Капсулирование жидкости в пленках, вытянутых в физически активной среде

из "Капсулирование в полимерных пленках"

Часть жидкой физически активной среды, проникающей в структуру деформируемой полимерной пленки, в результате сложных структурных перестроек может оказаться заключенной в микродефекты и поры, не сообщающиеся с жидкостью, окружающей пленку. Доля закрытых микрополостей в общем объеме структурной дефектности полимера зависит от структуры полимера, условий вытяжки пленки и свойств жидкости. Количество закрытых полостей в пленке, деформированной в жидкой среде, может быть приблизительно оценено по изменению массы пленки при сушке. Жидкость, находящаяся в поверхностных микропорах или имеющая микрокапиллярную связь с атмосферой, в процессе сушки покидает полимерную пленку значительно быстрее, чем герметично запечатанная в микропорах, поэтому вакуумированием или многочасовой сушкой можно достаточно точно выделить и взвешиванием оценить долю жидкости, заключенной в замкнутых микропорах. Как показано на рис. 1.4, доля закрытых микродефектов в пленке из аморфного полиэтилентерефталата нелинейно возрастает с увеличением степени вытяжки и становится значительной при 3-4-кратном удлинении пленки. При этих удлинениях в пленках из полиэтилентерефталата наблюдается боковая контракция, уплотняющая структуру полимера, с которой, по-видимому, и связано нелинейное увеличение доли замкнутых микрополостей. В пленках из кристаллических полимеров, вынужденная высокоэластическая деформация которых в физически активных средах реализуется путем развития шейки, соотношение между открытыми и закрытыми микродефектами практически не изменяется в процессе стационарного роста шейки (см. разд. 1.1.2), так как боковая контракция пленки осуществляется локализованно в переходном участке шейки. [c.63]
Капсулирование жидких веществ в пленках с последующим их выделением при внешнем механическом или тепловом воздействии становится возможным в случае укрупнения частиц жидкости, заключенных в оболочку, или уменьшения толщины оболочки. Так как включение частиц жидкости в объем полимерных пленок происходит в результате перестройки структуры полимера при вытяжке в жидкой среде, то необходимые изменения в соотношении размеров капсулированных частиц и толщины оболочки могут быть достигнуты путем целенаправленного изменения структуры неориентированного полимера, толщины пленки и условий вытяжки. [c.64]
Стабильные капсулы в пленке удалось получить вытяжкой при малых скоростях деформации сополимера винилиденфторида и трифторхлорэтилена в жидкости с последующей термообработкой в растянутом состоянии. Пленку из сополимера трифторхлорэтилена с винилиденфторидом вытягивали до предразрывных удлинений в физически активной. жидкой среде, извлекали из жидкости в растянутом состоянии и помещали в термостат, нагретый до температуры, близкой к температуре плавления кристаллитов сополимера, но не превышающей температуру кипения жидкости. Через несколько минут термообработки в объеме растянутой пленки формировались капсулы эллипсоидной формы, заполненные жидкостью (рис. 1.39). В процессе изометрической термообработки пленок, деформированных в жидкости, одновременно с образованием капсул протекают релаксационные процессы, снижающие уровень напряжений в пленке, вследствие чего после высвобождения термообработанной пленки из зажимов она утрачивает способность сокращать свои линейные размеры, а капсулы с жидкостью приобретают стабильность в газовой среде. [c.65]
Среднечисловая длина структурной капсулы составляет 200 -250 мкм, ширина 150- 200 мкм, толщина не превышает половины толщины пленки. Доля капсул макроскопических размеров (до 1 мм) зависит от свойств капсулированной жидкости и составляет в отдельных случаях 10%. При прокаловании оболочки крупной капсулы на поверхность пленки выделяется капсулированная жидкость. Весовым анализом процесса выделения жидкости из капсул при механическом воздействии установлено [89], что доля жидкости, содержащейся в капсулах, от общего объема жидкости, поглощенной полимерной пленкой при вытяжке, составляет 70%, а в крупных капсулах с размерами, превышающими среднечисловые, содержится более 50% капсулированной жидкости. [c.66]
Структурные капсулы образуются в плейках, деформированных в физически активных жидкостях, выше некоторого порогового значения степени вытяжки (рис. 1.41). Минимальная степень вытяжки, при которой возможно образование структурных капсул, зависит от химического состава сополимера, толщины и факторов технологической наследственности пленок, но всегда превышает степень вытяжки, необходимую для полного развития шейки на деформируемом участке пленки. На диаграмме растяжения пленок в физически активной жидкости участок деформационной кривой, соответствующий интервалу возможного капсулирования, характеризуется увеличением напряжения выше предела текучести. Степень вытяжки, обеспечивающая полное развитие шейки в пленке, и наличие растягивающих напряжений, превышающих предел текучести, составляют механические условия структурного капсулирования, необходимость которых можно проиллюстрировать с помощью абстрактной схемы. [c.66]
