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
41
3. Серная кислота. разбавленная 1:15.
4. Крахмал, 0,5 % раствор.
5. Поглотительные склянки.
6. Мерный цилиндр вместимостью 100 см3.
7. Пипетки вместимостью 2,5 см3.
8. Колба коническая вместимостью 1000 см3.
9. Бюретка вместимостью 50 см3.
Задание. Провести озонирование бутадиен-стирольного ла-
текса с производства каучука СКС-30АРК и определить
массовую концентрацию озона в озоновоздушной смеси и озонидов в модифицированном латексе йодометрическим методом.
Схема лабораторной установки представлена на рис.
2.1 и 2.2.
Рис. 2.1. Лабораторная установка озонолиза:
1 – реакционный аппарат; 2 – генератор озона; 3, 4 , 5 – колонки для
осушки воздуха; 6 – ротаметр; 7, 8, 9, 10 – поглотительные склянки;
11, 12 – газовые счетчики; 13 – термостат
42
Рис. 2.2. Лабораторная установка озонирования
В состав установки входят следующие элементы, служа-
щие для ее функционирования:
- линия подачи атмосферного воздуха;
- блок осушения – для фильтрации газов от компрессорного
масла и устранения атмосферной влаги;
- ротаметр – для измерения количества подаваемого воздуха
в озонатор;
- ловушки с титровальным раствором – для точного опреде-
ления количества подаваемого озона;
- озонатор – для преобразования атмосферного кислорода
в озон;
- ректор – представляющий собой трехгорловую колбу с
мешалкой и гидрозатвором;
- перемешивающее устройство;
- ловушки с титровальным раствором – для точного опреде-
ления количества подаваемого озона.
Все элементы, входящие в состав установки располагаются
в вытяжном шкафу. Установка позволяет варьировать режимы
43
озонолиза: рН среды, температуру процесса (установлено, что реакция озонолиза бутадиен-стирольного полимера быстрее
протекает при 50–650С без каких-либо заметных осложнений),
скорость подачи ОВС и полимера, время контакта ОВС с полимером, концентрацию озона в ОВС.
Узел электросинтеза озона состоит из системы подготовки
воздуха и генератора озона. Система воздухоподготовки включает
три последовательно соединенных стеклянных колонки, заполненных соответственно хлористым кальцием, гидроокисью
калия, силикагелем и служит для удаления влаги из воздуха, поступающего на генератор озона.
Генератор озона OG-A предназначен для получения ОВС и
имеет следующую техническую характеристику:
- концентрация озона в ОВС 5 – 18 мг/дм3;
- максимальный расход воздуха – 0,69 м3/ч;
- максимальная производительность по озону около 10000 мг/ч;
- параметры электропитания – переменный ток 22 0 В, 50 Гц.
Концентрация вырабатываемого озона зависит от объема
воздуха, подаваемого на генератор и напряжения. При необходимости скорость подачи воздуха можно менять, изменяя при этом
концентрацию озона в ОВС в пределах 5 – 18 мг/дм3.
Контроль концентрации озона в ОВС, поступающего на
реакцию и остаточного после озонолиза, осуществляется йодометрическим титрованием. Для этого в лабораторной установке
предусмотрены четыре поглотительные склянки, заполненные
3 %-ным раствором йодистого калия.
Расход ОВС регулируется ротаметром типа РМ-2,5Г. В лабораторной установке предусмотрена возможность смешения
полимера с ОВС в барботажном реакторе, который при необходимости может быть заменен на насадочную колонну или
змеевиковый трубчатый реактор.
Барботажный реактор представляет собой круглодонную
колбу, объемом 1000 см3, снабженную механической мешалкой
типа ES– 8300D и барботером для подачи ОВС. К аппарату можно подключить, если это необходимо, устройство для
непрерывного контроля pH среды ― иономер И-130 и устройство, дозирующее раствор щелочи.
44
Для поддержания необходимой температуры озонирования
предусмотрен водяной термостат.
Порядок выполнения работы
Внимательно ознакомится с лабораторной установкой озонирования. Затем в указанной последовательности выполнить
следующие операции.
1. Подать напряжение на сеть вытяжного шкафа. Включить
вентилятор и свет в вытяжном шкафу.
2. Подключить электропитание привода перемешивающего
устройства, компрессора, озонатора.
3. Через горло линии нагнетания загрузить в реактор образец для озонолиза. Убедиться, что барбатер не мешает вращению
мешалки и компрессор набрал давление.
4. Через игольчатый кран линии нагнетания компрессора
начать подавать давление в линию нагнетания установки.
5. Установить расход воздуха в соответствии с техническими требованиями озонатора.
6. Включить озонатор, закрыть дверцу вытяжного шкафа и
начать отсчет необходимого времени для проведения реакции
озонолиза испытываемого образца.
