Способ получения узкодисперсных порошков сополимера стирола и α-метилстирола с использованием катионных эмульгаторов
Владельцы патента RU 2646069:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет" (RU)
Изобретение относится к области высокомолекулярных соединений, а именно к способу получения порошка сополимера стирола с α-метилстиролом, включающему приготовление раствора сополимера стирола с α-метилстиролом в хлороформе, добавление к полученному раствору водного раствора катионного ПАВ с получением эмульсии, затем ее перемешивание и диспергирование, удаление хлороформа на роторном испарителе, упаривание воды с получением порошка и его промывание водой с последующим высушиванием, при этом в качестве катионного ПАВ используют Катамин АБ. Технический результат - обеспечение узкодисперсных порошков сополимера стирола с α-метилстиролом, и улучшение его диэлектрических свойств, уменьшение значения угла тангенса диэлектрических потерь. 4 ил., 4 пр.
Изобретение относится к области высокомолекулярных соединений, а именно к способу получения монодисперсных порошков сополимера стирола и α-метилстирола.
Монодисперсные полимерные порошки сополимера стирола и α-метилстирола применяют в различных областях науки и техники: проектирование полосковых устройств СВЧ и изготовление каркасных изделий в радиоэлектронике, обладающих большей теплостойкостью по сравнению с полистиролом [Михасенок О.Я. Полимерные материалы на основе сополимеров стирола / Полимерные материалы, М. - 2004. - №11. - с. 20-25].
Получение высокодисперсных полимерных порошков является одним из актуальных направлений полимерной химии. Получение высокодисперсных порошков сополимера стирола и α-метилстирола из водных полимерных суспензий, образующихся в результате прямого синтеза, является сложной задачей, так как требует подбора стабилизаторов, обеспечивающих высокую устойчивость системы или повышение концентрации стабилизаторов, что иногда является экологически и экономически не выгодным [патент US 3725506 А, опубл. 03.04.1973; патент 4075404 А, опубл. 21.02.1978]. Кроме того, отмечается, что при высоких конверсиях сополимер начинает твердеть и на выходе получают не гомогенную полимерную суспензию, а единую твердую массу.
В качестве наиболее близкого аналога настоящего изобретения может быть рассмотрен способ получения порошков различных полимерных материалов путем механического измельчения [патент РФ №2173634, опубл. 20.09.2001].
Однако при реализации указанного способа получаемые порошки не отличаются достаточной узкодисперсностью, а тангенс угла диэлектрических потерь имеет достаточно высокое значение порядка (13,9-17,0)⋅10-4.
Задача настоящего изобретения заключается в разработке нового способа получения узкодисперсных порошков сополимера стирола с α-метилстиролом.
Технический результат настоящего изобретения заключается в улучшении дисперсности порошка сополимера стирола с α-метилстиролом и улучшении его диэлектрических свойств (уменьшении значения угла тангенса диэлектрических потерь).
Указанный технический результат достигается способом получения порошка сополимера стирола с α-метилстиролом, включающим приготовление раствора сополимера стирола с α-метилстиролом в хлороформе, добавление к полученному раствору водного раствора катионного ПАВ с получением эмульсии, затем ее перемешивание и диспергирование, удаление хлороформа на роторном испарителе, упаривание воды с получением порошка и его промывание водой с последующим высушиванием.
В качестве катионного поверхностно-активного вещества (ПАВ) используют алкилдиметилбензиламмоний хлорид следующего строения (формула (I)):
Например, в качестве алкилдиметилбензиламмоний хлорида формулы (I) может использоваться ПАВ, имеющий наименование «Катамин АБ», например, производства «НПФ Бурсинтез-М», ТУ 9392-003-48482528-99, содержание активного вещества 70%, или «Азол-129», например, производства ОАО «Котласский химический завод», содержание активного вещества 75%.
