Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,798

Реализация инновационного развития России приводит к росту производственных мощностей и расширению ассортимента конкурентоспособной выпускаемой продукции. Однако это неизбежно сопровождается накоплением разноплановых отходов и побочных продуктов, многие из которых и до настоящего времени не находят своего применения.

Согласно положениям документа «Основы государственной политики в области экологического развития Российской Федерации на период до 2030 года» стратегическими целями государственной политики в области экологического развития является сохранение благоприятной окружающей среды, реализация права каждого человека на благоприятную окружающую среду, укрепление правопорядка в области охраны окружающей среды и обеспечение экологической безопасности. Достижение этих целей обеспечивается решением основных задач. Одной из таких задач является: предупреждение и сокращение образования отходов, а также вовлечение их в повторный хозяйственный оборот посредством максимально полного использования исходного сырья и материалов. Пути решения этой задачи заключаются не только во внедрении и применении малоотходных и ресурсосберегающих технологий и оборудования, но и использовании образовавшихся отходов путем переработки, регенерации, рекуперации, рециклинга.

В настоящее время одной из крупнотоннажных отраслей промышленности является нефтехимия. Переработка нефти и последующее использование полученных продуктов в производстве полимерных материалов приводит к образованию и накоплению значительных количеств побочных продуктов и отходов, многие из которых и до настоящего времени не нашли своего применения [2]. В то же время на предприятиях легкой промышленности также образуется значительное количество текстильных отходов. Образующиеся текстильные отходы и побочные продукты нефтехимии представляют собой вторичные полимерные материалы, которые могут служить ценным исходным сырьем для получения многофункциональных добавок, используемых в производстве резинотехнических изделий. Поэтому комплексный подход к переработке этих отходов позволит не только рационально их утилизировать, но и снизить экологическую нагрузку на окружающую среду.

В опубликованной работе [4] показано получение полимерных материалов на основе отходов и побочных продуктов нефтехимии (со)полимеризацией их со стиролом в растворе или массе в присутствии различных инициаторов. В дальнейшем полученные полимерные материалы могут быть использованы для создания на их основе водных эмульсий и дисперсий, посредством механического диспергирования раствора полимера в водной фазе, содержащей в качестве стабилизаторов поверхностно-активные вещества. Существенным недостатком такого процесса является то, что для диспергирования используется углеводородный раствор низкомолекулярного полимерного материала (концентрация 50–70 %). Это приводит к появлению дополнительной стадии – отгонки углеводородного растворителя из получаемой воднополимерной эмульсии. Применение углеводородного растворителя (толуол, ксилол, нефрас и др.) необходимо для перевода полимерных материалов, полученных из отходов нефтехимии, из твердого состояния в жидкую фазу. Для уменьшения содержания углеводородного растворителя в процессе приготовления воднополимерной эмульсии целесообразно снизить молекулярную массу используемых полимерных материалов, например, с помощью термического или термоокислительного воздействия [3].

В шинной и резинотехнической промышленности широко используются различные виды добавок и наполнителей [5]. Текстильные отходы легкой промышленности являются перспективными добавками для эластомерных композиций. Однако исследования по изучению влияния волокнистых добавок на свойства получаемых композитов показывают, что для повышения их свойств добавки необходимо применять с агентами межфазного сочетания, в качестве которых могут быть использованы олигомеры.

Одними из марок маслонаполненных эмульсионных каучуков, выпускаемых промышленностью синтетического каучука, являются СКС-30 АРКМ 15 и СКС-30 АРКМ 27. В рецептуре их создания в качестве пластификатора применяется масло ПН-6, которое содержит в своем составе полициклические ароматические углеводороды, являющиеся токсичными веществами. Для повышения экологической безопасности производимой продукции целесообразно было бы рассмотреть возможность частичной или полной его замены на олигомеры, синтезированные из побочных продуктов и отходов нефтехимии.

Цель работы – изучить возможность получения многофункциональных добавок, на основе текстильных отходов, олигомера и масла ПН-6, и оценить их влияние на процесс создания эластомерных композиций и свойства получаемых композитов.

