Разработка физико-химических методов анализа и контроля технологических сред в производстве арамидных волокон тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.06, кандидат химических наук Склярова, Галина Борисовна

• Склярова, Галина Борисовна
• кандидат химических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат химических наук Склярова, Галина Борисовна

Введение.

I. Литературный обзор.

1.1. Общая характеристика технологии арамидных волокон.

1.2. Анализ исходного сырья для синтеза сополиамидбензимидазоля.

1.3. Существующий анализ стадий получения сополиамидных систем 13 в производственных условиях.

1.4. Анализ прядильных растворов, осадительных ванн, полимеров 14 после их формования, промывок и термообработок.

1.5. Оценка качества готовой продукции по физико-механическим 17 показателям сополиамидных нитей.

1.6 Обработка результатов измерений.

I.7.0сновные выоды по разделу и постановка задачи создания инст- 18 рументального контроля в технологии арамидных волокон.

II. Объекты и методы исследования.

2.1. Объекты исследования.

2.2. Методы исследования.

III. Экспериментальная часть.

3.1. Общая характеристика электронно-колебательного состояния мо- 23 номерных и полимерных систем с применением абсорбционной спектроскопии.

3.2. ИК И УФ-спектральный анализ диамина АФБИ.

3.3. Термографические и термогравиметрические исследования 52 АФБИ.

3.3.1. Исследования АФБИ методом ДТГ.

3.3.2. Исследования АФБИ методом ДСК.

4. Разработка методик измерений количественных характеристик мономерных соединений.

4.1. Спектральное определение массовой доли влаги в амидосолевой 73 системе.

4.2. Спектральное определение массовой доли 1лС1 в ДМАА.

4.3. Спектральное определение массовой доли полимера.

4.4. ИК-спектроскопическое определение массовой доли ДМАА в 77 осадительной ванне.

4.5. ИК-спектроскопическое определение содержания замасливателя 77 НО-2.

4.6. ИК-спектроскопический метод определения состава безводных 82 форм АФБИ.

4.7. ИК-спектроскопический метод идентификации волокна на основе 82 гомополимера СВМ.

4.8. Спектро-люминесцентный метод анализ структуры АФБИ- 87 системы.

4.9. Исследование возможности применения жидкостей хроматогра- 87 фии для анализа микропримесей с помощью капиллярного электрофореза.

4.10. Применение результатов изучения полиморфных форм АФБИ в 91 технологическом процессе получения волокна.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка физико-химических методов анализа и контроля технологических сред в производстве арамидных волокон»

Новый класс полиамидных волокон, содержащих гетероароматические элементы макромолекул, позволил создавать материалы с набором уникальных эксплуатационных свойств. Авиационная, космическая, атомная промышленности, автомобиле- и судостроение, создание сверхпрочных канатов, тросов, средств индивидуальной защиты от баллистических ударов, трудногорючие текстильные материалы являются областями применения арамид-ных волокон.

В настоящее время выпуск арамидных волокон в мире составляет сотни тысяч тонн. Волокна торговых марок СВМ, Армос, Русар, Артек, Тверла-на, Аримид ПМ, ВМ в России, а также их зарубежные аналоги Кевлар, Тва-рон, Номекс, Кермель и др. имеют долгосрочный спрос для создания многих видов материалов, работающих в экстремальных условиях действия темпе-ратурно-силовых полей.

Надежность работы конструкций, созданных на основе арамидов, в значительной степени определяется качеством соответствующих волокон и стабильностью их физико-механических свойств.

Широко известно, что технология термостойких волокон по мокрому способу их получения из сернокислотных и амидосолевых прядильных растворов предусматривает использование полимеров и сополимеров, синтезированных из соответствующих диаминов и диангидридов ароматических кислот [1,2]. Технологические переходы в процессах получения волокон характеризуются протеканием сложных химических превращений в момент полимероб-разования и структурных перестроек в цепях макромолекул сополиамидов при волокнообразовании. На всех стадиях получения волокон необходим жесткий контроль за протеканием каждого этапа по технологической схеме от характеристики мономеров до готового волокна [3].

Ранние обзорные и оригинальные работы и материалы патентной литературы [4 - 6] свидетельствуют о том, что сополимеризационные процессы в системе ароматический диаминдиангидрид в средах амидосолевых апро-тонных растворителей характеризуются реакциями ацилирования с образованием бензамидных группировок. Кроме основной реакции поликонденсации возможно протекание побочных реакций монофункциональных соединений примесей, приводящих к обрыву цепей макромолекул и снижению молекулярной массы полимера [7].

