Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время известны два промышленных способа получения по-лиолефиновых порошков: механическое (криогенное) измельчение и осаждение из растворов, которые имеют ряд существенных недостатков. Так, механическое измельчение экономически не выгодно в силу того, что может быть реализовано (из-за высокой ударной вязкости полиолефинов при комнатной температуре) только в присутствии хладагентов, расход которых (например, жидкого азота) составляет в среднем 4 кг на 1 кг порошка. Получение же порошков полиолефинов по методу прямого осаждения предполагает использование большого количества осадителя (применительно к полиэтилену - этилового спирта) и последующее энергетически весьма затратное разделение образовавшегося бинарного раствора двух органических жидкостей на компоненты путем ректификации.
Предварительные эксперименты, направленные на оценку сорбционных свойств порошка полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), показали, что этот порошок с размером частиц менее 300 мкм поглощает приблизительно в два раза больше собственного веса нефти и обладает уникальным свойством: способностью к существенному сокращению площади пятна разлитой на поверхности воды жидкой нефти и перевода последней в твердоподобное состояние, обеспечивающее легкий сбор образующегося полимерно - нефтяного агломерата с этой поверхности.
Это означает, что порошок ПЭНП может быть успешно использован при решении проблемы ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов на водных акваториях.
В этой связи очевидно, что разработка технологически простого и экономически эффективного способа получения порошка ПЭНП и его аппаратурного оформления является актуальной.
Важным дополнительным обстоятельством, подчеркивающим актуальность работы, является то, что в качестве исходного сырья могут быть использованы отходы полиэтилена. Это уменьшит стоимость готового продукта, с одной стороны, и будет способствовать решению проблемы рециклинга этих отходов, с другой.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с научным направлением Федерального бюджетного учреждения науки Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН «Формирование структуры и свойств жидкофазных дисперсных систем и наноматериалов с использованием химических и физических воздействий» (номер государственной регистрации 01200950829), при финансовой поддержке Программы фундаментальных исследований №8 ОХНМ РАН «Разработка научных основ новых химических технологий с получением опытных партий веществ и материалов», 2006-2008 г., Программы Президиума РАН «Поддержка инноваций и разработок», 2008 г. и гранта РФФИ №12-03-97514, 2012-2014 г.
Цель работы. Разработка экономически эффективного и экологически безопасного варианта технологии получения порошков ПЭНП растворным методом и её аппаратурного оформления.
Достижение этой цели предполагало:
теоретическое обоснование условий проведения процессов получения молекулярной смеси ПЭНП и толуола и последующего её фазового разделения с образованием порошка полимера;
предварительную оценку технологических параметров этих процессов в лабораторных условиях;
разработку конструкции и изготовление пилотной установки периодического действия;
отработку технологических параметров процессов получения раствора ПЭНП в толуоле и фазового разделения, приводящего к образованию полимерного порошка с размером частиц не более 300 мкм.
Научная новизна работы определяется тем, что:
получены экспериментальные (технологические) доказательства, того что диаграммы состояния систем частично кристаллический полимер - жидкость, построенные в рамках подхода, согласно которому, такие полимеры по фазовому состоянию являются метастабильными микрогетерогенными жидкостями правильно отражают физические состояния этих систем в любой температурно - концентрационной области.
установлено, что реализация процесса получения порошка ПЭНП в трехфазной системе (вода - толуол - набухший в толуоле ПЭНП) обеспечивает исчерпывающее удаление растворителя из частиц полимера перегонкой в токе водяного пара при пониженном давлении;
показано, что 100%-ный перевод исходных гранул ПЭНП в порошок может быть реализован на установке, обеспечивающей подвод тепла только к днищу реактора.
Практическая значимость определяется тем, что: разработан экономически эффективный и экологически безопасный технологический процесс получения порошка ПЭНП с заданным размером частиц, как из первичного полимера, так и из различных видов его отходов и вариант его пилотного аппаратурного оформления.
Личный вклад автора. Диссертантом подобрана и проанализирована научно-техническая литература, выполнен весь объем экспериментальных исследований, проведены необходимые расчеты и статистическая обработка экспериментальных данных, совместно с руководителем выполнен их анализ и сформулированы выводы.
Научные положения, выносимые на защиту:
анализ фазовой диаграммы системы ПЭНП - толуол применительно к
предварительной оценке технологических параметров процессов образования
молекулярной смеси полимера и жидкости и последующего фазового распада с образованием порошкообразного полимера;
результаты экспериментальной проверки теоретически выбранных технологических параметров процесса;
конструктивно - технологическое оформление процесса получения порошка;
данные о влиянии технологических параметров процесса на его длительность и дисперсионный состав получаемого порошка.
Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку на 12 международных и всероссийских научно-технических конференциях, некоторые из которых указаны в списке публикаций.
Публикации. Материалы, изложенные в диссертации, нашли отражение в 19 публикациях, в том числе в трёх статьях, две из которых опубликованы в журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы, списка работ, опубликованных по теме диссертации, и двух приложений. Работа изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков и 4 таблицы. Список литературы содержит 112 наименований.
