Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0002

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0002
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное унитарное предприятие "Российский научный центр "Прикладная химия"
Название доклада
Проведение прикладных научных исследований, направленных на создание научно-технических основ технологии получения из фенолов и карбонильных соединений широкого спектра бисфенолов, являющихся мономерами в производстве полиэфиров общего и специального назначения, в том числе наноструктурированных поликарбонатов
Докладчик
Бальцер Александр Евгеньевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью реализуемого проекта является разработка научно-технических основ технологии получения широкого спектра марок бисфенолов для производства полиэфиров общего и специального назначения, включая наноструктурированные поликарбонаты.
Основными научно-техническими задачами проводимых исследований являются:
разработка новых высокоэффективных твердых (гетерогенных) катализаторов для производства бисфенолов,
изучение синтеза, выделения и очистки бисфенолов - основного сырья при получении различных полиэфиров, в том числе наноструктурированных поликарбонатов.
Актуальность и новизна исследования
Наиболее широко используемыми продуктами на основе любых марок бисфенолов являются поликарбонаты, которые, в зависимости от вида исходного бисфенола, обладают различными физико-химическими свойствами. Учитывая уникальные свойства, особенно в составе наноструктурированных композиционных материалов, такие как высокие жесткость и прочность в сочетании с очень высокой стойкостью к ударным воздействиям в широком диапазоне температур (выдерживают кратковременный нагрев до 160-220 С, а также циклические перепады температур от -250 до +100 С), оптическая прозрачность, морозостойкость, поликарбонаты имеют различные области применения в ведущих отраслях промышленности: химической, машиностроительной, строительстве, автомобилестроении, авиационной, космической, военной.
Таким образом, поставленная в работе задача является весьма актуальной, а реализация результатов предлагаемых исследований может иметь большое практическое значение при формировании научно-технологического задела для последующего выполнения опытно-технологических работ и промышленного внедрения в различные области отечественной экономики.
Новизна предлагаемых исследований заключается в новом подходе к постановке научной и научно-технической задачи, позволяющей осуществить комплексное изучение реакции конденсации при получении широкого спектра бисфенолов высокого качества с использованием новых универсальных гетерогенных катализаторов, пригодных для синтеза любых марок бисфенолов.
Комплекс исследований позволит создать основы для разработки отечественной универсальной технологии получения бисфенолов с высокими показателями качества и возможность получить результат, способный к правовой охране.
Описание исследования

На основании теоретических и экспериментальных исследований поставленных перед ПНИ задач разработаны:

1) методика приготовления твердых катализаторов синтеза бисфенолов по двум направлениям, а именно, модификацией серосодержащими соединениями коммерческих катионообменных смол, и модификацией аналогичными соединениями катионообменных смол, полученных сополимеризацией стирола и дивинилбензола.

Определены оптимальные для достижения заданных характеристик параметры процесса получения катализаторов на основе коммерческих катионообменных смол (Amberlyst 35WET):

- растворитель, вызывающий набухание смолы – дистиллированная вода;

- температура операции набухания комнатная;

- продолжительность операции набухания смолы 24 часа;

- дистиллированная вода заливается в количестве, обеспечивающем слой жидкости 1 – 3 см над верхним слоем ионита;

- температура сушки отмытой смолы 70°С;

- продолжительность сушки 12 часов;

- модифицирующий агент – 5%-ный раствор 2-меркаптоэтиламина в воде;

- рН модифицирующего раствора 3;

- количество введенного модификатора 10% масс.;

- температура операции модифицирования комнатная;

- продолжительность операции модифицирования не менее 20 часов;

- температура сушки модифицированной смолы 72°С;

- сушка под вакуумом;

Установлены оптимальные для достижения заданных характеристик параметры процесса приготовления собственных катализаторов, основанные на получении макропористой катионообменной смолы сополимеризацией стирола и дивинилбензола с последующей аналогичной модификацией:

- оптимальное содержание дивинилбензола в исходной смеси 20% масс.;

- сополимеризация проводится в присутствии инертного растворителя, не встраивающегося в каркас, и удаляемого после синтеза;

- инертным растворителем является изооктан;

- оптимальная концентрация изооктана в исходной смеси 50% (от веса мономера);

- оптимальный температурный режим сополимеризации: нагрев до 80°С с выдержкой 4 часа, далее подъем температуры до 95°С и выдержка 6 часов;

- оптимальный диаметр частиц катализатора 0,5 мм;

- влажность катализатора не более 1 %.

 

2) лабораторный регламент комплексной лабораторной установки по получению бисфенолов. Получение бисфенолов проводилось на лабораторной установке, состоящей из 3-х узлов: синтеза бисфенолов, выделения и очистки бисфенолов, регенерации растворителей.

