Проект узла сополимеризации стирола с метилметакрилатом в производстве латекса

Аппаратура, материалы и реактивы:

• Лампа инфракрасная, обеспечивающая нагрев до (170 ± 5) °С, или плитка электрическая с закрытым обогревом, или шкаф сушильный с устройством для регулирования температуры с погрешностью не более 2 °С.
• Весы с погрешностью взвешивания не более 0,001 г.
• Эксикатор.
• Чашки из алюминиевой фольги толщиной от 0,1 до 0,2 мм, диаметром от 40 до 45 мм и высотой бортика от 8 до 10 мм, или стеклянные чашки диаметром 60 - 80 мм.
• Осушитель: силикагель или хлористый кальций безводный.
• Сито из нержавеющей стали или другого материала, устойчивого к действию латекса, с размером ячейки не более 0,2 мм.
• Вода дистиллированная

Подготовка  к испытанию:

Чашку высушивают до постоянной массы, охлаждают в эксикаторе и  взвешивают с погрешностью не более 0,001 г.

Пробу латекса, имеющего температуру 20 - 25 °С, фильтруют через сито. Около 1 г. отфильтрованной пробы латекса помещают в чашку и взвешивают с погрешностью не более 0,001 г.

Проведение  испытания:

1) Определение сухого вещества с использованием инфракрасной лампы

Чашку с пробой помещают под инфракрасную лампу при температуре от 165 до 175 °С. Сушку осуществляют в течение 15 - 30 мин до исчезновения включений белого цвета. После этого чашку охлаждают до комнатной температуры в эксикаторе с осушителем и взвешивают с погрешностью не более 0,001 г. Затем чашку снова помещают под инфракрасную лампу на 5 - 10 мин.

Операцию сушки, охлаждения в эксикаторе и взвешивания повторяют  до тех пор, пока потеря массы между  последовательными взвешиваниями  будет не менее 0,001 г.

2) Определение сухого вещества при использовании электрической плитки: сушку осуществляют при температуре 150 - 180 °С в течение 10 - 20 мин. Повторные операции высушивания проводят в течение 5 - 10 мин.

3) Определение сухого вещества при использовании сушильного шкафа: сушку осуществляют при температуре 100 - 105 °С в течение 2 ч. Повторные операции высушивания проводят в течение 15 мин.

Обработка результатов:

Массовую долю сухого вещества ( X ) в процентах вычисляют по формуле:

,

где m ₁ - масса сухого остатка, г;

т - масса пробы латекса, взятая для испытания, г.

Вычисление производят до первого десятичного знака.

За результат испытания  принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, допускаемое  расхождение между которыми не должно превышать 0,2 %.

Результат округляют до целого числа.

 

2.7.1.2.2 Определение стойкости латекса при разведении водой в соотношении 1:100 [15].

Посуда, материалы  и реактивы:

- Пипетка вместимостью 1 см³.

- Стакан В-1-250 ХС.

- Вода дистиллированная по.

- Марля.

Проведение  испытания:

Из средней пробы латекса, отфильтрованной через двойной  слой марли, берут пипеткой 1см³ латекса и переносят в чистый сухой стакан. Затем в стакан добавляют 100см³ дистиллированной воды, которую смешивают с латексом до равномерного распределения. Температура раствора должна быть 15-25°С.

Латекс считают устойчивым при отсутствии появления коагулюма в течение 15-20 мин от начала определения.

2.7.1.2.3 Определение массовой доли незаполимеризованного стирола[15].

Массовую долю незаполимеризованного стирола определяют хроматографическим методом, при этом на хроматографирование берут 0,0004-0,001см³ пробы.

Допускается определять массовую долю незаполимеризованного стирола спектрофотометрическим методом.

1) Хроматографический метод

 Аппаратура, посуда, реактивы и материалы:

- Хроматограф с пламенно-ионизационным детектором.

- Колонка хроматографическая из нержавеющей стали длиной 1м, диаметром 3мм.

- Печь муфельная, обеспечивающая нагревание до температуры 1100°С.

- Баня водяная.

