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 каучукаэкспериментальные 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, 20 082 009 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.