CC BY
12
№ 7 (88)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2021 г.
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
DOI: 10.32743/UniTech.2021.88.7.12121
ПОЛУЧЕНИЕ РАСТВОРОВ СОПОЛИМЕРОВ СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ С ПОЛИВИНИЛАЦЕТАТОМ В СМЕСЯХ ДИМЕТИЛФОРМАМИДА И ЧЕТЫРЕХОКИСИ АЗОТА
Сафаров Бахри Жумаевич
канд. техн. наук, доц. кафедры «Технология переработки нефти», Бухарский инженерно-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Бухара E-mail: safarov. baxri@mail. ru
Наубеев Темурбек Хасетуллаевич
канд. техн. наук, доц. кафедры «Технология нефти и газа» Каракалпакского Государственного Университета, г. Нукус
Е-mail: timan@05mail. ru
PREPARATION OF SOLUTIONS OF COPOLYMERS OF CELLULOSE SULPHATE WITH POLYVINYL ACETATE IN MIXTURES OF DIMETHYL FORMAMIDE
AND NITROGEN TETEROXIDE
Baxri Safarov
candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department "Oil Refining Technology" of the Bukhara Institute of Engineering and Technology, the
Republic of Uzbekistan, Bukhara
Naubeev Temirbek Xasetullaevich
сandidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of
«Oil and Gas Technology», Karakalpak State University, Nukus
АННОТАЦИЯ
В данной работе исследование вязкостных свойств приготовленных на основе сополимеров целлюлозы с поливинилацетатом (степень прививки 12,20 и 30 %) в смесях ДМФ и ^О4 концентрированных растворов показало, что с увеличением содержания привитого компонента вязкость эквиконцентрированных растворов закономерно уменьшается. Найденная зависимость вязкости растворов от соотношения ДМФ: ^О4 и температуры позволила определить оптимальный состав прядильных растворов, обладающих необходимой технологической стабильностью и минимальной вязкостью.
ABSTRACT
In this work, the viscosity properties of concentrated solutions prepared on the basis of copolymers of cellulose with polyvinyl acetate (grafting degree 12.20 and 30 %) in mixtures of DMF and N204 of concentrated solutions were investigated.It showed that with an increase in the content of the grafted component, the viscosity of equiconcentrated solutions regularly decreases. The found dependence of the viscosity of solutions on the DMF: N204 ratio and temperature made it possible to determine the optimal composition of spinning solutions with the required technological stability and minimum viscosity.
Ключевые слова: модифицированный целлюлозный материал, волокно, сополимер, высокомолекулярное соединение, гомополимер, аппарат Сокслета, винилацетат, церийаммонийнитрат, диметилформамид (ДМФ), жидкие окислы, привитые сополимеры поливинилацетата (ПВА).
Keywords: modified cellulosic material, fibers, copolymer, macromolecular compound, homopolymer, Soxhlet apparatus, vinyl acetate, cerium ammonium nitrate, dimethylformamide (DMF), liquid oxides, graft copolymers of poly-vinyl acetate (PVA).
Библиографическое описание: Сафаров Б.Ж., Наубеев Т.Х. Получение растворов сополимеров сульфатной целлюлозы с поливинилацетатом в смесях диметилформамида и четырехокиси азота // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2021. 7(88). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12121
№ 7 (88)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2021 г.
Одним из способов получения модифицированных целлюлозных материалов является формование волокон из растворов сополимеров целлюлозы с синтетическими полимерами. Трудности, связанные с растворением этих сополимеров, явились одной из причин того, что прививку проводят главным образом на готовые изделия.
В настоящее время известен ряд новых неводных растворителей целлюлозы, позволяющих получать растворы как смесей целлюлозы с другими высокомолекулярными соединениями, так и ее сополимеров, пригодных для дальнейшей переработки в волокна и пленки [2].
Одним из преимуществ получения волокон и пленок из растворов сополимеров целлюлозы с синтетическими высокомолекулярными соединениями является упрощение процесса модификации целлюлозы и расширение ассортимента изделий, изготовляемых из нее. Кроме того, отпадает необходимость в отмывке гомополимера, являющейся обязательной стадией при прививке мономеров на готовые изделия. В данной работе исследован процесс получения
привитых сополимеров поливинилацетата (ПВА) на листовой предварительно измельченной сульфатной целлюлозе, найдены условия приготовления концентрированных растворов данных сополимеров, исследованы их вязкостные свойства и оценена возможность их переработки в волокна.
Экспериментальная часть. В качестве исходных материалов использовали древесную сульфатную целлюлозу с исходной степенью полимеризации 560, свежеперегнанный винилацетат, церийа-ммонийнитрат марки «чистый», диметилформамид (ДМФ) марки «чистый», жидкие окислы азота (N204).
Для получения привитого сополимера в водный раствор винилацетата вводили навеску измельченной сульфатной целлюлозы, и после термостати-рования при 40° в смесь добавляли в качестве инициатора прививки раствор церийаммонийнитрата в 0.1 н. азотной кислоте. Реакцию проводили в атмосфере азота.
Рисунок 1. Зависимость вязкости п (сП) от концентрации раствора сополимера Целл/ПВА С(%)
ДМФ:^04
Рисунок 2. Зависимость вязкости 8%-ного раствора сополимера Целл/ПВА т) (сП) от соотношения компонентов растворяющей смеси ДМФ : N204 (масс. ч.)
