Исследование влияния термостабилизаторов на свойства триацетатов целлюлозы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование влияния термостабилизаторов на свойства триацетатов целлюлозы

Р. Балтабаев, М. Эшмухамедов

Аннотация

В статье приведены результаты исследования увеличения термостабильности триацетатного целлюлозы путем введения в его состав термостабилизаторов. Определено, что ухудшение физико-механических свойств полимерных материалов; перерабатываемых при высокой температуре, происходит за счет термоокислительной деструкции, приводящей к изменению состава основной цепи макромолекулы и снижению молекулярной массы, а также предложены применение термостабилизаторов для устранения этого процесса при высоких температурах.

Ключевая слова: термостабильности триацетатного целлюлозы, термоокислительной деструкции, волокна, безотходная технология, формования, антиоксидант, термообработка, этерификация, степен полимеризации, бисоставные волокна

Annotation

The article presents the results of a study of increasing the thermal stability of triacetate cellulose by introducing heat stabilizers into its composition. It has been determined that the deterioration of the physical and mechanical properties of polymeric materials; processed at high temperature, occurs due to thermal oxidative degradation, leading to a change in the composition of the main chain of the macromolecule and a decrease in molecular weight, and the use of thermal stabilizers to eliminate this process at high temperatures is also proposed.

Key words: thermal stability of cellulose triacetate, thermo-oxidative degradation, fibers, waste-free technology, spinning, antioxidant, heat treatment, esterification, degree of polymerization, bicompound fibers

Важнейшей задачей работников химической, нефтехимической отрасли на ближайшие годы является создание безопасных новых технологий и оборудований, отвечающих требуемого качества стандартов, обеспечение выпуска материалов, оборудования, приборов и другой продукции, отвечающей по технико-экономическим показателям высшему мировому уровню, а также внедрение прогрессивных технологий и передовых методов организации производства, чтобы на этой основе существенно повысить производительность труда во всех отраслях народного хозяйства. Особое значение данное указание приобретает для химической промышленности.

Для обеспечения технического прогресса в промышленности химических волокон необходимо создавать такие технологические процессы, которые позволили бы снизить расход сырья, энергоресурсов, дефицитных материалов и потребление воды. Основной целью является перевод основных предприятий искусственных и синтетических волокон на бессточную и безотходную технологию. Особое внимание уделяется созданию волокон с улучшенными потребительскими и гигиеническими свойствами, которые используются для производства товаров широкого потребления.

Как известно, триацетатные волокна формуют сухим способом из растворов, при котором волокна образуются в результате испарения при повышенной температуре органического растворителя метиленхлорид из струек раствора, вытекающих из отверстий фильеры.

Поэтому, в плане вышеизложенного, эффективность производства триацетатных волокон можно значительно повысить, заменив сухой способ формования их формованием из расплава. При этом методе формования обезвреживается и удешевляется производство благодаря исключению из технологического процесса всех операций, связанных с получением прядильных растворов (растворение, фильтрация, обезвоздушивание), устраняется необходимость улавливания растворителей.

Роль термостабилизатора заключается в поглощении кислорода и связывании гидролитических агентов или обрыве цепных реакций, инициируемых активными радикалами. Обычно для термостабилизации изделий на основе ацетатов целлюлозы применяются производные фенолов.

Исходя из вышеизложенного в качестве термостабилизаторов для (ТАЦ с СП = 270; количество связанной уксусной кислоты - 60,5 % ) применены следующие соединения:

I. Бис - 2 -окси-5-метил- З-третбутил-фенил сульфид (САО-б)

2. 4-метил-2, 6-ди-третбутилфенол (алкофен БП)

3.Бис-(2-окси-5-метил-3-трет-бутилфенлл)-метан

(Антиоксидант-2246)

4. 2,5-ди-третбутилгидрохинон (дибуг)

6-амино-9-экси-антрахинон (дисперсный краситель)

Механизм действия вышеуказанных соединений основан на том, что при каталитической распаде гидроперекисей образуются радикалы R0. и R0.2 являющиеся носителями кинетических цепей окисления.

Появление феноксильных радикалов в таких моделирующих окисление системах свидетельствует об отрыва гидроксильного водорода фенола активными радикалами, как о первичном элементарном акте ингибирования, причем реакционная способность ОН - группы в феноле является одной из важнейший характеристик фенола как ингибитора.

Термостабилизирующие способности указанных соединений изучали по изменению характеристической вязкости и количества связанной уксусной кислоты в ТАЦ. В качестве объектов исследования использовали ТАЦ пленки, отлитые из раствора триацетата целлюлозы с добавками термостабилизаторов. Пленки для изучения их устойчивости к действию термоокислительной деструкции помещали на камеру при 493, 523 , 543 К на 600 - 1800 с. термостабильность триацетатный целлюлоза

В таблице 1 представлены сравнительные данные по влиянию различных количеств термостабилизаторов на молекулярную массу триацетата целлюлозы, подвергшегося действию высоких температур.

Как видно из данных таблицы 1, характеристическая вязкость триацетата целлюлозы без стабилизатора уменьшается от 1,70 до 1,1 при 600 с воздействия температуры 543 К и до 0,38 при воздействии 493 К в течение 1800 с (рис. 1).

2246, антрахинон, САО-6.

Рис. 1. Влияние природы стабилизаторов на изменении характеристической вязкости ТАЦ, прогретых при различных температурах.