По сети каналов жидкость из микрополостей может перемещаться за пределы полимерной матрицы (например, при сущке) или концентрироваться в одной из полостей, способной многократно увеличиваться при определенных условиях. Плоская схема структуры пленки, несмотря на свою абстрактность, дает представление об особенности структурного разрыхления кристаллических полимеров, вытяжка которых в жидкости не приводит к, анизотропии механической прочности и не сопровождается полным разрушением исходной кристаллической структуры полимера. [c.67]
Качественные изменения в структуре пленки, полностью вытянутой в шейку, становятся возможными при увеличении растягивающих усилий выше предела текучести полимера в капсулируемой жидкости. Механизм структурных изменений можно проиллюстрировать с помощью принятой схемы следующим образом. При достижении растягивающим напряжением в пленке порогового значения выше предела текучести полимера в жидкости микрокапилляры, расположенные преимущественно под углом к направлению вытяжки (на схеме перпендикулярно), раскрываются по всей длине, обеспечивая возможность перемещения жидкости из одной микрополости в другую. В части взаимосвязанных микрополостей, изолированных от атмосферы, возникает разряжение, которое при нагревании облегчает вскипание жидкости. Размягченная при термообработке полимерная матрица под давлением пара жидкости в местах с наименьшей структурной прочностью расслаивается, образуя вакуоль или структурную капсулу макроскопических размеров, в которую перетекает жидкость из всех взаимосвязанных микрополостей изолированной системы. Так как расслаивание структуры одноосновытянутых полимеров осуществляется преимущественно вдоль направления вытяжки, структурные капсулы имеют эллипсоидную форму и ориентированы большими осями вдоль направления вытяжки. [c.68]
Для понимания природы явления структурного капсулирования и его практического использования весьма важной представляется количественная характеристика структурной перестройки пленок при термообработке в изометрических условиях. Если предположить, что средний радиус микрополости в полимерной пленке, подвергнутой вытяжке в физически активной жидкости, г составляет 0,1 мкм [49] и жидкость из микрополостей полностью переходит в сферическую структурную капсулу радиусом й = 100 мкм, то для образования одной такой структурной капсулы необходимо слияние (й/г) = Ы05 микрополостей. Слияние частиц жидкости, диспергированной в полимерной матрице в макрокапсулу, должно сокращать площадь поверхности межфазного контакта жидкости и полимера.. В условиях рассмотренного примера уменьшение площади межфазной поверхности пропорционально соотношению размеров частиц жидкости до и после термообработки и составляет 10 . [c.69]
До термообработки разрыхленная структура полимерной пленки, имеющая высокоразвитую межфазную поверхность, была относительно стабильна в жидкой среде. Стабильность структуры пленки, деформированной в физически активной жидкости, обусловлена адсорбцией молекул жидкости на поверхности полимера, существенно снижающей межфазное натяжение в двухфазной системе. Повышение температуры, как известно, также снижает поверхностное натяжение жидкостей и твердых тел, причем взаимодействие жидкости и полимера на межфазной границе не претерпевает существенных изменений, о чем свидетельствует отсутствие температурной зависимости краевого угла смачивания фторполимеров н-алканами [90]. Улучшение смачиваемости фторполимеров н-алканами при температуре, близкой к температуре кипения жидкости, может рассматриваться как кос ренное доказательство энергетической невыгодности процесса сокращения поверхности межфазного контакта в системе полимер - жидкость при нагревании до температуры капсулирования. [c.70]
Под эффективностью структурного капсулирования жидкостей в полимерных пленках с точки зрения основных потребительских свойств следует понимать количество капсулированной жидкости, которое может быть выделено при разрушении единицы массы или единицы площади пленки. По аналогии с традиционным микрокапсу-лированием, где для количественной характеристики эффективности используют соотношение массы ядра и оболочки микрокапсул, в нашем случае целесообразно количественно оценивать две величины отношение объема жидкости, поглощенной пленкой, к объему поли-мера до вытяжки (ир) и отношение объема жидкости, выделяющейся из структурных капсул при механическом или тепловом разрушении пленки, к объему полимера до вытяжки в жидкости (а ). Последняя величина, по существу, определяет эффективность структурного капсулирования, однако для ряда конкретных случаев применения пленок необходим учет общего количества жидкости в пленке, а также соотношение величин ад и а . [c.71]
