Введение к работе
Актуальность работы.
Традиционный способ введения техуглерода (ТУ) в каучук смешением на вальцах или в резиносмесителе является энергоемким, технологически и экологически не совершенным. Разработки по получению саже(масло)наполненных каучуков «бездиспергаторным» способом, проведенные в 70-80 годы в СССР, не обеспечивали физико-механические показатели вулканизатов на их основе.
За рубежом, доля саже(масло)наполненных каучуков составляет 25 -^ 30 % от объема эмульсионных каучуков. Сложное аппаратурное оформление процесса жидкофазного совмещения ТУ с латексом при использовании острого пара осложняет развитие производства наполненных ТУ каучуков.
Не менее актуальной проблемой является стадия выделение эмульсионного каучука из латекса из-за образования высокозагряз-ненных стоков, содержащих смоляные и жирные кислоты (СиЖК) и их производные, а главное наличие бионеразлагаемого диспергатора -леиканола и использование коагулирующих агентов ограничивает их сброс на биологические очистные сооружения.
Широкое распространение получила ультразвуковая технология при диспергировании тонкодисперсных материалов в жидких средах, что упрощает процесс, протекающий в поле высоких энергий.
В этой связи актуальным направлением является жидкофазное совмещение активного ТУ с каучуком на стадии латекса без использования коагулирующих агентов с последующим механическим и меха-нотермическим обезвоживанием, а также переработкой в высокоскоростном оборудовании с учетом экологической безопасности.
Цель работы. Разработка технологических стадий:
выделения каучука из латекса методом жидкофазного совмеще
ния с активным техуглеродом при использовании ультразвукового
воздействия;
обезвоживания наполненного активным техуглеродом бутади-
ен-стирольного каучука при высоких скоростях сдвига в широком
температурном интервале.
Поставленная цель определила необходимость решения ряда задач, основными из которых являются: 1. Определение условий жидкофазного наполнения эмульсионного
каучука СКС-ЗОАРК на стадии латекса активным ТУ без использования коагулирующих агентов;
-
Изучение технологических параметров переработки наполненного активным ТУ каучука при высоких скоростях сдвига в широком температурном диапазоне;
-
Исследование структурных превращений в наполненном активным ТУ каучуке при критических напряжениях сдвига, сравнимыми с напряжениями, возникающими в высокоскоростном оборудовании;
-
Получение резиновых смесей на основе наполненного активным ТУ марки К354 каучука СКС-ЗОАРК с оптимальными технологическими свойствами и физико-механическими показателями вулканизатов.
-
Создание эколого-технологических основ получения и переработки наполненного активным ТУ каучука;
Научная новизна работы:
-
Создан комплексный подход и обоснован процесс жидкофазного наполнения активным техуглеродом эмульсионного каучука на стадии выделения из латекса без использования коагулирующих агентов при ультразвуковом воздействии с последующим механо-термическим обезвоживанием в герметичном оборудовании с учетом экологической безопасности.
-
Установлено, что нарушение агрегативной устойчивости латексной системы при введении порошкообразного техуглерода или его водной дисперсии достигается перераспределением эмульгирующих компонентов при ультразвуковом воздействии, способствующему глубокому разрушению и диспергированию агрегатов не пористого сорбента - техуглерода, т.е. за счет увеличения его внешней поверхности обеспечивается сорбция молекул лейканола и ПАВ. Предложена экспоненциальная зависимость для определения сорбционной емкости по ПАВ от эквивалентного радиуса частиц техуглерода.
-
Выявлено, что при высоких скоростях сдвига в наполненном техуглеродом бутадиен-стирольном каучуке СКС-ЗОАРК происходят структурные превращения изменяющие механизм течения, вследствие образования углерод-каучукового геля, т.е. в характерных условиях для механотермического обезвоживания (147 -^- 190 С).
Практическая значимость: 1. Созданы предпосылки использования малоэнергоемкого эффективного диспергирования ТУ в латексе при использовании
ультразвука;
-
Установлены оптимальные параметры процесса механо-термического обезвоживания наполненного активным ТУ эмульсионного каучука при исключении глубоких структурных превращений и экологической опасности;
-
Обеспечено ресурсосбережение сорбционным извлечением дефицитных СиЖК и их производных, улучшающих перерабатываемость резиновых смесей;
-
Минимизирована экологическая нагрузка на очистные сооружения за счет исключения из стоков бионеразлаемого лейканола, СиЖК и их производных;
-
Смоделированы условия и определены оптимальные параметры переработки в высокоскоростном оборудовании наполненных активным ТУ эластомерных систем;
-
Испытаны опытные образцы наполненного ТУ марки КЗ 5 4 каучука СКС-ЗОАРК в резиновых смесях и вулканизатах на их основе в центре испытания каучуков и эластомеров ОАО «Воронежсинтезкаучук» г. Воронеж, в обкладочных смесях по скорректированной рецептуре ООО «РПИ КурскПром» г. Курск.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Международной научно-практической конференции «Проблемы и инновационные решения в химической технологии» (г. Воронеж, 2010 г.), XVII международной научно-практической конференции «Резиновая промышленность: сырье, материалы, технологии» (г. Москва, 2011 г.), международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки» (г. Тамбов, 2011г.), X Международной научно-практической конференции «Природно-ресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России» (г. Пенза, 2012 г.), а также на отчетных научных конференциях Воронежского государственного университета инженерных технологий (2009 - 2012 гг.). Апробирован процесс очистки «латексных» стоков опытно-промышленного производства эмульсионных каучуков и латексов в условиях Воронежского филиала ФГУП НИИСК, что подтверждается соответствующим актом.
Достоверность результатов полученных в работе, обоснована достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований, применением современных инструментальных и физико-
химических методов анализа с использованием лицензионного программного обеспечения и обработки результатов экспериментов, апробацией в опытно-промышленных условиях.
Публикации. По результатам исследований опубликованы 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 10 тезисов докладов на конференциях, 2 патента РФ на изобретение. Всего - 16 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, объектов и методов исследования, экспериментальной части, принципиальной технологической схемы, анализа эколого-технологических аспектов механо-термического обезвоживания, заключения, списка литературы. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, включая 32 рисунка, 18 таблиц, список литературы содержит 153 наименования.
