научная статья по теме ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИОЛЕФИНОВЫХ ПОРОШКОВ РАСТВОРНЫМ СПОСОБОМ Комплексное изучение отдельных стран и регионов

Текст научной статьи на тему «ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИОЛЕФИНОВЫХ ПОРОШКОВ РАСТВОРНЫМ СПОСОБОМ»

ИННОВАЦИОННЫЕ INNOVATION

РЕШЕНИЯ SOLUTIONS

ТЕХНОЛОГИИ TECHNOLOGIES

УСТРОЙСТВА ^^ mm FACILITIES И ИХ ВНЕДРЕНИЕ ^Щ-W AND THEIR INNOVATION

ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ В ОБЛАСТИ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ И ЭКОЛОГИИ

INNOVATIVE SOLUTIONS IN ALTERNATIVE ENERGY AND ECOLOGY

Статья поступила в редакцию 19.11.14. Ред. per. № 2136 The article has entered in publishing office 19.11.14. Ed. reg. No. 2136

УДК 66.048.5:519.711.2

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИОЛЕФИНОВЫХ ПОРОШКОВ РАСТВОРНЫМ СПОСОБОМ

К.В. Почиеалое, М.Ю. Юрое, Л.Н. Мизероеский

ФГБУН Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН

РФ 153045, Иваново, ул. Академическая, д. 1 тел.: (4932)336259; факс (4932)336237; e-mail: adm@isc-ras.ru

doi:10.15518/isjaee. 2014.20.006

Заключение совета рецензентов: 25.11.14 Заключение совета экспертов: 01.12.14 Принято к публикации: 05.11.14

Впервые, в рамках представлений о частично кристаллических полимерах как метастабильных трехмерно-структурированных жидкостях, узлами сетки которых являются кристаллиты, построена диаграмма состояния системы ПЭНП - толуол. На основе топологического анализа этой диаграммы выбрана температурно-концентрационная область микрофазового распада молекулярной смеси полимера и растворителя, обеспечивающая успешное выделение из последней полимера в виде порошка.

Разработаны физико-химические основы экономически эффективной и экологически безопасной растворной технологии получения порошков ПЭНП. Изготовлена и введена в эксплуатацию пилотная установка периодического действия, обеспечивающая 100 %-ный перевод исходного полимера в порошок и практически полный возврат растворителя в технологический цикл. Определены оптимальные режимные параметры процесса и разработана его технологическая схема.

Использование этой технологии позволит в некоторой степени, зависящей от масштаба созданного промышленного производства, решить две экологические проблемы: рециклинга полимерных отходов и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов на водных акваториях.

Ключевые слова: полиолефиновые порошки, технология, диаграммы состояния систем полимер - жидкость.

PHYSICO-CHEMICAL BASIS OF PRECIPITATION OF POLYOLEFIN POWDERS

BY SOLUTION METHOD

K.V. Pochivalov, M. Y. Yurov, L.N. Mizerovsky

G.A. Krestov Institute of Solution Chemistry of RAS 1 Academicheskaya Str., Ivanovo, 153045 Russian Federation ph.: (4932)336259, fax: (4932)336237, e-mail: adm@isc-ras.ru

Referred 25 November 2014 Received in revised from 1 December 2014 Accepted 5 December 2014

For the first time, the diagram of the system state LDPE - toluene is constructed within the concept of semi-crystalline polymers as a three-dimensionally structured metastable liquids grid points which are crystallites. On the basis of the topological analysis of this diagram we select temperature and concentration range of microphase decay molecular mixture of polymer and solvent for the success of the latest release of the polymer in powder form.

The physical and chemical bases and a pilot version of a cost-effective and environmentally friendly technology of LDPE powder are developed. The authors of this paper constructed and put into an experimental facility, providing a 100 % translation of the original polymer to powder and almost a full refund of the solvent in the production cycle. Moreover, we defined the optimum operating parameters of the process and developed its technological scheme. The use of this technology will allow to some extent, depending on the scale of industrial production, solving two environmental problems: recycling plastic waste and spill oil and oil products on water areas.

Key words: polyolefin powders, technology, phase diagrams of polymer - liquid systems.

Почивалов Константин Васильевич K.V. Pochivalov

Сведения об авторе: доктор химических наук, главный научный сотрудник Института химии растворов РАН.

Область научных интересов: физикохимия растворов жидкостей в полимерах.

Публикации: более 200 работ.

Information about the author: Doctor of Chemical Sciences, Chief Researcher, Institute of Solution Chemistry.

Area of researches: physical chemistry of liquids solutions in polymers.

Publications: more than 200works.

AW,

- с -'и1

Юров Михаил Юрьевич M.Y. Yurov

Сведения об авторе: кандидат технических наук, младший научный сотрудник Института химии растворов РАН.

Образование: Ивановский государственный химико-технологический университет.

Область научных интересов: физикохимия растворов жидкостей в полимерах.

Публикации: 19 работ.

Information about the author: PhD of

Technical Sciences, Junior Researcher.

Education: Ivanovo State

University of Chemistry and Technology.

Area of researches: physical chemistry of liquids solutions in polymers. Publications: 19 works.