- Весы лабораторные общего назначения 2-го класса по ГОСТ 24104 с наибольшим пределом взвешивания 200г.

- Колба К-2-500-34 ТХС.

- Колба 2-50-2, 2-100-2.

- Пипетка вместимостью 1см³.

- Цилиндр 1-50.

- Лупа измерительная или другие оптические приборы с ценой деления 0,1мм.

- Линейка измерительная.

- Микрошприц типа МШ-1М, МШ-10М или газохром.

- Носитель твердый диатомитового типа целит-545 с размерами частиц от 0,200 до 0,315мм или другой, обеспечивающий аналогичное разделение.

- Фаза неподвижная - апиезон L .

- Раствор эмульгатора - 5%-ный раствор алкилсульфоната натрия или 3%-ный водный раствор сульфанола.

- Спирт этиловый ректификованный технический

- Н-декан по нормативной документации.

- Воздух сжатый.

- Водород технический, марка А или высший сорт.

- Газ-носитель: азот технический или аргон, или гелий

- Хлороформ

Подготовка  к испытанию

Подготовка хроматографической колонки

Твердый носитель прокаливают  в муфельной печи при температуре (1000±10)°С в течение 3 ч и в объеме, превышающем на 10-12% расчетный объем колонки, помещают в круглодонную колбу вместимостью 500см³. Фазу - апиезон L в количестве 5% от массы твердого носителя растворяют в 50см³ хлороформа и выливают в колбу с твердым носителем. Добавляют хлороформ, чтобы верхний слой растворителя над твердым носителем составлял 1-2см. Содержимое колбы тщательно перемешивают, периодически встряхивая в течение 15-20 мин, после чего колбу помещают на водяную баню и удаляют хлороформ до полного отсутствия запаха.

Подготовку колонки и  ее заполнение сорбентом выполняют  в соответствии с инструкцией  по эксплуатации хроматографа. Колонку  устанавливают в термостат и, не подсоединяя к детектору, продувают  газом-носителем, повышая температуру  ступенчато на 10-15°С в час до температуры 240°С. Затем колонку охлаждают до температуры (23±5°С, подсоединяют к детектору и устанавливают следующие параметры хроматографического разделения:

температура колонки, °С .................................................................... 90±10

температура детектора, °С .................................................................. 150

температура испарителя, °С ............................................................... 150

расход газа-носителя, дм³/ч ................................................................. 3-4

Приготовление раствора «внутреннего эталона»

В предварительно взвешенную мерную колбу вместимостью 100см³ вносят 0,5-1,0г н-декана и снова взвешивают с той же точностью.

В колбу добавляют 50-70см³ этилового спирта, тщательно перемешивают, доводят до метки спиртом и вновь перемешивают. Массовую долю н-декана в растворе (С) вычисляют по формуле                                                                          

 

где m - масса навески н-декана, г;

100 - объем раствора «внутреннего  эталона», см³.

 Проведение испытания

В предварительно взвешенную мерную колбу вместимостью 50см³ вносят 1,8-2,2г латекса снова взвешивают с той же точностью. Добавляют 40см³ раствора эмульгатора, 1см³ раствора «внутреннего эталона» и осторожно перемешивают содержимое колбы. Затем объем жидкости в колбе доводят до метки раствором эмульгатора и снова перемешивают.

Подготовленную пробу  микро шприцем вводят в испаритель хроматографа и снимают хроматограмму

При использовании в качестве эмульгатора сульфанола после 3-5-кратного ввода пробы колонку продувают при температуре 180-200°С в течение 1-2 ч.

Обработка результатов

Массовую долю незаполимеризованного стирола в латексе () в процентах вычисляют по формуле                                                              

 

где m ₁ - масса «внутреннего эталона», г;

S - площадь пика стирола, мм²;

S_o - площадь пика «внутреннего эталона», мм²;

m ₂ - масса пробы латекса, г.

Вычисляют до второго десятичного  знака.

Расхождение между двумя  параллельными определениями не должно превышать 0,01% масс.

За результат испытания  принимают среднее арифметическое результатов двух определений, округленное  до первого десятичного знака.

