Латексы (Коллоидная Химия)

1.1. Определение и классификация латексов

Латекс — микрогетерогенные природные (млечный сок каучуконосных растений) или искусственные системы, которые представляют собой водные дисперсии коллоидных каучуковых частиц (глобул), стабилизированных поверхностно-активными веществами эмульгаторами.
Современный ассортимент латексов, выпускаемых в различных странах, насчитывает сотни наименований. Поэтому совершенно необходимой является классификация латексов по тем или иным приз­накам.
Латексы классифицируют прежде всего в зависимости от их происхождения. В соответствии с этим признаком различают латексы: натуральные, синтетические, искусственные и модифицированные (последние можно отнести к этому типу классификации несколько ус­ловно).
Натуральный латекс представляет собой млечный сок каучуконос­ных растений (деревьев, кустарников или ползучих растений), однако в настоящее время он добывается только из бразильской гевеи.
…

1.2. Особенности дисперсности латексов

Частицы синтетических латексов имеют, как правило, сферическую или близкую к ней форму. В ряде случаев в устойчивых латексах образуются вторичные частицы — гроздья слипшихся, но не коалесцировавших (т. е. не слившихся) первичных глобул. На рис. 1 приведены некоторые типичные электронные микрофотографии синте­тических латексов.

Рис. 1. Электронные микрофотографии синте­тических латексов: а — латекс, состоящий из отдельных глобул; б — агрегиро­ванный латекс
Диаметры частиц синтетических латексов обычно лежат в пределах 10-6 – 10-5 см. Форма и размеры частиц синтети­ческих латексов тесно связаны с механизмом и физико-хи­мическими особенностями процесса эмульсионной полиме­ризации. Не останавливаясь специально на характеристике эмульсионной полимеризации, обстоятельно рассматри­ваемой в соответствующих руководствах, отметим лишь следующее.
…

1.3. Вязкость латексов и факторы, влияющие на нее

Вязкость синтетических латексов является важным технологическим параметром, во многом определяю­щим их поведение, как в процессе получения, так и при после­дующей переработке.
Вязкость системы в процессе синтеза оказывает решающее влияние на возможность эффективного отвода теплоты поли­меризации, т. е. поддержания заданной температуры в реак­торе при выбранных размерах аппарата и условиях перемеши­вания. Очевидно, что экономически должно быть выгодным, при прочих равных условиях, использовать полимеризаторы максимального объема и рецепты полимеризации, обеспечи­вающие максимальную скорость реакции при минимальном относительном количестве водной фазы. Однако успешной реализации этих требований на практике препятствует именно высокая вязкость полимеризационной системы, особенно при низких температурах полимеризации, .необходимых в целом ряде случаев для обеспечения нужного качества продукции (полимеров и товарных латексов).
…

1.4. Заряд и электрокинетический потенциал частиц в латексах, межфазные характеристики

Частицы латексов, синтезированных с примене­нием ионогенных эмульгаторов, электрически заряжены и обладают электрофоретической подвижностью. Знак заряда определяется природой эмульгатора. Так, анионактивные эмульгаторы сообщают частицам отрицательный электри­ческий заряд, поскольку на их поверхности в данном слу­чае адсорбируются поверхностно-активные анионы.
Общепринятые в коллоидной химии представления о структуре диффузного двойного электрического слоя ионов, возникающего на границе частица — среда, могут быть распространены и на латексы.
В связи с коагулирующим действием электролитов ши­рокое распространение приобрели взгляды, согласно кото­рым агрегативная устойчивость синтетических латексов, стабилизованных адсорбционными слоями ионогенных эмульгаторов, связана с зарядом латексных частиц и струк­турой двойного электрического слоя ионов, образующегося у их поверхности.
…

2.1. Агрегативная устойчивость

Об агрегативной устойчивости латексов, строго говоря, можно рассуждать лишь условно, поскольку они (в отличие, например, от растворов полимеров или мыл) тер­модинамически неустойчивы, как и подавляющее большинство систем с высокоразвитой межфазной поверхностью. Тем не менее, на практике удается так подбирать рецептуру и условия эмульсионной полимеризации, чтобы предотвратить коагуля­цию получаемых латексов не только в процессе их синтеза, но и в условиях предварительной переработки (отгонки непрореагировавших. мономеров, перекачки насосами, концентрирования и т. п.) и более или менее длительного хранения. Такую псевдоустойчивость системы невозможно обеспечить простым снижением ее межфазного натяжения, поскольку свободная межфазная энергия в латексе в любом случае ос­тается положительной.
…

2.2. Коагуляция электролитами

Как уже было указано, теория ДЛВО удовлетворительно описывает некоторые факты, связанные с коагуляцией синтетических латексов, стабилизо­ванных ионными ПАВ, под действием электролитов. К сожа­лению, количественная проверка применимости основных урав­нений этой теории к латексам встречает серьезные затрудне­ния в связи с практической невозможностью достаточно точного экспериментального определения ряда параметров в указанных уравнениях, в частности потенциала диффузной части двойного слоя φδ и константы Хамакера А (дисперсионного взаимодействия), скорректированной с уче­том наличия гидратированных адсорбционных слоев. Попытки такого рода с полистирольными латексами не привели к по­ложительным результатам.
Устойчивость смесей различных латексов к электролитам определяется порогом коагуляции менее устойчивого компонента, который образует исходные центры коагуляции смеси.
…

2.3. Механическая коагуляция и замораживание

Классическая гидродинамика рассматривает ме­ханическую коагуляцию коллоидных дисперсий только под одним углом зрения: во сколько раз больше вероятность столк­новений частиц в ламинарном и турбулентном потоках, чем в покоящейся среде (за счет одного лишь броуновского дви­жения). При этом, полагая все соударения эффективными, сравнивают значения скорости быстрой коагуляции а) по Смолуховскому (броуновской коагуляции) и б) в поле напря­жений сдвига (градиентной коагуляции), т. е. игнорируется фактор относительной эффективности столкновений частиц в том и другом случаях. Между тем, реальные синтетические латексы, благодаря наличию гидратированных защитных оболочек, в отсутствие астабилизующих влияний могут храниться без заметных изменений неопределенно долгое время, т. е. вероятность эффективных соударений глобул и соответственно скорость их броуновской коагуляции практически равны нулю.
…

Заключение

Латекс — микрогетерогенные природные или искусственные системы, которые представляют собой водные дисперсии коллоидных каучуковых частиц (глобул), стабилизированных поверхностно-активными веществами эмульгаторами.
Латексы классифицируют: натуральные, синтетические, искусственные и модифицированные (последние можно отнести к этому типу классификации несколько ус­ловно).
Частицы синтетических латексов имеют, как правило, сферическую или близкую к ней форму. Диаметры частиц синтетических латексов обычно лежат в пределах 10-6 – 10-5 см.
По мере протекания процесса эмульсионной полимеризации вязкость латексов системы изменяется с из­менением межфазной поверхности.
…