Примеры 1-4 демонстрируют осуществление настоящего изобретения и достижение технического результата, а именно получение узкодисперсных порошков сополимера стирола с α-метилстиролом. Примеры носят иллюстрирующий характер и никоим образом не ограничивают объем притязаний.
Пример 1
В предварительно приготовленный раствор, содержащий 14,5 г сополимера стирола с α-метилстиролом и 90 мл хлороформа (концентрация полимера 10,0% мас.), добавляют 80 мл воды, с растворенными в ней 0,87 г Катамина АБ (концентрация ПАВ 6,0% мас. на полимер, рН водного раствора около 3) и осуществляют перемешивание на магнитной мешалке со скоростью 300 об/мин. После получения грубодисперсной эмульсии раствора сополимера в водном растворе ПАВ ее диспергируют в роторно-статорном гомогенизаторе в течение 15 минут при окружной скорости вращения ротора 20000 об/мин, а затем – ультразвуковым диспергатором в течение 5 минут с амплитудой колебаний 14 кГц. Из полученной устойчивой высокодисперсной эмульсии удаляют растворитель на роторном испарителе известным методом. Образование коагулюма не наблюдается.
Частицы приготовленной таким образом водной дисперсии по данным электронной сканирующей микроскопии («S-570» фирмы Hitachi) и фотонной корреляционной спектроскопии (Zetasizer Nano ZS фирмы «Malvern») имеют сферическую форму, узкое распределение по размерам и диаметр порядка 270 нм. Дисперсия легко концентрируется упариванием до содержания сухого вещества 30% с сохранением устойчивости. Гистограмма распределения частиц по размерам полимерной суспензии, полученной по примеру 1, представлена на фиг. 1.
Затем из приготовленной полимерной дисперсии получают порошок путем упаривания досуха суспензии сополимера в воде в термостате при температуре 65°С, полученную пористую массу заливают водой и выдерживают в течение 5 ч, после чего декантацией удаляют воду с пористой массы сополимера (процесс повторяют 4-5 раз), затем сополимер высушивают при 75°С в течение 24 ч, измельчают в ступке и окончательно высушивают полученный порошок при температуре 80°С в течение 24 ч.
Измерение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь проводили с использованием измерительного стенда ОАО «Самарский электромеханический завод» на частоте переменного тока 10 ГГц.
Значения диэлектрической проницаемости порошка сополимера, полученного согласно примеру 1, близки к образцу, приготовленному путем механического измельчения сополимера в соответствии с ближайшим аналогом (2,53-2,54 и 2,52-2,53 соответственно), но значения тангенса угла диэлектрических потерь заметно ниже ((9,5-11,8)⋅10-4 и (13,9-17,0)⋅10-4 соответственно).
Пример 2
В предварительно приготовленный раствор, содержащий 14,5 г сополимера стирола с α-метилстиролом и 90 мл хлороформа (концентрация полимера 10,0% мас.), добавляют 80 мл воды, с растворенными в ней 0,87 г Азола-129 (концентрация ПАВ 6,0% мас. на полимер, рН водного раствора около 3) и осуществляют перемешивание на магнитной мешалке со скоростью 300 об/мин. После получения грубодисперсной эмульсии раствора полимера в водном растворе ПАВ ее диспергируют в роторно-статорном гомогенизаторе в течение 15 минут при окружной скорости вращения ротора 20000 об/мин, а затем - ультразвуковым диспергатором в течение 5 минут с амплитудой колебаний 14 кГц. Из полученной устойчивой высокодисперсной эмульсии удаляют растворитель на роторном испарителе известным методом. Образование коагулюма не наблюдается.
Частицы приготовленной таким образом водной дисперсии имеют сферическую форму, узкое распределение по размерам и диаметр порядка 640 нм. Дисперсия легко концентрируется упариванием до содержания сухого вещества 30% с сохранением устойчивости. Гистограмма распределения частиц по размерам полимерной суспензии, полученной по примеру 2, представлена на фиг. 2.
