1.1 Приготовление латексных смесей

Основу смеси составляет латекс с содержанием каучука не менее 50 % (лучше 60—70 %), в который необходимо ввести ряд ингредиентов; основные из них: вулканизующий агент, ускорители вулканизации, оксид цинка, наполнители, пигменты, антиоксиданты, пластификаторы, дополнительные ПАВ и вещества, регулирующие рН среды. Для получения качественных изделий необходимо, чтобы смесь была совершенно однородной по составу и распределению ингредиентов, свободной от частиц коагулюма, других механических включений и пузырьков воздуха.

В качестве вулканизующего агента используют чаще всего серу, причем значительные преимущества перед природной молотой имеет коллоидная сера. Имея меньшие размеры частиц, она лучше диспергируется в воде, образует устойчивую длительное время дисперсию, лучше распределяется в объеме латексной смеси.

Рис. 1.1 Кинетика вулканизации пленок из натурального латекса, содержащих молотую (1) и коллоидную (2) серу

Вулканизация с коллоидной серой протекает быстрее и глубже (рис, 1.1), поэтому дозировка ее примерно вдвое меньше.

Низкие температуры приготовления и использования латексных смесей позволяют применять ультраускорители вулканизации: диэтилдитиокарбамат цинка (этилцимат), дибутилдитиокарбамат цинка, цинковую соль 2-меркапто-бензтиазола (цинкапт), дипентаметилентиурамтетрасульфид (тетрон А), гептальдегиданилин и др.

Растворимые в воде компоненты смесей готовят в виде растворов рассчитанных концентраций, нерастворимые жидкие ингредиенты — в виде эмульсий (для сокращения времени приготовления и повышения устойчивости эмульсий целесообразно использовать ультразвуковой метод эмульгирования), порошкообразные ингредиенты — в виде дисперсий (получаемых с помощью коллоидных мельниц).

Латексную смесь получают в реакторах с мешалкой и рубашкой для поддержания оптимального температурного режима, куда дозируют сначала латекс, а затем при постоянном переме­шивании последовательно вводят растворы, эмульсии и дисперсии. Смесь перед использованием «вызревает» 24—48 ч при комнатной температуре (или несколько часов при 35—40 °С), при этом происходит некоторое перераспределение ингредиентов в системе, часть растворимых в каучуке компонентов диффундирует в состав глобул полимера, что способствует более качественной вулканизации.

1.2. Получение тонкостенных изделий

Общим для всех процессов получения тонкостенных изделий является формование слоя геля определенной толщины на форме, имеющей конфигурацию готового изделия, при ее погружении (макании) в ванну с латексной смесью (поэтому такие изделия часто называют макаными). Формы могут быть фарфоровыми (глазурованными или нет), стеклянными, металлическими, рези­новыми и др. Основное условие — достаточно быстрое отложение геля на форме и легкое снятие с нее готового изделия или заготовки.

Простейший способ отложения полимерной пленки основан на испарении воды из тонкого слоя латекса на форме при извлечении ее из ванны. За одно макание получается очень тонкая пленка с многочисленными точечными дефектами, поэтому операцию проводят несколько раз (многократное макание). При этом погружают форму в ванну быстро (5—10 с), а извлекают — медленно (I—5 мин), что необходимо для образования однородных по толщине стенок изделий. Каждое последующее погружение осуществляют на несколько меньшую глубину, поэтому толщина пленки к краю изделия уменьшается и облегчается закатка венчика. Методом многократного макания получают изделия с толщиной стенок не более 0,2 мм.

Образование слоя геля на форме может быть вызвано дестабилизацией латекса при нагревании, облегчаемой введением в латексную смесь термосенсибилизирующих агентов (поливинил-метиловый эфир, полипропиленгликоли, меркаптобензимидазолят натрия и др.) в количестве I—3 ч. на 100 ч. (по массе) каучука. Формы, нагретые до 60—100°С, погружают в такую латексную смесь, и толщина полученного слоя зависит от температуры формы, теплоемкости ее материала, степени термосенсибилизации латекса, времени выдержки. Процесс характеризуется высокой скоростью отложения геля и используется главным образом для изготовления изделий медицинского назначения.

Методы ионного отложения и коагулянтного макания основаны на взаимодействии латекса с электролитом (СаСl2, Са(NO3 )2 и др.), наносимым на форму.. В первом случае водный раствор электролита загущают введением каолина или белой сажи, и после макания формы в раствор на ней удерживается достаточное количество электролита. Этот способ — один из самых распростра­ненных, он позволяет получать изделия с толщиной стенок до 2 мм (радиозондовые оболочки и метеорологические шары, диэлектрические, хозяйственные перчатки и т.п.). Разновидностью ионного отложения является электроионное, когда смоченная раствором электролита форма подключается к аноду источника постоянного тока. За счет движения отрицательно заряженных частиц латексной смеси к положительно заряженной форме процесс отложения заметно ускоряется (рис. 1.2.1), и гель получается более плотным.

Рис. 1.2.1 Кинетика отложения геля из натурального латекса (—) и наирита Л-7 ( ) при коагулянтном макании (1), ионом (2, 2') и электронном отложе­ нии (3)

При покрытии отдельных участков формы диэлектриком отложение на них идет медленнее, что позволяет получать разнотолщинные изделия.

