Глава 35.9 Величина поверхностного натяжения жидкой фазы в латексе ПВХ

При снижении поверхностного натяжения жидкой фазы в -латексах, согласно формуле (6-25), уменьшаются силы прили­пания, действующие между контактирующими глобулами, что снижает внутренние напряжения в частицах-агломератах, спо­собствующие их разрушению. Действительно, микросуспензион­ный ПВХ имеет пониженное количество эмульгатора, являюще­гося ПАВ по отношению к воде, и крупные глобулы. При сушке распылением этого латекса образуется большее число осколоч­ных частиц по сравнению с сушкой обычных латексов эмуль­сионного ПВХ.

Что касается степени насыщенности частиц пустотами, то она, по-видимому, зависит от природы ПАВ, так как среди них имеются как пенообразователи (мыла), так и пеногасители (жиры, полисилоксановые жидкости). Показательно в этом от­ношении проведенное В. Г. Жигаловым [32] исследование роли ПАВ в получении полых частиц из фенолоформальдегидных смол. Все исследованные им ПАВ в 2—3 раза снижают поверх­ностное натяжение воды, но некоторые из них, например, поли- диметилсилоксан ПМС-400, уменьшают число пузырьков в ка­пельках, другие, например, пенорегулятор КЭП-1, способствуют при распылении бакелитовой композиции внедрению воздуха в капельки. В соответствии с представлениями Фрасера — Жи­галова о механизме захвата воздуха капельками жидкости в процессе распыления причина различий заключается в усло­виях пеногенерации, так как ПМС-400 является пеногасителем, а КЭП-1 — типичным пенообразователем.

По данным А. А. Долинского и Г. К. Иваницкого [31], введение ионогенных ПАВ в композиции синтетических моющих средств (CMC) и истинных растворов способствует получению более плотных и сферических частиц. Анализ термограмм пока­зывает сильное влияние ПАВ на кинетику сушки капель: в боль­шинстве случаев процесс обезвоживания протекает без стадии кипения, что и обусловливает получение монолитных частиц.

По нашим наблюдениям величина поверхностного натяжения жидкой фазы в латексе ПВХ сильно влияет на плотность высу­шенных частиц при сравнительно низкой температуре сушки. При уменьшении поверхностного натяжения существенно уве­личивается насыпная плотность высушенного ПВХ. Это можно объяснить уменьшением давления на свод оболочки, согласно формуле Лапласа — Жюрена, и соответственно меньшей сте­пенью образования продавленных горшковидных частиц.

Уменьшение размера капель при сушке распылением латек­сов полимеров способствует снижению числа частиц осколочной формы вследствие того, что в образующихся сферических агло­мератах из-за малых размеров практически отсутствует четкая граница зоны испарения, поэтому в высыхающей частице значи­тельно уменьшаются разрушительные внутренние напряжения, или они успевают релаксировать при исчезновении жидкой фа­зы. Если температура теплоносителя достаточно высока, то по­верхностный слой глобул малых частиц успевает спечься или сплавиться в эластичную пленку до полного испарения влаги. Тогда может произойти некоторое раздувание мелких частиц при сохранении их сферической формы. В частности, этим мож­но объяснить меньшую плотность высушенных мелких частиц по сравнению с плотностью крупных при полидисперсном рас­пылении латексов.

Что касается полимерных растворов, то в случае малых раз­меров капелек в них не успевают возникнуть большие градиен­ты температуры и влажности. При таких условиях весь раство­ритель испаряется практически одновременно с образованием пленки на поверхности капли, и сильного раздутия частицы не происходит.

Мягкие условия сушки на ранних стадиях формообразования частиц обеспечивают эквивалентность тепло- и массообмена процесса обезвоживания без перегрева частиц. Мягкие условия сушки достигаются при снижении температуры сушильного газа и повышении его относительной влажности. А. А. Долинский [31] показал, что мягкие условия необходимы только на стадии кипения, а на стадии коркообразования в начале процесса и на стадии сушки в конце можно применять теплоноситель с по­вышенной температурой.

Одним из способов создания мягких условий на ранних ста­диях сушки является использование противоточного движения распыленного материала и теплоносителя. В случае высокой степени диспергирования материала можно применить кратко­временный противоток при фонтанообразном распылении, когда оно осуществляется снизу вверх навстречу потоку сушильного агента, а газовзвесь сухих частиц выходит из нижней части ап­парата. Такая организация потоков создает условия для пре­бывания капель первоначально в атмосфере охлажденного и насыщенного газа, т. е. позволяет избежать вскипания жидкости на ранней неблагоприятной для формо- и структурообразования стадии. Сравнительные эксперименты по сушке латекса ПВХ в условиях прямотока и с применением фонтанного распыления показали значительно более сферическую форму частиц и мень­шее число осколков во втором случае. Насыпная плотность про­дукта также увеличилась на 10—15% по сравнению с насып­ной плотностью порошка, полученного в условиях прямотока, что свидетельствует об уменьшении количества полых, разду­тых частиц.

Вместо противотока для получения плотной структуры час­тиц могут быть использованы и другие технологические приемы, такие как частичная рециркуляция сушильного агента с пода­чей влажного отработанного газа в основание факела распыла или с подачей влажного пара растворителя в зону распыления. Оба приема были успешно опробованы нами: первый — при сушке микросуспензионного ПВХ, второй — при сушке раствора в метилэтилкетоне композиций электрографических тонеров на основе полистирола и сажи.

А. А. Долинский и Г. К- Иваницкий [31] описывают успеш­ное применение способа искусственного увлажнения сушильного агента при сушке CMC с целью получения плотных сферических монодисперсных частиц.