PL215290B1

PL215290B1 - Sposób otrzymywania kompozytów tlenkowych typu ZnO-SiO₂ impregnowanych emulsjami lateksu kauczuku naturalnego

Info

Publication number: PL215290B1
Application number: PL392208A
Authority: PL
Inventors: Teofil Jesionowski; Agnieszka Laurentowska
Original assignee: Politechnika Poznanska
Priority date: 2010-08-23
Filing date: 2010-08-23
Publication date: 2013-11-29
Also published as: PL392208A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania kompozytów tlenkowych typu ZnO-SiO2 impregnowanych emulsjami lateksu kauczuku naturalnego, mających zastosowanie jako adsorbenty lub aktywne napełniacze.

Ze względu na możliwości, jakie stwarza rozwój nanotechnologii, coraz większym zainteresowaniem cieszą się nanonapełniacze nieorganiczne, tj. nanokrzemionka oraz naturalne krzemiany (montmorylonit, smektyt, hemimorfit), a także syntetyczne krzemiany. Są one z powodzeniem stosowane w kompozytach elastomerowych i tworzywach termoplastycznych, o czym pisze M. Malesa, Nanonapełniacze kompozytów polimerowych. Elastomery 2004, 8, 12-17. Jednym z powodów poprawy właściwości nanokompozytów polimerowych jest interreakcja polimeru i organicznie modyfikowanych krzemianów. Niewielki dodatek takiego napełniacza odpowiednio zdyspergowanego w matrycy polimerowej tworzy dużo większą powierzchnię kontaktu polimer - napełniacz niż napełniacze konwencjonalne, co zostało scharakteryzowane w następującej publikacji J. S. Chen. M. D. Poliks. C. K. Ober. Y. Zhang, U. Wiesner. E. Giannelis. Study of the interlayer expansion mechanism and thermalmechanical properties of surface-initiated epoxy nanocomposites. Polymer 2002, 43, 4895 - 4904.

Ostatnio pojawiły się wzmianki na temat możliwości wprowadzenia dyspersji napełniacza do kauczuku w fazie lateksu. Varghese i Karger zastosowali naturalny montmorylonit do otrzymywania kompozytów z lateksu kauczuku naturalnego. Wodną dyspersję napełniacza, sporządzoną poprzez mieszanie mechaniczne za pomocą mieszadła, łączono z lateksem i pozostałymi składnikami w homogenizatorze. Otrzymane wulkanizaty charakteryzowały się lepszą wytrzymałością, dużą sztywnością oraz lepszą stabilnością termiczną niż wulkanizaty tradycyjne. Z emulsji kauczukowo-lateksowych zawierających napełniacze krzemianowe lub tlenkowe można wytwarzać granulaty kauczukowe, co zostało przedstawione w następującej publikacji S. Varghese, J. Karger-Kocsis, Natural rubber-based nanocomposites by latex compounding with layered silicates. Polymer 2003, 44, 4921-4927.

W przemyśle na szeroką skalę stosowane są lateksy zarówno naturalne, jak i syntetyczne, co związane jest przede wszystkim z ich wyjątkowymi właściwościami, a głównie z niezwykłą elastycznością i zdolnością do rozciągania. Ponadto są to związki charakteryzujące się wysoką wytrzymałością mechaniczną, odpornością na procesy starzenia, zmiany temperatury, rozcieńczanie czy działanie elektrolitów. Odznaczają się również niezwykłą zdolnością do zwilżania różnych materiałów (lnu, jedwabiu, skóry), co wynika z małego napięcia powierzchniowego. Stopniowe poznawanie tych fizykochemicznych i koloidalnych właściwości lateksu pozwoliło na produkcję nowych wyrobów, których nie można było otrzymać bezpośrednio z kauczuku. Wykorzystanie lateksu umożliwiło również uproszczenie produkcji niektórych wyrobów gumowych, co zostało scharakteryzowane w publikacji L. Piecyka. Lateks w przemyśle gumowym. Rynek Tworzyw 2002, 4, 13-14.

Właściwości materiałów modyfikowanych lateksami zależą od rodzaju i zawartości poszczególnych składników. Często nawet niewielkie zmiany mogą powodować istotne zmiany właściwości wytrzymałościowych. Stąd w przypadku kontynuacji badań konieczne są prace nad doborem składników poprawiających właściwości użytkowe gotowych wyrobów, co zostało zawarte w następującej publikacji A. Tarniowy, M. Lubecka, E. Grabowska. Lateksy syntetyczne - prace badawcze Ośrodka Badawczo-Rozwojowego Kauczuków i Tworzyw Winylowych w Oświęcimiu. Elastomery 2005, 9, 3-12.

Istotą wynalazku jest sposób otrzymywania kompozytów tlenkowych typu ZnO-SiO2 impregnowanych emulsjami lateksu kauczuku naturalnego, który polega na tym, że roztwory krzemianu sodu i chlor₃ ku cynku o stężeniu 3-10%, korzystnie 5%, dozuje się równocześnie z prędkością >6 cm³/min do emulsji lateksu kauczuku naturalnego o stężeniu 0,5-10%, korzystnie 1,5%, przy stosunku objętościowym reagentów 1:1:0,25, przy ciągłym mieszaniu z prędkością 1000-2000 obr./min, korzystnie 1600 obr./min. w temperaturze 20-80°C, korzystnie 30°C.

Korzystnym jest, gdy emulgatorem jest eter nonylofenylopolioksyetylenoglikolowy o średnim stopniu oksyetylenowania 5 albo 6, albo 9.

Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty technicznoużytkowe:

- strącony kompozyt ZnO-SiO2 charakteryzuje się małą średnicą cząstek oraz dużą powierzchnią właściwą, co umożliwia stosowanie go jako adsorbentu lub aktywnego napełniacza.

- syntetyczny kompozyt tlenkowy otrzymany proponowaną metodą przejawia charakter zdecydowanie hydrofobowy, co korzystne jest w przemyśle farb i lakierów, gdyż zmniejszone jest ryzyko rozwarstwiania się (destabilizacji) produktu końcowego.

PL 215 290 B1

- możliwość zastosowania kompozytu ZnO-SiO2 w wulkanizacji, zarówno jako aktywator procesu wulkanizacji, jak i napełniacz mieszanki gumowej.

- możliwość zastosowania w przemyśle farb i lakierów jako biały pigment i środek zagęszczający;

Wynalazek ilustrują poniższe przykłady:

P r z y k ł a d I

Otrzymywanie kompozytu tlenkowego przeprowadzono w reaktorze stosując technikę precypi₃ tacji. Do reaktora przed rozpoczęciem procesu strącania wprowadzono 50 cm^{1 2 3} 1,5% roztworu lateksu kauczukowego. Za pomocą pompy perystaltycznej dozowano równocześnie 5% roztwory chlorku cyn₃ ku i krzemianu sodu, w ilości 200 cm³. Stosunek objętościowy substratów był równy 1:1:0,25 (chlorek ₃ cynku:krzemian sodu:lateks). Założono stalą szybkość dozowania reagentów - 4,2 cm³/min. Podczas procesu strącania układ był intensywnie mieszany za pomocą mieszadła z szybkością 1700 obr./min. Wytrącanie kompozytu tlenkowego prowadzono w temperaturze 20°C. Otrzymany osad poddano filtracji pod zmniejszonym ciśnieniem, a następnie przemywano wodą w celu odmycia soli. Uzyskany w ten sposób produkt suszono stacjonarnie w temperaturze 105°C. przez 48 godzin.

Na fig. 1 przedstawiono zdjęcia mikroskopowo-elektronowe otrzymanego w powyższy sposób kompozytu. Na fig. 2 zademonstrowano rozkład wielkości cząstek uwzględniający ich udział objętościowy. Z kolei w tabeli 1 przedstawiono skład chemiczny oraz powierzchnię właściwą BET.

P r z y k ł a d II

Zastosowano 5% roztwór krzemianu sodu i 5% roztwór chlorku cynku z 5 cz. wag. eteru nonylofenylopolioksyetylenoglikolowego o średnim stopniu oksyetylenowania 5. Proces strącania przeprowadzono jak w przykładzie I.

Na fig. 3 przedstawiono zdjęcia mikroskopowo-elektronowe otrzymanego w powyższy sposób kompozytu tlenkowego. Na fig. 4 zademonstrowano rozkład wielkości cząstek względem ich udziału objętościowego. W tabeli 1 przedstawiono skład chemiczny oraz powierzchnię właściwą BET.

P r z y k ł a d III

Zastosowano 5% roztwór krzemianu sodu i 5% roztwór chlorku cynku z 5 cz. wag. eteru nonylofenylopolioksyetylenoglikolowego o średnim stopniu oksyetylenowania 6. Proces strącania przeprowadzono jak w przykładzie I.

Na fig. 5 przedstawiono zdjęcia mikroskopowo-elektronowe otrzymanego w powyższy sposób kompozytu. Na fig. 6 ukazano rozkład wielkości cząstek uwzględniający ich udział objętościowy. W tabeli 1 zademonstrowano skład chemiczny oraz powierzchnię właściwą BET.

P r z y k ł a d IV

Użyto 5% roztwór krzemianu sodu i 5% roztwór chlorku cynku z 5 cz. wag. eteru nonylofenylopolioksyetylenoglikolowego o średnim stopniu oksyetylenowania 9. Proces strącania przeprowadzono jak w przykładzie I.

Na fig. 7 zamieszczono zdjęcia mikroskopowo-elektronowe otrzymanego w powyższy sposób kompozytu. Na fig. 8 zademonstrowano rozkład wielkości cząstek uwzględniające jego udział objętościowy. W tabeli 1 przedstawiono skład chemiczny oraz powierzchnię właściwą BET.

Claims

1. Sposób otrzymywania kompozytów tlenkowych typu ZnO-SiO2 impregnowanych emulsjami lateksu kauczuku naturalnego, znamienny tym, że roztwory krzemianu sodu i chlorku cynku o stęże₃ niu 3-10%, korzystnie 5%, dozuje się równocześnie z prędkością >6 cm³/min do emulsji lateksu kauczuku naturalnego o stężeniu 0,5-10%, korzystnie 1,5%, przy stosunku objętościowym reagentów 1:1:0,25, przy ciągłym mieszaniu z prędkością 1000-2000 obr./min, korzystnie 1600 obr./min. w temperaturze 20-80°C, korzystnie 30°C.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do roztworu chlorku cynku dodaje się co najmniej 3 części wagowych eteru nonylofenylopolioksyetylenoglikolowego o średnim stopniu oksyetylenowania 5.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do roztworu chlorku cynku dodaje się co najmniej 3 części wagowych eteru nonylofenylopolioksyetylenoglikolowego o średnim stopniu oksyetylenowania 6.

PL 215 290 B1

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do roztworu chlorku cynku dodaje się co najmniej 3 części wagowych eteru nonylofenylopolioksyetylenoglikolowego o średnim stopniu oksyetylenowania 9.