WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения, списка литературы, включающего 291 наименование, 2 приложений. Работа изложена на 272 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунков, 39 таблиц.

Общее содержание работы

В главе первой даны прогноз развития производственных мощностей получения полипропилена и геоэкологическая значимость их наращивания. Приведена характеристика современного состояния проблемы утилизации полимерных отходов термопластичного ряда. Производство полипропилена различных марок в мире в последние десятилетия развивается ускоренными темпами и, на данный момент, значительно превысило уровень производства полиэтилена низкого давления. В 1999 г. новые установки синтеза ПП построили фирмы Arco Products (200 тыс. т/год) и Epsilon Products (180 тыс. т/год). Спрос на ПП в США и странах Европейского Союза остается достаточно высоким, и будет, согласно аналитическим прогнозам, ежегодно увеличиваться на 7,3%(Terry, 2002). К концу 2007 года объем потребления ПП превысил 10 млн. т. В работе Now is the time в 2000 году был cделан прогноз развития мировой нефтехимической промышленности до 2010 года (Europen Chemi News, 2000). Прогнозируется рост спроса на нефть на уровне 2% в год. Рынок этилена увеличится до 140 млн. т/год и будет иметь среднюю годовую скорость роста 4,7%. Спрос на пропилен увеличится до 86 млн. т, т.е. в среднем на 6% в год. Общероссийский уровень производства ИПП 630 тыс. т\год, АПП – 15 тыс. т\год. При росте производства необходимым элементом экологической политики мировой промышленности является целенаправленная программа безопасной утилизации и рационального использования отходов. Во главу угла ставятся не только традиционные критерии типа «затраты – прибыль» или «издержки – риск», а в первую очередь концепции создания экологически безопасных замкнутых технологий и производств.

В главе второй рассмотрены структура и свойства атактического полипропилена. Большое внимание уделено процессам получения атактического полипропилена, дана характеристика стереоспецифичности каталитических систем полимеризации атактического полипропилена и рассмотрены различные способы модифицирования каталитических систем полимеризации пропилена. Оценено влияние условий синтеза на состав и свойства микросферического катализатора полимеризации пропилена.

В третьей главе изложены методы эксперимента и анализа, здесь же приводятся характеристики использованных веществ и материалов. Даны сравнительные физико-химические характеристики товарного АПП, который составляет в последнее время основную массу товарного полимера.

В четвертой главе раскрыты научно-технические основы переработки АПП методом экструзии. Наиболее перспективным технологическим процессом недеструктивной утилизации полимерных отходов, приемлемым в настоящее время для условий России, является упругодеформационное (экструзионное) измельчение полимерных материалов (Базунова, Прочухан, 2009). Процесс сравнительно легко реализуется в экструдерах в определенном температурно-силовом режиме. В промышленных условиях свойства АПП (неудовлетворительные физико-механические характеристики, состава примесей и полимера) изменяются в широких пределах и зависят от ряда технологических факторов, что затрудняет его утилизацию в промышленности. В таблице 1 представлены сравнительные физико-химические характеристики товарного АПП.

Таблица 1.

Свойства товарного атактического полипропилена

Показатели

Номер образца

1

2

3

4

Средневязкостная молекулярная масса, М103

40

36

25

20

Коэффициент вязкости при 180 0С, Па•с

15,0

18,0

0,8

0,2

Температура начала размягчения, 0С

125

112

108

105

Глубина проникновения иглы, при 250С 0,1 мм

34,0

40,0

58,0

73

Количество примесей. %мас.:

- изотактической фракции;

- стереоблочной фракции.

40,0

14,0

14,0

1,0

12,0

18,0

9,0

19,0

Показатель полидисперсности, Мw/Mn

5,0

5,5

6,0

6,4

Иодное число, г I2/100г

0,25

0,28

1,32

1,90

Количество двойных связей в расчете на 1 моль полимера

0,4

0,4

1,3

1,5

Примечание: Образцы №№1,2 (марки АПП-Г) производства завода полипропилена ОАО «ТНХЗ» получены при полимеризации пропилена и синтезе катализатора МСК-1 с использованием гидроочищенного растворителя марки Нефрас-С 94-99 (гептан-растворитель.

Образцы №№3,4 (марка АПП-Г) производства завода полипропилена ОАО «ТНХЗ» получены с использованием растворителя при полимеризации пропилена гептановой фракции смолы пиролиза, содержащей повышенное количество примесей непредельных соединений.

Рис. 1. Принципиальная схема устройства для переработки АПП методом экструзионного формования: 1-4 - шнек с приводом 5 - бункер; 6- цилиндра для передачи перерабатываемого материала (материальный цилиндр); 7 - шнек; 8-10 - камера интенсивного перемешивания; 8 - решетка приемная; 9 - мешалка; 10 -решётка выпускная; 11 - прижимная гайка; 12 - формующая головка; 13 - насадка; 14 нагреватель.

