Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Инновационные методы и технологии переработки эластомеров (Теория и практика). Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ФГБОУ ВО
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»
В.И. КОРЧАГИН, Л.А. ВЛАСОВА, А.В. ПРОТАСОВ
ИННОВАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ
И ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ
ЭЛАСТОМЕРОВ
(Теория и практика)
Утверждено
редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
ВОРОНЕЖ
2020
1
2
УДК (678.43/44 (075.48)
Без объявл.
ББК Л72Я7
К66
Научный редактор профессор П.Т. СУХАНОВ
Р е ц е н з е н т ы:
кафедра строительных конструкций
Воронежского государственного технического университета;
д.т.н. Д.Е. БАРАБАШ
(Воронежский государственный технический университет)
Печатается по решению
редакционно-издательского совета
Воронежского государственного университета инженерных технологий
Корчагин, В.И.
К66
Инновационные методы и технологии переработки эластомеров (Теория и практика) [Текст] : учеб. пособие / В.И.
Корчагин, Л.А. Власова, А.В. Протасов; Воронеж. гос. ун-т
инж. технол. – Воронеж: ВГУИТ, 2020. – 103 с.
ISBN 978-5-00032-512-4
Учебное пособие составлено в соответствии с требованиями ФГОС ВО по направлению подготовки 18.04.02 – «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической
технологии, нефтехимии и биотехнологии». Рассмотрены современные представления по
получению, модификации и созданию наполненных эластомеров. Пособие является составной частью при изучении дисциплины «Инновационные методы и технологии
природоохранной деятельности».
2804080000 - 31
K
ОК2(03) - 2020
ISBN 978-5-00032-512-4
Оригинал-макет данного издания является собственностью Воронежского государственного университета инженерных технологий, его репродуцирование
(воспроизведение) любым способом без согласия университета запрещается.
УДК (678.43/44 (07 5.48)
ББК Л72Я7
© Корчагин В.И., Власова Л.А.,
Протасов А.В., 2020
© ФГБОУ ВО «Воронеж. гос. у-нт
инж. технол.», 2020
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
ОТ АВТОРОВ ………………………………………………………….. 5
Глава 1. ФОРМИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И
ПРАКТИЧЕСКИХ НАВЫКОВ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ
ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТОВ…………………………………………….
7
1.1. Общие сведения………………………………………………. 7
1.2. Химизм процесса получения термоэластопласта………….. 10
1.3. Описание технологической схемы получения термоэла-
стопласта…………………………………………………………... 14
Лабораторная работа № 1. Изучение реологического поведения
термоэластопластов в широком температурном и скоростном
диапазоне………………………………………………………………………… 17
Глава 2. ФОРМИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ НАВЫКОВ
ПРИ МОДИФИКАЦИИ ЭМУЛЬСИОННЫХ КАУЧУКОВ……………..
31
2.1. Модификация высокомолекулярных соединений…………. 31
2.2. Озонолиз каучуков с непредельными связями…………….. 33
2.3. Лимитирующие факторы при озонировании органических
соединений в водной среде……………………………………… 37
Лабораторная работа № 2. Оценка степени озонирования
эмульсионного латекса…………………………………………………….... 40
Глава 3. ФОРМИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И
ПРАКТИЧЕСКИХ НАВЫКОВ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ НАПОЛНЕННЫХ
ТЕХУГЛЕРОДОМ КАУЧУКОВ…………………………………………..
46
3.1. Эколого-технологические проблемы при производстве
эластомеров………………………………………………………. 46
3.2. Технологические аспекты при получении наполненных
эластомерных систем…………………………………………….. 49
3.3. Лимитирующие факторы при получении наполненных ТУ
эмульсионных каучуков………………………………………….. 52
3.4. Жидкофазное наполнение каучука техуглеродом на стадии
латекса при использовании ультразвукового воздействия…….. 55
Лабораторная работа № 3. Изучение реологического поведения наполненных техуглеродом каучуков в широком температурном
и скоростном диапазоне……………………………………………………. 59
4
Глава 4. ФОРМИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ НАВЫКОВ
ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ЭЛАСТОМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА………… ……….