В связи с расширением областей использования арамидов и повышением требований к физико-механическим параметрам волокон, а также расширением их ассортимента потребовалась специальная работа по совершенствованию аналитического контроля в технологических схемах получения готовой продукции.

Снижение коэффициента вариации основных характеристик выпускаемых волокон, стабилизация параметров всех стадий получения волокон, повышение сортности - все эти вопросы требуют осуществления планомерного перехода от визуальных отсчетов данных аналитических измерений к инст-рументализации в системе контроля производства.

В конечном итоге работа свелась к решению следующих вопросов:

1. Характеристика многообразия мономерных соединений, их электронно-колебательное состояние, определяющее химические превращения при синтезе ароматических полиамидов и структурные переходы в процессах волокнообразования.

2. Анализ и систематизация существующих методов анализ и контроля при производстве нитей растворным способом.

3. Разработка новых физико-химических методов анализа и контроля для замены малоэффективных химических методов.

I. Литературный обзор

В семидесятые годы прошлого столетия независимо в СССР и США были получены сверхпрочные термостойкие волокна на основе ароматических полиамидов, полиимидов. Их удивительно высокие механические характеристики привлекли внимание широкого круга специальных производств. Группа советских ученых под руководством проф. Г.И.Кудрявцева впервые получила волокна на основе полиамидобензимидазола [8, 9]- ВНИИВлон, которое стало первым в ряду отечественных ароматических полиамидных волокон с товарными марками СВМ, Армос, Русар, освоенных в промышленных масштабах.

Заключение диссертации по теме «Технология и переработка полимеров и композитов», Склярова, Галина Борисовна

выводы

1. Впервые с помощью спектральных методов (ИК, УФ- спектроскопии, люминесценции) и дифференциального термического анализа охарактеризован состав полиморфных форм ароматического диамина 5(6) амино-2(п-аминофенил) бензи-мидазола в твердом безводном состоянии и виде нескольких кристаллогидратов.

2. Разработан экспресс-метод одновременного определения концентрации полимера, состава амидосолевой системы и микропримесей, который позволил уменьшить дисперсию показателей механических свойств нитей и повысить их уровень.

3. Впервые исследовано взаимодействие в системе прядильный растворосадительная ванна, что позволило разработать спектральный анализ состава ванны и, выявить наличие амидо-имидольных форм и хиноидных структур в полимерной системе.

Это позволяет находить оптимальные условия процесса осаждения сополимеров с необходимой пред-ориентацией для реализации максимальных прочностных показателей нитей.

4. Впервые разработаны основы получения микрофиламентных отечественных арамидных нитей для создания баллистических тканей нового поколения.

5. Разработана новая схема аналитического контроля процессам получения арамидных волокон в условиях производства "Каменск-волокно".

6. Разработаны технические условия и осуществлен выпуск нового ассортимента арамидных волокон.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Склярова, Галина Борисовна, 2007 год

1. Кудрявцев Г.И., Щетинин A.M. Термо-, жаростойкие и негорючие волокна. М. Изд. Химия, 1978, 424 с.

2. Кудрявцев Г.И. Ж. Химические волокна, 1990, №2, с 34-38.

3. Контроль производства синтетических волокон. Сб. под ред. Кудрявцева Г.И., 1975, 77с.

4. Коршак В.В., Виноградов СВ., Васнев В.А. Высокомолекулярные соединения, 1973, 16А, С. 2456-2460.

5. Кучанов СИ., Брук Е.Б. Успехи химии, 1979, т.48, вып.2, с.297-343.

6. Васнев В.А., Кучанов СИ. Успехи химии, 1973, т.42, вып. 12, с. 2194-2220.

7. Савинов В.М., Соколов Л.Б., Высокомолекулярные соединения, 1973, 15Б, №4, С. 307-310.

8. Кудрявцев Г.И., Токарев A.B., Авророва Л.В. Ж. Химические волокна, 1971, №1 , С. 76.

9. Авророва Л.В. Дисс. на соис.уч. ст к.х.н., Мытищи, 1983, 203 с.

10. Оприц З.Г. Дисс. на соис. уч. ст. к.х.н., 1970, 195с.

