Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В настоящее время доминирующей тенденцией развития производства пластических масс, композиционных материалов , защитных покрытий и других видов полимерных материалов является создание новых композиций на базе сравнительно небольшого числа промышленно важных полимеров, в том числе на основе поливинилхлорида ( ПВХН1-3].
Композиции на основе ПВХ широко используются во многих отраслях промышленности для изготовления конструкционных, теплоизоляционных, лакокрасочных, защитных, клеевых, электроизоляционных и других видов материалов и изделий , обладающих высокими деформационно-прочностными, антикорризионными, теплофизическими и специальными свойствами, в том числе негорючестью.
Особенно перспективно применениекомпозиций на основе ПВХ в производстве строительных материалов [4-8].Например, в Российской Федерации на долю 12 специализированных предприятий из 90 приходится большая часть всего объема выпускаемых полимерных материалов на основе ПВХ: линолиума, пленки ПВХ без основы, на бумажных и прочих подосновах, профильно-поганажных изделий и др. Объем производства только линолиума (рулонные материалы и плитки) в 1993 году составил около 100 млн.м2. В связи с увеличением спроса происходят изменения в ассортименте полимерных строительных материалов: напрмер, увеличивается выпуск линолиума на тканевой и теплоизолирующей подосновах и т.п., что вызывает необходимость поиска путей решения проблемы острого недостатка исходного сырья, дефицита подоснвы и многоцветной печатной пленки для производства линолиума , а также расширения диапазона свойств строительных материалов на основе ПВХ.
Одним из наиболее доступных и перспективных способов целенаправленного регулирования свойств материалов на основе ПВХ является введение в его состав на определенных стадиях получения различных по назначению модифицирующих компонентов в виде наполнителей, пластификаторов, антипиренов, стабилизаторов и других добавок, ассортимент которых непрерывно расширяется и повышается эффективность их действия [7,9].
В последние годы в мировой практике проведен широкий скрининг потенциальных модифицирующих компонентов полимерных материалов и поэтому появление совершенно новых добавок - довольно редкое явление. Усилия исследователей в большей степени направлены на модификацию или специальную обработку уже выявленных добавок.
На сегодняшний день достигнуто понимание того факта, что время дешевого сырья прошло! Модифицирующие добавки природного происхождения в основном уже полностью вовлечены в производственные процессы, и резервы следует искать, в первую очередь, в различных промышленных отходах, основная масса которых еще не находит практического применения.
При современных масштабах материального потребления (объемы
потребления материалов удваивается примерно каждые 11 лет) [10] фактор степени вовлечения в промышленное производство вторичных материальных ресурсов, в том числе неиспользуемых производственных отходов, имеет первостепенное значение. Решение указанной проблемы связано с разработкой и освоением безотходных экологически чистых энергоресурсосберегающих промышленных технологий.
Особый интерес для использования в качестве модифицирующих компонентов полимерных материалов представляют многочисленные неиспользуемые отходы производств лесопромышленного комплекса. Основная масса, образующихся на различных стадиях химической переработки древесного сырья промышленных отходов накапливается в отвалах, сбрасывается в водоемы или сжигается, что приводит к серьезным, а иногда, и необратимым изменениям экологической ситуации во многих промышлешю развитых регионах [11-13].
При разработке основных направлений целенаправленной утилизации продуктов химической переработки древесины (ПХПД) необходимо, в первую очередь, принимать во внимание их углеродсодержащую природу. Основными факторами, гарантирующими указанным отходам положение модификаторов будущего, являются их возобновляемость и высокая экологическая эффективность. Ежегодный прирост твердой биомассы лесов мира составляет 59 млрд.т.,а добывается в мире лишь 1,1-1,3 млрд.т. в год. Из всего лесного массива используется около 7,5% древесины [14], причем в так называемых "отходах" оказывается не менее 30% промышленной древесины.
В силу сказанного реальной представляется возможность получения новых композиций на основе ПВХ с использованием в их составе нетрадиционных модификаторов, обеспечивающих необходимый уровень технологических, эксплуатационных и специальных свойств материалов и готовых изделий. Высокий комплекс технических свойств материалов и изделий на основе поливинилхлорида делают их потенциально пригодными для широкого применения в строительной промышленности в качестве конструкционных и отделочных материалов - пленочных, листовых, профильно-погонажных изделий, пенопластов, труб и т.п. Опережающими темпами развивается производство поливинилхлоридных порошковых композиций (сухие краски) для получения механически прочных, химически стойких антикоррозионных покрытий, используемых для защиты различных панелей с металлическими обшивками, элементов каркасных и несущих конструкций, кровельного материала и др.
Комплексные исследования возможности разработки композиционных материалов на основе ПВХ и продуктов переработки древесного сырья были начаты на кафедрах материаловедения Казанского государственного технического университета и технологии строительных конструкций и изделий Казанской государственной архитектурно-строительной академии. Положительные результаты этих работ послужили основой для дальнейшей; расширения и углубления систематических исследований по проблеме модификации ПВХ продуктами химической переработки древесины с целые создания композиционных материалов с ценными техническими свойствами.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. На основе комплексного исследования реологических, теплофизических, деформационно-прочностных свойств жесткого, пластифицированного и эластифицированного ПВХ, модифицированной:
іромьішленньїми отходами в виде различных продуктов химической іереработки древесного сырья, разработать композиционные материалы іащитньїх покрытий и ресурсосберегающие технологии их производств.
При выполнении работы решались следующие основные задачи: исследовать эффективность и особенность модификации ПВХ продуктами симической переработки древесного сырья путем комплексного изучения технологических, эксплуатационных и специальных свойств дисперсно-іаполненньїх композиционных материалов на его основе и выявить іакономерности их изменения;
исследовать комплекс основных технических свойств полимерных юрошковых композиций и покрытий на основе ПВХ и ПХПД; разработать оптимальные составы и технологические процессы формования іздєлий из композиционных материалов и пленкообразования защитных гокрытий;
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Для исследования был выбран :успензионный ПВХ марки С-7058М, стабилизатором служила смесь стеарата ісальция и силиката свинца (по 3 масс.ч.) пластификатором являлся іиоктилфталат (ДОФ), содержаниие которого меняли от10 до 80 масс.ч.
В качестве модифицирующих добавок были использованы продукты химической переработки древесного сырья в виде гидролизного лигнина (ГЛ), хлорированного гидролизного лигнина (ХГЛ), окисленного гидролизного пигнина (ОГЛ), шлама холодного отстоя (ШХО), последрожжевого остатка (ПДО), полимерного остатка (ПО), таллового пека (ТП), омыленного таллового пека (ОТП), и омыленного таллового лигнина (ОТЛ), содержание которых меняли от 1 до 30 масс.ч. В качестве эластомерных наполнителей были использованы синтетические каучуки СКН-18, СКН-26, СКН-40, СКФ-26, СКФ-32 и СКУ-8.
При решении поставленных в диссертационной работе научно-технических задач были использованны следующие методы исследований: реологический, термомеханический, физико-механический, термогравиметрический, дифференциальный термический анализ, дифференциальная сканирующая калориметрия, электронная микроскопия, пиролитеская газовая хроматография и др.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В процессе решения научно-технической проблемы получены следующие новые научные результаты:
проведена модификация жесткого, пластифицированного и эласти-фнцированного ПВХ новыми продуктами химической переработки древесного сырья - хлорированным гидролизным лигнином, окисленным гидролизным лигнином, последрожжевым остатком и шламом холодного отстоя;
выявлены особенности и закономерности изменения технологических, эксплуатационных и специальных свойств композиционных материалов и покрытий в зависимости от типа и содержания модифицирующих добавок и интенсивности температурно-силовых воздействий;
исследованы многокомпонентные системы типа: ПВХ-дисперсный ПХДД-олигомерный ПХПД;
обобщены экспериментальные данные по изменению комплекса технических свойств ПВХ-композиций, модифицированных различными типами наполнителей в виде ПХПД и дана их классификация по степени влияния на изменение свойств полимерных систем;
- разработаны новые дисперсно-наполненные порошковые композиции на основе ПВХ и ПХПД;
ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ. Подвергается экспериментальными исследованиями, применением современного измерительного оборудования, а также внедрением результатов работы в производство и исследовательскую практику.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. В результате выполненных исследований разработаны композиционные материалы на основе ПВХ и различных видов продуктов химической переработки древесного сырья. Научные результаты, методы их решения и разработанное оборудование переданы и используются на ряде промышленных предприятий, что подтверждается соответствующими актами внедрения, представленными в приложении к данной диссертации.
Внедрение результатов исследований позволило получить значительный технико-эколого-экономический эффект.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты выполненной работы обсуждались на научно-технических семинарах "Экологически чистые лакокрасочные покрытия" -Санкт-Петербург, 1992, 1993 гг.; научно-техническом семинаре "Порошковые полимерные составы - экологически чистые материалы для покрытий"- Пенза, 1992г.; Гагаринских чтениях - Москва, 1993, 1995г.; Международной, конференции " Авиация - пути развития"- Москва, 1993г.; Всероссийской научной студенческой конференции - Казань, КИСИ, 1994 г.; научно-технической конференции по итогам работы за 1992-1993 г.г.-Казань, КГТУ, 1994 г.; Всероссийской межвузовской научно-практической конференции "Конверсия вузов - защите окружающей среды"- Екатеринбург, 1994 г.; V-ой Всероссийской студенческой научной конференциях "Проблемы теоретической и экспериментальной химии"- Екатеринбург, 1995,1996 г.г.; Международной научно-технической конференции "Современные проблемы строительного материаловедения"- Самара, 1995 г.; научно-технической конференции "Новая химическая продукция; технология изготовления и применения"-Пенза, 1995 г.
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА. Постановка основной части экспериментальных исследований, их анализ и обобщение выполнены лично автором, ПУБЛИКАЦИЙ. По материалам диссертационной работы опубликованс 14 печатных трудов.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения Содержит 209 страниц машинописного текста, в том числе 10 таблиц, 55 иллюстраций, библиографию из 180 наименований.