67
4.1. Использование углеродсодержащих наполнителей при
производстве эластомерных композиций………………………. 67
4.2. Жидкофазное наполнение эмульсионных каучуков……….. 71
4.3. Влияние стабилизаторов водных дисперсий на переработ-
ку резиновых смесей и свойства вулканизатов ………………… 73
Лабораторная работа № 4. Определение полноты жидкофазного
совмещения отработанного активированного угля с бутадиенстирольным латексом в ультразвуковом поле………………………….. 75
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ……………………………………..
102
ОТ АВТОРОВ
Учебное пособие разработано в соответствии с требова-
ниями ФГОС ВО к уровню подготовки магистрантов по
направлению 18.04.02 – «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии».
Может быть рекомендовано для магистрантов по направлениям
18.04.01 – «Технология переработки полимеров» и 20.04.01 –
«Техносферная безопасность».
Учебное пособие направлено на формирование экспери-
ментальных и практических навыков при изучении модификации
СК, получении и переработке современных эластомеров, создании наполненных ТУ эластомеров, в том числе с использованием
отходов производства. Пособие является составной частью при
изучении дисциплины «Инновационные методы и технологии
природоохранной деятельности».
Производство СК является энерго- и ресурсоемкой отраслью, которая включает наукоемкие высокотехнологичные
процессы, но при этом требует повышенной экологической безопасности. Создание высокотехнологичных процессов получения
и переработки эластомеров – одно из приоритетных направлений
современности.
Пособие состоит из четырех глав. В первой главе излагаются процессы синтеза и технология получения блок-сополимеров
с линейной и разветвленной структурой. Лабораторная работа
включает изучение реологического поведения бутадиен стирольных термоэластопластов в широком температурном и
скоростном диапазоне.
5
Во второй главе рассмотрены технологические основы озонолиза каучуков с непредельными связями и органических
соединений в водных средах с учетом лимитирующих факторов.
Лабораторная работа включает изучение эффективности озонолиза при модификации эмульсионных каучуков.
В третьей главе обсуждаются эколого-технологические
проблемы в производстве эластомеров, концепция и лимитирующие факторы при создании наполненных ТУ эмульсионных
каучуков. Лабораторная работа включает изучение реологического поведения наполненных ТУ эластомеров в широком
температурном и скоростном диапазоне.
В четвертой главе рассмотрено жидкофазное наполнение
эмульсионных каучуков, а также структура углеродсодержащих
материалов и их модификация с учетом эксплуатационных
свойств вулканизатов, полученных на основе наполненных эластомеров. Лабораторная работа включает определение полноты
жидкофазного совмещения отработанного активированного угля
с бутадиен-стирольным латексом в ультразвуковом поле.
.
6
Глава 1. ФОРМИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
И ПРАКТИЧЕСКИХ НАВЫКОВ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ
ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТОВ
1.1. Общие сведения
Развитие нефтехимической отрасли в мировом масштабе
предполагает постоянный поиск новых материалов, обладающих
уникальными потребительскими свойствами, экологической
безопасностью и простотой переработки. К такими материалами
можно отнести ТЭП или термопластичные эластомеры.
ТЭП – это синтетические полимеры, которые при обычных
температурах обладают свойствами резины, а при повышенных
(120 ÷ 200 °С) размягчаются, подобно термопластам. В отличие
от каучуков, ТЭП перерабатываются, минуя стадию вулканизации. При этом они могут перерабатываться как пластмассы на
стандартном оборудовании методами формования, экструзии, литья под давлением с малыми технологическими потерями.
Отсутствие необходимости в вулканизации создаёт возможность
многократной повторной переработки отходов при изготовлении
изделий.
Сочетание таких свойств обусловлено тем, что ТЭП является блок-сополимером, в макромолекулах которого эластичные
блоки (например, полибутадиеновые) чередуются в определённой
последовательности с термопластичными (например, полистирольными). В упрощенном виде фазовое разделение в бутадиенстирольных ТЭП отражено на рис. 1.1.