11. Щетинин В.М. Дисс. на соис.уч. ст к.х.н., Мытищи, 1983, 202 с.

12. Манина O.A. Дисс. на соис.уч. ст к.х.н., Мытищи, 1990, 165 с.

13. Глазунов В.Б. Дисс. на соис.уч. ст к.х.н., Мытищи, 1982, 150 с.

14. Слугин И.В. Дисс. на соис.уч. ст к.х.н., Москва, 2005, 141с.

15. Шорин СВ., Авророва Л.В. Сб. Термостойкие волокна под ред. Кудрявцева Г.И., Мытищи , 1976, С. 98-103.

16. Серков А.Т., Глазунов В.Б., Сб. Шинный корд, Мытищи, 1977, С. 1-12.

17. Глазунов В.Б., Комиссаров В.И. Сб. Шинный корд, Мытищи, 1979, С 166.

18. Авророва Л.В, Смирнова В.Н. Ж. Химические волокна, 1988, № 2, С. 2021.

19. Платонова И.В. Дисс. на соис. уч ст к. ф-м. н. г.Тверь, 1990.

20. Мягченков В.А., Френкель С .Я. Композиционная неоднородность сополимеров, Изд. Химия, 1988. 216с.

21. Токарев A.B., Цутырский В.П. Ж. Механика композиционных материалов, 1987, № 5, С.771-775.

22. Курицын J1.B. Высокомолекулярные соединения, 1973, 15Б, №4, С. 317320.

23. Евдокимов A.M. Высокомолекулярные соединения, 1976, 19Б, №1, С. 6971. 1983, т.256, №4, С. 264-268.

24. Шаблыгин М.В. Сб. Термостойкие волокна под ред. Кудрявцева Г.И., 1974, вып. 1,ч. 1,С. 132-136.

25. Литовченко Г.Д там же, С. 142-146.

26. Тудоровская Г.А. Ж. Физическая химия, 1975, т.49, вып. 11, С. 3005-3006.

27. Зенков И.Д. Ж. Физическая химия, 1975, т.53, вып. 10, С. 2662-2663.

28. Шаблыгин М.В. Дисс. на соис. уч. ст. д.х.н., 1984, Мытищи, 410 с.

29. Платонова И.В. Вестник МГУ им. Ломоносова, Москва, 1988, т.39, С. 253-256.

30. Курдюкова Л.Я., Зенков И.Д. Сб. Термостойкие волокна под ред. Кудрявцева Г.И., 1976, С. 41-46, 24-28.

31. Шаблыгин М.В. Сб. Термостойкие волокна под ред. Кудрявцева Г.И., 1974, вып. 1,ч. 1, С. 150-152.

32. Литовченко Г.Д. Сб. Термостойкие волокна под ред. Кудрявцева Г.И., 1982, вып. 5, ч. 1,С. 57-63.

33. Волохина A.B. Жидкокристаллические полиимиды, М., Изд. Химия, С. 372-407.

34. Бенедиктова А.Г. Дисс. на соис. уч. ст. к.х.н., 2002, Москва, патент № 1666947 от 10.11.88.

35. Васильев А.Ф., Шаблыгин М.В. Ж. Химические волокна, 2004, №5, С. 5962.

36. Фомченкова Л.М. Ж. Текстильная промышленность, 2002, №7, С.17-18.

37. Будницкий Г.А., Волохина A.B. Ж. Текстильная промышленность, 2003, №3, С.21-22.

38. Кудрявцев Г.И. Армирующие химические волокна для композиционных материалов, Изд. Химия, 1992, С. 25-198.

39. Мусина Т.К., Оприц З.Г. Тезисы докладов конференции "Волокнистые материалы XXI века". С.-Петербург, 2005, С. 39-44.

40. Слугин И.В. и др. там же, С. 21-24.

41. Михайлова М.П. и др. Тезисы докл. 8 конференции в области конструирования СИЗ, 2005, г. Хотьково, С. 92.

42. Эфрос JI.C. и др. Авторское свидетельство № 81836 от 03.09.74.

43. Шаболдо П.И. и др. Авторское свидетельство № 446526 от 22.08.72.

44. Андреев A.C. и др. Авторское свидетельство № 82139 от 11.01.73

45. Васильева И.А. и др. Авторское свидетельство № 1197517 от 05.04.84.

