Получение и свойства полимерных композиций, содержащих модифицированные нефтеполимерные смолы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.06, кандидат технических наук Черная, Анна Николаевна

• Черная, Анна Николаевна
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Черная, Анна Николаевна

Введение.

Глава 1. Современное состояние вопроса получения и использования нефтеполимерных смол.

1.1 Сырье для синтеза нефтеполимерных смол.

1.2 Способы получения нефтеполимерных смол.

1.3 Получение модифицированных нефтеполимерных смол.

1.3.1 Модификация исходного сырья.

1.3.2 Модификация собственно нефтеполимерных смол.

1.4 Основные области применения нефтеполимерных смол.

1.4.1 Лакокрасочная промышленность.

1.4.2 Целлюлозно-бумажная промышленность.

1.4.3 Резинотехническая и шинная промышленность.

1.4.4 Модификация древесины — перспективная область использования нефтеполимерных смол.

1.5 Выводы и конкретизация задач исследования.

Глава 2. Объекты и методы исследования.

2.1 Модификация нефтеполимерной смолы.

2.1.1 Методика определения кислотного числа.

2.1.2 Методика определения бромного числа.

2.1.3 Методика определения молекулярной массы.

2.2 Получение олигомерноантиоксидантного состава на основе нефтеполимерной смолы и введение его в бутадиен-стирольный каучук.

2.3 Методика эксперимента коагуляции латекса.

2.4 Методика испытания резиновых смесей и вулканизатов.

2.5 Методика испытаний древесины лиственных пород.

2.6 Методика испытаний древесноволокнистых плит.

Глава 3. Модификация нефтеполимерной смолы на основе фракции С9.

3.1 Модификация нефтеполимерной смолы малеиновой кислотой.

3.2 Совмещение нефтеполимерной смолы с вторичным полистиролом.

3.3 Изучение возможности применения применения промышленных отходов для модификации нефтеполимерной смолы.

Глава 4. Получение и свойства полимерных композиций на основе бутадиен-стирольного каучука, содержащих нефтеполимерную смолу на основе фракции С9 и продукты ее модификации.

4.1 Введение нефтеполимерной смолы в бутадиен-стирольный каучук на стадии его производства.

4.2 Свойства полимерных композиций на основе бутадиен-стирольного каучука и модифицированных нефтеполимерных смол.

Глава 5. Получение и свойства полимерных композиций на основе натуральной древесины с использованием модифицированных нефтеполимерных смол.

5.1 Изучение свойств древесно-полимерного композита, полученного с использованием малеинизированной нефтеполимерной смолы.

5.2 Изучение свойств древесно-полимерного композита, полученного с использованием нефтеполимерной смолы, совмещенной с вторичным полистиролом.

5.3. Оценка эффективности применения модифицированных нефтеполимерных смол для защитной обработки натуральной древесины.

Глава 6. Модификация древесноволокнистых плит нефтеполимерной смолой на основе фракции С9.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Получение и свойства полимерных композиций, содержащих модифицированные нефтеполимерные смолы»

Актуальность работы.

Нефтехимические предприятия являются одними из самых материало-и энергоемких производств. Наряду с целевой продукцией на данных предприятиях образуется большое количество отходов и побочных продуктов, содержащих соединения, обладающие различной реакционной активностью, многие из которых и до настоящего времени не нашли своего применения.

Востребованными в настоящее время являются так называемые нефтеполимерные смолы (НПС), получаемые путем соолигомеризации непредельных соединений, содержащихся в продуктах высокотемпературной переработки углеводородного сырья при получении низших олефинов. Они широко используются в качестве пластификаторов резиновых смесей и бетонов, модификаторов битумов, компонентов лакокрасочных и клеевых композиций вместо инден-кумароновых смол и канифоли и т.д.

Вместе с тем, имея невысокую стоимость, углеводородные смолы на основе отходов и побочных продуктов нефтехимических производств, не в полной мере отвечают современным промышленным требованиям, что ограничивает их применение. С целью направленного улучшения свойств нефтеполимерные смолы подвергают модификации, как на стадии синтеза, так и на стадии готового продукта.

В предлагаемой работе проведены исследования по модификации нефтеполимерной смолы, полученной из фракции С9, с применением в качестве модифицирующих агентов побочного продукта предприятий химического профиля (малеиновая кислота) и отслуживших свой срок полимерных изделий (вторичный полистирол). Полученные продукты могут найти применение в композиционных составах различного назначения, что позволит придать им требуемый уровень физико-механических свойств и снизить стоимость композитов.

Цель работы: разработка способов модификации нефтеполимерной смолы на основе углеводородной фракции С9 малеиновой кислотой, содержащейся в отходах производства фталевого ангидрида, вторичным полистиролом для последующего использования в композиционных составах различного назначения.

Поставленная цель определила необходимость решения ряда задач, основными из которых являются:

- модификация нефтеполимерной смолы малеиновой кислотой, вторичным полистиролом с оценкой изменения свойств в зависимости от температуры, продолжительности синтеза и дозировки модифицирующего агента и выбором наилучших значений соответствующих параметров;

- изучение целенаправленного изменения свойств нефтеполимерной смолы на основе фракции С9 при использовании отхода производства фталевого ангидрида, содержащего в качестве основного компонента малеиновую кислоту;

- исследование свойств бутадиен-стирольного каучука, наполненного на стадии его производства модифицированными нефтеполимерными смолами;

- исследование зависимости свойств получаемых композиций на основе древесины, древесных материалов и нефтеполимерных смол от различных факторов: температуры пропиточного состава, продолжительности пропитки, температуры и продолжительности термообработки.