В соответствии с рассмотренным в разд. 1.2.1 механизмом образования структурных капсул эффективность технологического процесса будет определяться степенью вытяжки пленки в жидкой среде, физической активностью жидкости, натяжением пленки перед термообработкой, температурой обработки и интенсивностью нагрева. Влияние степени вытяжки пленки на эффективность структурного капсулирования однозначно и достаточно подробно рассмотрено выше при описании механизма явления. Добавим здесь лишь то, что увеличение степени вытяжки пленок до предразрывных удлинений одновременно с увеличением доли поглощения жидкости, переходящей в капсулы, увеличивает вероятность обрыва пленки и, следовательно, ведет к снижению производительности процесса. Оптимальной следует считать степень вытяжки пленки, превышающую необходимую для полного развития шейки, но не попадающую в доверительный интервал средних значений удлинения пленки при разрыве, рассчитанный по вероятности 0,95. [c.71]
Изотермическая термообработка пленки из сополимеров трифторхлорэтилена с винилиденфторидом в зависимости от состава сополимера и свойств капсулируемой жидкости может осуществляться с помощью различных приемов и в разных температурно-временных режимах. Простейшим приемом термообработки является термостатирова-ние. Влияние температуры теплоносителя на эффективность капсулирования н-алканов путем термостатирования пленки в газовой и жидкой среде показано на рис. 1.43 [90]. [c.72]
Повышение температуры термостатирования при фиксированном времени (1-2 мин) ускоряет одновременное протекание двух процессов образование структурных капсул и десорбцию жидкости из пористой полимерной матрицы. В воздушной среде повышение температуры теплоносителя практически до температуры кипения капсулируемой жидкости приводит к увеличению эффективности капсулирования. При нагревании теплоносителя до более высокой температуры десорбция жидкости из пленки резко усиливается, и количество капсулированной жидкости уменьшается. От температуры термостатирования пленок существенно зависит распределение структурных капсул по размерам. Особенно заметно изменение размеров капсул в интервале температур ниже оптимального значения температуры, определенной по максимальному содержанию жидкости в капсулах. Так, при повышении температуры изометрической термообработки политрифторхлорэтиленовой пленки, деформированной в н-октане на 350%, со 100 до ПО °С среднечисловой размер структурных капсул увеличивается вдвое и существенно возрастает доля крупных макрокапсул длиной до 3 мм (рис. 1.44). [c.72]
Влияние скорости изометрического нагрева пленки на эффективность структурного капсулирования поглощенной жидкости исследовали в прямом эксперименте. Пленку из сополимера трифторхлорэтилена и винилиденфторида после вытяжки в н-гептане помещали в воздушный поток, температура которого линейно повышалась во времени с 20 до ПО °С. При малых скоростях нагрева пленки (3-3,5°С/мин) количество жидкости, переходящей в структурные капсулы, оказалось втрое меньше, чем при высокоскоростном нагреве воздушным потоком (рис. 1.45). [c.73]
Радиационный нагрев поверхности пленки, деформированной в н-гептане, приводит к образованию капсул при температуре 150-155 °С за 15 с. Пороговые значения этих параметров при термостатировании в воздушной среде составляют 80 °С и 10 мин. Оптимальный режим радиационного нагрева по оценочным данным составляет 180 -195 °С за 5 - 10 с. В режиме теплового удара с радиационным нагревом удалось получить наивысшую эффективность капсулирования. Содержание н-гептана в капсулах достигает 25% (о б.) по сравнению с 15% (об.) в жидком теплоносителе и 12- 13% (об.) в газовой среде. [c.75]
Термообработка пленок в жидком теплоносителе или излучением позволяет достигать максимальной эффективности структурного капсулирования, но недостаточно технологична. При организации непрерывного процесса получения йленки с капсулированной жидкостью более удобен сухой метод контактного нагрева пленки на валках, широко использующийся в технологии переработки термопластов в пленки. При термообработке пленки контактным методом. путем протяжки по поверхности цилиндра исследовали влияние природы материала, из которое изготовлен цилиндр, на эффективность капсулирования. Установлено, что наилучшие результаты получаются при использовании термостойких. пластмасс (политетрафторэтилен, полиамиды), стекла, дерева и т.п. Отрицательный результат получается при термообработке пленок в контакте с металлами. [c.75]
НИИ в жидкости хрупко разрушаются, а деформация толстых образцов (более 200 мкм) протекает с образованием специфической открытопористой структуры крейзов, как у аморфных стеклообразных полимеров. [c.76]
Эффективность капсулирования при прочих равных условиях зависит от формы образца. Чем больше отношение длины рабочей части образца к его ширине, тем выше объемное содержание жидкости в капсулах. [c.76]

Вернуться к основной статье

Справочник химика 21

Химия и химическая технология