Введение термостабилизаторов приводит к уменьшению деструктирующего действия высоких температур. Так при 548 К, характеристическая вязкость ТАЦ с добавкой 0,5 % САО-6 и 1,0 % антиоксиданта - 2246 меньше, изменяется чем у исходного ТАЦ. Подобные результаты наблюдаются и при использовании в качестве термостабилизатора дибуга (0,5 и 1,0 % от массы ТАЦ). Наибольшей стабилизирующей способностью обладает антиоксидант-2246 и антрахиноновый краситель в количестве 1,0 % (от массы ТАЦ), как при 523К, так и при 548 К. Одновременно в присутствии этих же стабилизаторов наблюдается наименьшее уменьшение количества связанной уксусной кислоты (от 60,5% до 58,5%), а для исходного триацетата целлюлозы от 60,5 до 50,0%. Поскольку целью нашей работы являлось получение термостабильного ТАЦ для формования из расплава волокон, нами исследовалась термическая устойчивость его при температуре плавления.

Таблица 1. Влияние природы стабилизаторов на деструкцию пленок ТАЦ при прогреве в течении 600 с.

Рис. 2. Зависимост удельной вязкости исходного (I) и с содержанием 1,0 % антиоксиданта - 2246 (2) ТАЦ при прогреве.

Термостабильность исходного ТАЦ и с добавками термостабилизаторов проверяли по изменению удельной вязкости 0,25%-ного раствора расплава полимера в смеси метиленхлорид-спирт (9 : I ). Для этой цели были получены расплавы указанных продуктов

Результаты исследования приведены на рис. 2. Как видно из данных рисунка 2, при получении расплава полимера без термостабилизатора, с повышение температуры удельная вязкость уменьшается от 0,37 до 19. В то же время при плавлении полимера с термостабилизатором, удельная вязкость его уменьшается всего на 13 %. Аналогичные результаты получены при исследовании физико-механических свойств пленок триацетата целлюлозы с добавками других термостабилизаторов. Данные представлены в таблице 2.

Из данных таблицы 2 видно, что наилучший эффект стабилизации полимера получен в присутствии антиоксиданта - 2246 и антрахинонового красителя в количестве 1,0 % (от шасси ТАЦ). При этом физико-механические свойства пленок остается на уровне пленок из исходного ТАЦ до термообработки.

Исходя из выше указательного, в дальнейшей в качестве стабилизатора термоокислительной деструкции при формовании триацетатных век локон из расплава использовали антиоксидант - 2246 и антрахиноновый краситель. В таблицах 3, 4 приводятся данные по формованию волокон из стабилизированного триацетата целлюлозы антиоксидантом 2246 и антрахиноновым красителем.

Таблица 2. Влияние природы и количества стабилизатора на физико-механические показатели, термообработанных в течение 10 мин. ТАЦ - пленок Х/У.

Таблица 3. Влияние количества стабилизатора на механические свойства и степень деструкции ТАЦ волокон (температура формования - 633 К, скорость - 860 м/мин, давление - 3,2 Мпа.

х/ у исходного ТАЦ СП = 270

Как видно из таблицы 3. введение антиоксиданта - 2246 затормаживает процесс деструкции. Это выражается в незначительной изменении СП ТАЦ после формования. Достаточной количеством стабилизатора является 0,7 - 1,0 % от кассы триацетата целлюлозы.

Таблица 4. Влияние количества дисперсного антрахинонового красителя на свойства ТАЦ волокон (Т- 633 К,V- 440 м/мин, Р - 3,2 МПа).

Как видно из таблицы 4, в присутствии дисперсного красителя наблюдается наименьшее изменение СП полимера под действием высокой температуры. Так ТАЦ волокна после формования без красителя имеют СП-185, а при введении 1,5 % красителя в ТАЦ СП составляет 245. При этом полученное окрашенное волокно обладает повышенными физико-механическими свойствами прочность равна 18,4 сН/текс, а удлинение - 24,7 %.

Исследования показали, что подобные результаты можно получить при применении в качестве термостабилизатора диметил-бис-(п-фениламинофенокси)-силана (СП). Причем. его можно вводить в процессе получения триацетата целлюлозы. Для этого ацетилирование целлюлозы осуществляли по обычному методу, используя в качестве катализатора хлорную кислоту. По окончании этерификации к "сиропу" добавляли уксуснокислый раствор стабилизатора в количестве 0,2-1,0 % от массы исходной целлюлозы. Высаживание, промывку и сушку стабилизированного триацетата целлюлозы проводили обычным способом. Триацетат целлюлозы в результате подобной стабилизации получался окрашенным в оранжевый цвет. Действие стабилизатора проверяли по изменению степени полимеризации ацетата целлюлозы до и после прогрева при 433 К в течение 1800 с (рис.4).

Рис. 4. Влияние количества стабилизатора на уменьшение СП триацетата целлюлозы после прогрева при 463 К.

Как видно-из рис.4, СП является весьма эффективным стабилизатором, обеспечивающим при термообработке сохранение практически исходной степени полимеризации. Установлена, что добавление к ТАЦ термостабилизаторов перед термообработкой или в процессе его синтеза приводит к значительному уменьшению деструкции, которая происходит при эксплуатации его при высоких температурах.

Таким образом, била достигнута уменьшение степень деструкции ТАЦ с добавление термостабилизаторов. Исследованы структура и свойства полученных волокон и показано, что бисоставные волокна по физико-механическим показателям превосходят волокна на основе ТАЦ.

Литература

1. Осилила А.А., Композиционные полимерные материалы, Киев, изд-во Паукова душка, 1980 г. вып.6, с.15-48.

2. Кестельман В.Н. Физические методы модификации полимерных материалов, М., издательство "Химия", 1980, с.17-21.

Размещено на Allbest.ru