1.1.9. Технологічні властивості латексів

Спроби знайти взаємозв’язок колоїдно-хімічних властивостей латексів з їх поведінкою при переробці здійснювались, мабуть, з початку промислового виробництва і використання латексів. Однак до теперішнього часу ця проблема повністю не вирішена, що пов’язано не лише з надто важким, комплексним впливом окремих характеристик латексу на його поведінку при переробці, але з різноманітністю технологічних умов його переробки.

Тим не менш, існує ряд характеристик латексу, які дозволяють здійснювати контроль якості латексу як товарної продукції і в певному ступені визначати його поведінку при переробці, а також прогнозувати властивості кінцевого матеріалу чи виробу, що виготовлений з цього латексу.

В табл. 1.1 приводиться перерахунок показників, які звичайно вказуються у нормативно-технічній документації (специфікаціях) на латекси. В цій же таблиці приводиться ряд показників, які використовуються для більш всебічної оцінки властивостей латексу при його створенні і розробці його переробки.

Таблиця 1.1

Перелік показників, вживаних для оцінки властивостей латексів

Найменування показника	Метод визначення і його суть	Примітки
1. Колоїдно-хімічні властивості
1.1. Вміст сухої речовини	Міжнародний стандарт (МС ІСО) 124-85; ДСТУ 28862-90 Заснований на випаровуванні води з навішування латексу, висушуванні і зважуванні сухого залишку
1.2. Вміст сухого каучуку	1)МС ІСО 126-89 Заснований на коагуляції латексу кислотою з подальшою промивкою, сушкою і зважуванням сухого залишку	Застосовується для натурального латексу
	2) Заснований на коагуляції латексу ізопропіловим спиртом з подальшою екстракцією коагулюма спиртом при кип'ятінні, його сушкою і зважуванням сухого залишку	Застосовується для синтетичних і штучних латексів
1..3. Вміст не каучукових речовин	Визначається як різниця між вмістом сухої речовини і вмістом сухого каучуку
1.4. рН	МС ІСО 976-86 рН-метр з скляним електродом і каломельним електродом порівняння
1.5. Лужність за аміаком або за гідроксидом калія	МС ІСО 125-90 Заснований на титруванні кислотою в присутність стабілізатора	Застосовується для натурального латексу
1.6. В'язкість	1) МС ІСО 1652-85; ДСТУ-25271-82 Заснований на вимірюванні моменту, що крутить, створюється зануреним в латекс ротором (вискозиметр Брукфільда)
	2) Заснований на вимірюванні часу закінчення заданої кількості латексу через калібрований отвір воронки (воронка ВЗ-4)
1.7. Поверхневий натяг	МС ІСО 1409-74; ДСТУ 20216-74 Заснований на вимірюванні сили, необхідної для відриву платино-іридієвого кільця від поверхні латексу
1.8. Вміст коагулюма	МС ІСО 706-85 Заснований на фільтрації латексу через сітку з певним розміром осередків з подальшою промивкою, сушкою і зважуванням коагулюма (залишку на сітці)
1.9. Механічна стабільність	1)МС ІСО 35-89 Заснований на інтенсивному перемішуванні латексу (прилад Клаксон) і визначенні часу до моменту утворення коагулюма	Застосовується для натуральних латексів
	2) Заснований на інтенсивному перемішуванні з перетиранням латексу (прилад Марона) [15] і визначенням кількості коагулюма, що утворюється	Застосовується для синтетичних і штучних латексів
1.10. Адсорбційна насиченість поверхні латексних частинок емульгатором	Заснований на послідовному введенні в латекс певних кількостей емульгатора і вимірюванні поверхневого натягнення до досягнення його постійного значення, відповідного ККМ, з подальшим розрахунком кількості емульгатора, адсорбованого частинками полімеру, у відсотках від максимально можливої його кількості в адсорбційному шарі [16]	Метод не застосовний для латексів з 100 %-вою насиченістю емульгатором поверхні латексних частинок
1.11. Середній розмір частинок	I) Заснований на послідовному введенні в латекс певних кількостей емульгатора і вимірюванні поверхневого натягнення до досягнення його постійного значення, відповідного ККМ, з подальшим розрахунком середнього об'ємно-поверхневого діаметру [17]
	2) Заснований на вимірюванні "критичної каламутності" латексу турбодиметричним методом [17, с. 39...44]
	3) Електронна мікроскопія: на основі електронних мікрофотографій будуються криві розподіли частинок за розмірами і визначається середній розмір частинок [17, з. 196...199]	Застосовується в дослідницьких цілях
1.12. Вміст вільних мономерів	Хроматографічний метод	Застосовується для синтетичних латексів
1.13. Число КОН	МС ІСО 127-84 Заснований на визначенні маси гідроксиду калія, еквівалентного кислотним радикалам, пов'язаним з аміаком в латексі, що містить 100 г сухої речовини	Застосовується для натуральних латексів
1.14. Число летючих жирних кислот	МС ІСО 506-85 Заснований на визначенні маси гідроксиду калія, еквівалентного летючим жирним кислотам в латексі, що містять 100 г сухої речовини
1.15. Вміст міді	МС ІСО 8053-86 Фотометричний метод	Застосовується для натуральних латексів
1.16. Вміст марганцю	МС ІСО 7790-87; ДСТУ 28858-90 Фотометричний метод
1.17. Колір	Візуальний контроль
1.18. Запах	Органолептичний контроль
1.19. Стійкість до дії оксиду цинку	Заснований на оцінці зміни в'язкості або механічній стабільності латексу після введення в нього за певних умов оксиду цинку
2. Властивості полімеру латексу
2.1. В'язкість по Муні	Підготовка зразків для випробування по МС ІСО 2028-90 Визначення в'язкості по Муні . ДСТУ 19920.16-74	—
2.2. Жорсткість по Дефо	Підготовка зразків для випробування по МС ІСО 2028-90 Визначення твердості по Дефо ДСТУ 10201-75	Застосовується для синтетичних і; штучних латексів
2.3. Вміст зв'язаного стиролу	МС ІСО 3136-83; МС ІСО 4655	Застосовується для бугадієн- стирольних латексів

