Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0205

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0205
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий"
Название доклада
Создание эффективных прооксидантов на основе вторичных сырьевых ресурсов растительного происхождения
Докладчик
Корчагин Владимир Иванович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Создание технологии производства олеохимикатов на основе сопутствующих продуктов масложировой индустрии, в частности, разработка добавок на основе карбоксилатов металлов переменной валентности для полимерных материалов с регулируемым сроком службы и целевых добавок для эластомеров.
Сокращение негативного воздействия на окружающую среду полимерных изделий краткосрочного применения при использовании полифункциональных добавок.
Актуальность и новизна исследования
На стадии рафинирования растительного масла образуется соапсток - отходов масложировой отрасли, содержащий смесь жирных кислот (стеариновые, олеиновые и т.д.) и фосфолипидов. Практический интерес представляют собой жирные кислоты, которые возможно использовать в качестве вторичных сырьевых ресурсов, т.к. при производстве 1,0 т рафинированного растительного масла образуется от 0,10 до 0,20 т сопутствующих жирных кислот.
Ограниченное использование побочных продуктов масложировой промышленности создает экологическую опасность, в этой связи актуальным направлением является разработка технологии производства олеохимических веществ многофункционального назначения с применением ценных компонентов соапстока, а именно разработка добавок на основе карбоксилатов металлов переменной валентности позволяющих регулировать срок службы полимерных изделий.
Производимые добавки можно рекомендовать в качестве импортозамещающего продукта, потенциальными покупателями которого являются предприятия по производству упаковочных материалов, изделий краткосрочного пользования. Цены на добавки на основе карбоксилатов металлов переменной валентности будут в 2,5 раза меньше импортных аналогов, что позволит захватить существенный сегмент российского рынка.
Упаковка, произведенная с применением добавки на основе карбоксилатов металлов переменной валентности будет разлагаться на 50% при использовании по прямому назначению в течение 6 месяцев под действием факторов окружающей среды.
Описание исследования

Исследования качественного и количественного состава добавок зарубежного производства для обеспечения: выбора методологии научно-исследовательских работ и направлений исследований с учетом передовых разработок; оценки научно-технического уровня получаемых результатов с современным научно-техническим уровнем аналогичных исследований.

Анализ добавок зарубежного производства проводили с использованием следующей приборной базы: рентгенофлуоресцентный спектрометр S8 Tiger; Фурье спектрометр инфракрасный ИнфраЛюМ ФТ-08; реометр Smart RHEO 1000; прибор контроля расплава ИИРТ-5м; микроскоп Livenhook D670T; разрывная машина РМ-50.

Исследование физико-химических свойств соапстока для обеспечения выполнения дальнейших исследований по разработке новых технологических решений стадии выделения жирных кислот из соапстока. Приборная база: ионометр универсальный ЭВ-74, измерение рН проводились в соответсвии с ТУ 10-04-02-80-91«Соапсток»; весы лабораторные HTR-120CE; ультразвуковой диспергатор УЗД13-0,1/22. Лабораторные методы анализа: определение кислотного числа проводилось в соответствие с ГОСТ 31933-2012 «Масла растительные. Методы определения кислотного числа»; определение массовой доли общего жира проводилось в соответствии с ТУ 10-04-02-80-91 «Соапсток»; определение массовой доли жирных кислот проводилось в соответствии с ТУ 10-04-02-80-91 «Соапсток»; определение стойкости эмульсии соапстока проводилось в соответствии с ТУ 10-04-02-80-91 «Соапсток»; определение содержания влаги и летучих веществ проводилось в соответствии с ГОСТ Р 50456-92; качественное определение количества мыла проводилось в соответствии с ТУ 10-04-02-80-91 «Соапсток».

Выделение жирных кислот из соапстка включает в себя несколько стадий. Омыление соапстока: нагрев до T=100 °С, омыление раствором едкого нартия концентрацией 30÷40 % 12÷14 часов. Раскисление выполняют серной кислотой концентрированной 80÷92 %. После раскисления отстаивают массу 0,5-1 час. Недораскисленные жирные кислоты нагревают до кипения и кипятят 0,5÷1 час. Отмывка жирных кислот. Так как основными компонентами смеси жирных кислот из насыщенных кислот является стеариновая кислота – 35÷45 % мас., а из не насыщенных олеиновая кислота – 15÷20 % мас., поэтому было уделено внимание влиянию структурных особенностей, как на характер взаимодействия, так и на состав конечных продуктов.

С целью изучения широкого спектра влияния технологических параметров на свойства получаемых продуктов были проведены исследования взаимодействия компонентов в растворах спирт - вода с концентрацией 30:70 % мас. и в расплавах. Изучено влияние УЗ воздействия на свойства как стандартных веществ, так и соответствующих смесей жирных кислот, полученных из соапстока.

Получение карбоксилатов металлов переменной валентности, включает омыление смеси жирных кислот 10 % мас. водно-спиртовым раствором гидрооксида натрия при непрерывном перемешивании в температурном диапазоне 60 ÷ 80 ˚С, после чего в эту смесь равномерно подают неорганическое соединение металла переменной валентности (железо, медь, кобальт), в мольном соотношении 2:1 для соединений двухвалентного металла или 3:1 для соединений трехвалентного металла, полученную смесь нагревают при температуре 60 ÷ 80 ˚С при непрерывным перемешивании в течении 40 мин. до превращения карбоксилатов натрия в карбоксилат металла переменной валентности с кислотным числом до 10,0 ÷ 20,0 мг КОН/г.

