Введение к работе
Актуальность проблемы. Бромбутилкаучук (ББК) находит все более широкое применение в медицинских изделиях, производстве варочных камер, и особенно в производстве шин, благодаря таким свойствам как высокая газонепроницаемость, повышенная адгезия к металлам, совместимость с каучуками общего назначения, высокая скорость вулканизации.
Начиная с середины 70-х годов прошлого века в мире для производства ББК используют только растворную технологию бромирования, которая является многостадийным процессом, требует высоких энергетических затрат, связанных с применением большого количества органического растворителя. В мировой практике неоднократно предпринимались попытки разработки твердофазных технологий галогенирования БК, но они не были реализованы в производстве, вследствие того, что свойства получаемых каучуков уступают промышленным, несмотря на существенный выигрыш в энергозатратах.
В связи с этим, разработка новых и усовершенствование известных способов бромирования бутилкаучуков в твердой фазе, обеспечивающих получение полимеров, не уступающих по физико-механическим и эксплуатационным свойствам промышленно выпускаемым маркам, является актуальной задачей.
Цель работы: Усовершенствование технологии твердофазного бромированния бутилкаучуков, обеспечивающее получение требуемой микроструктуры и реологических характеристик.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
углубленное изучение микроструктуры и свойств ББК;
изучение возможности нанесения брома на твердый пористый носитель с целью использования полученной системы для бромирования бутилкаучука в твердой фазе;
наработка согласно разработанному способу укрупненных образцов ььк и их апробация у потенциального потребителя, исследование кинетики вулканизации резиновых смесей и физико-механических свойств вулканизатов;
разработка технологической схемы пилотной установки твердофазного бромирования БК.
Достоверность полученных результатов подтверждается использованием современных физико-химических методов исследований и приборной базы: ЯМР-спектрометрии (спектрометр Broker AVANCE III 400) ЭПР-спектромегрии (спектрометр JEOL JES FA-200), порометрии (анализатор Gemini 2370), адсорбции («Абсорптометр "Е"»), а также комплексным подходом с привлечеішем современных методов исследования и оборудования для изучения физико-механических, вулканизационных свойств резиновых смесей и вулканизатов (анализатор перерабатываемости резин RPA-2000, разрывная машина «Zwick»).
Научная новизна:
-теоретически обоснована и практически подтверждена возможность осуществления твердофазной модификации бутилкаучука бромом, нанесенным на технический углерод;
установлены основные закономерности твердофазного бромирования БК молекулярным бромом, нанесенным на твердый пористый технический углерод, в открытых и закрытых смесительных системах;
впервые использованы азотсодержащие органические акцепторы в процессе получения бромбутилкаучуков с целью достижения требуемой микроструктуры последних;
установлено, что в ходе процесса нанесения брома на технический углерод полуактивных и активных марок происходит преимущественно физическая адсорбция галогена.
Практическая значимость:
впервые разработан способ гетерофазного бромирования бутилкаучука с использованием молекулярного брома, нанесенного на твердый носитель, позволяющий получать ББК с требуемым набором физико-механических, вулканизационных и эксплуатационных свойств;
проведена оптимизация условий предложенного способа твердофазного бромирования БК позволяющего уменьшить расход используемых реагентов и снизить деструкционные явления;
показано, что в разработанном способе получения бромбутилкаучуков для достижения требуемой микроструктуры необходимо использовать в качестве акцепторов бромистого водорода азотсодержащие органические основания - Агидол-53 и ДФГ;
с использованием полученных экспериментальных данных разработана новая технологическая схема получения бромбутилкаучука.
Апробация работы. Результаты работы представлены на V и VI международных конференциях «Нефтехимия 99» и «Нефтехимия 2002» (Нижнекамск 1999, 2002), межрегиональной научно-практической конференции «Инновационные процессы в области образования науки и производства» (Нижнекамск 2004), Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов 2008» (Москва 2008), XV Международной научно-практической конференции «Резиновая промышленность. Сырье, материалы, технологии» (Москва 2009), Международной конференции EUROMAR 2011, Magnetic Resonance Conference (Франкфурт-на-Майне, Германия 2011); проведены опытно - промышленные испытания полученных продуктов на ОАО «Волтайр-Пром» (г. Волжский).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, из них 3 в журналах, рекомендованных ВАК, получено 2 патента на изобретение.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, экспериментальной части, обсуждения полученных результатов и выводов, содержит 124 страницы, а также включает 38 рисунков, 32 таблицы, 4 приложения и список использованной литературы из 142 наименований.