Залежно від способів отримання латексів і областей їх застосування чисельні значення цих показників можуть істотно відрізнятися.

Разом з тим в стандартах і іншій технічній документації для даного конкретного латексу нормуються граничні значення показників.

Нижче показано, яким чином відхилення значень показників латексу від заданих норм може впливати на його технологічні властивості при переробці та на властивості кінцевих матеріалів і виробів, що виготовляються з цього латексу.

Нижче значення показника "вміст сухого каучуку", чим це передбачено в документації, крім негативного впливу на економіку вживаного латексу, може привести до зменшення в'язкості латексу і, відповідно, в'язкості латексних композицій, збільшення усадки плівок, збільшення тривалості сушки плівок, зниження стабільності піни при виробництві піногуми, а при отриманні покриттів заданої товщини та необхідності збільшення числа шарів, що наносяться.

Перевищення понад норми вмісту в латексі не каучукових речовин приведе до підвищеного водопоглинання плівок і зниження їх стійкості до агресивних середовищ. Якщо підвищення, в порівнянні з нормою, вміст не каучукових речовин зв'язано з ПАР, то це може привести до зменшення швидкості іонного відкладення при отриманні плівок, уповільненню процесу желатинування. Надмірна кількість не каучукових речовин може бути причиною погіршення санітарно-гігієнічних властивостей виробів, якщо не прийняті спеціальні прийоми їх видалення.

Значення рН завжди нормується в документації на синтетичні і штучні латекси. Зниження рН нижче нормованих значень може стати причиною коагуляції латексу при зберіганні, зменшення його механічної стабільності, коагуляції при введенні інгредієнтів латексних композицій, а низька стабільність латексних композицій може з'явитися причиною нерівномірного відкладення плівок і покриттів. З іншого боку, вище, ніж передбачено документацією, значення рН утруднятиме дестабілізацію латексу, лежачу в основі всіх технологічних процесів його переробки.

