Влияние концентрации дисперсной фазы, катионного электролита и серума на процесс выделения каучука из латекса с применением четвертичных солей аммония

В то же время расход четвертичных солей аммония на выделение 1 тонны каучука достаточно высок (3-5 кг/т каучука), а стоимость ПЧСА очень высока и исчисляется сотнями тысяч рублей за тонну. Это создает дополнительные сложности при использовании данных солей в реальном технологическом процессе, так как повышается стоимость выпускаемой продукции. Поэтому поиск снижения расхода ПЧСА является важной и актуальной задачей. В какой-то степени, этого можно достичь за счет использования возвратной водной фазы – серума, образующейся после выделения каучука из латекса. В промышленности, где в реальных промышленных масштабах используются неорганические соли, данный прием активно используется. В тоже время при применении четвертичных солей аммония данный процесс не исследован и публикации по данному вопросу отсутствуют. Поэтому исследования в данном направлении являются важными и актуальными.

C другой стороны, концентрация дисперсной фазы и концентрация водных растворов катионных электролитов может изменяться в широких пределах. Это, в свою очередь, также может оказать влияние на расход коагулирующих агентов. Поэтому важной с практической точки зрения является необходимость оценить влияние концентрации дисперсной

Вестник ВТУИТ № 1.2013 фазы и используемого катионного электролита на его расход, необходимый для выделения 1 тонны каучука из латекса.

Цель работы - изучение влияния концентрации дисперсной фазы и катионного электролита, а также добавки серума на процесс выделения каучука из латекса.

Процесс коагуляции проводили следующим образом. В емкость, помещенную в термостат, загружали бутадиен-стирольный латекс, термостатировали при заданной температуре в течение 10-15 минут и совмещали при постоянном перемешивании c водными растворами следующих четвертичных солей аммония:   диметилдиаллил аммоний хлорид

(ДМДААХ), полидиметилдиаллиламмоний хлорид (ПДМДААХ), сополимер диметилди-аллиламмоний с оксидом серы (СДМДАА-ХОС). Концентрацию дисперсной фазы изменяли от 10,0 до 22,0 %, катионного эдектроли-та - от 2,0 до 45,0 %. Массовое соотношение латекс : серум выдерживали 1 : 1. Причем 50 % серума использовали для разбавления раствора катионного электролита, а 50 % использовали для разбавления подкисляющего агента. рН коагуляции составила 2,5-3,0. Расход подкисляющего агента - серной кислоты был равен 9-10 кг - т " ¹ каучука.

Образовавшуюся крошку каучука отделяли от серума, промывали водой и сушили при 75-80 0С.

Эффективность коагулирующего (флоккулирующего) действия низко- и высокомолекулярных катионных электролитов оценивали как гравиметрически (по относительному количеству образующейся крошки каучука), так и визуально - по прозрачности серума.

На первом этапе проведены исследования по влиянию концентрации дисперсной фазы на полноту выделения каучука из латекса.

Установлено (табл. 1), что снижение концентрации дисперсной фазы с ~22,0 % до ~10 % не оказывает существенного влияния на расход низко- и высокомолекулярных катионных электролитов. Отмеченная зависимость имеет важное прикладное значение, так как в реальных промышленных условиях концентрация дисперсной фазы может изменяться в широких пределах. Полнота выделения в исследованных концентрациях дисперсной фазы достигалась при расходе ПДМДААХ 4,5-5,0 кг/т каучука.

Таблица 1

Влияние концентрации дисперсной фазы на полноту \ выделения каучука из латекса

Расход ПДМДААХ, кг/т каучука	Масса образующейся крошки каучука, % при концентрации дисперсной фазы, %
	10,4	13,7	18,3	22,1
1,0	14,6	13,5	14,0	14,2
2,0	31,0	31,2	31,4	32,1
3,0	62,6	62,8	64,0	64,0
4,0	81,0	81,1	81,8	82,7
5,0	92,2	93,0	93,0	94,0

Примечание: расход серной кислоты - 12 кг - т^-1 каучука, температура коагуляции - 60 ^оС, концентрация ПДМДААХ - 2,0 %

Аналогичные результаты были получены и при использовании ДМДААХ и СДМДААХОС. При этом расходы составили 25-30 и 4,5-5,0 кг/т каучука, соответственно.