Значения диэлектрической проницаемости и значения тангенса угла диэлектрических потерь порошка сополимера, полученного согласно примеру 2, близки к образцу, полученному путем механического измельчения сополимера.
Пример 3
В предварительно приготовленный раствор, содержащий 14,5 г сополимера стирола с α-метилстиролом и 90 мл хлороформа (концентрация полимера 10,0% мас.), добавляют 80 мл воды, с растворенными в ней 0,87 г Катамина АБ (концентрация ПАВ 6,0% мас. на полимер) и осуществляют перемешивание на магнитной мешалке со скоростью 300 об/мин. После получения грубодисперсной эмульсии раствора полимера в водном растворе ПАВ ее диспергируют в роторно-статорном гомогенизаторе в течение 15 минут при окружной скорости вращения ротора 20000 об/мин. Из полученной устойчивой высокодисперсной эмульсии удаляют растворитель на роторном испарителе известным методом. Образование коагулюма не наблюдается.
Частицы приготовленной таким образом водной дисперсии имеют сферическую форму, узкое распределение по размерам и диаметр порядка 990 нм. Дисперсия легко концентрируется упариванием до содержания сухого вещества 30% с сохранением устойчивости. Гистограмма распределения частиц по размерам полимерной суспензии, полученной по примеру 3, представлена на фиг. 3.
Значения диэлектрической проницаемости и значения тангенса угла диэлектрических потерь порошка сополимера, полученного согласно примеру 2, близки к образцу, полученному путем механического измельчения сополимера.
Пример 4
В предварительно приготовленный раствор, содержащий 14,5 г сополимера стирола с α-метилстиролом и 90 мл хлороформа (концентрация полимера 10,0% мас.), добавляют 60 мл воды (объемное соотношение углеводородной и водной фаз составляет 2,4:1) с растворенными в ней 0,87 г Катамина АБ (концентрация ПАВ 6,0% мас. на полимер) и осуществляют перемешивание на магнитной мешалке со скоростью 300 об/мин. После получения грубодисперсной эмульсии раствора полимера в водном растворе ПАВ ее диспергируют в роторно-статорном гомогенизаторе в течение 15 минут при окружной скорости вращения ротора 20000 об/мин, а затем - ультразвуковым диспергатором в течение 5 минут с амплитудой колебаний 14 кГц. Из полученной устойчивой высокодисперсной эмульсии удаляют растворитель на роторном испарителе известным методом. Образование коагулюма не наблюдается.
Частицы приготовленной таким образом водной дисперсии имеют сферическую форму, унимодальное распределение по размерам и диаметр порядка 360 нм. Дисперсия легко концентрируется упариванием до содержания сухого вещества 30% с сохранением устойчивости. Гистограмма распределения частиц по размерам полимерной суспензии, полученной по примеру 4, представлена на фиг. 4.
Значения диэлектрической проницаемости порошка сополимера, полученного согласно примеру 4, близки к образцу, приготовленному путем механического измельчения сополимера (2,53-2,54 и 2,52-2,53 соответственно), но значения тангенса угла диэлектрических потерь ниже ((10,5-12,3)⋅10-4 и (13,9-17,0)⋅10-4 соответственно).
Способ получения порошка сополимера стирола с α-метилстиролом, включающий приготовление раствора сополимера стирола с α-метилстиролом в хлороформе, добавление к полученному раствору водного раствора катионного ПАВ, затем осуществление перемешивания на магнитной мешалке скоростью 300 об/мин с получением эмульсии и диспергирование, которое проводят сначала в роторно-статорном гомогенизаторе в течение 15 мин при скорости вращения ротора 20000 об/мин, а затем ультразвуковым диспергатором, удаление хлороформа на роторном испарителе, упаривание воды с получением порошка и его промывание водой с последующим высушиванием, при этом в качестве катионного ПАВ используют Катамин АБ.
