Научная статья на тему 'Эффективный закрепитель для замасливателей стекловолокон и ароматических полиэфиров и технология его получения'

Эффективный закрепитель для замасливателей стекловолокон и ароматических полиэфиров и технология его получения Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
898
392
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЗАМАСЛИВАТЕЛЬ / ЗАКРЕПИТЕЛЬ / ЭТИЛЕНДИАМИН / АКРИЛОНИТРИЛ / ФОРМАЛЬДЕГИД / КИСЛОТА УКСУСНАЯ / СИНТЕЗ / АНАЛИЗ / СТРУКТУРА / ПРОИЗВОДСТВО / ЭКОЛОГИЯ / ЭКОНОМИКА / AN OILERS / A FIXTURE / ETHYLENE DIAMINE / ACRYLONITRILE / FORMALDEHYDE / AN ACID ACETIC / SYNTHESIS / ANALYSIS / STRUCTURE / MANUFACTURE / ECOLOGY / ECONOMY

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Исламутдинова А. А., Садыков Н. Б.

Разработана ресурсосберегающая технология получения закрепителя для замасливателей, применяемых в производстве стекловолокон и ароматических полиэфиров. Внедрение закрепителя в производство обеспечивает безопасные и комфортные условия труда для основного и инженерно-технического персонала, так как по токсикологическим показателям он относится к четвертому классу опасности.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EFFECTIVE FIXTURE FOR OILERS OF FIBER GLASSES AND AROMATIC POLYETHERS AND TECHNOLOGY OF ITS PRODUCTION

A resource saving technology of production of fixture for oilers used in production of aromatic polyethers and fiber glasses is developed. Its application provides safe and comfortable working conditions for the attendants as on toxicological parameters refers to the third class of danger.

Текст научной работы на тему «Эффективный закрепитель для замасливателей стекловолокон и ароматических полиэфиров и технология его получения»

А. А. Исламутдинова, Н. Б. Садыков

Эффективный закрепитель для замасливателей стекловолокон и ароматических полиэфиров и технология его получения

Стерлитамакский филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета 453110, г. Стерлитамак, пр. Октября, 2; тел. (3473) 24-25-18, факс: 24-24-08

Разработана ресурсосберегающая технология получения закрепителя для замасливателей, применяемых в производстве стекловолокон и ароматических полиэфиров. Внедрение закрепителя в производство обеспечивает безопасные и комфортные условия труда для основного и инженерно-технического персонала, так как по токсикологическим показателям он относится к четвертому классу опасности.

Ключевые слова: замасливатель, закрепитель, этилендиамин, акрилонитрил, формальдегид, кислота уксусная, синтез, анализ, структура, производство, экология, экономика.

Поверхность стеклянных волокон в процессе вытягивания покрывается замасливате-лем — сложной многокомпонентной стабильной водной дисперсией, содержащей до 90 % воды. Основное назначение замасливателя — обеспечение смазки и защиты волокон и комплексных нитей от истирания, происходящего как во влажных условиях во время вытягивания нитей, так и в сухих условиях при трении волокон о детали оборудования в процессе переработки волокон в готовые изделия, а также при использовании этих изделий потребителями. Замасливающее покрытие должно образовывать на волокне гибкую, эластичную пленку, стойкую к истиранию и другим механическим воздействиям, склеивать элементарные волокна в нить, придавая ей комплексность и целостность.

Длительное время технология производства замасливателей не претерпевала заметных изменений вследствие невостребованности расширения их ассортимента.

Ситуация в корне изменилась за последние десятилетия в связи с непрекращающим-ся ростом спроса крупных отечественных и зарубежных производителей натуральных и синтетических волокон на замасливатели; актуальной стала также задача разработки и внедрения в производство конкурентоспособных на внутреннем и мировом рынке замасливате-лей, соответствующих как по качеству, так и

Дата поступления 01.03.06

по технологии их производства международным стандартам 1БО 9001-94 1.

В связи с этим, естественным является также формирование состава замасливателей, их внешнего вида в зависимости от потребностей рынка, потребителя. Тем не менее, приоритет на производство остается, как и прежде, за двумя видами замасливателей: текстильным и «прямым». Последние предназначены для замасливания стекловолокон, термопластичных смол и эластомеров 2-5.

Важным компонентом замасливателя является закрепитель. Немаловажное требование к закрепителю и другим компонентам, входящим в состав замасливателей — их совместимость и способность образовывать устойчивую эмульсию; при этом главная роль отводится все же количеству самого замасливателя: оно должно быть таким, чтобы волокно не приобретало излишнюю вязкость, так как даже незначительное увеличение этого параметра ведет к частому обрыву нити в процессе ее выработки.

В связи с ужесточением требований к безопасности труда рабочих и ИТР на производствах, использующих в качестве сырья и реагентов нефтехимическую продукцию, особое внимание уделяется вопросам их токсичности и экологичности.

Производимые как отечественными, так и зарубежными предприятиями и фирмами закрепители разного сорта и назначения в большинстве своем не удовлетворяют по качеству и физико-химическим свойствам вышеуказанным требованиям.

