Получение пористых эластомерных материалов вымыванием растворимых веществ

Пористые эластичные материалы с открытыми сообщающимися порами получают на основе полиуретанов, натурального или синтетических латексов. Если требуются резины со специальными свойствами, например строго определенными размерами пор, поглощающей способностью, проницае­мостью и т. д., в смесь вводят водорастворимые вещества с определенной дисперсностью, резиновую смесь формуют и вулканизуют. Затем раство­римую фракцию вымывают водой или растворителем, и после высушива­ния получают готовое изделие. В качестве водорастворимых веществ ис­пользуют гидратированный сульфат магния [12; пат. США 3928521, 1975], хлорид натрия (яп. пат. 51-20066, 1976), крахмал (фр. пат. 1391717,1965).

Процесс получения включает размол солей до определенной дисперс­ности, фракционирование, введение требуемой фракции в резиновую смесь в количестве 40-75% (об.), вулканизацию и выщелачивание. При исполь­зовании гидратированных солей под действием высокой температуры в процессе вулканизации кристаллизационная вода частично освобожда­ется и обеспечивает вздутие матрицы и образование взаимосвязанных ка­налов. Выщелачивание проводится путем промывки изделия горячей (60-100 °С) водой, затем проточной водой комнатной температуры. Для ускорения процесса отмывки предложено использовать растворители, например диметилформамид (а. с. ЧССР 158948, 1975). После промывки пористую резину сушат при 150-175 °С.

Методом вымывания растворимых веществ получают резины для изго­товления печатных штампов, валиков для нанесения краски.

Материал для резинового штампа получают совулканизацией слоев резиновой смеси на основе БНК и нанесенной на него пасты на основе того же каучука и метилэтилкетона, содержащей 900 ч. (масс.) хлорида натрия с частицами размером 40-50 мкм. Вулканизация проводится при 155 ⁰С под давлением 8-16 МПа. NaCl удаляют промывкой водой.

Для получения изделий с требуемой жесткостью и проницаемостью в композицию кроме растворимых веществ добавляют порообразующие агенты (яп. пат. 41936, 1973). Листовые изделия с различной проницае­мостью по слоям изготавливают путем дублирования листов резиновой смеси, содержащих различные количества растворимых веществ разной дисперсности и порофоров с разными температурами разложения.

Свойства пористых материалов, получаемых вымыванием раствори­мых веществ, зависят от ряда факторов, важнейшими из которых явля­ются: степень наполнения и способ введения наполнителя, дисперсность наполнителя, поверхностное натяжение вымывающей жидкости, свойства полимерной основы.

Увеличение количества водорастворимой соли в резиновой смеси повышает общую пористость материала. Однако общая пористость зависит от способа введения соли. При введении солей в раствор резиновой смеси общая пористость выше в 3—8 раз по сравнению с получаемой при введении соли на вальцах [12]. Введение хлорида калия в резиновую смесь на вальцах приводит к повышению упругих свойств резин, ориен­тации макромолекул на поверхности кристаллов соли. Это, по-видимому, вызывает интенсивную усадку полимера в процессе сушки и заплывание пор. При введении соли в раствор ее частицы первоначально контактируют с растворителем, препятствующим адсорбционному взаимодействию, однако общая пористость при любом содержании наполнителя все-таки меньше объема соли до вымывания. Причиной уменьшения объема пор является, очевидно, сжатие стенок под влиянием капиллярного давления, возникающего при обезвоживании. При введении на вальцах менее 100 ч. (масс.) хлорида калия в высушенных пористых пленках пористость исче­зает полностью. Замена воды этиловым спиртом, имеющим меньшее по­верхностное натяжение, позволяет получить пористую структуру со значи­тельно большим объемом пор. Использование набухающих в воде кар- боксилсодержащих каучуков делает возможным получение пленок с пористостью, повышающей объем введенной в полимер соли (рис. 2).

Набухание наполненных хлоридом калия пленок карбоксилсодержащего каучука зависит от степени наполнения. При малом наполнении наблюдается резкое увеличение объема каучука, при большом - незначи­тельное увеличение объема. В области среднего наполнения наблюдается максимальное изменение объемов при набухании (рис. 3). Скорость вы­мывания соли при малом наполнении карбоксилсодержащих каучуков зависит от гидрофильности полимера, по мере увеличения содержания соли уменьшается толщина полимерных прослоек между ячейками и снижается их роль в процессе переноса частиц воды. Способ введения соли также влияет на скорость и степень вымывания. Соль, введенная в растворы поли­мера, удаляется водой быстрее и полнее, чем введенная на вальцах.

Максимальная сорбционная емкость пористых систем, полученных вымыванием растворимых солей, определяется тонкопористой структу­рой и количеством оставшейся, неотмытой, соли: при снижении остаточного содержания соли в пленках наблюдается ускорение процесса десорбции влаги. Паро- и воздухопроницаемость пленок возрастает по мере увели­чения количества введенной соли.

По сравнению с другими способами получения пористых резин этот метод характеризуется большой трудоемкостью, низкой производитель­ностью и трудностями регенерации вымываемых веществ.

В. И. Клочков

В. П. Рыжков

©Издательство "Химия" , 1984