Вопрос 1: Кумароно-инденовые полимеры
Кумароно-инденовые полимеры получают из кумарона (I) и индена (II), содержащихся в каменноугольном дегте.
Кумарон является кислородным аналогом индена. Он представляет собой прозрачную бесцветную маслянистую жидкость плотностью 1080 кг/м3, с т. кип. 173-175 °С. Кумарон нерастворим в воде и щелочах, растворяется в органических растворителях. Под действием серной кислоты полимеризуется.
Инден представляет собой бесцветную жидкость плотностью 1006 кг/м3, с т. кип. 182,4 °С. Он нерастворим в воде, хорошо растворяется в органических растворителях. Нестоек, легко окисляется на воздухе. При комнатной температуре легко полимеризуется.
Кумароно-инденовые полимеры представляют собой смесь продуктов гомополимеризации и сополимеризации кумарона и индена в сольвент-нафте:
На практике выделение кумарона и индена из каменноугольной смолы в чистом виде является трудоемкой и дорогостоящей операцией, поэтому полимеризации подвергают непосредственно продукты перегонки каменноугольного дегтя - фракцию сольвент-нафты, богатую кумароном и инденом. При полимеризации кумарона и индена растворителями служат предельные соединения, входящие в состав фракции сольвент-нафты.
Производство кумароно-инденовых полимеров
Технологический процесс получения кумароно-инденовых полимеров состоит из стадий очистки сольвент-нафты, удаления воды и других нежелательных примесей, полимеризации, отделения катализатора (серной кислоты) и кислых смолистых веществ, нейтрализации масла, промывки масла, содержащего смолу, и отгонки масла.
Для получения полимеров пригодны фракции сольвент-нафты, содержащие 30% смолообразующих компонентов, хотя иногда применяют фракции, содержащие 80-90% смолообразующих веществ. Поэтому в большинстве случаев продукт первичной перегонки каменноугольной смолы содержит большое количество примесей. Очистка сольвент-нафты заключается в ее многократной перегонке в колонных аппаратах. После перегонки продукт очищают от нафталина вымораживанием и прессованием, от фенолов - промыванием раствором едкого натра, от пиридина и его гомологов - экстракцией разбавленной серной кислотой и т. д. Затем сольвент-нафта подвергается предварительной обработке серной кислотой (плотность 1530 кг/м3) для удаления воды и некоторых легко полимеризующихся углеводородов. После этого сольвент-нафта поступает на полимеризацию.
Полимеризацию проводят в аппарате с мешалкой и системой охлаждения при пониженной температуре (от 0 до 15 °С). Катализатором служит концентрированная серная кислота (плотность 1840 кг/м3), применяемая в количестве 0,2-1% (об.). Продолжительность процесса зависит от температуры, содержания катализатора и интенсивности перемешивания (примерно от нескольких минут до 1 ч). Контроль полимеризации осуществляется по плотности масла. Прекращение увеличение плотности является показателем завершения полимеризации.
По окончании полимеризации тяжелую кислую смолу (около 2% от первоначально взятого количества сольвент-нафты) отделяют отстаиванием. Смола состоит главным образом из кислого отстоя и сульфосоединений с незначительной примесью сольвент-нафты. После удаления кислого отстоя смолу нейтрализуют водным раствором каустической соды и промывают водой в аппарате с мешалкой или при перемешивании сжатым воздухом. Для уменьшения потерь смолы при промывке вследствие образования эмульсии в воду добавляют около 3% хлорида натрия или других электролитов. После промывки сольвент-нафту отгоняют под вакуумом. Кумароно-инденовая смола получается в виде остатка от перегонки. Отгонку ведут до тех пор, пока температура плавления кубового остатка не достигнет определенного значения. После этого смолу переливают в контейнеры или охлаждают и дробят на куски на вальцах или дробильных машинах.
Свойства и применение кумароно-инденовых полимеров
В зависимости от глубины полимеризации, степени очистки исходного сырья, содержания кумарона и индена цвет полимера; изменяется от лимонно-желтого до темно-коричневого. Молекулярная масса даже высокоплавких смол невелика и колеблется от 1000 до 3000.
Температура размягчения: каучукоподобные 50-65 °С, средней мягкости 65-85 °С, каучукоподобные марки Н 85-100 °С, средней твердости 100-135 °С и лаковые 135-150 °С.
Хорошо растворяются в бензоле, толуоле, скипидаре, ацетоне, в различных ацетатах и других эфирах, в хлорированных углеводородах, в растительных и животных маслах, малорастворимы в спиртах. С повышением температуры плавления полимеров растворимость их уменьшается. При температурах выше 275 °С они темнеют, а при 300 °С начинают частично разлагаться.
Кумароно-инденовые смолы применяют в производстве масляных и спиртовых лаков, водонепроницаемых цементов и покрытий, улучшенных типографских красок, в качестве мягчителей для резиновых смесей, в производстве линолеума, сургуча, клеящих и пропитывающих составов для ткани и бумаги.
При комбинировании кумароно-инденовых смол с феноло-альдегидными олигомерами или при их модификации различными полимерами из них можно получать формовочные композиции и другие пластические массы с хорошими свойствами.
Исходные продукты (сольвент-нафта) для получения кумароно-инденовых смол являются горючими и взрывоопасными веществами.