әдістерін бөліп көрсетуге болады: Физикалық: термопласт балқымасының балқу немесе шынылану температурасын төмен салқындату. Химиялық: − реактопласты полимерлерді радиация сәулесі арқылы көлденең химиялық байланыстармен тігу; − радикалдық үрдістердің инициаторларын енгізу; − реакциялық қабілетті олигомерлердің әрекеттесуі; − қосымша мономерлер қосу; − полимерлер қаңқасын көбіктену кезінде олигомерлерден синтездеу. Полимерлер көбіктенуінің теориялық негіздері Көбіктің қасиеттері оның құрылымдық параметрлерімен анықталады. Полимерлерді газбен көбіктендіру процесіндегі газ көпіршіктерін қалыптастыру бес сатыдан тұрады: − полимерде газды еріту; − полимерде газдың аса қаныққан ерітіндісінің түзілуі; − жаңа газ фазасы бөлшектерінің пайда болуы; − газды фаза бөлшектерінің өсуі; − алынған газ көбігін бекіту (тұрақтандыру). Газдың еруі. Алғашында әртүрлі әдіспен алынған газдың полимер- де еруі жүреді. Сонан соң газдың полимердегі аса қаныққан ерітіндісін алуға жағдай жасалады. Аса қаныққан ерітіндінің түзілуі. Газдың сұйықта еруі Генри заңымен анықталады: С2 = K0 exp (Q/RT)·PH Мұндағы K0 – сұйық пен газдың табиғатына тәуелді константа, Q – еру жылуы; Т – температура; PH – сыртқы қысым; С2– газдың сұйықта ерігіштігі. Газдың сұйықта ерігіштігін төмендететін, оның полимердегі аса қаныққан ерітіндісін алу үшін: − температураны жоғарылату; − қысымды азайту; − химиялық газтүзгіштер арқылы қосымша газ мөлшерін енгізу қажет. Әдісті таңдау көбіктендіру тәсілдері мен технологиясына байланысты, кейде келтірілген әдістер бірге қолданылуы мүмкін. Газды фазаның туындауы. Аса қаныққан ерітінді термодинамика- лық тұрақсыз және фазаларға бөлінуге бейім. Газды фазаның бөлінуі туынтектердің пайда болуынан басталады. Газды фаза туындау үшін полимерде еріген газ концентрациясы тепе – теңдік концентрацияға қарағанда, белгілі бір шамаға жоғары болуы керек. Ол жүйенің ішкі қысымымен айқындалады. Жүйедегі аса қаныққан газдың ішкі қысымы дегеніміз аса қаныққан газды тепе-теңдік күйге жеткізуге қажетті қысым. Серпімділік модулі және сұйықтың беттік керілуі артқанда ішкі қысымда өседі. Сұйықтың ығыстыру модулі оның тұтқырлығына пропорционал. Сондықтан көбіктену үшін аса қаныққандық неғұрлым жоғары болса, полимердің тұтқырлығы және оның беттік керілу мәні соғұрлым үлкен болуы керек. Тұтқырлығы өте жоғары және қатты полимерлерде газ фазасы түзілмейді. Түзілген газды көпіршіктердің санына туынтектудырғыштар концентрациясы және ерітіндінің аса қаныққандық дәрежесі әсер етеді. Туынтектудырғыштар концентрациясы және ерітіндінің аса қаныққандық дәрежесі жоғары болса, бірлік композициядағы түзілген көпіршіктер де соғұрлым көп болады. Демек, ұсақ ұяшықты құрылым алу үшін көбіктіпластқа туынтектудырғыштар қосу керек. Мұнда туынтектудырғыштар ретінде жоғары дисперсті толтырғыштар енгізіледі. Газды фазаның өсуі. Газды фазаның туынтегі түзілгенен соң, оның өсуі сұйықта еріген