2) Спектрофотометрический метод

Аппаратура, посуда и реактивы:

- Спектрофотометр типа СФ-16 (СФ-26) или другие с аналогичными метрологическими характеристиками.

- Прибор для перегонки: колба, холодильник, аллонж.

- Весы лабораторные общего назначения 2-го класса с наибольшим пределом взвешивания 200г.

- Часы сигнальные.

- Колбонагреватель (220В, 300Вт) или электроплитка закрытого типа.

- Колбы мерные 2-25-2, 2-50-2.

- Пипетка вместимостью 1см³.

- Цилиндры мерные 1-10, 1-50.

- Калия гидроокись, раствор 0,5% (по массе).

- Натрия диэтилдитиокарбамат, спиртовой раствор 0,01% (по массе).

- Спирт этиловый технический ректификованный

- Стирол свежеперегнанный.

Определение коэффициента пропорциональности

В пять мерных колб вместимостью по 25см³, до половины наполненных спиртом и взвешенных с точностью до четвертого десятичного знака, вводят по 0,1г свежеперегнанного стирола и вновь взвешивают с той же точностью. По разности определяют массу навески стирола. Раствор доводят до метки спиртом и перемешивают. Полученные растворы разбавляют в 50 раз. Для этого 1см³ раствора вводят пипеткой в мерную колбу вместимостью 50см³, доводят до метки спиртом и перемешивают.

Одним из растворов заполняют  прямоугольную кювету с толщиной поглощающего свет слоя 10мм, аналогичную  кювету сравнения заполняют спиртом. Спектр поглощения этого раствора записывают по точкам через 1 нм в интервале  длин волн 273-300нм и при 310нм. Оптические плотности остальных четырех  растворов измеряют в тех же кюветах  при длине волны 291нм (или при  длине волны, соответствующей максимуму  поглощения этой полосы на данном приборе) и 310нм.

Коэффициент пропорциональности ( K ) между массовой долей стирола в растворе и его оптической плотностью вычисляют по формуле                                                       

 

где D_max и D ₃₁₀ - оптические плотности растворов в максимуме полосы поглощения и при

длине волны 310нм;

m - масса навески стирола, г;

25 - коэффициент разбавления  пробы;

1 - объем раствора, взятый  для разбавления, см³.

При анализе латекса используют среднее арифметическое значение коэффициента пропорциональности пяти определений - K _ср .

Подготовка  пробы

Мерный цилиндр вместимостью 10 см³ взвешивают с 2-3 см³ латекса. Латекс выливают в колбу для отгонки, а цилиндр взвешивают вновь. По разности взвешиваний определяют массу навески латекса. Затем в колбу добавляют при перемешивании 50см³ раствора гидроокиси калия и 30см³ раствора диэтилдитиокарбамата натрия. Колбу присоединяют к прибору для перегонки, подставляют под нее предварительно нагретый в течение 15мин колбонагреватель (между стенкой колбы и поверхностью колбонагревателя должен быть небольшой воздушный зазор) или электроплитку, обертывают колбу асбестовой тканью и отгоняют в мерную колбу вместимостью 50см³ около 25см³ дистиллята. Объем доводят до метки спиртом, промывая им предварительно изгиб, холодильник и аллонж, и перемешивают содержимое колбы.

Проведение  испытания

Оптическую плотность  раствора измеряют в той же кювете и при тех же длинах волн, что  и при градуировке.

Обработка результатов

Массовую долю незаполимеризованного стирола в латексе (Х₃ ) в процентах вычисляют по формуле                                            

 

где K _ср - среднее арифметическое значение коэффициента пропорциональности;

m ₁ - масса навески латекса, г.

Результаты вычислений округляют  до третьего десятичного знака.

Два результата испытаний, полученные последовательно одним исполнителем на частях одной и той же пробы (отгонок), считают достоверными (с  доверительной вероятностью 0,95), если расхождение между ними не превышает 0,015 %

 

2.7.1.2.4 Определение поверхностного натяжения [16].

Сущность метода заключается  в определении силы, необходимой  для отрыва кольца тенсиометра от поверхности раздела латекс – воздух.

Аппаратура  и реактивы: