Введение к работе
Актуальность работы. Высокие темпы развития
промышленности формируют потребность в усовершенствованных, качественных и удешевленных материалах. Полимерные композиционные материалы (ПКМ), в том числе на основе полиуретанов (ПУ), широко используются и могут при определенных условиях покрыть эту потребность. Однако среди множества достоинств ПУ есть один существенный недостаток – высокая цена, которая обусловлена стоимостью исходных компонентов синтеза. В этой связи введение наполнителя (Нп) позволит снизить данный недостаток, а при использовании в качестве Нп отходов производства приведет дополнительно к снижению нагрузки на окружающую среду (ОС).
Минеральные оксиды, в частности силикагель (СГ), цеолит (Ц) и оксид алюминия (ОА), применяемые в большом количестве на установках осушки газо-воздушных смесей и в каталитических процессах нефтехимических производств, отработав свои ресурсы, переходят в разряд неутилизируемых отходов. При наземном складировании эти отходы образуют пыль, под действием осадков -загрязненные водные стоки. Их захоронение на полигонах твердых промышленных отходов не является экологически и экономически эффективным способом защиты ОС.
В связи с этим, становится актуальной задача использования промышленных отходов СГ, Ц и ОА в качестве альтернативных Нп ПКМ, попутно решая экологические проблемы за счет вторичного использования отработанных компонентов нефтехимических и сопутствующих им процессов.
Целью работы являлось создание новых композиционных материалов на основе ПУ с использованием в качестве Нп твердых отходов нефтехимических производств (ТОНП), содержащих оксиды кремния, алюминия и натрия.
Для достижения этой цели были решены следующие задачи:
-
Анализ качественного и количественного состава отходов нефтехимических производств на примере Республики Татарстан с целью выявления возможности их использования в качестве вторичных материальных ресурсов.
-
Исследование влияния типа и количества Нп: СГ, Ц и ОА на технологические параметры процесса получения наполненных ПУ.
-
Установление концентрационных пределов введения Нп с точки зрения оптимальных физико-механических показателей ПУ.
-
Анализ термического поведения ПКМ, включающих отходы, и идентификация продуктов их распада.
-
Разработка ресурсосберегающих технологий получения наполненных полиуретановых композиций.
-
Апробирование разработанных технологий на практике.
Научная новизна работы:
Выявлены закономерности влияния типа и состава Нп на сорбционную способность (СС) по отношению к компонентам синтеза ПУ, заключающиеся в преимущественном физическом взаимодействии между ними. По величине СС к полиэтиленгликоль-адипинату Нп составляют ряд в порядке убывания: ОА > Ц > СГ. Высокая адсорбционная способность исследованных осушителей дает возможность использования их в ПУ композициях путем введения в полиэфирную составляющую без дополнительной обработки.
Впервые проведена оценка продуктов деструкции ненаполненных ПУ и ПУ, содержащих СГ, в температурном интервале 270-370 0С, которая показала, что распад происходит по нескольким направлениям одновременно. В продуктах распада обнаруживаются вещества, выделившиеся в основном в результате деградации олигоэфирной составляющей ПУ, количество которых с повышением температуры увеличивается, а структура - усложняется.
Установлена закономерность влияния количества Нп на увеличение бензомаслостойкости ПУ. С ростом содержания СГ стойкость ПУ к углеводородам увеличивается до 60 % по сравнению с ненаполненным аналогом.
Практическая значимость работы заключается в разработке экологически целесообразной и экономически выгодной технологии получения ПУ ПКМ с использованием ТОНП с повышенной бензомаслостойкостью при сохранении комплекса физико-механических показателей. ПУ. Наполненный СГ прошел испытания и рекомендован к использованию на ООО "Доркомтехника" в качестве защиты клапанов дозировочных насосов машин городского коммунального хозяйства, что приводит к росту их межремонтного пробега.
На защиту выносятся:
результаты исследования адсорбционной способности Нп по
отношению к составляющим ПУ композиции;
влияние типа и количества Нп на технологические параметры процесса получения ПУ и физико-механические показатели;
закономерности влияния СГ, Ц и ОА на повышение бензомаслостойкости ПУ на основе СКУ-ПФЛ-100;
результаты исследования поведения наполненных ПУ в температурном интервале 25-450 С;
принципиальные технологические блок-схемы использования отходов СГ, Ц или О А при производстве ПУ.
Достоверность результатов проведенных исследований подтверждается сопоставимостью их с существующими научными представлениями, а также использованием широкого спектра современных методов исследования.
Личный вклад автора состоит в постановке цели, задач, выборе объектов и методов исследований, непосредственном проведении экспериментов, систематизации и интерпретации результатов, формулировке научных положений и выводов, написании статей и тезисов докладов.
Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались на научных и научно-практических конференциях: «Инновации и высокие технологии XXI века» (Нижнекамск, 2009); «Экономика природопользования и природоохраны» (Пенза, 2009); «Физикохимия процессов переработки полимеров» (Иваново, 2009 и 2013); «Полимеры» (Москва, 2010 и 2014); «Каучук и резина - 2010» (Москва, 2010); «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2010 и 2012); «Высокоэффективные технологии в химии, нефтехимии и нефтепереработке» (Нижнекамск, 2011 и 2014); «Кирпичниковские чтения по химии и технологии высокомолекулярных соединений» (Казань, 2013); «Олигомеры-2013» (Черноголовка, 2013), XIX Менделеевском съезде (Волгоград, 2011).
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации "Проблемные научные исследования лаборатории КНИТУ» в 2012-2013 гг. «ПНИЛ 09.12».
Публикации. По результатам исследований опубликовано 28 печатных работ, в том числе 11 статей в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК для размещения материалов диссертаций.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 178 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков и 41 таблицу, состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 118 наименований и 2 приложения.
Благодарности. Автор выражает глубокую признательность
кандидату химических наук, доценту, Сафиуллиной Т.Р., декану
технологического факультета Нижнекамского химико-
технологического института (филиала) ФГБОУ ВПО «КНИТУ» за участие в руководстве диссертационной работой.