Исключением является производимый Тамбовским АО «Пигмент» закрепитель ДЦУ-ТСТ по ТУ-6-38-05800142-270-98. Исходным сырьем для получения закрепителя взят дици-андиамид (циангуанидин) формулы HN=C(NH2)NHCN, который конденсируют с формальдегидом и уксусной кислотой; структура получаемого соединения, а также технология ее производства не приводится 5.

Закрепитель ДЦУ-ТСТ применяют в виде

водного раствора с концентрацией не менее 40 % мас. Однако, несмотря на практическую значимость его в виде закрепителя, большим и серьезным недостатком является наличие в его составе существенного количества свободных уксусной кислоты и формальдегида.

Этот факт резко снижает все достоинства закрепителя, так как является потенциально опасным для обслуживающего персонала. Поэтому в вышеуказанном ТУ 6-38-05800142270-98 на этот продукт внесены следующие пункты, предупреждающие потенциального потребителя:

- ДЦУ-ТСТ вызывает раздражение кожи и слизистых оболочек;

- контроль за состоянием воздушной среды производственных помещений следует вести по формальдегиду согласно ГОСТ 12.100588 (ПДК 0,5 мг/м3);

- производственные помещения, в которых производится работа с закрепителем, должны быть оборудованы общеобменной приточно-вытяжной вентиляцией. В местах возможного газо-паровыделения должны быть оборудованы местные отсосы;

- должен быть составлен график прохождения предварительных и периодических медицинских осмотров работающих, и т. д.

Вышесказанное свидетельствует о нецелесообразности применения ДЦУ-ТСТ в качестве закрепителя при производстве стекловолокон и крупнотоннажном производстве полиэфиров на основе п-ксилола.

С учетом вышеупомянутых технико-технологических требований нами разработан закрепитель (условное наименование

ЗИС-2005), пригодный для использования в качестве главного компонента в составе любого типа замасливателей, в том числе замасли-вателей для стекловолокон и ароматических полиэфиров.

Разработанные нами рецептура и технология получения в лабораторных условиях закрепителя ЗИС-2005, обладающего как относительно высокой эффективностью при обработке стекловолокон и полиэфиров, так и экологической безопасностью при его получении и практическом применении за счет исключения в его составе агрессивных и токсичных уксусной кислоты и формальдегида, позволяют рекомендовать его производство в промышленном масштабе.

Закрепитель ЗИС-2005 получают путем взаимодействия этилендиамина с акрилонит-рилом в присутствии алкоксидного катализатора формулы [(С2Н5)4^+-ОС2Н5- или [(СН3)4^+-ОСН3-, взятого в количестве 0,1—0,3 % мас. к амину, при температуре 30— 40 оС, и дальнейшей последовательной обработки полученной реакционной массы формальдегидом и уксусной кислотой при температуре 30—40 оС и мольном соотношении эти-лендиамин : акрилонитрил : формальдегид : уксусная кислота, равном 1 : 2 : 2 : 2. Синтез закрепителя протекает по схеме 1.

Синтез осуществляют на лабораторной установке стандартного исполнения, характерного для жидкофазных процессов.

В реактор, снабженный перемешивающим устройством, обратным холодильником, рубашкой, мерником и термометром помещают эквимолярное количество этилендиамина и до-

[(С2И5)4^ + -ОС2И5-

2СИ2—СИ—С= N + И2К—СИ2—СИ2—КИ2 -----------►

----^^=С—СИ2—СИ2—И^—СИ2—СИ2—NИ—СИ2—СИ2—C=N + 2СИ2ОИ--------►

-► ^=С—СИ2—СИ2—N СИ2—СИ2—N СИ2—СИ2—С= N + 2СИ3СООИ-

СИ2 СИ2

22

ОИ ОИ

ИзС_С_О_О\ И И3С-С-О-О_ И \ »+ \ +

-► ^С—СИ2—СИ2—N СИ2—СИ2—N СИ2—СИ2—С= N

СИ2 СИ2

22

ОИ ОИ

Схема 1

полнительно вводят водный раствор щелочного катализатора (С2Н5)^0(С2Щ) или (СН3)^0(СН3) в количестве, равном

0,1 —0,5 % мас., получаемого по методике, описанной в работе 6.

Далее, при перемешивании и температуре в реакторе 30 оС дозируют через делительную воронку, эквимолярное количество акрилонит-рила. Полученную смесь перемешивают в течение 2 ч после доведения температуры реакционной массы до 60—70 оС.

После этого реакционную смесь охлаждают и при комнатной температуре вводят формальдегид в виде 37% водного раствора в количестве, равном двухмольному избытку к эти-лендиамину. Полученную реакционную массу перемешивают при 60—70 оС не менее 3 ч. При этом в результате протекания реакции конденсации триэтилендиаминдициана с формальдегидом образуется дициан, содержащий два третичных атома азота.

Полученный дициан при температуре 30— 40 оС обрабатывают уксусной кислотой в стехиометрическом соотношении к третичным атомам азота. Выход целевого продукта составляет 99% мас.

