Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,021

THE INFLUENCE OF ULTRASOUND AND MAGNETIC FIELD ON THE PROCESS OF ALLOCATING RUBBER FROM LATEX

Shulgina Y.E. 1 Nikulina N.S. 2 Nikulin S.S. 1
1 Voronezhsky State University of Engineering Technology
2 Voronezh Institute State Fire Service of the Ministry of Emergency Situations of Russia
Тенденции современного общества направлены на развитие научных знаний и внедрение новых технологий во все сферы жизни. Это относится и к промышленности синтетического каучука. Однако, несмотря на внедрение ряда новых разработок у действующих производств, сохраняются недостатки, к которым можно отнести наличие твердых отходов, водных сбросов и воздушных выбросов. В целях повышения эффективности процесса, снижения экономических затрат и повышения качества получаемой продукции целесообразно применение физических полей и акустических колебаний в технологическом процессе выделения каучуков из латексов. Исследовано влияние ультразвука и магнитного поля на процесс выделения бутадиен-стирольного каучука из латекса СКС-30 АРК в присутствии катионного электролита поли-N,N-диметил-N,N-диаллиламмоний хлорида. Показано снижение расхода коагулирующего агента при ультразвуковой и магнитной обработке. Применение в качестве коагулянта четвертичной соли аммония позволяет снизить попадание компонентов эмульсионной системы в сточные воды, что приводит к уменьшению загрязнения окружающей среды. Все полученные образцы соответствуют предъявляемым требованиям.
Trends in modern society are aimed at developing scientific knowledge and new technologies in all spheres of life. This also applies to the synthetic rubber industry. However, despite the introduction of a number of new developments at existing plants, preserved deficiencies, which include the provision of solid waste, water discharges and air emissions. In order to improve process efficiency, reduce economic costs and improve the quality of the products it is appropriate to use natural fields and acoustic oscillations in the process of selection of rubber latex. The effect of the ultrasound and the magnetic field on the separation of styrene butadiene rubber latex SCS 30 ARC in the presence of a cationic poly electrolyte-N, N-dimethyl-N, N-diallilammony chloride. It showed a decrease in the flow of the coagulating agent in ultrasonic and magnetic treatment. Use as a quaternary ammonium salt coagulant reduces ingress of emulsion components in the sewage system, resulting in reduced environmental pollution. All the samples meet the requirements.
ultrasound
magnetic field
styrene-butadiene latex
coagulation
a cationic polyelectrolyte

Тенденции современного общества направлены на развитие научных знаний и внедрение новых технологий во все сферы жизни. Это относится и к промышленности синтетического каучука, где происходит модернизация аппаратного оформления, методов управления, контроля технологическими процессами и др.

Однако, несмотря на внедрение ряда новых разработок у действующих производств, сохраняются недостатки, к которым можно отнести наличие твердых отходов, водных сбросов и воздушных выбросов.

Поэтому и на современном уровне развития существующей промышленности требуется дальнейшее развитие и совершенствование существующих технологий.

В целях повышения эффективности процесса, снижения экономических затрат и повышения качества получаемой продукции целесообразно применение физических полей и акустических колебаний в технологическом процессе выделения каучуков из латексов.

Ультразвук применяется для диспергирования наполнителя в полимерной композиции, для увеличения скорости полимеризации стирола, используется для очистки изделий от различных загрязнений, находит широкое применение в фармации [1-3]. Исследователи [4] подвергали латекс СКС-30 АРК ультразвуковому воздействию с помощью генератора марки УЗГ 13-0.1/22. Наблюдалось снижение поверхностного натяжения и увеличение радиуса латексных частиц.

Положительные результаты были полученые при использовании магнитных полей для повышения прочностных показателей клеевого соединения [5]. В статьях [6, 7] исследовали влияние магнитной обработки на процесс коагуляции латекса СКС-30 АРК перед введением в него водных растворов коагулирующих агентов. Данное воздействие позволило снизить расход коагулирующих агентов диметилдиаллиламмоний хлорида и поли-N,N-диметил-N,N-диаллиламмоний хлорида в 1,5–2 раза.

В работе исследуется влияние ультразвука и магнитного поля на процесс выделения каучука из латекса СКС-30 АРК в присутствии сополимера N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида с SO2 (ВПК-10).

Внимание к использованию данного коагулянта базируется на том, что он может взаимодействовать с компонентами эмульсионной системы (мыла канифоли, таллового масла, сульфокислот, лейканолом) с образованием нерастворимых комплексов, которые захватываются образующейся крошкой каучука и не сбрасываются со сточными водами на очистные сооружения [8]. Однако высокая стоимость данного вещества сдерживает его применение в широких масштабах.

Материалы и методы исследования

В процессе изучения коагуляции использовали промышленный каучуковый бутадиен-стирольный латекс СКС-30 АРК (ТУ 38.40355-99), характеристика исследуемого образца представлена в табл. 1.

