Поливинилхлорид - Ульянов В.М.
ISBN 5-7245-0727-7
Скачать (прямая ссылка):
Из теории устойчивости оболочек известно, что при достижение определенного значения внешнего давления, называемого критичес ким давлением, оболочка теряет форму, т.е. сминается и продавлива ется, образуя волны смятия, число которых зависит от толщины к радиуса оболочки. Критическое давление для сферических оболочек можно рассчитать по формуле [54]
ркр = [2?Л/3(1-ц2)](б/Коб)2, (4.2)
где Е - модуль упругости; ц - коэффициент Пуассона; R ., 6 - радиус и толщина оболочки.
Оценка по формуле (4.2) для капель латекса радиусом от 1 до 50 мкм и толщиной оболочки от 0,1 до 0,5 мкм дает значения критического давления от 1500 МПа до 25 кПа. Очевидно, для более мелких капель критическое давление может быть больше давления от капиллярного эффекта, и тогда оболочка может выдержать это давление. Как правило, мелкие частицы ПВХ более сферичны.
После образования сводоподобной корочки процесс формирований морфологической структуры частицы зависит от условий тепло- и массообмена с окружающей средой (рис. 4.2). Эквивалентный тепломассообмен характерен для умеренных температур теплоносителя или для широкопористой оболочки, когда испаряемая влага успевает насыщать окружающий слой газа, и капля нагревается до температуры адиабатического испарения жидкости. Если р> ркр, то свод оболочки продавливается в одном или нескольких местах в зависимости от ее радиуса и толщины. Если число волн смятия больше единицы, то я»
120
Рис. 4.2. Схема формирования структуры частиц при сушке распылением латексовПВХ:
/ - образование капли;// - образование корки;/// - сжатие корки; IV - формо- и структурообра-аование; V - агломерация; VI - разрушение зерна - агломерата; I - эквивалентный тепломассообмен; 2 - неэквивалентный тепломассообмен; 3 - капиллярное давление р <ркр; 4-р ?ркр; 5-десорбция воздуха или проникновение его извне; «-крупнодисперсный латекс с малым содержанием эмульгатора при 9 < tg
Рис. 4.3. Схема двух контактирующих сфер с жидкостным мостиком между ними
поверхности получаются вмятины и к моменту полной агломерации глобул (т.е. когда все латексные глобулы сблизятся) частица окажется сморщенной или в виде многогранника.
Если вмятина одна или одна из вмятин больше других, то по мере испарения жидкости оболочка продавливается глубоко внутрь капли, образуя подобие горшка. С внутренней стороны "горшка" вследствие обратной кривизны продавленного свода может произойти расклинивание глобул, тогда образуются дополнительные пустоты. Внутри сформировавшейся частицы могут оказаться замкнутые пустоты, получающиеся в результате захвата воздуха в момент распыления или вследствие десорбции из жидкой фазы растворенных газов. По мере испарения влаги из корочки и появления в ней газовой фазы между латексными глобулами начинают действовать силы прилипания, которые можно оценить из рассмотрения упрощенной схемы двух контактирующих сфер с жидкостным мостиком между ними (рис. 4.3).
Общая cnnaF, притягивающая сферы друг к другу, складывается из силы FK, обусловленной отрицательным капиллярным давлением стыковой жидкости, и краевой силы FKp, действующей по линии
121
границы смачивания сферы. В условиях испарения жидкость практа чески полностью смачивает поверхность полимера (краевой yroi. смачивания равен нулю), поэтому выражая: главные радиусы кри визны поверхности стыковой жидкости г\ и гг через радиус сферы R у половину центрального угла смачивания поверхности сфер Р, полу
ЧИМ F = FK + FKp = 2пК о R, (4.3)
где К - коэфициент, сложным образом зависящий от угла Р :
sin2Bcos3[sinp-2(l-cosp)]
A = smPcosP+-—.. (4.4)
2(sinp + cosp-l)(l- cosp)
Коэффициент К изменяется от нуля при р = 0 и 75°57' до 1,08 при р = =15°. При р> 75°57'А' принимает отрицательные значения, что соответствует изменению направления действия силыГ. Этот момент соответствует образованию пленки на всей поверхности сферы и действию положительного расклинивающего давления.
Под действием сжимающих сил и сил прилипания, обусловленных отрицательным капиллярным давлением, происходит усадка, сопровождающаяся растрескиванием, а иногда и раскалыванием высыхающего зерна-агломерата. Из соотношения (4.3) видно, что растрескивание и раскалывание частиц-агломератов, сформированых из крупнодисперсных латексов, должно проявляться сильнее, так как сила прилипания пропорциональна радиусу глобулы.
Случай неэквивалентного тепло- и массообмена (см. рис. 4.2) типичен для высоких температур теплоносителя, мелкодисперсных латексов и низкой температуры стеклования полимера, когда испаряющаяся через поры влага не успевает насыщать окружающий слой газа, и капля нагревается выше температуры адиабатического испарения жидкости. При этом из жидкой фазы десорбируются растворенные газы, образуя дополнительные газовые пузырьки внутри капли. Латексные глобулы укладываются в своды на поверхности пузырьков так же, как и на поверхности капли. В порах этой укладки действуют капиллярные силы, но они направлены на расклинивание глобул в своде, поэтому в условиях интенсивного подвода тепла влага испаряется в пузырьки, и давление расширяет их. В результате расклинивания глобул в упаковке свода оболочка пузырька продавливается, и тогда образуются дополнительные пустоты внутри частицы, формируя сложную ячеистую структуру. В зависимости от скорости внутреннего t парообразования и прочности оболочек может быть много вариантов | формирования зерна (см. рис. 4.2).
