УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ПУТЕМ ТЕРМОСЕНСИБИЛИЗАЦИИ ГИДРОДИСПЕРСИЙ ПОЛИМЕРОВ
Эмелло Г.Г., Бондаренко Ж.В., Черная Н.В., Колесников В.Л.
(БГТУ, г. Минск, РБ)
It is shown that properties of sheet materials on the basis of fibrous leather and paper wastes may be governed by changing of compositions of thermosensibilized hydrodispersions.
Потребительские свойства листовых материалов во многом зависят от природы волокнистого сырья, а также от эффективности действия вспомогательных химических добавок в виде гидродисперсий полимеров, используемых для придания этим материалам требуемых показателей качества. Варьируя качественный и количественный состав гидродисперсий можно осуществлять процесс их коагуляции в волокнистых суспензиях в различных режимах – гомокоагуляции, гетерокоагуляции и гетероадагуляции. Режим процесса коагуляции влияет на потребительские и эксплуатационные свойства получаемых листовых материалов и предопределяет область их применения в народном хозяйстве.
Целью данной работы явилось изучение возможности применения метода термосенсибилизации гидродисперсий полимеров в суспензиях волокнистых отходов для направленного изменения свойств получаемых листовых материалов.
Метод термосенсибилизации заключается в следующем. В гидродисперсии полимеров вводят термосенсибилизирующие агенты (ТСА), молекулы которых формируют защитные слои на поверхности частиц гидродисперсии, что обеспечивает агрегативную устойчивость систем не только в присутствии волокон различной природы, но и в присутствии коагулянта. Астабилизация гидродисперсий происходит только при нагревании их до определенной температуры, при которой теряются защитные свойства слоя ТСА. Осаждение частиц гидродисперсий полимеров в этом случае можно провести в режиме, максимально смещенном в сторону гетероадагуляции.
Эксперименты для обеспечения направленного изменения свойств продукции на базе волокнистых отходов были спланированы на основе элиминирующей группировки дискретных факторов греко-латинского гиперкуба первого порядка размера три, совмещенного с факторными шкалами декартовой системы координат для хромовой стружки, кожевенной вырубки и газетной макулатуры. В планах трех экспериментов, насчитывающих по 27 точек для каждого из трех видов волокнистого сырья, независимыми переменными были выбраны расход латекса, расход ТСА, расход электролита, природа латекса и природа ТСА. Расход латекса (модифицирующего агента) варьировался в пределах 15–45, расход ТСА (неионогенного поверхностно активного вещества) – 5–10 и расход электролита 4–10% от а.с. волокна. В эксперименте использовались латексы «Ревертекс», ДВХБ-70 и СКС-65ГП; ТСА – оскиэтилированные спирты ОС-20 и ДС-20 и оксиэтилированный алкилфенол ОП-10. В качестве электролита был применен сернокислый алюминий.
Согласно условиям проведения эксперимента были получены образцы листовых материалов (массой 100 г/м2) с использованием гидродисперсий и без. В таблице, в качестве примера, представлены физико-механические показатели листовых материалов в зависимости от состава термосенсибилизированных гидродисперсий на основе латекса «Ревертекс».
Таблица – Физико-механические показатели листовых материалов
|
Расход компонентов гидродисперсии, % от а.с. волокна |
Марка ТСА |
Темпе-ратура аста-били-зации, °С |
Разруша-ющее усилие в сухом состоянии, Н |
Разруша-ющее усилие во влажном состоянии, Н |
Сопро-тивле-ние излому, ч.д.п. |
Впитывае-мость при односто-роннем смачива-нии, г/м2 |
||
|
ла-текс |
ТСА |
элект-ролит |
||||||
|
Хромовая стружка |
||||||||
|
15 |
5 |
4 |
ОС-20
|
85 |
15,3 |
11,7 |
28453 |
21,5 |
|
7 |
7 |
85 |
13,9 |
11,2 |
9944 |
19,0 |
||
|
9 |
10 |
85 |
14,8 |
9,0 |
5001 |
22,0 |
||
|
30 |
7 |
4 |
ОП-10
|
85 |
16,1 |
11,7 |
126164 |
22,0 |
|
9 |
7 |
85 |
14,2 |
12,2 |
65841 |
28,0 |
||
|
5 |
10 |
85 |
14,8 |
10,2 |
35623 |
25,3 |
||
|
45 |
9 |
4 |
ДС-10 |
85 |
17,8 |
13,5 |
163461 |