Синтез бисфенолов на основе фенола и карбонильных соединений проводился в металлическом реакторе-автоклаве при температурах от 20 до 150 С и давлении от атмосферного до 0,8 МПа в присутствии твердого гетерогенного катализатора и модификатора в течение 10-20 часов.

Выделение и очистка бисфенолов проводилась методом разрушения аддукта фенол-бисфенол с последующей перекристаллизацией бисфенола.

Регенерация растворителей осуществлялась методом дистилляции под вакуумом с последующей ректификацией.

 

3) методика очистки получаемых бисфенолов от микропримесей, осуществляемая в две стадии:

- промывка горячим растворителем от органических примесей. В качестве растворителей используют фенол или гексан. Промывка осуществляется на лабораторной установке

- очистка от микропримесей элементов (CI, Na, S, Fe ), осуществляемая в 2 этапа. Первый этап - перекристаллизация из водно-спиртовых смесей до содержания микропримесей элементов на уровне 10-100 ppm. Второй этап - очистка раствора бисфенола на ионообменных смолах до содержания микропримесей элементов на уровне 0,1-3 ppm.

 

4) методика очистки сточных вод от фенола с применением модифицированных катализаторов, производимая на лабораторной установке, заключающаяся в экстракции фенола из водной смеси с помощью органических растворителей, которые были выбраны на основании экспериментальных исследований. Степень очистки достигла значений близких к нормам ПДК в воде водоемов.

 

 

 

Результаты исследования

При выполнении ПНИ получены следующие научно-технические результаты:

- научные основы принципиальных технологических решений процесса синтеза бисфенолов, получаемых из фенола и карбонильных соединений,

- теоретические основы приготовления, оптимальные рецептуры и практические рекомендации по получению катализаторов синтеза бисфенолов,

- экспериментальные образцы твердых (гетерогенных) катализаторов синтеза бисфенолов,

- лабораторная установка каталитического синтеза бисфенолов, их выделения и очистки

- экспериментальные образцы бисфенолов различных марок.

Разработаны основы технологии каталитического процесса получения бисфенола, обеспечивающие конверсию исходных карбонильных соединений и выход бисфенола не ниже мирового уровня , а именно 90% и 80% соответственно.

Изготовлены твердые (гетерогенные) наноструктурированные катализаторы со следующими показателями:

насыпная плотность - 0,6-0,9 г/см3; сила кислотных центров - не более минус 8 по шкале Гаммета; суммарный объем пор - не менее 0,6 г/см3;преобладающий размер пор - 40-100 нм; механическая прочность на раздавливание - не менее 20,0 МПа;

Изготовлены экспериментальные образцы бисфенолов 4 видов, а именно:  BP-A (фенол, ацетон), BP-Z (фенол, циклогексанон), BP-TMC (фенол, 3,3,5-триметилциклогексанон), BP-FL (фенол, 9-флуоренон).Степень чистоты получаемых бисфенолов соответствует показателям качества лучших зарубежных аналогов - содержание примесей не более: Na - 0,5 ppm; Cl - 2,0 ppm; S - 2,0 ppm; Fe - 0,2 ppm. 

Определены физико-химические свойства новых марок бисфенолов (BP-Z, BP-TMC, BP-FL).

Практическая значимость исследования
Учитывая уникальные свойства поликарбонатов, особенно в составе наноструктурированных композиционных материалов, потенциальными потребителями бисфенолов и поликарбонатов на их основе являются все ведущие отрасли промышленности: химическая, машиностроительная, строительство, автомобилестроение, авиационная, космическая, военная. Конкретно, для увеличения мощности производства отечественного поликарбоната и создания новой его номенклатурной линейки, потребителями бисфенолов могут быть предприятия, которые в настоящее время производят бисфенол и поликарбонаты на его основе по лицензии (и при базовом проектировании) японской фирмы Idemitsu Kosan Co. : ОАО «КазаньОргСинтез», ОАО «Уфимский НПЗ» и ОАО «Калина Ойл» и др.
По окончании проекта получены научные результаты, позволяющие перейти к разработке технического задания на проведение ОТР для реализации результатов ПНИ в опытно-промышленных условиях, включающие технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера. Универсальность разработанного метода получения бисфенолов должны обеспечить следующие народно-хозяйственные и социально-экономические эффекты:
-полное исключение импортных поставок и закупок импортных технологий,
-резкое увеличение мощности производимой продукции, начиная с бисфенолов,
-расширение номенклатуры производимой продукции, в том числе наноструктурированных поликарбонатов,
-гибкость производства в условиях изменяющейся конъюнктуры рынка,
-производство поликарбонатов по качеству, не уступающему, а по некоторым показателям превосходящему зарубежные аналоги.
Постер

Poster_final.ppt