Спектр ЯМР*Н (Д-Ас, 8, м.д., J/Гц): 1,3 (с, 6Н, СН3); 2,35 (м, 4Н, СН2); 2,63 (м, 4Н, СН2); 2,73 (м, 2Н, СН2); 3,05 (м, 2Н, СН2); 3,72 (д, 2Н, СН2, J=10);3,8 (д, 2Н, СН2, J=10).

Синтезированный нами закрепитель ЗИС-2005 является, как показали предварительные опыты с использованием его в качестве главного компонента наработанного в лабораторных условиях замасливателя, перспек-

тивным для производства безопасного в обращении замасливателя для стекловолокон и ароматических полиэфиров.

В табл. 1 приведены сравнительные данные по компонентному и количественному по компонентам составу замасливателя на основе ДЦУ-ТСТ и закрепителя ЗИС-2005.

Из приведенных в табл. 1 данных видно, что по компонентному составу закрепитель ЗИС-2005 не отличается от закрепителя ДЦУ-ТСТ, однако существенно отличается по количеству уксусной кислоты, что позволяет заявить о нем как о новом закрепителе для получения экономически выгодных и экологически безопасных замасливателей.

В табл. 2 приведены сравнительные физико-химические показатели известного и разработанного нами закрепителей.

Приведенные в табл. 2 данные показывают, что в закрепителях имеются заметные различия по содержанию свободной уксусной кислоты и формальдегида — в закрепителе ЗИС-2005 они отсутствуют.

Проведенные лабораторные испытания «Закрепителя ЗИС-2005» на токсикологическую оценку в отделе профилактической токсикологии Федерального государственного учреждения здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиологии в Республике Башкортостан, г. Уфа показали, что он относится к 4-му классу опасности, не оказывает раздражающего действия при контакте с неповрежденной кожей, кумулятивного действия не отмечено, сенсибилизирующего действия не установлено.

Таким образом, при использовании в производственных условиях закрепителя для за-

Таблица 1

Компонентный и количественный по компонентам состав замасливателя

Состав замасливателя

ДЦУ - ТСТ 2.2 ЗИС-2005 2.2

Пластификатор- эпоксидированный триэтиленгликоль (ТЭГ-1) Пластификатор- эпоксидированный триэтиленгликоль (ТЭГ-1)

Эмульгатор - смесь полиэтиленовых эфиров высших жирных кислот - Препарат ОС-20 1.2 Эмульгатор - смесь полиэтиленовых эфиров высших жирных кислот - Препарат ОС-20 1.2

Агент сцепления на основе силана - АГМ-9 0.5 Агент сцепления на основе силана - АГМ-9 0.5

Армирующий агент - метакриловый хромовый комплекс Волан-702 0.5 Армирующий агент - метакриловый хромовый комплекс Волан-702 0.5

Уксусная кислота 0.05 Уксусная кислота 0.0045

Вода до 100 Вода до 100

Физико-химические показатели закрепителей

Наименование показателя Закрепитель

ДЦУ- ТСТ по ТУ 6-38-05800142-270-98 ЗИС-2005

1. Внешний вид Сиропообразная масса от бесцветного до желтого цвета Сиропообразная масса от бесцветного до желтого цвета

2. Растворимость в дистиллированной воде при 40 оС полная полная

3. Стабильность, об/мин (3000 об/мин., ф = 15 мин.) устойчив (не расслаивается) устойчив (не расслаивается)

4. Относительная вязкость водного раствора в соотношении 1 : 1 об. при 20 оС, спз не менее 1.35

5. Плотность при 20 оС, г/см3 не менее 1.2 1.0815

6. Массовая доля свободной уксусной кислоты, % в пределах 15-20

7. Массовая доля свободного формальдегида, % в пределах 10-13

8. Массовая доля азота, % не менее 19-0 19-7

8. рН 6 6

2.

масливателей, изготовленного по предлагае мой нами рецептуре и технологии, достигают ся следующие технические результаты:

- закрепитель синтезируется из более дос тупных и безопасных химических веществ;

- в закрепителе отсутствуют свободные 3 уксусная кислота и формальдегид, что не вызывает раздражения кожного покрова, слизис- 4 тых оболочек глаз и носоглотки обслуживающего персонала;

- создаются безопасные для обслуживающего персонала условия труда. 6

Литература

1. ГОССТАНДАРТ РОССИИ. Системы качества.

Модель обеспечения качества при проектирова-

нии, разработке, производстве, монтаже и обслуживании.— М.: Издательство стандартов, 1996 г.

Производство стеклянных волокон и тканей/ под. ред. М. Д.Ходаковского.— М.: Химия, 1973.

Китайгородский И. И. и др. Технология стекла.— Москва, 1967.

Производство и применение замасливателей для стеклянного волокна. (Методические рекомендации).— Всесоюзный научно-исследовательский институт стеклопластиков и стекловолокна (ВНИИСПВ).- М., 1987.

Шаванов С.С., Толстиков Г.А., Шутенкова Т.В., Рябова Н.А., Филиппова С.А. // ЖОРХ.- 1990.- Т. 26, № 4.- С. 750.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.