Получение водоразбавляемого акрилового сополимера на основе ММА и МАК (80: 20)

9.ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

9.1.ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В  данной научноиследовательской  работе поставлена задача получить водоразбавляемый акриловый сополимер   на основе ММА и МАК (80: 20).Данное соотношение ММА и МАК выбрано исходя из ЭМГ гидрофобной части сополимера. Соотношение ММА:МАК равное 80:20 обеспечивает необходимый гидрофильно-гидрофобный баланс, что придает получаемому сополимеру водоразбавляемость. Из всех рассмотренных выше методов получения наиболее рационален метод растворной полимеризации. Это оптимальный метод, так как сополимер не будет загрязнен эмульгатором или диспергатором и будет отвечать таким требованиям и свойствам как:

1) водоразбавляемость;

2) лиофильность;

3) вязкость 120 с;

4) сухой остаток 35 %;

5) рН раствора 7-7,5;

6) низкая молекулярная масса.

С помощью данного метода будет получен сополимер с достаточно низкой молекулярной массой. Снижения молекулярной массы мы достигаем за счет компонента передачи цепи (изопропиловый спирт), который в свою очередь является растворителем для получаемого сополимера. Эмульсионная и суспензионная полимеризация не подходит, потому что получаемые этими методами продукты будут лиофобными и, будут иметь более высокую молекулярную массу. В качестве инициатора используем перекисное соединение – персульфат аммония. Реакция проходит в кислой среде (рН = 2 – 2,5). В кислой среде катализатором для данного инициатора служит сульфат железа (II), данный катализатор с данным инициатором создает редокс систему, в связи с этим скорость реакции возрастает. Но в данной работе синтез проводится без катализатора, поэтому длится 3 часа.. Количество инициатора подбирается исходя из обработанной информации – от  до 1 % относительно количества исходных мономеров.

Сополимеры (мет)акриловой кислоты и гидрофобных мономеров в воде не растворяются, но по мере увеличения рН раствора происходит постепенное растворение полимера до образований гомогенного раствора. Растворимость в этом случае объясняется тем, что макромолекулы сополимера представляют собой жесткий компактный клубок, образованный за счет внутри- и межмолекулярных взаимодействий. По мере введения щелочного агента происходит образование химических солевых связей между карбоксильными группами сополимера и основанием. При этом происходят разрыв внутримолекулярных водородных связей, которые значительно слабее химических солевых, и распрямление макромолекул, что, в свою очередь, приводит к растворению сополимера, а водно-щелочной среде. Полимеры, содержащий карбоксильные и сульфатные гидрофильные группы, обладают свойствами высокомолекулярных кислот (полианионы). Они растворяются преимущественно в водно-щелочных растворах при рН  7. Сополимер ММА и МАК полностью растворяется в водно-щелочном растворе при содержании звеньев МАК в сополимере не менее 20%. Сополимеры гидрофобного мономера -фениламиноэтилметакрилата с АК или МАК растворяются а водно-щелочном растворе при содержании кислотных звеньев не менее 40—50%.

Сополимеры МАК по своей природе являются гидрофильными и способны удерживать большое количество влаги. При соотношении ММА:МАК=20 : 80 сополимер способен удерживать 40% воды после вакуумирования в течение 180 мин. Следует отметить, что чем выше содержание звеньев МАК, тем   больше гидрофильность сополимеров и тем большее количество влаги удерживается на их поверхности (рис.1). Вероятно, влага в сополимерах удерживается за счет взаимодействия карбоксильных групп сополимера с водой, поскольку между ними возможно образование водородной связи:

Эта связь не разрушается при   центрифугировании и вакуумировании сополимеров, влага удаляется только в жестких условиях — при температуре  90°С выше.

Содержание звеньев МАК существенно влияет на термомеханические свойства   сополимеров   (рис. 2). Температура стеклования сополимеров повышается с увеличением в них звеньев МАК, в то время как температура течения сополимеров с содержанием звеньев МАК≤40 % не зависит от содержания кислоты в сополимере. Однако при содержании   звеньев  МАК 50% температура течения сополимера резко повышается, а сополимеры, содержащие более 50% звеньев МАК, не текут. Этот эффект, видимо, вызван тем, что при высоком содержании звеньев МАК в сополимерепроисходит сшивка макромолекул.

Состав сополимеров ММА+МАК значительно влияет на их растворимость в этаноле и водных растворах щелочи (табл. 2). Сополимеры ММА+МАК   полностью растворимы в этаноле при содержании звеньев МАК>20%. При этом с  увеличением   содержала звеньев МАК в сополимере наблюдается   повышение относительной вязкости () растворов, что обусловлено, вероятно, изменением конформации макромокул в растворе.

9.2.МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Проведение синтеза.

В рабочую установку (рис. 4) загружаем воду и изопропанол. Доводим рН среды, с помощью концентрированной серной кислоты (5 капель относительно данной рецептуры), до 2-2,5. Включаем мешалку и греем смесь  до 50 ºС. После достижения заданной температуры загружаем ММА, МАК и инициатор. Доводим температуру реакционной смеси до 80 ºС и проводим синтез в течении 3-х часов (оптимальное время). Температура синтеза контролируется каждые 10 мин. Она недолжна превышать 80 ºС, так как будет лететь изопропанол (ºС )  и не много ММА (ºС ). По истечению 3-х часов реакционную смесь охлаждаем до 40º С и берем пробу на сухой остаток. Если проба превышает заданное значение значит были значительные потери ММА или изопропанола, если же полученное значение меньше заданного значения, то следует добавить необходимое количество инициатора, исходя из конверсии мономеров, и продлить проведение синтеза ( изменение ввести в рецептуру ). При выходе   на заданное значение С.О. рН охлажденного раствора переводим в слабо щелочную среду (рН =7-7,5) с помощью 25 % - ого аммиака.