ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМА ПРОЦЕССА ФОРМОВАНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ ВОЛОКОН В СИСТЕМЕ ТРИАЦЕТАТ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ–ПОЛИСТИРОЛ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматрываются вопросы синтеза триацетата целлюлозы (ТАЦ) с повышенной термостабильностью, для формования волокон из его расплавов, исследование увеличения термостабильности триацетатного целлюлозы путем введения в его состав термостабилизаторов. Установлены закономерности пластификации триацетата целлюлозы с низко- и высокомолекулярными соединениями.

Рассчитаны кинетические параметры термического распада триацетатов целлюлозы, полученных при различных условиях и показано, что, в зависимости от типа взятого катализатора, температура начала термического распада ТАЦ возрастает в ряду: серная кис­лота диоксанат серной кислоты хлорная кислота.

Впервые сформованы бысоставные волокна из расплава путем исполь­зования систем триацетат целлюлозы - синтетический полимер (ацетопропионат целюлозы, полистирол).

ABSTRACT

The article considers the issues of synthesis of cellulose triacetate (CTA) with increased thermal stability, for forming fibers from its melts, study of increasing the thermal stability of triacetate cellulose by introducing heat stabilizers into its composition. Regularities of plasticization of cellulose triacetate with low- and high-molecular compounds are established.

Kinetic parameters of thermal decomposition of cellulose triacetates obtained under various conditions are calculated and it is shown that, depending on the type of catalyst taken, the temperature of the onset of thermal decomposition of CTA increases in the series: sulfuric acid dioxanate sulfuric acid perchloric acid.

For the first time, composite fibers from a melt are formed using cellulose triacetate - synthetic polymer (cellulose acetopropionate, polystyrene) systems.

Ключевые слова: триацетат целлюлозы, полимер, пластификация, термостабильность, бисостав, композиция, вязкость, фильтруемость, поверхностное натяжение, формуемость.

Keywords: cellulose triacetate, polymer, plasticization, thermal stability, bicomposition, composition, viscosity, filterability, surface tension, moldability.

Введение

Исследованы структуры и свойств этих волокон термомеханическим и электронномикроскопическим методами показало, что бысоставные во­локна по физико-механическим свойствам превосходят волокна из ТАЦ:

Исследования последних лет показали, что волокна и пленки, получаемые из смеси различных полимеров, обладают свойствами не только исходных компонентов, но в ряде случаев новыми уникальными свойствами. В связи с этик, как теоретический, гак и практический инте­рес представляет получение волокон, которые состоят из смеси ТАЦ с рядом доступных синтетических полимеров (полистирол, поликапроамид, полиэфиры и др.). Такие бисоставные пленки и волокна на основе ТАЦ могут быть получены либо путем совместного растворения обоих компонентов в общем растворителе (например, в хлористом метилене), либо из смеси расплава последних. При этом физико-механические и другие свойства материала могут сильно зависеть от способа его по­лучения. Следует указать, что большинство синтетических полимеров не имеют общего растворителя с ТАЦ» Поэтому наиболее рациональным способом получения бисоставных изделии является формование их из смеси расплавов полимеров. Настоящий раздел работы посвящен получению и исследование свойств системы ТАЦ с некоторыми синтетическими полимерами.

Система триацетат целлюлозы - полистирол.

Как указывалось выше для получения изделии из смеси полимеров необходимо, чтобы обо полимера растворялись в общей растворителе.

К таким полимерам относятся триацетат целлюлозы и полистирол (ПС), т.к. оба полимера растворяются в метиленхлориде.

При получении бисоставных систем большое значение имеет кине­тическая устойчивость смеси, из которой они получаются. Кинетическая устойчивость оценивалась по результатам расслаивания и по данным оптической микроскопии растворов смесей полимеров. Для изучения систем триацетат целлюлозы - полистирол использовались 10 % ные раствора с различные соотношением компонентов. Исследования растворов ТАЦ с полистиролом под оптическим микроскопом показали, что они представляют собой эмульсию раствора ПС в растворе ТАЦ, которая расслаивается в зависимости от содержания ПС в течение 3-5 суток. Для стабилизации эмульсии в иве вводили» известное в качестве эмульгатора, вещество: ОП - 10 (таблица 1).

Таблица 1.

Влияние полистирола на структурно-механические свойства прядильного раствора ТАЦ

Для выяснения роли вводимого полимера на свойства прядильно­го раствора, были приготовлены 20 % - ныв растворы из снесен ТАЦ с ПС и определены их вязкость и фильтруемость (таблица 2).

Таблица 2.

Влияние полистирола на структурно-механические свойства прядильного раствора ТАЦ.

Как видно из данных таблицы появление границы расслаивания растворов значительно замедляется при введении эмульгатора ОП - 10 в количестве 5 % от шасси ПС. Кроме того значительно улучшаются фильтруемость и уменъшается вязкость прядильных растворов. Для растворов ТАЦ с ПС в смеси метиленхлорид - спирт ( 9 : I ), в ки­нетически устойчивое время, определяли поверхностное натяжение (σ) и изменение его от состава снеси (рис.I). Из данных ри­сунка наблюдается существенное разливе значения o' исходных раст­воров и экстремальная зависимость изменения поверхного натяжения от состава смеси.

Рисунок 1. Зависимость поверхностного натяжения растворов смеси ТАЦ и ПС от состава

Исследование 10 % - ных растворов ТАЦ с ПС в количестве от 5 до 20 % с помощью оптического микроскопа (рис. 2), показало, что для этих раствороз характерно образование эмульсии, причем ви­димые размеры капель с содержанием 20 % ПС находятся в пределах от 4 до 60 мкм.

