Применение анализатора RPA-2000 для экспресс - оценки молекулярно-массового распределения в каучуках эмульсионной полимеризации

Аннотация. Проанализированы основные проблемы, возникающие при производстве каучуков эмульсионной полимеризации и основные показатели, характеризующие их качество. Найден способ экспресс-оценки молекулярно-массового распределения в каучуках. На приборе RPA-2000 протестированы образцы каучуков, полученных в различных производственных условиях. Выявлены отличия в молекулярно-массовом распределении этих образцов.

Ключевые слова: анализатор RPA-2000, вязкость оп Муни, каучуки, молекулярно-массовое распределение, эмульсионная полимеризация.

Основными условиями процесса эмульсионной полимеризации каучуков является выдерживание в установленном  диапазоне температуры процесса и степени конверсии. Нарушение условий производственного технологического регламента может не сказаться на таких традиционных свойствах, определяемых при контроле качества продукта, как вязкость по Муни, но может привести к изменению молекулярно-массового распределения в каучуках.

Молекулярно-массовое распределение – соотношение количеств макромолекул различной молекулярной массы в образце полимера, т.е. состав полимера по молекулярным массам.[1]

Сужение ММР в ходе полимеризации, вероятно, связано с тем, что по мере увеличения конверсии тип ММР в конечном итоге формируется наиболее реакционно-способным при данных условиях центром полимеризации.

Повышение температуры полимеризации приводит к расширению ММР, причиной этому может стать увеличение разветвленности каучука и повышение содержания гель-фракции в нем. Ухудшение свойств каучука приводит к возникновению трудностей при его переработке, возникает необходимость в увеличении времени смешения для разрушения  возникших структур, что влечет за собой повышение трудо-и энергозатрат процесса. Эти факторы приводят  падению спроса на каучук со стороны потребителя.

В связи с этим возникает потребность в мониторинге не только основных свойств, заложенных в технических условиях на каучук, но и проведении анализа изменения их ММР.

Одним из самых распространенных способов определения молекулярно-массовых характеристик каучуков является метод гель-проникающей хроматографии. Однако, метод довольно длителен по времени и требует предварительной пробоподготовки, одно только растворение каучука занимает 24 часа.

Однако существует способ экспресс-оценки молекулярно-массового распределения при помощи анализа на приборе РПА-2000. Этот метод не требует предварительной пробоподготовки, она осуществляется непосредственно в камере прибора при задании оператором нужных параметров испытания в цикле  подпрограммы «TIMED».[2]

Параметр, снимаемый с прибора и характеризующий молекулярно-массовые характеристики каучука - tanα. Для удобства оценки - обратное отношение 1/ tanα.

Угол сдвига фаз δ - угол сдвига между синусоидальной деформацией и S* крутящего момента в течение колебательного цикла.

Тангенс δ  - отношение модуля вязкости к модулю упругости материала.

                tg δ=G^’’/G’                                                                                                                (1)

Практические исследования каучуков эмульсионной полимеризации, полученных в различных условиях производственного процесса на анализаторе RPA-2000 показывают различные значения ММР. Для тестирований было отобрано по 10 партий каучуков, полученных в условиях повышенной конверсии и температуры полимеризации  и по 10 партий каучуков, полученных в условиях, соответствующих нормам технологического регламента. Результаты практического эксперимента представлены в таблицах 1-2.

Таблица 1.

Результаты анализа ММР каучуков, полученных в условиях повышенной конверсии и температуры полимеризации на RPA-2000

Таблица 2.

Результаты анализа ММР каучуков, полученных в условиях соответствующих нормам технологического регламента на RPA-2000

Таким образом, у каучуков, полученных в условиях повышенной конверсии и температуры полимеризации  при уровне вязкости по Муни (50-55) ед. Муни, значение ММР составляет (6,1-7,0), а у каучуков, полученных в условиях соответствующих нормам технологического регламента при уровне вязкости по Муни (48-54)ед. Муни, значение ММР составляет (4,8-5,3).

Список литературы:

1. Кирпичников П.А. Химия и технология синтетического каучука: учебник для вузов / П.А. Кирпичников, Л.А. Аверко-Антонович, Ю.О.– Л.: Химия, 1987. – 269 с.
2. Презентация Ярославского семинара шинной промышленности RPA-2000, 2016.