У натуральних латексах величина рН лежить в межах 10... 12 і зазвичай в нормативно-технічній документації не вказується. Разом з тим нормується величина лужності за аміаком або лужність за гідроксидом калія. Відхилення вказаних показників від заданих величин приводить до тих же наслідків, що і відхилення величини рН в синтетичних латексах: зниженню стійкості латексу при зниженні цих показників і надмірному підвищенню стійкості при високій лужності. Як перше, так і друге може істотно ускладнити переробку латексу.

У більшості нормативно-технічній документації на латекси нормується в'язкість.

Можливі причини зміни в'язкості латексу, способи її регулювання, а також вплив в'язкості латексу на його технологічні властивості були викладені раніше в розділі 1.1.7.

Збільшення вмісту в латексі коагулюма понад регламентовану кількість може бути наслідком порушення технології його виготовлення, а також результатом порушення умов зберігання і транспортування. Утворення в латексі коагулюма крім негативного впливу на економіку використання латексу може привести до небажаної зміни інших колоїдних характеристик латексу (зниження вмісту полімеру, зменшення в'язкості) і його технологічних властивостей. Коагулюм утрудняє роботу насосів, призводить до засмічення трубопроводів, є центром подальшої коагуляції латексу, частинки коагулюма є причиною браку, особливо в тонкостінних плівкових виробів.

Низьке значення показника механічної стабільності латексу також зумовлює технологічні труднощі, пов'язані з перекачуванням, перемішуванням латексу, екструзією і розпилюванням латексних композицій. Цей показник є одним з найбільш чутливих показників, що характеризують якість натурального латексу. Чинники, що впливають на механічну стабільність синтетичних латексів, детально розглянуті в роботі А.В. Лєбєдєва [4, с. 52...57]. У цій же роботі приводяться дані про можливі шляхи збільшення механічної стабільності латексів, зокрема, за рахунок підвищення насиченості адсорбційних оболонок частинок латексу, застосування добавок неіоногенних емульгаторів, введення загусників.

Слід проте відзначити, що штучне підвищення механічної стабільності латексів необхідно здійснювати з певною обережністю, оскільки прийоми, сприяючі підвищенню механічної стабільності, можуть мати негативний вплив на інші технологічні властивості: погіршення плівкоутворення, збільшення часу желатинування, підвищення водопоглинання плівок.

У синтетичних латексах, як правило, нормується верхня межа вмісту залишкових мономерів. Відхилення цього показника від заданих норм може призвести до погіршення санітарних умов при переробці латексу внаслідок збільшення вмісту мономера в повітрі робочої зони, а також перевищення норм його вмісту в газових викидах в навколишнє середовище. Крім того, залишковий мономер, якщо він не видалений в процесі переробки латексу, може погіршити санітарно-гігієнічні властивості виробів, виготовлених з цього латексу.

Визначаючи в синтетичних латексах значення показника адсорбційної насиченості поверхні латексних частинок емульгатором, можливо з урахуванням конкретного його застосування передбачити поведінку латексу при переробці і, відповідно, здійснити коректування рецептур латексних композицій і технологічних режимів процесу. Низька адсорбційна насиченість поверхні латексних частинок емульгатором, яка є результатом або високої дисперсності частинок, або недостатнього вмісту емульгатора, можливо, як згадувалося раніше, причиною недостатньої стійкості латексу при введенні наповнювачів, низької механічної стабільності, низької піноутворюючої здатності і стабільності латексних пін при виготовленні піногуми. Збільшити адсорбційну насиченість поверхні латексних частинок можливо добавкою емульгатора, розраховуючи його кількість за наслідками титрування латексу цим емульгатором і контролю поверхневого натягу.

