Поливинилхлорид - Ульянов В.М.
ISBN 5-7245-0727-7
Скачать (прямая ссылка):
Ризави [246] полагает, что при высыхании капли латекса ПВХ, происходит коагуляция полимерных глобул в сферический комок. При попадании в зону повышенных температур латексные частицы спекаются на поверхности комка при условии Тс< 6 < Ту, т.е. в случае если полимер находится в высокоэластическом состоянии. В результате спекания образуется компактная оболочка наподобие скорлупы, внутри которой остается неспекшийся коагулянт. По мнению БЛШтаркмана с сотр. [144, 145] спекание латексных глобул ПВК происходит в поверхностном слое зерна на стадии термообработки сухих частиц за счет вязкого течения полимера (т.е. при 6 > ту) и подчиняется уравнению Я.И.Френкеля, описывающему слияние двух жидких сфер:
а2 = Зопт/(2ллЯ), (4.7)
где к—половина угла контакта; ап—коэффициент поверхностного натяжения жидкости (в данном случае вязкого полимера); т — время; п — вязкость жидкости; R — радиус сферы.
Обе точки зрения справедливы для соответствующих условий термообработки, но они не учитывают влияние на процесс слияния глобул испарения воды, которое сопровождает процесс формо- и структурообразования зерен практически в течение всего процесса сушки. Наиболее полно изучен процесс пленкообразования из полимерных дисперсий [39], имеющей, в сущности, ту же природу, что и спекание агломератов полимерных частиц. Однако и механизм пленкообразования трактуется исследователями по разному.
Бредфорд с сотр. [203, 224] полагают, что пленкообразование происходит вследствие испарения воды и вязкого течения полимера, причем движущей силой коалесценции частиц является поверхностное натяжение полимера. Браун [206], исследовав пленкообразование при высушивании слоев полимерных дисперсий, пришел к выводу, что для коалесценции частиц необходимо, чтобы сумма сил поверхностного натяжения полимера, капиллярного давления воды, притяжения Ван-дер-Ваальса и гравитации была больше сил сопротивления сфер Деформации и кулоновского отталкивания. Наиболее существенным из перечисленных сил Браун считает силу капиллярного давления FK, обусловленную поверхностным натяжением на границе вода - воздух и силу сопротивления сферы деформации J$. Пренебрегая остальными силами, автор, формулирует условие спекания в виде неравенстваFK>FE. Пленкообразование считается возможным как при вязкотекучем, так и при высокоэластическом состоянии полимера, но только в том случае, если в системе присутствует капиллярная влага.
С.С.Вотоцкий [22] считает справедливыми представления как Бред-Фордз, так и Брауна, но применительно к ранним стадиям пленкообразования, когда дисперсия содержит достаточно большое количество воды. Наиболее важная для пленкообразования стадия наступает в Момент окончательного обезвоживания системы, когда начинается аутогезионное соединение полимерных частиц. Ряд вопросов, связан-ных с механизмом спекания полимеров, изучен в работах [125, 126], в
127
которых на основе экспериментальных данных показано, что в проце се сушки распылением латексов эмульсионных полимеров мож происходить довольно глубокое спекание высушенных зерен порол» уже при температуре среды, соответствующей высокоэластическоь состоянию полимера, включая и случаи, когда в агломератах глоб} отсутствует капиллярная влага. Это дало основание, используя изл женные выше представления разных исследователей, предложи-уточненный механизм спекания и термической усадки полимернь зерен с глобулярной структурой.
В процессе сушки латексов по мере убывания влаги полимернь глобулы сближаются вплоть до образования скелета твердого зер* или корочки на поверхности капли. При появлении в порах свободны поверхностей жидкости, образующих мениски, начинают действоват силы капиллярного и расклинивающего давления, причем величина направление главного вектора сил зависят от соотношения количест жидкости в стыковом и пленочном состояниях. Для уплотнена частицы имеет значение состояние, при котором отрицательное давт ние стыковой жидкости становится больше положительного расклинивающего давления пленочной влаги, так как по отношению к скелету пористого тела отрицательное капиллярное давление жидкости вызывает силы сжатия, деформирующие глобулы и вызывающие в них внутренние напряжения. Кроме того, поскольку каждая отдельно взятая глобула находится под гидростатическим давлением, обусловленным поверхностным натяжением полимерной фазы, в местах контакта частиц появляется дополнительное сцепление за счет неском-пенсированных сил этого давления (силы Ван-дер-Ваальса действуют непосредственно). Если полимер находится в высокоэластическом или вязкотекучем состоянии, то под действием сил капиллярного давления влаги и гидростатического давления полимера происходит слияние глобул (рис. 4.5).
Силам контракции противостоят силы вязкости и упругости полимера, при этом процесс слияния происходит во времени. Как следует из рис. 4.5, в случае гексагональной укладки полимерных сфер, независимо от того, находится полимер в высокоэластическом или вязко-текучем состоянии, процесс слияния глобул в агломерате заканчивается при достижении площади контакта, определяемой величиной центрального угла 2а=60\ Следует заметить, однако, что для большинства синтетических смол, включая и ПВХ, достижение вязкотекучего состояния в процессе сушки возможно только после удаления свободной влаги. Для описания процесса слияния полимерных сфер в вязко-текучем состоянии применимо уравнение Я.И.Френкеля (4.7). В случае высокоэластического состояния полимера описание процесса слияния должно учитывать релаксационные явления при деформации полимерных глобул и уплотнении частиц-агломератов. Количественную оценку действующих сил можно получить из рассмотрения схемы двух контактирующих полимерных сфер (рис. 4.6).