Таблица 1

Характеристика бутадиен-стирольного латекса СКС-30 АРК

Наименование показателя

Значение

Сухой остаток, %

20,4

Содержание связанного стирола, %

22,7

Поверхностное натяжение, мН/м

65,3

Диаметр латексных частиц, нм

55

Латекс перед смещением с коагулирующими агентами подвергали физической обработке (ультразвуком или магнитным полем).

Ультразвуковую обработку производили с помощью ультразвуковой ванны марки NETTYQ-9030. Кювету с латексом помещали в ультразвуковую ванну, наполненную водой, и проводили обработку в течение 5–15 минут при мощности 30 Вт.

Магнитную обработку проводили с помощью установки, описанной в статье [6]. Латекс, находящийся в предварительно подготовленной стеклянной кювете размером 15х30х50 мм (определяемой конструктивными особенностями установки) подвергали обработке магнитным полем различной интенсивности в течение 1, 5, 15, 25 минут. Основным элементом установки является электромагнитный индуктор, выполненный в переносном варианте. Величина применяемого напряжения магнитного поля 11·104 А/м.

После ультразвуковой или магнитной обработки проводили коагуляцию путем введения заданных количеств ~ 2,0 % водного раствора ВПК-10 по методике, описанной в работе [9]. Процесс коагуляции проводили при температуре 20 ± 2 °С. После введения в латекс расчетного количества ВПК-10 его перемешивали в течение ~ 2 минут и вводили раствор серной кислоты (концентрация ~ 2,0 %) до рН среды 2,5–3,0. Перемешивание продолжали дополнительно в течение 2–3 минут, после чего извлекали образовавшуюся крошку каучука из водной фазы (серум), измельчали, промывали дистиллированной водой и сушили в термостате при температуре 80–85 °С до постоянной массы.

Полноту коагуляции (выделения каучука) оценивали визуально – по прозрачности серума и гравиметрически – по массе образующейся крошки каучука.

Среднюю молекулярную массу полимеров определяли вискозиметрическим методом, а также методом гель-проникающей хроматографии на приборе ВЭЖХ системы Knauer серии Smartline (детектор-рефрактометр).

Результаты исследования и их обсуждение

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что обработка латекса ультразвуком перед введением коагулянтов и серной кислоты приводит к снижению расхода ВПК-10 с 3,5–4,0 до 1,7–3,0 кг/т каучука, аналогичные зависимости получены и с применением магнитной обработки. Результаты представлены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты эксперимента коагуляции латекса СКС-30 АРК

Расход на коагуляцию, кг/т каучука

Ультразвуковая обработка

Магнитная обработка

Выход коагулюма по массе, %

Выход коагулюма по массе, %

Время обработки

Время обработки

0

5

15

0

5

15

0,5

26

24

32

26

54

50

1

42

44

45

42

67

77

1,5

63

85

88

63

79

85

2

83

96

97

86

95

95

3

92

97

97

93

96

96

4

97

96

98

97

98

97

Продолжительность обработки латекса ультразвуком в течение пяти минут и более приводит к полному выделению каучука из латекса при меньшем расходе коагулянтов, чем при отсутствии физической обработки.

Это может быть объяснено тем, что в процессе ультразвуковой обработки происходит частичная десорбция стабилизатора с поверхности латексных частиц в водную фазу латексной системы. Это приводит к снижению заряда [16???] и толщины адсорбционного защитного слоя, что неизбежно приводит к слипанию латексных глобул по гидрофобизированным участкам на поверхности частиц, из-за уменьшения количества ПАВ на части их поверхности. Вследствие этого происходит частичная агломерация латексных глобул, что облегчает коагулирующее воздействие полимерного электролита и серной кислоты. Благодаря этому уменьшается расход коагулируемой системы на выделение каучука.

При этом имеет место эффект, связанный с интенсивным относительным движением латексных частиц под ультразвуковым воздействием.

Также происходит усиление процесса коагуляции за счет мостикообразования, свойственного полимерным флокулянтам.

Важным с практической точки зрения является и то, что обработка латекса магнитным полем не оказывает существенного влияния на молекулярную массу выделяемого каучука (табл. 3).

Таблица 3

Молекулярно-массовая характеристика бутадиен-стирольного каучука СКС-30 АРК

Показатель

Среднечисловая молекулярная масса каучука СКС-30 АРК, Мn

Без обработки

87000

После ультразвуковой обработки

86000

После магнитной обработки

89500

Приготовленные из выделенной крошки каучука резиновые смеси после вулканизации подвергали физико-механическим испытаниям (ТУ 38.40355-99). Все полученные образцы соответствуют предъявляемым требованиям.

Выводы

1. Применение в качестве коагулянта ВПК-10 позволяет снизить попадание компонентов эмульсионной системы в сточные воды, что приводит к уменьшению загрязнения окружающей среды.

2. Обработка бутадиен-стирольного латекса ультразвуком в течение пяти минут и более позволяет снизать расход ВПК-10 с 3,5–4,0 до 1,7–3,0 кг/т каучука; аналогичные зависимости получены и с применением магнитной обработки.

3. Обработка ультразвуком и магнитным полем не оказывает влияния на молекулярную массу выделяемого каучука.

4. Все полученные образцы соответствуют предъявляемым требованиям.