Введение к работе
Актуальность темы
На современном этапе развития химии и химической технологии полимерных материалов к числу перспективных относятся композиционные материалы, обладающие функциональными свойствами, в частности ионообменные полимерные композиционные материалы.
Анализ рынка показал, что потребность в ионитах в России составляет 14-15 тыс. тонн в год. В настоящее время спрос на иониты на российском рынке удовлетворяется на 80 % за счет импортной продукции, что и определяет актуальность данной работы. Ранее в Саратовском государственном техническом университете были разработаны хемосорбционные композиты на основе различных органических волокон, сырьевые ресурсы и объёмы отечественного производства которых в настоящее время ограничены. В связи с этим возникает необходимость выбора новых армирующих систем для создания эффективных композиционных хемосорбентов, в частности в качестве перспективного волокнистого наполнителя при разработке фенолоформальдегидного катионообменного композита используется базальтовое волокно. Однако для катионитов, синтезируемых методом поликонденсационного наполнения в присутствии базальтовых волокон, до настоящего времени не достигнут высокий уровень функциональных характеристик.
Цель настоящей работы – разработка технологии получения фенолоформальдегидных катионообменных композиционных материалов на основе базальтовых волокон с повышенными эксплуатационными свойствами путём модификации волокнистого наполнителя и полимерной матрицы.
Для достижения поставленной цели в задачи исследований входили:
– выбор методов и параметров модификации базальтового волокна, изучение структуры и свойств катионообменного композиционного материала на основе модифицированного волокнистого наполнителя;
– изучение процесса отверждения фенолоформальдегидной катионообменной матрицы в присутствии термо- и СВЧ-обработанного базальтового волокна;
– исследование возможности модификации фенольной смолой катионообменной матрицы при получении композиционного катионита на основе термо- и СВЧ-обработанных базальтовых волокон, изучение структуры и свойств получаемых катионообменных материалов;
– анализ эффективности использования разработанных катионообменных композиционных материалов в процессе водоподготовки и технологии полимеров;
– разработка принципиальной технологической схемы получения модифицированного катионообменного композиционного материала и технико-экономическое обоснование предлагаемой технологии.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые:
– установлено, что термо-, СВЧ-, а также термо- и СВЧ-обработка базальтовых волокон обеспечивает повышение адгезионных свойств волокнистого наполнителя, о чём свидетельствует улучшение их смачиваемости пропиточными составами и снижение скорости пиролиза катионообменного композиционного материала на основе модифицированных базальтовых волокон;
– доказано активное влияние модифицированных базальтовых волокон на процессы формирования структуры фенолоформальдегидной катионообменной матрицы в условиях синтеза композиционного материала, что подтверждается значительным снижением величин тепловых эффектов процесса синтеза полимерного композиционного материала и сокращением времени его отверждения;
– показано, что термо-, СВЧ-, а также термо- и СВЧ-обработка базальтового волокна влияет на структуру и способствует повышению функциональных свойств синтезируемых катионообменных материалов. Модификация волокнистого наполнителя увеличивает удельную поверхность катионита на его основе на 30-40% по сравнению с катионообменным композитом, синтезированным на основе немодифицированного волокна. При этом для катионита на основе термо- и СВЧ- обработанного базальтового волокна характерно синергетическое увеличение значений обменной ёмкости при значительном повышении остальных функциональных свойств;
– отмечено изменение химического состава фенолоформальдегидного катионообменного композиционного материала на основе модифицированной фенольной смолой матрицы и термо- и СВЧ-обработанного базальтового волокна, подтверждающее увеличение содержания в нём активных сульфогрупп;
– установлено, что разработанные катионообменные композиционные материалы, характеризующиеся шириной пор от 3,2 до 30,8 нм, относятся к мезопористым системам.
Практическая значимость работы:
– доказана целесообразность и определены параметры модификации базальтового волокна при получении катионообменных волокнистых материалов на их основе методом поликонденсационного наполнения;
– разработаны новые фенолоформальдегидные катионообменные волокнистые материалы на основе термо- и СВЧ – модифицированных базальтовых волокон с повышенными функциональными свойствами;
– доказана возможность использования фенольной смолы для модификации фенолоформальдегидной катионообменной матрицы при получении катионообменных композиционных материалов на основе термо- и СВЧ-обработанного базальтового волокна;
– разработаны принципиальная технологическая схема и проект технологического регламента процесса получения модифицированных катионообменных композиционных материалов на основе базальтового волокна;
– подготовлены технические условия и получен сертификат соответствия на партию разработанного катионообменного материала на основе термо- и СВЧ- обработанного базальтового волокна и немодифицированной матрицы;
– показана эффективность использования разработанных материалов для систем технического водообеспечения.
Работа проводилась в соответствии с основными научными направлениями СГТУ, выполняемыми по заданию Министерства образования и науки РФ в рамках АВЦП "Развитие научного потенциала высшей школы" (2009-2011), а так же при поддержке фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (проект № 10164 2009-2010).
Апробация результатов работы
Результаты работы доложены на Международных и Всероссийских конференциях: III Всероссийской студенческой олимпиаде «Технология химических волокон и композиционных материалов на их основе» (Санкт-Петербург, 2007); IV Международной научно-технической конференции «Композит – 2007» (Саратов, 2007); Конференции молодых ученых. «Молодые ученые – науке и производству» (Саратов, 2008); Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (Саратов, 2009); Четвертом Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (г. Саратов 2009); IV Всероссийской научной конференции (с международным участием) «Физикохимия процессов переработки полимеров» (Иваново, 2009); V Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры – 2010» (Москва, 2010); V Международной конференции «Композит-2010» (Саратов, 2010); IV Всероссийской научно-практической конференции. «Прикладные аспекты химической технологии полимерных материалов и наносистем («Полимер-2010»)» (Бийск, 2010).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, реферируемых ВАК.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методической части и трех глав с результатами эксперимента, общих выводов и списка использованной литературы.
Похожие диссертации на Разработка технологии модифицированных катионообменных композиционных материалов на основе базальтовых волокон