газдың көпіршіктерге диффузиялануынан немесе газтүзгіштердің жаңадан газ мөлшерін түзуінен өздігінен жүреді. Ұяшықтар өсуі үшін көпіршік газ қысымы орта тұтқырлығының кедергісінен басым болуы керек: Pi = 2,5 G + 2 σ/ r Мұндағы Pi – жүйенің ішкі қысымы; G –сұйықтың ығысу модулі; r – көпіршектің радиусы; σ – полимер-газ арасындағы фазааралық беттік керілу. Сондықтан неғұрлым газтүзгіш көп және полимерлік ортаның тұтқырлығы аз болса, көбіктің еселігі соғұрлым көп болады. Көпіршіктің өсу жылдамдығы көпіршіктегі қысыммен, яғни: − ерітіндінің газбен аса қанығу дәрежесімен; − газтүзгіштен газдың жаңа мөлшерінің бөліну жылдам- дығымен; − полимерлік ортаның тұтқырлығымен; − полимерлік ортаның беттік керілуімен анықталады. Полимердің беттік керілуі және тұтқырлығы неғұлым жоғары болса, газ фазасындағы көпіршік соғұлым жай өседі. Түзілген көбіктің тұрақтылығы. Түзілген көбік термодинамика- лық және кинетикалық тұрғыдан қарағанда тұрақсыз. Көпіршіктер бір-бірімен бірігіп үлкеюі және сұйықтан бөлініп кетуі де мүмкін. Көбіктіпласт алу үшін көбіктің белгілі бір өмір сүру уақыты болуы шарт, әйтпесе бекітуге дейін көбік бөлініп кетеді. Полимерлік көбіктің тұрақтылығының негізгі факторына ортаның жоғары тұтқырлығы жатады. Ортаның тұтқырлығының жоғарылауы ұяшықаралық кеңістіктен полимердің ағуын баяулатады, көпіршіктердің бірігуіне бөгет болады, көбіктің сақталу уақыты ұзарады. Егер ортаның тұтқырлығы төмен болса көбіктену үшін жұмсала- тын ішкі қысым да аз. Бірақ, мұндай көбік тез ыдырайды, полимердің тұтқырлығы жоғары болған жағдайда, көбіктену еріген газдың ішкі қысымының жоғары және уақыт мерзімінің ұзағырақ болуын қажет етеді. Алынған көпіршік ұзақ уақыт мөлшері үлкеймей сақтала алады. Көбіктің ыдырауына термодинамикалық себептерден басқа механикалық себептер де ықпал етеді. Көпіршік газ қысымынан жарылып кетуі де мүмкін, егер Pi > 2σc·σ/ r болса. Мұндағы σc – созу барысындағы тұтқыраққыш полимердің шектік беріктігі; σ − көпіршік қабықшасының қалыңдығы. Сондықтан жоғары қысым көпіршіктердің көп санын ыдыратады және ұсақ көпіршіктер бір - бірімен бірігіп, ірі көпіршіктер түзе бастайды. Мұнын нәтижесінде дөрекі дисперсті көбік пайда болады, яғни көпіршіктер саны аз және ашық кеуектер көп. Ұсақ дисперсті көбік алу үшін көбіктену баяу жүру керек. Бірақ көбіктену өте баяу жүрсе, көбік шөгуі мүмкін. Бұл жағдайда тиімді газ бөліну жылдамдығын таңдаған жөн. Сонымен, көбікпластың ұяшықтарының саны мен мөлшері, ашық ұяшықтардың үлесі әртүрлі факторларға байланысты. Оларға жататындар: газ түзетін заттың концентрациясы; көбіктену кезіндегі температураны өзгерту жылдамдығы мен қысым; газды фазаның туынтек концентрациясы; ортаның тұтқырлығы және оның өзгеру жылдамдығы. Газбен толтырылған полимер алу тәсілдері Газбен толтырылған полимерді алудың бірнеше тәсілі бар (12.1- кесте). жүктеу/скачать 2,97 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|