Химия и химическая технология/

5.Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий.

К.т.н. Пугачева И.Н., к.т.н. Черных О.Н., д.т.н. Никулин С.С.

ФГБОУ ВПО Воронежский государственный университет инженерных технологий

Создание новых материалов на основе эмульсионных каучуков и отходов нефтехимической промышленности

В настоящее время большое внимание уделяется вопросам переработки отходов и побочных продуктов химических, нефтехимических и других производств. На основе некоторых отходов нефтехимии в промышленных масштабах реализованы технологии, позволяющие получить низкомолекулярные сополимеры, успешно заменяющие дорогостоящие пленкообразующие продукты в лакокрасочных составах и других композитах. В опубликованной работе [1,2] показано, что на основе отходов и побочных продуктов нефтехимических производств (со)полимеризацией их со стиролом получаются полимерные материалы обладающие невысокой молекулярной массой с высоким выходом. Данные полимерные материалы могут быть использованы в композиционных составах различного назначения, лакокрасочных материалах, где полностью или частично заменят дорогостоящие компоненты [3].

Перспективным направлением использования низкомолекулярных сополимеров из отходов и побочных продуктов нефтехимии является получение на их основе искусственных водных дисперсий, основанное на тонком механическом диспергировании раствора полимера в водной фазе, содержащей в качестве стабилизаторов поверхностно-активные вещества (ПАВ), с последующей отгонкой растворителя, и вводом полученной дисперсии в латекс на завершающей стадии процесса выделения.

Цель исследования - получение стабильных водноолигомерной эмульсии (ВОЭ) и водноолигомерноантиоксидантной эмульсии (ВОАЭ) из отходов и побочных продуктов нефтехимии, и оценка их влияния на процесс выделения каучука из латекса.

Для получения ВОЭ и ВОАЭ из отходов нефтехимии использованы следующие продукты: стиролсодержащий низкомолекулярный полимерный материал (НПМ) полученный на основе кубовых остатков ректификации толуола (КОРТ) производства полибутадиена; НПМ, модифицированный малеиновым ангидридом (МА) и масло ПН-6.

Предварительные исследования показали, что применение для диспергирования в водной фазе масла ПН-6, и особенно НПМ без растворителя не привело к получению стабильной эмульсии. Это связано с тем, что данные продукты обладали повышенной вязкостью и при температуре 20 ± 2 ^оС представляли собой твердые вещества или очень вязкие жидкости. При повышенных температурах (60 - 100 ^оС) они размягчались, вязкость их снижалась. Однако снижение вязкости было недостаточно, чтобы получить стабильную эмульсию. Для получения эмульсии обладающей повышенной стабильностью, в сополимер на основе КОРТ и масло ПН-6 вводили ~ 20 % растворителя - толуола. Диспергирование в водной фазе НПМ, модифицированного МА не требует дополнительного применения углеводородного растворителя, так как получаемые олигомерные продукты, представляют собой маслообразные жидкости, обладающие достаточно высокой подвижностью включающие кислородсодержащие функциональные группы, повышающие их сродство к водной фазе.

Для получения ВОЭ и ВОАЭ использовали в качестве эмульгаторов растворы канифольного мыла и лейканола, а так же антиоксиданты аминного или фенольного типа.

С помощью планирования эксперимента по схеме латинского квадрата 4-го порядка установлено, что наилучшими условиями обеспечивающими получение стабильных ВОЭ и ВОАЭ являются: на основе НПМ - дозировка раствора канифольного мыла - 5,5 мас. д., %, раствора лейканола - 0,5 мас. д., % и продолжительность перемешивания смеси - 4 ч; на основе НПМ, модифицированного МА при дозировке раствора лейканола 0,6 мас. д., %, раствора канифольного мыла – 5 мас. д., % и времени перемешивания смеси 3 ч; на основе масла ПН-6 при содержании лейканола 0,5 мас. д., %, канифольного мыла – 6 мас. д., % и времени перемешивания смеси 5 ч. Следует отметить, что ВОЭ, полученная на основе НПМ, модифицированного МА, обладала лучшей устойчивостью к расслоению, чем на основе немодифицированного НПМ.

Приготовленные ВОЭ и ВОАЭ смешивали с каучуковым латексом СКС-30 АРК, и полученную смесь подвергали коагуляции по общепринятой методике с использованием в качестве коагулирующего агента 24 % мас. водного раствора хлорида натрия и подкисляющего агента 1,0-2,0 % мас. водного раствора серной кислоты.

Анализ экспериментальных данных показал, что дополнительное использование ВОЭ и ВОАЭ положительно отражается на процессе выделения каучука из латекса и приводит к увеличению выхода образующейся крошки каучука. Это может быть связано, как с дополнительным присутствием в образующейся крошке каучука НПМ; НПМ, модифицированного МА; масла ПН-6.

Таким образом, использование низкомолекулярных полимерных материалов из отходов производства полибутадиена в композиционных материалах позволяет не только утилизировать отходы нефтехимического производства, но и более рационально использовать сырье и материалы, что способствует уменьшению загрязнения окружающей среды.

Литература:

1. Акатова И.Н., Филимонова О.Н., Никулин С.С. // Производство и использование эластомеров, 2002. - № 1. - С. 10-14.

2. Никулин С.С., И.Н. Пугачева, Черных О.Н. Композиционные материалы на основе наполненных бутадиен-стирольных каучуков. – М.: Академия Естествознания, 2008. – 145 с.

3. Филимонова О.Н. Переработка и применение кубовых остатков ректификации стирола: Монография. – М.: Издательство «Академия Естествознания», 2009. – 76 с.

Работа проводилась в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России»