Введение к работе
Актуальность темы.
Велико значение полимерных материалов в современном обществе. Широко обсуждаются достоинства нанокомпозитных материалов, сформированных, в том числе, с использованием полимерных наночастиц и нановолокон. Признанными являются и перспективы использования суб- и сверхкритических флюидных сред в процессах получения и переработки полимерных материалов. Вышеотмеченное указывает на актуальность изучения проблемы диспергирования полимеров до наноразмеров и обуславливает использование для этой цели суб- и сверхкритических флюидных сред.
В отличие от традиционных методов измельчения, технологии, основанные на использовании сверхкритических флюидных сред, позволяют получать более однородные частицы с физико-химическими свойствами, размерами и морфологией, высокочувствительными к значениям режимных параметров осуществления процессов. Существенным достоинством сверхкритических флюидных технологий является и ігх экологическая безопасность.
Сверхкритические флюидные среды могут быть использованы как в качестве растворителя (метод RESS), так и в роли антирастворителя или осадителя (методы SAS, GAS, SEDS, ASES).
Учитывая, что полимеры в сверхкритических флюидных (СКФ) средах относительно слабо растворимы, возможности метода антирастворителя в задаче диспергирования полимерных материалов представляются более предпочтительными, так как в этом случае отсутствует условие растворимости диспергируемого материала в сверхкритической флюидной среде.
Диссертационная работа выполнена в рамках: государственного контрактах» 02.444.11.7341 от 03.04.2006 г. КазНЦ РАН с Федеральным агентством по науке и инновациям; государственного контракта № 02.552.11.7027 от 18.06.2008 г. с Федеральным агентством по науке и инновациям; государственного контракта № 02.552.11.7070.
Цель работы
Целью настоящей работы являются исследование термодинамических основ процесса диспергирования и диспергирование поликарбоната по методу SAS.
Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:
- исследование характеристик фазового равновесия для системы «поликарбонат - жидкий
органический растворитель - сверхкритический диоксид углерода»;
- создание экспериментальной установки для реализации метода SAS (Supercritical Anti-
Solvent);
разработка методики получения и модификации субмикронных и наночастиц полимеров;
получение субмикронных и наночастиц полистирола и поликарбоната;
управление размерами, дисперсностью и морфологией частиц путем варьирования режимными параметрами процесса SAS.
Научная новизна.
1. Экспериментальные данные по растворимости поликарбоната в дихлорметане в
диапазоне температур 293+3 13К и при атмосферном давлении получены впервые.
2. Получены новые данные по характеристикам фазового равновесия в системе «стирол-
диоксид углерода» на изотерме 323К в диапазоне давлений 7.5+9.2 МПа.
3. Получены новые данные по характеристикам фазового равновесия в системе
«дихлорметан - диоксид углерода» на изотерме 328.2К в диапазоне давлений 2.0+7.0 МПа.
4. Экспериментальные данные по растворимости поликарбоната в смеси «дихлорметан -
сверхкритический диоксид углерода» при давлениях 8МПа, 12 МПа и температурах ЗОЗК, 313К
получены впервые.
5. Получены новые данные по диспергированию полистирола с использованием метода
SAS, осуществленного в диапазоне температур 313К +358К и в интервале давлений 4+20МПа.
6. Диспергирование поликарбоната с использованием метода SAS, осуществленное в
диапазоне температур 313К+358К и в интервале давлений 8+25МПа, проведено впервые.
Установлено влияние режимных параметров осуществления процесса и геометрических характеристик соплового устройства на результаты диспергирования.
7. Предложена оригинальная авторская схема реализации метода SAS, обладающая патентной новизной (Патент №2398788 РФ).
Практическая значимость.
Результаты исследования процесса диспергирования поликарбоната могут быть использованы при проектировании массообменных процессов и аппаратов, предназначенных для диспергирования фармпрепаратов и полимеров.
Методика формирования термодинамических основ процесса SAS принята как базовая для разработки технологии диспергирования фармпрепаратов и полимеров по методу SAS в ОАО "Татнефтехиминвест - холдинг".
Рекомендуется к использованию на предприятиях ОАО «Татхимфармпрепараты», ОАО «Оргсинтез».
Автор защищает:
- экспериментальные данные по растворимости поликарбоната в дихлорметане;
-экспериментальные данные по характеристикам фазового равновесия в системе «стирол-
диоксид углерода»;
-экспериментальные данные по характеристикам фазового равновесия в системе «дихлорметан - диоксид углерода»;
-экспериментальные данные по растворимости поликарбоната в смеси «дихлорметан-сверхкритический диоксид углерода»;
-запатентованную авторскую схему и параметры экспериментальной установки, предназначенной для диспергирования материалов по методу SAS;
экспериментальные данные по диспергированию полистирола;
экспериментальные данные по диспергированию поликарбоната.
Апробация работы и научные публикации.
По теме диссертационного исследования опубликовано 17 работ, из них 4 из перечня ВАК.
Основные результаты диссертации докладывались на XVII Международной конференции по химической термодинамике в России (Казань, 2009), V Международной научно-практической конференции «Сверхкритические флюиды: фундаментальные основы, технологии, инновации» (Суздаль, 2009), X Международной научной конференции «Нанотехнологии в промышленности» (Казань, 2009), XVI Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем» (Яльчик, 2009), Всероссийской школе молодых ученых «Сверхкритические флюидные технологии в решении экологических проблем» (Архангельск, 2010), ежегодных отчетных научных конференциях Казанского государ-ственного технологического университета (2007-2010, Казань).
Личный вклад.
Основные научные положения, результаты экспериментов и обобщений, представленные в диссертации, получены автором лично.
Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждается удовлетворительным совпадением экспериментальных данных и тестовых опытов с литературными, использованием современной аттестованной измерительной аппаратуры, расчетом погрешностей экспериментальных данных.
Автор выражает благодарность руководителю работы д.т.н. проф. Ф.М.Гумерову, а также профессорам Ф.Р.Габнтову (каф. ТОТ КГТУ) и Б.Ле Нейндру (L1MHP CNRS, Франция) за глубокое и содержательное обсуждение основных положений диссертационной работы.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 147 страницы машинописного текста, в том числе 55 рисунков и 16 таблиц.