Полистирольная и полибутадиеновая фазы в ТЭП обладают
различными свойствами и ведут себя как несмешивающиеся полимерные композиции, т.к. имеют абсолютно несхожие
параметры растворимости. Однако бутадиен-стирольные блоксополимеры по своим физическим свойствам отличаются от простой физической смеси своих составляющих элементов, в той или
иной пропорции, потому, что эти две фазы в сополимере объединены еще и химическими связями.
7
а б
Рис. 1.1. Строение линейного и разветвленного ТЭП:
а – блок полистирола; б – полибутадиеновая фаза
Если две раздельные фазы существуют в виде трех блоков,
то между ними возникает особая форма слияния на физическом
уровне, называемая эффектом «сшивки». Для бутадиенстирольных блок-сополимеров с долей связанного стирола менее
50 % масс. физическая сшивка возникает в микрофазных разделенных структурах, состоящих из твердой полистирольной фазы,
аналогичной по свойствам доменам в вулканизате.
Синтетические бутадиен-стирольные ТЭП являются продуктами растворной блочной сополимеризации стирола с
бутадиеном-1,3 в присутствии литийорганического инициатора и
8
обозначаются следующим образом: с разветвленной структурой
обозначаются СБС Р 30-00, а с линейной – СБС Л 30-01.
Содержание связанного стирола в ТЭП составляет 28,5 ÷ 31,5 %
масс. Физико-механические свойства ТЭП представлены в
таблице.
Таблица
Физико-химические показатели ТЭП
Наименование показателя СБС Р 30-00 СБС Л 30-01
Кинематическая вязкость 5,23 % раствора в
толуоле при температуре (25 ± 0,1)0С, сСт. 30 ± 5 14 ± 5
Массовая доля летучих веществ, %, не более
Твердость по Шору А, усл. ед.
Условная прочность при растяжении, МПа,
не менее
Относительное удлинение при разрыве, %,
не менее
Условное напряжение при 300 %-ном удлинении, МПа не менее
0,8 0,8
82 ± 5 80 ±3
8,0 14,7
550 700
2,0 2,7
Морфология ТЭП несомненно зависит от содержания блока
стирола (связанного стирола), что отражено на рис. 1 .2. Различное содержание связанного стирола в бутадиен-стирольном блоксополимере характеризуется различными структурными элементами. Области применения ТЭП разнообразны в зависимости от
структуры.
ТЭП марки СБС Л 30-01 используются в производстве адгезивов, герметиков, полимерных композиций, модификаторов
термопластов и битумов, а также при изготовлений кровельных,
дорожных и защитных покрытий.
ТЭП марки СБС Р 30-00 используются в обувных композициях, в полимерно-битумных смесях, преимущественно
кровельного типа, для изготовления дорожных покрытий, мастики, адгезивов.
9
Рис. 1. 2. Изменение структуры блок-сополимера в зависимости
от соотношения связанный стирол:бутадиен
По оценке специалистов объём глобального потребления
термопластичных эластомеров вырос с 3,7 млн т в 2013 г. до
5,5 млн т в 2020 г. Ожидается дальнейший его рост. Прогнозируется увеличение объемов потребления на изготовление
предметов медицинского и гигиенического назначения, а также
на производство провода и кабеля.
1.2. Химизм процесса получения термоэластопласта
Синтез бутадиен-стирольных ТЭП осуществляется в углеводородном растворителе по периодической системе в
присутствии литийорганических инициаторов. В промышленном
синтезе наибольшее применение нашёл н-бутиллитий благодаря
стабильности при хранении и низкой стоимости.
В качестве растворителя используется циклогексан или
смесь циклогексана и н-гексана. Лучшим растворителем является
циклогексан, поскольку в нём хорошо растворим первый полистирольный блок. Введение н-гексана особенно необходимо в
зимнее время (температура замерзания циклогексана плюс 5 °С).
Классическим методом получения ТЭП является последовательная полимеризация мономеров (стирол - бутадиен стирол). Наиболее технологичным является метод сочетания двублочных сополимеров, т.е. после завершения полимеризации
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]