После истечения времени озонолиза оборудование уста-
новки останавливается в следующей последовательности:
1) открыть дверцу вытяжного шкафа;
2) отключить электрооборудование озонатора;
3) закрыть линию нагнетания компрессора и выключить его;
4) отключить от электросети перемешивающее устройство;
5) разобрать реактор;
6) перелить образец в тару;
7) все части реактора тщательно отмыть с соблюдением
всех требований безопасности к применяемым образцам;
8) реактор установки монтируется обратно;
9) титровальные растворы из ловушек титруются для точного
определения количества поданного озона в реакционную массу;
10) выключается вентилятор и свет в вытяжном шкафу.
45
Оценку степени озонирования латекса с производства бу-
тадиен-стирольного латекса можно оценить по разности
содержания озона в воздушном потоке до озонолиза и после методом титриметрического титрования.
Методика определения массовой концентрации озона в
озоно-воздушной смеси и озонидов в модифицированном латексе
йодометрическим методом основана на способности озона и
озонидов выделять свободный йод из водного раствора йодистого
калия.
Выделившийся йод титруют раствором натрия серновати-
стокислого в присутствии крахмала.
Реакция протекает по уравнениям:
2KI + O3 + H2O = 2KOH + O2 + I
I2 + 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O
2,
6.
Содержание озона Х, мг /см3, вычисляют по формуле
Х = (а ∙ F ∙ 0,24 ∙ 1000)/V,
где а – объем раствора серноватистокислого натрия, пошедший
на титрование, см3;
F – фактор тиосульфата натрия;
0,24 – объем озона, соответствующий 1 см3 0,01 н раствора серноватистокислого натрия;
V – объем озонированного воздуха, пропущенного через систему, дм3.
Содержание озонидов Х, % масс., вычисляют по формуле
Х =((a-b) ∙ 0,0048∙ F ∙100)/ c,
где а − объем раствора тиосульфата натрия, пошедший на титро-
вание озонированного латекса см3;
F – фактор тиосульфата натрия;
b − объем раствора тиосульфата натрия, пошедший на титрование
холостой пробы, см3;
0,0 048 − количество озонидного кислорода в г, соответствующее
1 см30,1 н раствора серноватистокислого натрия; с − навеска ла-
текса, г.
46
Контрольные вопросы
1. Какие способы модификация Вам известны?
2. С какой целью применяют модификацию при производ-
стве полимеров?
3. В чем отличие блок- и привитых сополимеров?
4. Какие функциональные группы содержаться в каучуке,
подвергнутом озонолизу?
5. Как меняются структурные характеристики каучука с
непредельными связями при их озонолизе?
6. Какие отрицательные явления могут возникать при озо-
нировании полимеров в эмульсии? Как их избежать?
7. Перечислите лимитирующие факторы при озонолизе латексных систем.
8. Какими преимуществами обладает озонированный нату-
ральный каучук и резиновые смеси и вулканизаты на его основе?
9. Что такое «Редокс-система»?
10. В каких процессах может быть использован озонолиз?
Глава 3. ФОРМИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
И ПРАКТИЧЕСКИХ НАВЫКОВ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ
НАПОЛНЕННЫХ ТЕХУГЛЕРОДОМ КАУЧУКОВ
3.1. Эколого-технологические проблемы
при производстве эластомеров
Получение композиций на основе каучук-техуглерод (ТУ)
при традиционном способе смешения в резиносмесителе или на
вальцах является технологически несовершенным и энергоемким.
При механическом смешении каучука и ТУ затрудняется диспергирование частиц наполнителя в объеме полимерной матрице, а
также регистрируется их неоднородное распределение. При этом
наблюдаются деструктивные процессы каучуковой фазы. Необходимо также отметить экологическое несовершенство "сухого"
способа получения эластомерных композитов: выделение летучих органических примесей, в том числе влаги, которая
47
содержится в ТУ до 3,0 % масс., а применение дополнительной
стадии сушки высокодисперсного материала, затрагивает техногенную проблему – образовывание взрывоопасной аэровзвеси.
Тем не менее, в отечественной практике при изготовлении резиновых смесей применяют исключительно «сухое» смешение.
Производственную и экологическую опасность создают
тонкодисперсные загрязнения в виде ингредиентов, наполнителей, в том числе полуактивного и активного ТУ, которые
выделяются на стадии изготовления резиновых смесей в производстве РТИ и шин.
При производстве резиновых смесей в момент заполнения
рабочих объемов основного и вспомогательного в воздух рабочей
зоны выделяются тонкодисперсные загрязнения. Интенсивное
пылевыделение отмечается при пересыпке ТУ при транспортировке на конвейерах, а также на стадии пересыпки с конвейера на
элеватор. Оседание частиц ТУ под действием силы тяжести лимитируется броуновским движением.
Извлечение тонкодисперсных загрязнений осуществляется
в системе очистки, включающей циклоны и рукавные фильтры. В
газотранспортной системе преимущественно используют циклоны. Для снижения пылеобразования в производстве резиновых
смесей используют гранулированный ТУ с модифицированной
поверхностью, которая обеспечивается обработкой поливиниловым спиртом, маслами и ПАВ.
Из зарубежной практики известно, что извлечение полуак-
тивного и активного ТУ из газовой среды целесообразно
проводить «мокрой» очисткой. Использование «мокрой» очистки
при очистке газовоздушных сред снижает расход электроэнергии
в 3 – 4 раза и повышает степень очистки в 1,5 – 2,0 раза.
В производстве эмульсионных каучуков не менее важной
актуальной проблемой является очистка СВ от сопутствующих и
эмульгирующих загрязнений, которые относятся к трудно окисляемыми биологически не разлагаемым соединениям. Наличие в
СВ даже незначительного количества неорганических и органических примесей существенно изменяют органолептические
свойства воды и нарушают санитарный режим водоемов.
48
Отрасль синтетических каучуков относятся к многотоннажным производствам, которые характеризуются большим
объемом, сбрасываемых СВ на биологические очистные сооружения.
В частности, в производстве эмульсионного CКC на стадии
выделения образуется до 5–7 м3/т высококонцентрированных
стоков (серума) и 20–30 м3/т промывных вод. Аналогичная ситуация отмечается при производстве отдельных марок бутадиеннитрильных каучуков, при этом в высококонцентрированных
стоках содержание тонкодисперсных полимерных загрязнений
составляет от 20 до 3000 мг/дм3. Высокое содержание полимерных загрязнений в стоках сопровождается нарушением режима
работы БОС, а главное потерей полимера, которые составляет
сотни тонн в год.
В стоках с производства эмульсионных каучуков основными загрязнениями, определяющими нагрузку на биологические
очистные сооружения, являются эмульгирующие компоненты в
виде солей смоляных и жирных кислот и их производных. Специфическим загрязнением СВ, входящим в состав
эмульгирующей системы при эмульсионной полимеризации, является лейканол – олигомерный полиэлектролит, продукт
конденсации сульфокислот нафталина с формальдегидом, относящийся к разряду биологически не деградируемых соединений,
которые проходят транзитом БОС.
Лейканол относится к не мицелло-образующим ПАВ и обладает слабо поверхностно-активными свойствами. Он не только
не подвергается биодеградации, но и осложняет очистку СВ от
сопутствующих загрязнений, ухудшая при этом органолептические свойства очищенной воды.
49
Анализ эколого-технологических проблем в производстве
эластомеров показывает на необходимость использования инновационных технологий для повышения конкурентной
способности отрасли.
3.2. Технологические аспекты при получении
наполненных эластомерных систем
В настоящее время в России вновь возобновляются экспериментальные исследования по получению наполненных ТУ
эмульсионных каучуков. Производство «мастер-батч» зарубежными производителями на протяжении нескольких десятилетий
составляет свыше 25 % от общего объема выпуска эмульсионных
каучуков.
Наполнение на стадии латекса обеспечивает эффективное
распределение высокоактивного ТУ по каучуковой матрице при
низких энергетических затратах, независимо от пластичности
каучука. Следует отметить, что диспергирование минеральных и
органических наполнителей, совмещаемых с термодинамическими не устойчивыми системами, часто связано с определенными
трудностями, заключающимися в равномерном их распределении
по объему полимерной фазы из-за преждевременной коагуляции
латексной системы или гидрофобности углеродсодержащего наполнителя.
Ранее используемая технология получения наполненных
ТУ каучуков на стадии латекса включает приготовление
10–25 %-ной водной дисперсии с использованием диспергирующих агентов (ПАВ), устраняющих гидрофобность поверхности
сажи. Отделение наполненной каучуковой смеси от водной фазы
проводится с использованием коагулирующих агентов. В результате образуются высококонцентрированные стоки, содержащие
органические загрязнения в виде смоляных и жирных кислот и их
производных, а также неорганические примеси. Наличие в стоках
биологически не разлагаемого диспергатора – лейканола ограничивает их сброс без локальной очистки на биологические
сооружения.
50
Исключение лейканола из эмульгирующей системы при
синтезе эмульсионных каучуков невозможно по технологическим
причинам, в свою очередь нет решения полноценной замены его
на биодеградируемый диспергатор.
Дестабилизация латексных систем, включающих тонкодисперсный наполнитель, может быть достигнута в результате
выделения в водную среду многовалентных катионов (кальция,
алюминия и т.п.) либо изменения рН водной среды. Однако заслуживает особого внимания нарушение агрегативной
устойчивости латексных систем за счет перераспределения
эмульгатора с поверхности латексных частиц на развитую поверхность наполнителя. Основной стадией при получении
наполненных эластомерных систем на стадии латекса является
приготовление водной дисперсии ТУ с высокой степенью диспергирования, при этом необходимо обеспечить его равномерное
распределение по полимерной фазе. Следует отметить, что отпадает стадия удаления влаги из ТУ при получении наполненных
эластомеров.
Фирмой «Кэбот» разработан непрерывный процесс жидкофазного совмещения дисперсии ТУ с натуральным латексом в
турбулентном потоке контурного смесителя (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Схема получения СЕС композиции фирмы Кэбот
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]