Научная новизна.

Предложен комплексный подход к решению проблемы утилизации отходов при получении полимерных композиций с использованием нефтеполимерных смол. Показана возможность использования отхода производства фталевого ангидрида, вторичного полистирола как модифицирующих агентов нефтеполимерной смолы фракции С9 для применения ее в композиционных материалах на основе бутадиен-стирольного каучука, натуральной древесины и древесноволокнистых плит.

Обоснован способ получения эмульсий на основе нефтеполимерных смол и антиоксидантов и ввода их в бутадиен-стирольный каучук на стадии латекса, позволяющий получить композит с равномерным распределением компонентов в полимерной матрице и улучшенными физико-механическими показателями.

Предложено направление совершенствования рецептуры резин на основе бутадиен-стирольного каучука путем замены масла ПН-6 на нефтеполимерные смолы, обеспечивающее повышение физико-механические показателей вулканизатов (прочность, устойчивость к тепловому старению, многократным деформациям и др.).

Установлено, что наибольшая формостабильность древесно-полимерных композиций, полученных на основе натуральной древесины, достигается при использовании нефтеполимерной смолы, модифицированной агентами, содержащими малеиновую кислоту, за счет образования химических и водородных связей между компонентами древесины и молекулами олигомерного модификатора.

Практическая значимость. Использование отхода производства фталевого ангидрида, полистирольных отходов в качестве сырья для модификации нефтеполимерной смолы фракции С9, позволяет утилизировать отходы нефтехимических производств и отслужившие свой срок полимерные изделия.

Введение в бутадиен-стирольный каучук эмульсий на основе нефтеполимерной смолы фракции С9 и ее модифицированных продуктов в сочетании с антиоксидантами повышает прочность, замедляет процесс термоокислительного старения вулканизатов и относится к перспективному направлению повышения эффективности использования противостарителей.

Применение нефтеполимерных смол позволяет: - снизить водопоглощение, разбухание натуральной древесины,

- повысить прочность при изгибе древесноволокнистых плит с одновременным снижением водопоглощения и разбухания.

В НОЦ КПД Воронежской государственной лесотехнической академии и на ООО «Лигнум» проведены испытания древесины, обработанной нефтеполимерной смолой на основе фракции С9 и модифицированной НПС. Результаты положительные. Имеются акты испытаний.

Материалы, полученные в ходе проведения научно-исследовательской работы, используются в лекционном курсе, читаемом по направлению «Модификация древесины» ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия».

Положения, выносимые на защиту:

- экспериментальные данные по модификации нефтеполимерной смолы фракции С9 малеиновой кислотой и вторичным полистиролом;

- свойства синтезированных продуктов при использовании в качестве модифицирующего агента НПС малеиновой кислоты и отхода производства фталевого ангидрида, полистирола и полистирольных отходов;

- результаты исследования свойств бутадиен-стирольного каучука, наполненного на стадии его производства нефтеполимерной смолой фракции С9 совместно с антиоксидантом;

- данные сравнительных испытаний влияния НПС, модифицированных нефтеполимерных смол и масла ПН-6 на свойства полученных полимерных композиций на основе эмульсионного бутадиен-стирольного каучука; экспериментальные результаты применения пропитывающих составов на основе модифицированных НПС для снижения водопоглощения и разбухания натуральной древесины лиственных пород;

- физико-механические показатели древесно-полимерного композита, полученного на основе ДВП и нефтеполимерной смолы фракции С9.

Достоверность научных положений основана на использовании комплекса стандартных химико-аналитических и физико-механических методов исследования, а также сопоставимостью основных теоретических положений химии и технологии полимеров с результатами анализа фактического материала, практическими рекомендациями и выводами комплексных исследований. Экспериментальные результаты обрабатывались методом математической статистики с использованием комплекса программ для персонального компьютера.

Личное участие автора заключается в определении целей и задач работы, в выполнении научных исследований и анализа их результатов.

Апробация работы

Основные результаты работ представлены в докладах на: студенческой научной конференции Воронежской государственной технологической академии (г. Воронеж, 2007 г.); Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (г. Москва, 2008, 2010 гг.); Всероссийской научно-технической конференции «Инновационные проекты в охране окружающей среды» (г. Тула, 2008 г.); Четвертой и Пятой Санкт-Петербургских конференциях молодых ученых с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах» (г. Санкт-Петербург, 20082009 гг.); Всероссийской научно-технической конференции «Современные проблемы экологии» (г. Тула, 2009 г.); XI международной молодежной научной конференции «СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ-2010» (г. Ухта, 2010 г.); XV Всероссийской студенческой научно-практической конференции с международным участием «Проблемы безопасности природно-технических систем и общества. Современные риски и способы их минимизации «Безопасность-2010» (г. Иркутск, 2010 г.); VII Всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологий» (г. Тула, 2010 г.), VI Межрегиональной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы экологической безопасности» (г. Воронеж, 2010 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе семь статей, две из которых опубликованы в центральных изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 153 страницах, содержит 10 рисунков, 25 таблиц и приложения. Список литературы включает 208 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.