Состав привитых сополимеров регулировали изменением продолжительности процесса прививки. Непрореагировавший винилацетат удаляли перегонкой с водяным паром. Гомополимер отделяли экстракцией ацетоном в аппарате Сокслета. Привес поливинилацетата определяли по соотношению разности масс образца после отмывки гомопо-лимера и исходного образца к первоначальной массе целлюлозы (в процентах).
В качестве растворяющей смеси использовали диметилформамид и четырехокись азота.
Вязкость концентрированных растворов привитого сополимера целлюлозы с поливинилацета-том (Целл/ПВА) в таком бикомпонентном растворителе измеряли методом падающего шарика.
Формование нитей из исследуемых растворов проводили в водно-диметилформамидную ванну на лабораторной установке МУЛ-1 через фильеру с 40 отверстиями диаметром 0,08 мм с отрицательной фильерной вытяжкой. Свежесформованные волокна дополнительно вытягивали на воздухе на 50-150 %.
Разрывные характеристики (прочность и удлинение) определяли на установке РМ-3.
В результате прививки поливинилацетата на целлюлозу и после удаления гомополимера получены три вида сополимеров, содержащих соответственно 12, 20 и 30 % ПВА. Данные сополимеры полностью растворяются в смеси диметилформа-мида с четырехокисью азота в течение 1-1,5 ч при комнатной температуре. Полученные растворы представляют собой однородную гомогенную вязкую жидкость темно-зеленого цвета.
Нами измерены вязкостные свойства концентрированных растворов синтезированных сополимеров. С увеличением содержания в привитом сополимере поливинилацетата с 12 до 30 % вязкость 8 %-ных растворов уменьшается с 325 до 159 сП. Для сравнения вязкость 8 %-ного раствора целлюлозы составляет 648 сП. Общие закономерности в поведении концентрированных растворов сополимеров Целл/ПВА в системе диметилформамид - четырех-окись азота мы изучали на примере сополимера с
№ 7 (88)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2021 г.
20 %-ным содержанием поливинилацетата. Нами были получены растворы изучаемого сополимера разной концентрации (от 5 до 10 %) и измерена их вязкость. Известно, что при увеличении концентрации полимера возрастает степень структурирования раствора полимера за счет усиливающегося взаимодействия макромолекул, а следовательно, увеличивается его вязкость. Такая зависимость вязкости от концентрации наблюдается и для сополимера Целл/ПВА (рис. 1).
Характер изменения вязкости концентрированного раствора во времени следует рассматривать как суммарный результат влияния двух противоположных тенденций: повышения вязкости в результате ассоциации макромолекул сополимера, ведущей к структурированию раствора, и понижения вязкости из-за протекающей в растворе деструкции сополимера.
Таблица 1.
Физико-механические показатели нитей, сформованных из 8 %-ного раствора сополимера Целл/ПВА с 12 %-ным содержанием ПВА, в зависимости от состава осадительной ванны
Состав осадительной ванны, Прочность Удлинение
ДМФ : Н2О (сН/текс) (%)
20 : 80 15,3 12,4
30 : 70 17,9 13,6
50 : 60 19,4 15,0
60 : 40 18,2 15,5
80 : 20 14,2 10,3
Как видно из рис. 2, вязкость изучаемых растворов в значительной степени зависит от состава бикомпонентного растворителя. Минимальная вязкость для 8 %-ного раствора сополимера Целл/ПВА наблюдается при соотношении ДМФ: N204, равном 80 : 20. При дальнейшем увеличении (как и при уменьшении) количества четырехокиси азота в растворяющей смеси вязкость увеличивается, что связано с ухудшением качества растворителя по отношению к целлюлозе [1].
Большое влияние на вязкость исследуемых растворов оказывает температура.
С увеличением температуры вязкость раствора сополимера Целл/ПВА уменьшается. Интересен тот факт, что при охлаждении до комнатной температуры (20°) растворов сополимеров, прогретых в течение 1 ч при 30-50°, их вязкость не изменяется, т.е. возвращается к величине вязкости, полученной для непрогретого раствора (при 20°). Проведенные
исследования зависимости вязкости растворов от концентрации сополимера, температуры, соотношения диметилформамида четырехокиси азота и времени стояния растворов позволили найти оптимальные условия подготовки концентрированных растворов сополимеров Целл/ПВА к формованию.
Исследование процесса формования показало, что наиболее приемлемым составом осадительной ванны, позволяющим получать эластичные нити с удовлетворительными физико--механическими показателями, являются смеси диметилформамида с водой при соотношении компонентов 50 : 50 и 60 : 40 (см. табл. 1).
Таким образом, на основании вышеизложенных данных можно сказать, что концентрированные растворы синтезированных сополимеров целлюлозы с ПВА пригодны для дальнейшей переработки в волокна с удовлетворительными физико-механическими показателями.
Список литературы:
1. Кулезнев В.Н., Шершнев В.А. Химия и физика полимеров -2-е изд., перераб М.: «КолосС», 2007.-365 с.: (учебник для химико-технологических специальностей вузов).
2. Папков С.П. Физико-химические основы производства искусственных и синтетических волокон. - М. : Химия, 1972.
3. Роговин З.А. Химические волокна. - М. : Химия, 1974. - Т. 1, 2.