19,3 |
|
5 |
7 |
85 |
14,3 |
11,8 |
58510 |
19,0 |
||
|
7 |
10 |
85 |
16,1 |
13,5 |
168581 |
16,5 |
||
|
Кожевенная вырубка |
||||||||
|
15 |
5 |
4 |
ОС-20
|
60 |
7,1 |
4,1 |
289 |
133,0 |
|
7 |
7 |
50 |
5,7 |
3,0 |
212 |
166,5 |
||
|
9 |
10 |
50 |
8,5 |
3,6 |
580 |
123,4 |
||
|
30 |
7 |
4 |
ОП-10
|
55 |
8,7 |
4,6 |
15098 |
113,8 |
|
9 |
7 |
37 |
6,7 |
3,8 |
2400 |
122,8 |
||
|
5 |
10 |
37 |
6,7 |
4,1 |
988 |
113,4 |
||
|
45 |
9 |
4 |
ДС-10 |
65 |
11,6 |
6,9 |
38206 |
85,5 |
|
5 |
7 |
38 |
6,4 |
3,4 |
3990 |
108,0 |
||
|
7 |
10 |
37 |
6,7 |
4,5 |
5803 |
110,8 |
||
|
Газетная макулатура |
||||||||
|
15 |
5 |
4 |
ОС-20
|
90 |
12,6 |
4,5 |
18 |
110,5 |
|
7 |
7 |
90 |
12,1 |
4,3 |
32 |
179,4 |
||
|
9 |
10 |
90 |
14,4 |
5,0 |
53 |
192,1 |
||
|
30 |
7 |
4 |
ОП-10
|
90 |
13,9 |
4,1 |
94 |
166,3 |
|
9 |
7 |
90 |
13,1 |
4,1 |
79 |
216,3 |
||
|
5 |
10 |
80 |
10,6 |
3,5 |
42 |
174,5 |
||
|
45 |
9 |
4 |
ДС-10 |
60 |
9,5 |
3,6 |
85 |
116,0 |
|
5 |
7 |
90 |
5,1 |
1,8 |
5 |
196,0 |
||
|
7 |
10 |
90 |
7,7 |
2,5 |
5 |
186,0 |
||
Из данных, представленных в таблице, видно, что, варьируя количественный и качественный состав гидродисперсий на основе латекса «Ревертекс», можно изменять физико-химические показатели листовых материалов в широких пределах. Так, разрушающее усилие образцов в сухом и во влажном состояниях находятся в интервалах 5,1–17,8 и 1,8–12,2 Н соответственно.
Установлено, что образцы, полученные из кожевенной вырубки или газетной макулатуры, отличаются повышенной гидрофильностью, о чем свидетельствует показатель впитываемости при одностороннем смачивании, который находится в интервале 85,5–216,3 г/м2. Образцы листовых материалов, полученные из хромовой стружки, являются менее гидрофильными, их впитываемость находится в пределах 16,5–28,0 г/м2. Листовые материалы, полученные без гидродисперсий полимеров в композиции, и изготовленные из газетной макулатуры (а), кожевенной вырубки (б) и хромовой стружки (в), имеют впитываемость при одностороннем смачивании (г/м2) равную соответственно 285 (а), 148 (б) и 34 (в).
Наибольшее влияние оказывает применение метода термосенсибилизации гидродисперсий на эластичные свойства получаемых листовых материалов. Об этом свидетельствует показатель сопротивления излому. Для образцов листовых материалов, полученных из газетной макулатуры, кожевенной вырубки и хромовой стружки этот показатель составляет соответственно 5–85, 212–38206 и 5001–168581 двойных перегибов (д.п.). Материалы, полученные без использования гидродисперсий, имеют сопротивление излому 1–3 д.п. при применении для их получения газетной макулатуры или кожевенной вырубки и 76–81 д.п. при применении хромовой стружки.
Установлено, что природа волокнистого сырья незначительно влияет на прочность листовых материалов, но существенно изменяет показатели впитываемости при одностороннем смачивании и сопротивления излому. Кроме этого, на последние показатели большое влияние оказывают природа и расход ТСА, роль которого выполняют неионогенные поверхностно-активные вещества.
Анализ данных, полученных с использованием латексов ДВХБ-70 и СКС-65ГП (по сравнению с латексом «Ревертекс»), показал, что природа модифицирующего агента также влияет на физико-механические показатели листовых материалов, полученных на основе волокнистых отходов. Прочностные показатели (разрушающее усилие в сухом и во влажном состояниях) и сопротивление излому в ряду «Ревертекс» → ДВХБ-70 → СКС-65ГП уменьшаются, а впитываемость при одностороннем смачивании находится практически на одном уровне.
Таким образом, применение метода термосенсибилизации гидродисперсий полимеров позволяет направленно изменять свойства листовых материалов, что способствует значительному расширению ассортимента получаемой продукции. Особенно это важно при получении листовых материалов на базе вторичного волокнистого сырья, например, отходов целлюлозно-бумажной и кожевенно-обувной промышленности.