Получение полимерных композиций содержащих карбоксилаты металлов переменной валентности и разработка технологических рекомендаций по созданию оксобиоразлагаемой добавки в виде концентрата карбоксилата металла переменной валентности с учетом следующих факторов: достижение совместимости полимерной фазы с прооксидантом; обеспечение перерабатываемости в высокоскоростном шнековом оборудовании. Приборная база: реометр Smart RHEO 1000; прибор контроля расплава ИИРТ-5м; разрывная машина РМ-50.

Результаты исследования

В результате изучение состава импортных прооксидантов - d2w и Тosaf были определены состав и способ изготовления добавок d2w (Англия) и tosaf (Израиль). Выявлено, что в качестве активных элементов, инициирующих фоторазрушение и термоокисление, используют (кобальт, марганец, железо), в качестве биогенных элементов, способствующих  развитию микроорганизмов – калий, цинк, фосфор и т.д. Подтверждено, что для полиэтилена, модифицированного импортными прооксидантами d2w и Тosaf отмечаются ИК–спектры в области 1750 ÷ 1650 см-1, что указывает на появление полярных групп (альдегидной, кетонной и карбоксильной), т.е. значительное увеличение полярности макроцепей.

В результате исследований было установлено, что наиболее подходящим для проведения дальнейших работ по получению карбоксилатов металлов переменной валентности является уплотненный соапсток, т.к. он содержит меньшую долю влаги и большую – органических соединений для получения солей.

В результате выделения жирных кислот из соапстока светлых растительных масел был получен продукт со следующими параметрами: кислотное число – 180 ÷ 195 мг KOH/г; содержания влаги и летучих веществ – 40 ÷ 45 % мас.; рН – 6,1 ÷ 6,5.

Исследования показали, что карбоксилаты металлов переменной валентности получены с выходом до 90 % при введении 10 % растворов при температуре 80÷90 С°. При проведении реакции в водноспиртовых растворах с концентрацией 30÷40 % в отличие от ацетоноводных растворов взаимодействие происходит однозначно. Для указанных растворов наблюдаются побочные реакции, связанные с образованием различных комплексов. При проведении реакции в расплаве в температурном интервале 180÷250 С°, реакция завершилась в течение 30 минут после удаления гидратной воды. 

Значительное влияние на характер взаимодействия исходных продуктов представляет дисперсность среды, которая может изменяться как в результате перемешивания, так и одновременного УЗ воздействия. Последнее оказывает влияние не только на получение миркодисперсной среды, но и обеспечивает более быстрое получение карбоксилатов металлов переменной валентности в начальный момент реакции. Воздействие УЗ-излучения на протекание реакции неоднозначно, в результате которого возможно выделить 3 момента: активное диспергирование среды; взаимодействие реагентов с образованием карбоксилатов с одновременным возрастанием температурных параметров; частичная деструкция компонентов реакционной среды.

Как показали исследования резкое увеличение количества карбоксилатов металлов переменой валентности под действием УЗ наблюдалось в течении 20÷30 мин, затем происходило снижение выхода последних и стабилизация процесса взаимодействия. Наиболее активное взаимодействие наблюдалось при кратковременном УЗ воздействии, в течении 5÷6 мин при температурах 160-200 °С. Интенсификация процесса в расплаве позволяла завершить реакцию в течении 6÷10 мин.

Изучение реологического поведения отечественных серийных марок термопластов, совмещенных при различных соотношениях с модельными образцами карбоксилата металла переменной валентности, позволило рекомендовать для дальнейших исследований полиэтилен марки ПВД 15803-020 в качестве полимерной матрицы при получении оксобиоразлагаемой добавки, т.к. достигается оптимальное взаимосочетание: низкая вязкость, энергоемкость процесса, его доступность и цена. 

 

Практическая значимость исследования
В результате проведенных исследований будет создана технология производства олеохимикатов на основе сопутствующих продуктов масложировой индустрии, в частности, разработка добавок на основе карбоксилатов металлов переменной валентности для полимерных материалов с регулируемым сроком службы и целевых добавок для эластомеров.
Производимые добавки можно рекомендовать в качестве импортозамещающего продукта, потенциальными покупателями которого являются предприятия по производству упаковочных материалов, изделий краткосрочного пользования. Цены на добавки на основе карбоксилатов металлов переменной валентности будут в 2,5 раза меньше импортных аналогов, что позволит захватить существенный сегмент российского рынка.
В настоящий момент, для получения добавки инициирующей биодеструкцию закупаются готовые реактивы, стоимость которых значительно превышает затраты на синтез аналогичной добавки из вторичных сырьевых ресурсов масложировой промышленности.
Упаковка, произведенная с применением добавки на основе карбоксилатов металлов переменной валентности будет разлагаться на 50% при использовании по прямому назначению в течение 6 месяцев под действием факторов окружающей среды.