Мизеровский Лев

Николаевич L.N. Mizerovsky

Сведения об авторе: доктор химических наук, главный научный сотрудник Института химии растворов РАН.

Область научных интересов: физикохимия растворов жидкостей в полимерах.

Публикации: более 400 работ.

Information about the author: Doctor of Chemical Sciences, Chief Researcher, Institute of Solution Chemistry.

Area of researches: physical chemistry of liquids solutions in polymers.

Publications: more than 400 works.

£ N

Введение

Полиолефиновые порошки широко используются в качестве сорбентов нефти и нефтепродуктов при их аварийных разливах на водных акваториях [1]; в технологии защитно-декоративных и электропроводящих покрытий [2]; при производстве клеевых, базовых и финишных составов систем теплоизоляции [3]; в качестве связующего элемента строительных материалов (древесно-стружечные плиты, плинтуса, брус и т.п.) [3]; в косметологии при изготовлении пилин-гов [4] и других отраслях промышленности.

Однако, несмотря на реально существующую высокую потребность в таких порошках, сегодня для их производства используются в основном два промышленных способа [5, 6] (криогенное измельчение и осаждение из растворов путем добавления осади-теля), которые имеют ряд существенных недостатков. Так, механическое измельчение экономически не выгодно в силу того, что из-за высокой ударной вязкости полиолефинов при комнатной температуре может быть реализовано только в присутствии хладагентов, расход которых (например, жидкого азота)

составляет в среднем 4 кг на 1 кг порошка. Получение же полимерных порошков по методу осаждения из растворов предполагает использование большого количества дорогостоящего осадителя (применительно к полиэтилену - этилового спирта), в результате чего возникает экологически небезопасная проблема разделения на компоненты путем ректификации образующегося раствора двух низкомолекулярных жидкостей. Поэтому очевидно, что исследования, направленные на разработку лишенной указанных недостатков технологии, актуальны. Важным дополнительным обстоятельством, подчеркивающим их актуальность, является то, что промышленное использование разработанной технологии позволит в некоторой степени, зависящей от масштаба организованного производства, решить две важные экологические проблемы: рециклинга полиолефиновых отходов и, вследствие того, что получаемые порошки являются эффективными сорбентами нефти и нефтепродуктов, - ликвидации аварийных разливов последних на водных акваториях.

Разработка новой технологии получения полио-лефиновых порошков оказалась возможной благодаря пересмотру традиционных представлений о фазовом равновесии в системах «частично кристаллический (ЧК) полимер - жидкость», основанному на концепции [7-13], в соответствии с которой такие полимеры по фазовому состоянию являются внутренне напряженными (метастабильными) пространственно структурированными жидкостями с узлами сетки межмолекулярных связей в виде кристаллитов.

В рамках этой концепции на примере ряда систем «ЧК полимер - хороший растворитель»: ПЭНП -алкилбензолы (толуол, о-, :-, и-ксилолы); ПЭНП - н-алканы (гептан, декан); изотактический ПП - :-ксилол, - была доказана необходимость дополнения имеющихся в литературе диаграмм состояния [7] еще одной пограничной линией BD (рис. 1), имеющей две термодинамические трактовки:

1) температурная зависимость растворимости низкомолекулярной жидкости в аморфных областях ЧК полимера;

2) температурная граница полного растворения имевшейся в исходной смеси жидкости в аморфных областях полимера и, следовательно, превращения двухфазной системы «полимер - жидкость» в однофазную - «раствор жидкости» в ЧК полимере.

Наличие этой линии позволяет дать принципиально отличающуюся от общепринятой трактовку фазового и физического состояния систем, находящихся под линией ликвидуса ABC (рис. 1).

7",°С 100

80

60

40

20

Л В

J_I_I_I_L

T

min am

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 w2,%

Рис. 1. Диаграмма состояния системы ПЭНП - толуол: область I - однофазная гомогенная система (молекулярная смесь высокоэластического полимера и жидкости); область II - однофазная микрогетерогенная система (раствор низкомолекулярной жидкости в аморфных областях ЧК полимера); область III - двухфазная система (раствор жидкости в аморфных областях ЧК полимера + чистая жидкость)

Fig. 1. Diagram of LDPE - toluene system states: I - singlephase homogeneous System (molecular mixture of highly elastic polymer and liquid);

II -single phase microheterogeneous system (low molecular weight liquid solution in the amorphous regions of the partially

crystalline polymer); III -two-phase system(liquid solution in the amorphous regions of the partially crystalline polymer+pure liquid

Эта линия отделяет однофазную область II, отражающую существование полимерных гелей (растворов толуола в ПЭНП) с узлами трехмерной сетки в виде кристаллитов от двухфазной области III, в которой сосуществуют такие гели и чистый толуол (раствор в толуоле низкомолекулярных фракций макромолекул ПЭНП, не входящих в кристаллиты).

Важно отметить, что при переводе системы любого состава из области I в область III (см. рис. 1) происходит её микрофазовое разделение, в результате чего самопроизвольно образуется капиллярно-пористое тело, поры которого заполнены толуоло

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком