Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка экологически безопасной технологии получения синтетических каучуков и латексов высокого качества

ФИО: Милушкова Е.В.

Направление: Современные материалы и технологии их создания (У.М.Н.И.К.)

Институт: МИТХТ им. М.В. Ломоносова

Цель проекта. Разработка экологически безопасной технологии получения каучуков и латексов высокого качества.

Существующие технологии производства синтетических каучуков и латексов имеют ряд существенных недостатков, среди которых основными являются: низкая устойчивость реакционной системы и образование коагулюма – основная причина невысокого качества готовой продукции, невоспроизводимость свойств от партии к партии и загрязнение сточных вод эмульгаторами, многие из которых являются бионеразлагаемыми.

В крупнотоннажном производстве эмульсионных каучуков и латексов, чрезвычайно важной и актуальной проблемой является очистка сточных вод, так как сброс высококонцентрированных стоков (ВКС) только на одном предприятии может составлять 80 м³/ч, а промывных вод – 300 м³/ч. Наличие в ВКС биологически неразлагаемых ПАВ исключает их сброс на очистные сооружения. Еще одной проблемой является большой расход эмульгаторов (5–6 массовых частей) и использование в рецепте бионеразлагаемого продукта – лейканола.

Лейканол представляет собой натриевую соль продукта конденсации β-нафталин-сульфокислоты с формальдегидом. Он хорошо растворяется в воде, но практически не подвергается биологической деструкции. В результате этого он проходит транзитом через систему очистных сооружений и попадает в природные водоемы. Лейканол обладает высокой токсичностью, ухудшает органолептические свойства воды и санитарный режим водоемов, затрудняет проведение очистки сточных вод и весьма стабилен по отношению к процессам естественного самоочищения водоемов.

В связи с вышесказанным своевременным и актуальным в крупнотоннажном производстве каучуков и латексов является поиск путей снижения концентрации бионеразлагаемых ПАВ, например, посредством их применения в смеси с биоразлагаемыми ПАВ, и поиск новых видов ПАВ, которые могли бы заменить используемые бионеразлагаемые продукты с целью исключения загрязнения водоёмов токсичными бионеразлагаемыми загрязнителями и обеспечить высокую устойчивость реакционной системы с целью повышения качества конечного продукта.

Замена лейканола на другой биоразлагаемый ПАВ не требует кардинального аппаратурного переоснащения производства, а лишь возможное изменение определенных технологических параметров в узлах дозировки и подготовки сырья, связанные с изменением рецептуры. Основная задача состоит в поиске ПАВ, соответствующего экологическим и стабилизирующим параметрам, анализ качества продукции, полученной с использованием нового ПАВ, а также разработка и промышленная отработка рецептуры приготовления каучуков и латексов с его использованием.

В качестве поверхностно-активного вещества при синтезе каучуков и латексов мы предлагаем использовать Лапрол 6003, который является промышленным продуктом и представляет собой простой полиэфир – продукт алкоголятной полимеризации окиси пропилена с глицерином и последующей блоксополимеризацией с окисью этилена (ММ=6000 г/моль), выпускаемый ОАО «Нижнекамскнефтехим».

Выбор данного ПАВ был обусловлен его биоразлагаемостью и нерастворимостью в воде.

Положительными экологическими и экономическими эффектами применения Лапрол 6003 являются:

Лапрол 6003 является нерастворимым в воде, и, как следствие, растворим в мономере, в результате чего при синтезе полимерных суспензий данный ПАВ остается в полимере и отсутствует в сточных водах;

Даже если будут происходить выбросы ПАВ в сточные воды, Лапрол 6003 является биоразлагаемым и поддается биологической деструкции, что уменьшает отрицательное техногенное воздействие на окружающую среду при промышленном производстве товарных латексов и каучуков;

Использование Лапрола 6003 в качестве стабилизатора позволяет повысить качество каучуков и латексов, поскольку в его присутствии были получены устойчивые монодисперсные полимерные суспензии;

Концентрация Лапрола 6003, требуемая для стабилизации реакционной системы в несколько раз ниже концентрации лейканола, обычно используемой при синтезе каучуков и латексов, при этом стоимость Лапрола 6003 (80–100 руб. за кг.) сравнима со стоимостью лейканола (50–60 руб. за кг).

В результате проведенных исследований при использовании Лапрола 6003 в качестве стабилизатора реакционной системы были получены монодисперсные полимерные суспензии, характеризующиеся полным отсутствием коагулюма, что говорит об их высокой устойчивости, при этом концентрация Лапрола 6003 составляла 1-2 масс. частей, что в несколько раз ниже концентрации эмульгатора, обычно используемой при синтезе каучуков и латексов. На рисунке (см. Презентацию) представлены микрофотографии некоторых образцов полученных полимерных латексов. Видно, что частицы, содержащиеся в полимерных суспензиях, являются индивидуальными и имеют одинаковый размер, что говорит о высоком качестве полученного латекса.

Внедрение предлагаемой технологии на производстве подразумевает лишь небольшие технологические изменения. Лапрол 6003 доступный, экологически безопасный ПАВ, экономический эффект от его применения достигается снижением себестоимости продукции за счет:

• снижения затрат на очистку сточных ввод,

• снижения количества ПАВ необходимого для производства,

• высокого качества получаемой продукции

• что в совокупности с минимальными капитальными затратами, делает предлагаемую технологию коммерчески весьма перспективной.

Предлагаемая технология защищена патентом РФ №2540335 «Способ получения устойчивых полимерных суспензий с узким распределением частиц по размерам», опубликован 10.02.2015

План реализации проекта.

Исследование возможности и разработка рецептур получения устойчивых полимерных суспензий с высокой концентрацией полимера (более 20%) (1-й год)

Изучение влияния параметров полимеризации (напр., температуры), а также изменения компонентов реакционной системы (напр., инициатора) на характеристики синтезируемых полимерных суспензий с использованием Лапрола 6003 в качестве стабилизатора (2-й год)

Промышленные испытания предлагаемой технологии и оценка качества полученных каучуков и латексов в соответствии с требованиями ГОСТа (вне рамок конкурса)

Дополнительная информация.

Победитель «V-го Международного конкурса идей IQ-CHem» по инновационным решениям в области производства и применения синтетических каучуков, ПАО «СИБУР Холдинг», 2014 год.