На втором этапе целесообразно было оценить влияние концентрации катионного электролита на процесс выделения каучука из латекса СКС-30 АРК (табл. 2).

Таблица2

Влияние концентрации ПДМДААХ на полноту выделения каучука из латекса

Расход ПДМДААХ, кг/т каучука	Масса образующейся крошки каучука, % при концентрации водного раствора ДМДААХ, %
	44,8	28,1	16,3	2,0
1,0	13,5	12,9	12,7	13,3
2,0	27,8	28,2	28,0	28,5
3,0	59,0	59,8	60,0	61,0
4,0	79,0	80,2	82,0	81,6
5,0	92,3	92,0	92,4	93,0

Примечание: расход серной кислоты - 12 кг/т каучука, температура коагуляции - 60 оС, концентрация дисперсной фазы - 20,7 %

Интерес к проведению данного исследования основан на том, что в промышленных масштабах ПДМДААХ выпускается в виде водных растворов с кон-центрацией 40 - 45 %. Однако применение растворов с высоким содержанием полиэлектролита может привести к кон-центрационным перепадам в коагулируемом объеме. В местах повышенного содержания полиэлектролита в латексе, даже в отсутствии подкисляющего агента, начинается коагуляция с образованием мелкодисперсной крошки каучука. Это приводит к его потере цехами выделения в виде мелкодисперсной крошки вместе с серумом и промывными водами.

Однако проведенные экспериментальные исследования не подтвердили вышеуказанные предположения. Расход катионного полиэлектролита ПДМДААХ при расчете на 1 т каучука при изменении концентрации его рабочего раствора с 44,8 % до 2,0 % практически не изменялся. Это свидетельствует о том, что возникающие концентрационные перепады в точке ввода катионного полиэлектролита в латекс не приводили к нарушению режимов коагуляции и захвату макромолекул полиэлектролита образующейся крошкой каучука, что могло бы привести к повышению его расхода. Но в реальных условиях целесообразно работать с разбавленными растворами катионного полиэлектролита. Это связано с более точным введением полиэлектролита в коагулируемую систему, со сниженым образованием мелкодисперсной крощки каучука, с уменьшением её потерь с серумом и промывными водами.

Проведенные исследования по влиянию концентрации дисперсной фазы на полноту выделения каучука СКС-30 АРК в случае применения ДМДААХ и СДМДААХОС показали, что концентрация дисперсной фазы в исследованных интервалах не оказывает существенного влияния на расход катионных электролитов. Полнота выделения каучука из латекса достигалась при расходе ДМДААХ 25 - 30 кг/т каучука, а СДМДААХОС 4,5 - 5,0 кг/т каучука.

На третьем этапе с целью снижения расхода катионных электролитов была исследована возможность применения серума (возвратной водной фазы), оставшегося после отделения крошки каучука.

Используемый серум имел рН 3,0 - 3,5. Массовое соотношение серум : латекс было равно 1 : 1. Температура коагуляции – 60 оС. Серум использовали для приготовления растворов коагулирующих и подкисляющих агентов.

В ходе проведенного исследования установлено, что применение серума позволяет снизить расход: ДМДААХ с 25 - 30 до 20 - 24 кг/т каучука; ПДМДААХ с 4,0 - 5,0 до 3,5 - 3,8 кг/т каучукаи CДМДААХОC c 4,5 - 5,0 до 3,9 - 4,2 кг/т каучука.

Таким образом, на основе проведенных экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

• -    в случае применения в качестве коагулирующих агентов низко- и высокомолекулярных четвертичных солей аммония концентрация дисперсной фазы и катионного электролита не оказывают существенного влияния на их расход для достижения полноты выделения каучука из латекса;

• -    применение серума в технологии выделения каучука из латекса позволяет на 10 - 20 % снизить расход коагулирующих агентов – четвертичных солей аммония.