Для повышения эффективности метода утилизации АПП, нами был внедрен метод и средство для его реализации, позволяющее снизить энергозатраты, использовать недорогое отечественное оборудование, уменьшить слипаемость полимера при хранении и повысить насыпную плотность переработанного полимера. Нами было предложено переработку АПП осуществлять в высокоэластическом состоянии методом экструзионного формования при его нагревании до 100°С. При изучении высокоэластического состояния данного полимера, установлена высокая подвижность всех составляющих частей его макромолекулы: атомов, групп, звеньев, сегментов. Установленные особенности высокоэластического состояния АПП отражаются на его механических свойствах: низкие прочностные свойства и модуль упругости, высокая деформируемость под нагрузкой, сопровождающаяся экзотермическим эффектом. Предлагаемое устройство для переработки АПП и некристаллических полимеров пропилена состоит из материального цилиндра с коротким шнеком, формующей головки с насадкой и нагревателя. Обычно в экструдерах отношение длинны шнека к его диаметру LID = 15-30, поэтому использование устройства с коротким шнеком при отношении LID ~ 4,5 нетипично для экструдеров. Кроме того, обычно экструдеры содержат обогреватели материального цилиндра, необходимые для поддержания полимера в расплавленном (вязкотекучем) состоянии, а предлагаемое устройство не содержит таких нагревателей и позволяет разогреть полимер до высокоэластического состояния только за счет тепла, выделяющегося при трении. На рисунке 1 представлена принципиальная схема устройства для переработки АПП методом экструзионного формования. Производительность установки - 300 кг АПП/ч. Промышленное использование метода в течение двух лет показало его высокую эффективность. Описываемый метод переработки можно использовать для формования некристаллических сополимеров пропилена с этиленом и а-олефинами, приготовления полимер-полимерных и полимер-минеральных композиционных материалов. При получении битумно-полимерных вяжущих (БПВ) кровельных материалов переработанный и расфасованный АПП загружают в реактор-смеситель вместе с упаковочной пленкой, которая расплавляется и смешивается с битумами при 170-180°С.

В пятой главе изложены научно-технические основы технологии процесса высокотемпературного окисления расплава АПП кислородом воздуха. Цель вторичного использования материалов заключается в экономии сырьевых и энергетических ресурсов. Отходы полимерных материалов уничтожают путем захоронения или сжигания, как правило, без использования образующейся энергии, фото- или биоразложения и химического или механического рециклирования. Исследования показали, что ежегодный рост производства рециклированных полимерных материалов с 1993 по 2000 г. составил 20,6% (Venosta, Corrado, 1999; Власов, Николаев, Перрен, 2001). В работе S.M.Jovanovi отмечена роль пластмасс в развитии цивилизации, указано на экологические проблемы их использования. Рациональная утилизация и вторичная переработка в композиционные материалы образующихся отходов может решить многие из проблем. Одной из причин, затрудняющих прямое смешение полиолефинов с инженерными пластиками и наполнителями, является неполярный характер полиолефинов. Как возможный выход из данной ситуации, нами был изучен процесс модификации полимера посредством термоокислительной деструкции (ТОД). Термоокислительная деструкция (ТОД) АПП одна из самых распространенных реакций химического модифицирования и наиболее полно изучена для интервала температур 0–150оС с участием окислителей различной природы. Однако, по литературным данным, наиболее удобным в плане модифицирования свойств полимера и получения ценных низкомолекулярных веществ является интервал температур 150 – 250оС.

Для производства окисленного атактического полипропилена использовали АПП производства завода полипропилена ООО «Томскнефтехим», по свойствам соответствующий ТУ 2211-056-05796653-98, марок АПП-Г и АПП-Г/Б с молекулярной массой 20 000—40 000, содержащий до 40% примесей изотактической и стереоблочной фракций. Получение окисленного полимера проводили в опытно-промышленной установке с тремя реакторами общим объемом 30 л, условия реакции изменялись в зависимости от требуемого товарного продукта: температура от 150оС до 250оС, расход воздуха — 0,5 млмин–1 г–1, время окисления от 1 до 6 ч. Данная установка (рис. 2.) отличается от известных тем, что содержит, по меньшей мере, два последовательно соединенных реактора при соотношении высоты реактора к его диаметру в пределах 2,0—5,0, устройство подачи воздуха в виде вертикальной трубы с подводом воздуха через верхнюю часть, а в нижней части снабженное насадкой с прорезями по периметру нижней кромки, причем диаметр насадки по отношению к диаметру реактора выбирают в пределах 0,25—0,5. Каждый колонный нагреватель снабжен электронагревателем, содержит термопару и регулятор температуры.

При окислении газообразные продукты частично конденсировались в холодильнике, конденсат разделяли на водную и органическую фазы. Для дальнейших исследований использовали окисленный полимер и органическую фазу конденсата.

С увеличением степени окисления АПП наблюдается расширение молекулярно-массового распределения полимера, уменьшение его средневязкостной молекулярной массы М, уменьшение температуры размягчения и т.д. В таблице 2 представлены сравнительные физико-химические характеристики АПП до и после окисления.

Рис. 2. Принципиальная технологическая схема установки окисления АПП: Установка для получения окисленного АПП содержит: обогреваемый окислительный колонный реактор барботажного типа, устройство для подачи воздуха, пневмосистему, трубопроводы для отвода газов окисления и продуктоводы.

Таблица 2.

Свойства АПП до и после окисления

Показатели

АПП исходный

АПП окисленный

1800С, 2ч

2500С, 6ч

М•10-3

36,0

16

5,0

Мw/Mn

5,5

7

11,0

Содержание карбонильных групп, мол %

0,0

0,29

0,95

Содержание примесей изотактической фракции, мас%

14,0

2

0,5

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»