Введение к работе
Актуальность. Освоение и внедрение новых технологий
в различных отраслях промышленного производства связано с
потребностью в эластомерных материалах, обладающих
сложным комплексом специфических свойств,
обеспечивающих их работоспособность в экстремальных
условиях. Серийно выпускаемые в настоящее время полимеры
(эластомеры) не в состоянии полностью удовлетворять все
возрастающие потребности различных отраслей
промышленности в новых материалах. В обозримом будущем в области синтеза полимеров не планируется создание производственных мощностей по выпуску полимерных материалов с принципиально новыми свойствами. Поэтому одним из приоритетных направлений в области создания полимерных материалов с новым комплексом свойств в настоящее время становится химическая модификация выпускаемых полимеров, имеющих технологически отлаженное производство.
Особое место в области создания эластомерных материалов с новым комплексом свойств принадлежит галоидной модификации. Как известно, на основе галогенсодержащих каучуков удается получать эластомерные материалы и полимерные композиты с повышенной тепло-, озоно-, масло-, бензостойкостыо, негорючестью, стойкостью к воздействию агрессивных сред, высокой прочностью и адгезионной активностью.
Однако существующее в настоящее время промышленное производство галоидсодержащих эластомеров представляет собой сложный многостадийный процесс, состоящий из стадии растворения исходного полимера, галоидной модификации полученного раствора, выделения основного продукта, регенерации растворителя и нейтрализации агрессивных отходов производства. В качестве галоидмодифицирующего компонента в таких процессах, как правило, используют газообразный хлор или бром.
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ| БИБЛИОТЕКА СПетср 09 «И-
IOTEKA
Несмотря на достаточно сложную технологию получения хлорсодержащих полимеров, в настоящее время во всем мире выпуск этих продуктов постоянно растет, что свидетельствует о большой потребности мировой экономики в таких материалах.
Современные высокие требования по охране окружающей среды требуют разработки новых альтернативных технологий получения хлорсодержащих эластомеров, отличительной особенностью которых является технологическая простота и экологическая безопасность.
Одним из путей достижения этой цели может явиться
использование большого базового теоретического и
практического материала, накопленного в отечественной и
мировой науке за последние 50 лет в области механохимии
полимеров, и, в частности, в ее разделе, посвященном
механохимической модификации. Привлекательность
механохимического способа галоидной модификации эластомеров заключается в простоте технологического и аппаратурного оформления процесса, для осуществления которого может быть использовано серийно применяемое в области переработки полимеров смесительное оборудование и химические продукты, содержащие галоген в связанном виде.
Систематических исследований по механохимической галоидной модификации эластомеров не проводилось. Отсутствуют также сведения, указывающие на применение серийного смесительного оборудования и, в частности, закрытого двухроторного резиносмесителя в качестве основного аппарата для проведения такой модификации.
На основании вышесказанного проведение научно-
исследовательских работ по механохимической галоидной
модификации эластомеров с использованием
резиносмесительного оборудования и изучение структуры и свойств полученных продуктов и материалов на их основе является актуальным направлением в области химической модификации эластомеров, позволяющим не только расширить теоретические представления в области механохимической модификации каучуков, но и получать галоидированные полимеры (эластомеры) с необходимыми свойствами по альтернативной растворному способу, доступной, и экологически более безопасной технологии.
Цель работы заключается в разработке научно-
технических принципов технологии получения
хлорсодержащих эластомеров, основанной на механо-
химическом инициировании полимера, совмещенного с
хлорсодержащим органическим соединением (ХОС).
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих научно-исследовательских задач:
-
Изучение возможности применения в качестве галоидмодифицирующих компонентов следующих продуктов: хлорсодержащих каучуков, хлорсодержащего технического углерода и хлорсодержащих органических соединений предельного строения.
-
Изучение механохимических превращений диеновых и олефиновых каучуков протекающих в процессе их термомеханической обработки в двухроторном резиносмесителе.
-
Определение температурно-временных диапазонов обработки каучуков, отличающихся по интенсивности протекания в нихдеструкционных процессов.
-
Выбор хлорсодержащего модифицирующего компонента, наиболее полно отвечающего требованиям поставленной задачи, изучение теплофизических характеристик этого компонента и способности его к совмещению с каучуками, подлежащими галоидной механохимической модификации.
-
Проведение галоидной механохимической модификации диеновых и олефиновых каучуков, определение их реакционной способности по отношению к хлорсодержащему реагенту в условиях такой модификации.
-
Изучение структуры и свойств полученных хлорсодержащих эластомеров.
-
Разработка основных технологических параметров получения хлорсодержащих эластомеров посредством галоидной механохимической модификации и создание на их основе тепло-, озоно-, маслобензостойких и др. материалов.
Научная новизна. Впервые осуществлена галоидная
механохимическая модификация диеновых и олефиновых
эластомеров, при которой в качестве
галоидмодифицирующего компонента использованы хлорсодержащие предельные углеводороды, способные к реакциям теломеризации и дегидрохлорирования.
Установлено, что реакционная способность каучука относительно хлорсодержащего реагента в процессе его
галоидной механохимической модификации определяется интенсивностью протекания деструкционных процессов в фазе модифицируемого каучука.
На основании проведенных физико-химических и спектральных исследований хлорсодержащих каучуков, полученных посредством галоидной механохимической модификации, предложены механизмы реакций, протекающих в процессе такой модификации.
При сравнительном изучении спектральных характеристик и свойств хлорсодержащих ЭПДК (ХЭПДК), полученных посредством растворной и механохимической галоидной модификации, показана близость структурных параметров этих каучуков.
Изучение энергетической активности различных каучуков в зависимости от деформации их макромолекул, проведенное с использованием компьютерного моделирования, показало наличие корреляционной зависимости энергетического параметра и реакционной способности каучуков, наблюдаемой в процессах их галоидной механохимической модификации, относительно хлорсодержащего реагента.
При изучении закономерностей галоидной механохимической модификации каучука СКД обнаружена способность хлорсодержащего реагента разрушать гель-фракцию каучука.
Практическая значимость. Предложена
принципиально новая, альтернативная существующей,
технология получения хлорсодержащих эластомеров с
содержанием галогена от 0,2 до 10%, основанная на
механохимическом инициировании каучука, совмещенного с
хлорсодержащим реагентом. Отличительной
особенностью предлагаемой технологии является простота осуществления галоидной модификации и ее экологическая безопасность.
На производственных мощностях фирмы "Поликров" организовано промышленное производство каучуков ХЭПДК и хлорсодержащего БК (ХБК) по технологии галоидной механохимической модификации.
Производственное опробование ХЭПДК (с содержанием хлора 2,1%), полученного посредством
технологии галоидной механохимической модификации было проведено в условиях Московского шинного завода. В результате проведенных работ была установлена перспективность использования этого каучука в качестве полимерного антиоксиданта в резинах для боковин радиальных шин.
Производственное опробование ХБК в различных изделиях шинного производства на ОАО "Волтайр" (г.Волжский Волгоградской обл.) показало перспективность использования этого материала в рецептурах резин, применяемых для изготовления диафрагм форматоров вулканизаторов.
Опробование ХЗПДК в производстве коррозионно-термостоиких и газонепроницаемых композиционных материалов БС-45М и Б-850М на предприятиях, курируемых ФГУП НИИ "Синтез", показало перспективу применения этого каучука в качестве эластомерной добавки, повышающей термокоррозионную устойчивость и устойчивость изделий к воздействию агрессивных сред.
Согласно плану совместных работ между МИТХТ им. М.
В. Ломоносова и ФГУП НИИ "Синтез" разработана
техническая документация (Резиновая смесь БС-45М, ТУ
2512-001-02068737-2004 и Б-850М, ТУ 2512-002-02068737-
2004), на производство и применение хлорсодержащих
ЭПДК и БК в коррозионно-термостоиких эластичных
материалах нового поколения, имеющих
работоспособность при температурах от - 60 до +375С.
Авторзашишаєт.
1. Закономерности протекания галоидной
механохимической модификации различных по химической
структуре каучуков, проявляющиеся при их
термомеханической обработке в двухроторном
резиносмесителе закрытого типа.
2 Новое, альтернативное существующему,
направление в области галоидной модификации
эластомеров, основанное на механохимическом
инициировании полимера, совмещенного с
хлорсодержащим органическим соединением.
3. Основные научно-технические принципы получения галоидсодержащих эластомеров, лежащие в основе
галоидной механохимической модификации.
-
Научно-обоснованное представление о характере химических реакций, протекающих в процессе галоидной механохимической модификации различных эластомеров.
-
Создание термо-озоностойких, газонепроницаемых и коррозионно-термостойких эластомерных материалов на основе галоидированных синтетических каучуков.
Апробация работы. Результаты исследований,
проведенных в диссертационной работе, были доложены
на: Всесоюзной научно-технической конференции
"Современные проблемы в области синтеза резин"
(Днепропетровск, 1980); Всесоюзной научно-технической
конференции "Повышение качества продукции и внедрение
ресурсосберегающей технологии в резиновой
промышленности" (Ярославль, 1986); Пятой юбилейной
Всероссийской научно-практической конференции
резинщиков "Сырье и материалы для резиновой
промышленности" (Москва, 1998); Седьмой Всероссийской
научно-практической конференции резинщиков "Сырье и
материалы для резиновой промышленности" (Москва,
2000); Девятой конференции Российской Академии наук
"Деструкция и стабилизация полимеров" (Москва, 2001);
Восьмой Всероссийской научно-практической конференции
"Резиновая промышленность, сырье, материалы,
технология" (Москва, 2001); Первой Всероссийской
конференции по каучуку и резине (Москва, 2002); Девятой
Всероссийской научно-практической конференции
"Резиновая промышленность, сырье, материалы, технология" (Москва, 2002); Международной конференции по каучуку и резине "IRC04" (Москва, 2004).
Достоверность научных положений и выводов, приведенных в диссертационной работе, базируется на применении современных методов исследований и средств измерения, что подтверждается адекватностью моделей, полученных при использовании программных продуктов, разработанных на основе принципов молекулярной механики, результатам экспериментальных исследований.
Справедливость рекомендаций подтверждена в производственных условиях на предприятиях резиновой и химической промышленности.
Личное участие автора состояло в формировании научного направления, постановки задач, разработке теоретических положений, непосредственном участии во всех этапах исследовательских работ, обобщении результатов и формулировании выводов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 43 печатных работ и получен патент на изобретение "Способ получения хлорсодержащего эластомера". Более подробная информация о публикациях приведена в заключительной части автореферата.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 285 страницах типографского текста, содержит 79 таблиц и 33 рисунка. Библиография включает 343 наименования литературных источников.