Разом з тим, зайва висока адсорбційна насиченість емульгатором латексних частинок ускладнить процеси желатинування, іонного відкладення, негативно позначиться на плівкоутворенні і приведе до необхідності штучної дестабілізації латексу перед його застосуванням. Тому, залежно від області застосування латексу і технологічних прийомів його переробки, доцільно встановити оптимальні значення адсорбційної насиченості емульгатором латексних частинок.

Для оцінки якості натуральних латексів крім показників, розглянутих вище, використовують ряд специфічних характеристик, вживаних тільки для контролю цих латексів.

До них відносяться число КОН, число летючих жирних кислот (ЛЖК), вміст міді і марганцю, колір, запах.

Якщо число КОН більше 0,6...0,7, число ЛЖК більше 0,09...0,1, колір латексу яскраво виражений блакитний або зелений, а при нейтралізації борною кислотою з'являється запах гною, це свідчить про необоротні зміни, що відбулися в латексі. Останні спричинять за собою технологічні труднощі при переробці (зменшення механічної стабільності і стабільності при введенні оксиду цинку, утворень коагулюма, порушення плівкоутворення і т. д.).

Збільшення понад нормовані значення вмісту в натуральних латексах міді і марганцю викличе прискорене старіння полімеру при експлуатації виробів і вказує на необхідність коректування рецептур латексних композицій в частині застосування протизіставурювачів і речовин, створюючи з металами змінної валентності неактивні з'єднання.

Важливу інформацію про можливу поведінку синтетичних і штучних латексів при переробці дають технічні характеристики полімеру цих латексів: в'язкість по Муні і твердості по Дефо. Ці показники, характеризуючи деформаційні і реології властивості полімеру латексу, за інших рівних умов визначають поведінку латексів при плівкоутворенні, відповідальні за структуру плівок і фізико-механічні властивості матеріалів і виробів, отриманих з латексів. Необхідне чисельне значення в'язкості по Муні і твердості по Дефо зазвичай встановлюють при розробці латексу з урахуванням конкретного його застосування і конкретних умов його переробки. Слід, проте, мати на увазі, що показник твердості по Дефо є вельми грубою характеристикою полімеру. Однакових значень твердості полімеру по Дефо можуть набувати зшитий полімер з низькою молекулярною масою і полімер з високою молекулярною масою і низьким ступенем структуризації.

Природно, що в цьому випадку технологічні властивості латексу і властивості матеріалів і виробів, отриманих з цих латексів, відрізнятимуться. Тому, як додаткова характеристика полімеру латексу, особливо при створенні латексу і розробці технології його переробки, визначають вміст нерозчинної фракції (вміст гелю), а в окремих випадках молекулярну масу і молекулярно-масовий розподіл полімеру.

Окрім показників латексів, приведених в табл.1.1, для оцінки властивостей латексів широко використовується визначення так званих технологічних властивостей, оцінка яких диктується конкретним застосуванням латексу.

Так, якщо на основі латексів виготовляють високонаповнені композиції, наприклад, для апретування тафтингових прошивних килимів, оцінюють стійкість латексу до введення наповнювачів. При застосуванні латексу як основа клейових композицій здійснюють оцінку міцності зв'язку плівок з цього латексу з різними підкладками або міцності зв'язку між собою різних матеріалів, склеювання яких передбачається здійснити за рахунок латексної клейової композиції.

Якщо латекс використовується для виготовлення плівкових матеріалів (рукавички, балони і ін.), застосовується оцінка фізико-механічних властивостей плівок.

Латекси, вживані для водоемульсійних фарб, оцінюють по їх здібності до плівкоутворення і стійкості до заморожування. Можна привести ще більшу кількість методів оцінки технологічних властивостей латексів, в основі яких лежать спроби моделювання процесів переробки латексів чи прогнозування властивостей кінцевої продукції.

Нажаль, більшість методів оцінки технологічних властивостей латексів носить якісний характер, досить трудомісткий, а відтворюваність результатів недостатньо надійна, так як вимагає строгого дотримання ідентичності підготовки зразків і їх наступних випробувань, що не завжди може бути здійснено.