Материалы и методы исследования

Для исследований использовали масло ПН-6, стиролсодержащий олигомер модифицированный малеиновым ангидридом (СОМА), эмульсионные каучуки марки СКС-30 АРК, СКС-30 АРКМ 15, СКС-30 АРКМ 27, и волокнистую добавку (хлопковое и капроновое волокно).

С целью повышения равномерности распределения добавки в объеме полимерной матрицы ее целесообразно вводить в виде водной волокноолигомерной или волокномасляноолигомерной дисперсии.

Поскольку масло ПН-6 обладает повышенной вязкостью, то для хорошего его диспергирования и получения стабильной эмульсии на его основе, применяли растворитель – толуол (20 %). Диспергирование в водной фазе СОМА не требует дополнительного применения углеводородного растворителя, поскольку процесс модификации СО протекает при повышенных температурах (150–200 °С), что обеспечивает не только прививку малеинового ангидрида к макромолекулам, но и снижение молекулярной массы исходного олигомера. Получаемый олигомерный продукт, представляет собой маслообразную жидкость, включающую кислородсодержащие функциональные группы, которые повышают его сродство к водной фазе и позволяют приготовить эмульсию с хорошей устойчивостью к расслоению.

Методика и условия получения стабильной водноолигомерной эмульсии на основе СОМА представлены в работе [6]. По данной методике была получена водная маслоолигомерная дисперсия (МОД) на основе смеси масла ПН-6 и СОМА. Для получения водной волокномаслоолигомерной дисперсии (ВМОД) была разработана следующая методика. В начале волокнистая добавка подвергалась предварительной обработке при повышенной температуре смесью масла ПН-6 и СОМА, с последующим добавлением антиоксиданта. Далее в емкость для диспергирования загружали 20 г полученной смеси и вводили 50 г водной фазы, содержащей эмульгаторы (растворы канифольного мыла 5–6 % мас. и лейканола 0,2–0,3 % мас.). Гомогенизацию проводили при постоянном перемешивании в течение 1–7 часов при температуре 55–65 °С. Сухой остаток полученной дисперсии составлял 35–40 %.

Для исследования влияния полученных добавок (МОД и ВМОД) на процесс создания эластомерных композиций их смешивали с каучуковым латексом СКС-30 АРК, а затем полученную смесь подвергали коагуляции по общепринятой методике [1] с использованием в качестве коагулирующего агента водного раствора хлорида магния (12 % мас.) и подкисляющего агента 2,0 % мас. – водного раствора серной кислоты. Коагуляцию проводили при температуре 60–65 °С. Образующуюся крошку каучука отделяли от серума, промывали теплой водой и обезвоживали в сушильном шкафу при температуре.

Содержание в каучуковой матрице смеси масла ПН-6 и СОМА выдерживали – 15; 27 % мас. на каучук, антиоксидантов – согласно общепринятым требованиям, а волокнистой добавки – 7,0 % мас. на каучук. В табл. 1 представлены данные по влиянию МОД и ВМОД и расходов коагулирующего агента на массу образующейся крошки каучука.

Результаты исследования и их обсуждение

Анализ полученных данных показал, что дополнительное использование МОД и ВМОД в качестве многофункциональной добавки положительно отражается на процессе выделения каучука из латекса и приводит к увеличению выхода образующейся крошки каучука, как за счет снижения потерь мелкодисперсной крошки каучука, так и за счет дополнительного вхождения в ее состав компонентов добавки, а также они полностью распределяются в полимерной матрице и отсутствуют в сточных водах. В производстве эмульсионных каучуков потери антиоксиданта составляют 30–35 %. Исходя из рассчитанного материального баланса процесса получения эмульсионных каучуков установлено, что при введении антиоксиданта в каучук в составе МОД и ВМОД его потери снижаются в 1,5 раза, что позволяет более полно и эффективно использовать дорогостоящее сырье.

Далее на основе полученных образцов каучука СКС-30 АРК, содержащего различные добавки, были приготовлены резиновые смеси и вулканизаты и исследованы их физико-механические свойства. Данные исследования были проведены в сравнении с образцами маслонаполненных каучуков СКС-30 АРКМ 15 и СКС-30 АРКМ 27. В табл. 2, 3 представлены свойства резиновых смесей и вулканизатов на основе каучука СКС-30 АРК, наполненного МОД и ВМОД, введенными в эмульсионный каучук на стадии латекса.