46. Барашков H.H. Авторское свидетельство № 294060 от 29.01.87.

47. Барашков H.H. Авторское свидетельство № 237191 от 10.07.85.

48. Кудрявцев Г.И. и др. Авторское свидетельство № 1510413 от 15.12.86.

49. Будницкий Г.А. и др. Авторское свидетельство № 262325 от 01.10.87.

50. Патент РФ № 940301 от 20.05.97.

51. Патент РФ № 2175035 от 30.12.99.

52. Патент РФ № 214736 от 10.04.2002.

53. Патент Франции № 2725018 от 20.08.98.

54. Мироненко В.Ф. и др. Ж. Химические волокна, 1978, № 2, С. 71.

55. Сергеева Н.М. Ж. Химические волокна, 1978, №2, С. 73-74.

56. Сборник "Вода в полимерах". Пер. с анг., М, Мир, 1984, 555 с.

57. Лоскутов СР. Ж. Химия древесины, 1991, №1, С. 17-25.

58. Пакшвер Э.А. Ж. Химические волокна, 2004, №4, С. 10-17.

59. Патент РФ № 2100748 от 27.12.97.

60. Патент США № 2147363 от 10.04.2000.

61. Патент DU PONT WO № 99/04217 от 28.01.99.

62. Патент RU № 2175035 от 20.01.2001.

63. Патент RU № 2129173 от 29.05.99.

64. Патент RU№ 2126856 от 16.05.97.

65. Патент RU № 2211263 от 19.12.2001.

66. Патент RU № 2258105 от 23.06.2004.

67. Дж. Пиментел, О-Мак-Клеллан. Водородная связь, Изд. Мир, М., 1964, 450с.

68. Шаблыгин М.В. Ж Химические волокна, 1982, №1, С. 34-36.

69. В.Вест. Применение спектроскопии в химии. Изд. Иностр. литература., М., 1959, 650 с.

70. А.Эллиот. Инфракрасные спектры и структура полимеров. Изд. Мир, М., 1972, 159 с.

71. Н.Харрик. Спектроскопия внутреннего отражения. Изд. Мир, М., 1970, 330с.

72. Шаблыгин М.В. и др. Высокомол. соед. 1982, т. 24А, №5, с 1020;

73. Беллами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул. Изд. Иностр. лит., М., 1063, 590с.

74. Ефимова С.Г., Шаблыгин М.В., Высокомолекулярные соединения, 1977, 19Б, №1, С. 62-64.

75. Перепелкин К.Е. Теплофизические свойства волокнообразующих полимеров и волокон. М, НИИТЭХим, 1987, 80 с.

76. Щельцин В.К. Обзорная информация, М., НИИТЕХИМ, 1986,118с.

77. Вулах Е.Л. и др. Журнал прикладной химии, 1989, №13,2793-2797.

78. Патент Ш № 2285071 от 29.08.2005г.

79. Абронин И.А., Слугин И.В., Шаблыгин М.В. Ж Химические волокна, 2004, №4, С. 42-45.

80. Шаблыгин М.В. Ж.Химические волокна, 2006, №6,44-47.iuлез ясен ие J1. Hpt

81. Утверждаю Технический директор менскволокно» И. В. Слугин1. QS 2007 г.1. Методика № 258выполнения измерения массовой доли полимера в прядильном растворе производства арамидных нитей методом ШС-спектроскопии.

82. Согласовано: Главный м&шолог

83. М. В. Масленников <25 2007г.1. Руководитель:„ Т. Б. Склярова Чс1гё / М/ 2007 г.1. Исполнитель:1. Зам. начальника ОПОЦ- JI. А. Новикова «¿¿/» ÇJL 2007 г.ч1. Приложен* г

84. Утверждаю Технический директор менскволокно» И. В. Слугин007 г.

85. Методика № 254 выполнения измерения массовой доли диметилацетамида в осадительной ванне методом ИК-спектроскопии.гласовано.авный метролог--"'Ю; В. Масленников 2007 г.1. Руководитель: 7ПВВ1. Г. Б. Склярова 6/ 2007 г.1. Исполнитель:

86. Начальник лаборатории ОПОЦ

87. Г. Т. Коваленко «<%Ь 2007 г.и/>о%с ем с/е. 31. ОАО «КАМЕНСКВОЛОКНО»

88. Утверждаю Технический директор енскволокно» И. В, Слугин2007 г.