Введение к работе
Актуальность работы. Проблема утилизации полимерных отходов мебельного производства путем создания композиционных материалов с одновременным снижением химического загрязнения окружающей среды становится все более актуальной. При отделочных технологических операциях в мебельной и деревообрабатывающей промышленности в воде гидрофильтров, используемых для очистки воздуха рабочей зоны, накапливаются полимерные загрязнители в количестве 25-50 % от массы расходуемых материалов. Отходы состоят из пленкообразующих частей нитро-целлюлозных и полиэфирных лаков, эмалей и грунтовок и накапливаются в объеме и на поверхности воды. Их качественный и количественный состав и свойства изучены недостаточно. Сведения о технологии переработки отходов вышеназванных производств ограничены.
Работа выполнена в рамках целевой программы «Интеграция» «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки» по разделу «Разработка экологически чистых композиционных модификаторов».
Цель работы. Разработка технологии получения полимерных композиций на основе отходов нитроцеллюлозных и полиэфирных лаков, выделенных из сточных вод мебельного производства.
Достижение цели потребовало решения следующих задач:
исследование динамики накопления полимерных загрязнителей в воде гидрофильтра в течение рабочего цикла (до замены воды);
определение эффективных методов извлечения полимерных загрязнителей, основанных на использовании отходов различных производств в качестве фильтрующих материалов;
изучение физико-химических и структурных особенностей выделенных полимерных отходов для обоснования возможных способов их переработки;
разработка композициошшх материалов на основе выделенных полимерных отходов: лакокрасочных материалов, шпатлевок, клеев, пропитывающих составов для модификации древесины, полимероцементных и древеснополимерных композиций;
оценка физико-механических свойств разработанных полимерных композиций и определение возможных областей их применения.
Научная новизна. Впервые проведен системный анализ состава полимерных отходов окрасочного производства мебельного комбината с обоснованием допустимых сроков их хранения до переработки в композиционные материалы.
Разработана макрокинетическая модель, описывающая закономерности образования трехмерной сетчатой структуры в полимерной системе на основе нитроцеллюлозного лака, модифицированного полиизоцианатами.
При разработке технологии извлечения полимерных отходов совместно с сопутствующими растворителями из сточных вод окрасочного производства определены математические закономерности влияния различных
факторов на эффективность процесса, составившую соответственно 80 % и 78 %. Обоснованы условия подготовки к переработке полимерных отходов путем их обезвоживания и достижения влажности 5-7 % мае.
Оценено влияние состава на физико-механические свойства разработанных полимерных композиций. Предложено использование в составе композиций на основе отходов полиэфирных лаков минеральных наполнителей, необратимо адсорбирующих мономерный стирол и вследствие этого повышающих экологическую безопасность материалов. На основе результатов физико-химических исследований рассчитана доля необратимой адсорбции на исследованных наполнителях и дано объяснение этого явления.
Практическая ценность. Доказана возможность многовариантного использования полимерных отходов нитроцеллюлозных и полиэфирных лаков окрасочного производства в качестве сырья для композиционных материалов.
Даны рекомендации по переработке растворимых полимерных отходов в грунтовки, шпатлевки, клей и пропитывающие составы для модификации древесины. Выявлено влияние времени пребывания отходов в воде на эксплуатационные характеристики полимерных композиций на их основе.
Установлена возможность переработки нерастворимых полимерных отходов окрасочного производства в композиционные материалы. Разработаны и внедрены рецептуры полимероцементной и древеснополимерной композиций, позволяющие комплексно использовать полимерные и древесные отходы мебельного комбината.
Определены технические характеристики разработанных полимерных композиций и возможные области их применения.
Обоснована возможность совместной переработки полимерных отходов окрасочного производства и отработанного фильтрующего материала, использованного для их выделения. С использованием диаграмм состав-свойство обоснованы составы полимерных композиций, обеспечивающие получение покрытий с заданными свойствами.
Апробация работы. Основные материалы диссертации изложены и обсуждены на региональных (Воронеж 1995,1996, Тамбов 1998,) Всероссийских (Воронеж 1990,1998), Всесоюзных (Воронеж 1990, Донецк 1990) конференциях, Международных конференциях (Москва 1990, Екатеринбург 1999), а так же научных конференциях Воронежской государственной технологической академии.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 15 публикациях. По результатам работы получено авторское свидетельства
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, списка литературы и приложений. Материалы работы изложены на 157 страницах машинописного текста, содержат 17 рисунков, 27 таблиц и приложения. Список использованных источников включает 145 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.