При коагулянтном макании электролит растворяют в летучем растворителе

(ацетон, этанол), и после макания формы в раствор происходит испарение

растворителя. Электролит остается на форме, и при погружении ее в латексную смесь вызывает отложение геля с довольно высокой скоростью (рис. 1.2.1).

Это позволяет получать не только тонкостенные изделия (хирургические и анатомические перчатки, детские соски и т. п.), но и изделия сложной конфигурации со значительной толщиной стенок (в основном, медицинского назначения).

Важной технологической операцией является уплотнение геля (синерезис), в результате которого содержание каучука в геле возрастает до 50—60 %, и прочность геля увеличивается. При синерезисе на воздухе водорастворимые компоненты остаются в составе геля, что приводит к заметному набуханию изделий в воде (и уменьшению их прочностных характеристик). При водном синерезисе эти компоненты удаляются, и набухание существенно снижается (рис. 1.2.2), поэтому для изделий, длительное время контактирующих с водными средами при эксплуатации, синерезис на воздухе должен быть как можно более кратковременным, а в воде — достаточно длительным.

Рис. 1.2.2. Зависимость набухаемости в воде пленок из натурального латекса от продолжительности водного (1) и воздушного (2) синерезиса при 70 ⁰С

Сушка гелей — самая длительная операция в производстве маканых изделий. Обычные воздушные сушильные камеры с позонным повышением температуры от 70—80 до 100—110°С достаточно эффективны только для довольно тонких пленок. На начальных стадиях сушки на поверхности образуется плотная резиновая пленка, сильно затрудняющая удаление влаги из внутренних слоев. Поэтому с увеличением толщины пленок время сушки существенно возрастает, и при толщине изделий свыше 3 мм становится настолько большим, что процесс оказывается экономически невыгодным. Процесс сушки ускоряется в 1,5— 2 раза при использовании предварительно ионизированного воздуха. Для предотвращения образования резиновой пленки желательно разогревать гель не с поверхности, а по всему объему, что возможно при обогреве СВЧ-энергией (при этом местных перегревов нет даже при сушке разнотолщинных изделий).

Вулканизация изделий обычно осуществляется на формах в среде воздуха при температурах порядка 120—140 °С.

Получение радиозондовых оболочек методом иоииого отложения

Радиозондовая оболочка представляет собой полый резиновый эллипсоид с трубчатым отростком для наполнения газом. Оболочки выпускают на основе хлоропреновых латексов (Л-7 или Л-М) трех размеров:

Марка оболочки 100 150 200

Начальный диаметр, см 90—100 140—150 190—210

Масса оболочки, г 350—450 850—950 1500—1700

Средняя высота подъема, 15 26 26 км, не менее

Так как полихлоропрен способен к термовулканизации, вводить какие-либо ингредиенты и готовить латексную смесь не надо. Коагулянт — водный раствор хлорида кальция (≈25 % мас.), содержащий в качестве загустителя белую сажу (4,2 % мае.), готовят в реакторе, и после контроля по вязкости подают в первую ванну макания. Латекс из емкости хранения по стеклянным трубо­проводам сливают во вторую ванну макания.

Ребристые формы из нержавеющей стали закрепляют в рамах по 12—24 штуки, и дальнейшее перемещение рам осуществляется краном-манипулятором, работающим в автоматическом режиме. В исходной позиции кран захватывает раму, переносит ее к первой ванне, опускает формы в коагулянт и после извлечения выдерживает над ванной до полного стекания раствора. Затем кран поворачивает раму формами вверх, переносит ее ко второй ванне, снова поворачивает на 180° и погружает формы в латекс. Здесь в течение 10—20 мин на формах образуется слой геля нужной толщины (1,7—1,9 мм), после чего формы извлекают, и избыточный латекс стекает обратно в ванну. После каждого макания в ванну автоматически добавляется латекс для поддержания заданного уровня.

Синерезис проводят в ванне с горячей (45±5°С) водой до достижения гелем необходимой прочности. Рама с формами устанавливается в ванне, высвобождается из захватов крана, и он перемещается вдоль ванны синерезиса и выгружает из нее раму, на формах которой процесс синерезиса завершился. Эту раму переносят к ванне с тальковой суспензией, формы погружают в суспензию и сразу извлекают. Затем кран перемещает раму к месту съема оболочек, оставляет ее, возвращается на исходную позицию и начинает новый цикл работы.

Оболочки вручную снимают с форм, укладывают на тележки и транспортируют в отделение сушки, а раму с освобожденными формами возвращают к исходной позиции крана. Проталькированные изнутри и снаружи оболочки надевают на втулки подвесок, закрепленных на цепном конвейере, и раздувают в 3,5— 4 раза воздухом с температурой 30 ±5 °С. Оболочки на конвейере в течение 2—3 ч проходят две зоны сушки, где поддерживается температура 35 ±5 и 42 ±8 °С соответственно, после чего их сни­мают с втулок, засыпают внутрь тальк, и воздух откачивают. Оболочки раскладывают в один слой на полках тележек, которые закатывают в камеру, где в течение 2 ч при температуре 120 °С в воздушной среде проходит термовулканизация каучука. Гото­вые оболочки маркируют и упаковывают в картонные коробки.