б в

Рисунок 2. Оптические снимки растворов ТАЦ с полистиролом: 5 % полистирола - (а); 15 % полистирола - (б); 20 % полистирола - (в).

Капли очень подвижные и быстро сливаются между со­бой. Дня растворов с меньшими добавками (5 %) наблюдаются капли более равномерные по размерам и распределению в пределах от 1 до 15 мкм, Таким образом, увеличение концентрации ПС более 10 % при­водит к образованию капель более неравномерных по размеру и ме­нее однородных по распределению. Для ТАЦ с 10 % добавкой ПС разме­ры частиц находятся в пределах 4-40 мкм, а введение 15-20 % ПС вызывает появление более крупных капель диаметром 60 мкм. Эмульсии в этом случае не стабильны и быстро расслаиваются, причем тем быст­рее, чем больше ПС.

Введение эмульгаторов в состав смеси приводит к увеличению стабильности растворов. Они не расслаиваются в течение нескольких суток. Кроме того, эмульгатор способствует изменению размеров час­тиц которые находятся в более узком интервале от 5 до 20 мкм. Кап­ли более однородны, распределены по всему раствору и не сливаются между собой в процессе наблюдения (рис. 3 ).

Рисунок 3. Оптические снимки растворов ТАЦ с полистиролом: 10 % полистирола - (а); 10 % полистирола с эмульгатором - (б).

Таким образом, на основании исследований растворов ТАЦ о ПС следует, что они представляют собой эмульсию, в которой число ка­пель увеличивается с. ростом этого компонента.

Процесс формования бисоставных волокон из смести полимеров, которые не имеют общего растворителя, т.е. полиэтилентерефталат (ПСТФ) и поликапролактам (ПКЛ) с триацетатом целлюлозы, осу­ществлялся из расплава на лабораторной прядильной установке непре­рывного действия / III /. Для формования волокон из смесей полиме­ров использовали следующие соотношения триацетата целлюлозы и син­тетического полимера: 95 : 5, 93 : 7, 90 : 10, 85 : 15, 80 : 20. Предварительно полимеры измельчали до одинаковой степени дисперс­ности и смешивали на элетромельнице МРВ-1. В процессе формования бисоставных волокон на основе ТАЦ с добавками полимеров било изу­чено влияние различных параметров, таких как температура и скорость формования, которые влияют на свойства сформованных волокон, дав­ление при получении бисоставных составляло 3,2 МПа. Результаты ис­следований представлены в таблицах 3 и 4.

Из данных таблицы 4 видно, что формование- волокон из смеси ТАЦ с ПКЛ приводит к улучшению их физико-механических показателей. Причем наилучший результат достигнут при формовании волокна из сме­си/ содержащей 5-7% ПКЛ (от массы ТАЦ). Прочность бисоставных волокон увеличивается до 18,6 сН/текс. Увеличение содержания ПКЛ в смеси от 10 до 20 % приводит к ухудшению формуемости, т.е. во­локна формуется с частыми обрывами, физико-механические свойства также ухудшаются, прочность составляет 8,3 - 10,6 сН/текс, а удли­нение 7,0 - 8,7 %.

Таблица 3.

Влияние условий формования на свойства бисоставных волокон, полученных на основе ТАЦ и ПKJI

Результаты, приведенные выше, показывают, что модификацией ацетатных волокон различными полимерными добавками можно регулировать как структуру, так и физико-механические свойства волокон. Причем для модификации, в случае формования ацетатных волокон из расплава, могут быть использованы полимерные добавки не ТАЦ общего растворителя. Оптимальным количеством является добавка 5 % ( от массы ТАЦ ).

Заключение

Изучено влияние природы катализатора и условий ацетилирования целлюлозы на термостойкость получаемых ТАЦ, и методами ТГА и ДТА показано, что наибольшей устойчивостью к действию высоких температур обладает продукт, полученный в присутствии хлорной кислоты.

Рассчитаны кинетические параметры термического распада триаде-татов целлюлозы, полученных при различных условиях и показано, что, в зависимости от типа взятого катализатора, температура начала термического распада ТАЦ возрастает в ряду: серная кис­лота диоксанат серной кислоты хлорная кислота.

Исследована возможность формования на лабораторной одноместной установке волокон из расплава ТАЦ, получаемых в различных усло­виях, Разработаны условия формования, а также изучены физико-­химические и физико-механические свойства сформованных волокон. На основании проведенных исследований разработаны требования к ТАЦ, пригодного для формования волокон из расплава.

Список литературы:

1. Осилила А.А., Композиционные полимерные материалы, Киев, изд-во Паукова душка, 1980 г. вып.6, с.15-48.
2. Кестельман В.Н. Физические методы модификации полимерных ма­териалов, М., издательство "Химия", 1980, с.17-21.
3. Балтабаев Р., Беренштейн Е.И., Кайбушева Р.Х., Халмирзаева Р., Айхождаев Б.И.- Композиция для формования волокон из расплава ТАЦ, Авт.свид. 852901, 1981 г.
4. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: учебное пособие / под ред. А. А. Берлина. - Санкт- Петербург: Профессия, 2014. - 591 с.
5. Rakhmat Boltaboev, Isroil Talibdjanov, Natalya Viktorovna Petrunina, Murod Eshmukhamedov. New Fire Extinguishing Powder Compositions Based on Powder Waste of Production. Enterprises. Academy of the Ministry of Emergency Situations of the Republic of Uzbekistan, Tashkent state technical university Tashkent Uzbekistan e-mail: i.ravshan1972@mail.ru SCOPUS. Solid State Technology. Volume: 64 Issue: 2. Publication Year: 20216032 p. Archives Available @ www.solidstatetechnology.us