Научная статья на тему 'ОТРИМАННЯ ПОЛіМЕРНИХ БіОСУМіСНИХ ВОЛОКОН МЕТОДОМ ЕЛЕКТРОФОРМУВАННЯ'

ОТРИМАННЯ ПОЛіМЕРНИХ БіОСУМіСНИХ ВОЛОКОН МЕТОДОМ ЕЛЕКТРОФОРМУВАННЯ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
44
7
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЕЛЕКТРОФОРМУВАННЯ ВОЛОКОН / ПОЛіМЕРНі БіОСУМіСНі ВОЛОКНА / НЕТКАНі НАНОВОЛОКНИСТі МАТЕРіАЛИ / ДіАМЕТР ВОЛОКОН / ЭЛЕКТРОФОРМОВАНИЕ ВОЛОКОН / ПОЛИМЕРНЫЕ БИОСОВМЕСТИМЫЕ ВОЛОКНА / НЕТКАННЫЕ НАНОВОЛОКНИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ / ДИАМЕТР ВОЛОКОН / ELECTROSPUN FIBERS / POLYMERIC BIOCOMPATIBLE FIBERS / NONWOVEN MATERIALS / NANOFIBER MATERIALS / DIAMETER OF FIBERS

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Іщенко О.В., Плаван В.П., Ковальчук О.В., Ляшок І.О., Власенко В.І.

Исследованы процессы получения нетканных функциональных полимерных материалов методом электроформирования на лабораторной установке капиллярного типа. Определены основные параметры электроформированияиморфологические характеристики полученных волокон. Установлено, что часть полимерных волокон в нетканном материале характеризуются наноразмерами, что открывает перспективы получения биосовместимых нановолокон с антисептическими и фунгицидными свойствами.

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.

The preparation of biocompatible polymeric fibers by electrospinning method

Object of research - biocompatible nanofiber nonwovens with antiseptic and fungicidal properties obtained by electrospinning method. Biocompatible polymers with additives of bactericidal and fungicidal agents are not before processed by electrospinning method in fiber because of high energy and cost. A method for producing nonwoven functional polymeric materials by electrospinning method using capillary laboratory unit is proposed. An optimal voltage electric field is 30 kV and the distance between electrodes is 13-15 cm for fibers with a biocompatible polyvinyl alcohol and the decasan addition. As a research results of morphological features of fibers obtained by optical polarization microscopy it is demonstrated that fibers with diameters ranging from 0,9 to 6,6 mm are obtained under certain electrospinning parameters. As a result of determining the statistical distribution of polymer fibers in the nonwoven material by diameter it is found that 56 % of the fibers havea diameterof 2,6-3,8 mm. Some fibers obtained using laboratory unit of capillary electrospinning meet the nanoscale region, opening prospects to obtain biocompatible nanofibers with antiseptic and fungicidal properties.

Текст научной работы на тему «ОТРИМАННЯ ПОЛіМЕРНИХ БіОСУМіСНИХ ВОЛОКОН МЕТОДОМ ЕЛЕКТРОФОРМУВАННЯ»

Рыщенко Игорь Михайлович, доктор технических наук, профессор, кафедра общей и неорганической химии, Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Украина.

Русинов Александр Иванович, кандидат технических наук, доцент, кафедра общей и неорганической химии, Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Украина.

Блтков Микола Андртович, астрант, кафедра загальног та неорганчног хжп, Нащональний техшчний утверситет «Хар-твський полтехтчний тститут», Украгна.

Рищенко 1гор Михайлович, доктор технчних наук, професор, кафедра загальног та неоргатчног хжп, Нащональний техтчний утверситет «Хартвський полтех^чний тститут», Украгна. Рустов Олександр 1ванович, кандидат технгчних наук, доцент, кафедра загальног та неорганчног хжп, Нащональний технчний утверситет «Хартвський полтехтчний тститут», Украгна.

Blinkov Nikolai, National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», Ukraine, e-mail: nikolayblinkov@yahoo.com. Rushenko Igor, National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», Ukraine.

Rusinov Olexandr, National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», Ukraine

УДК 677.494.6 001: 10.15587/2312-8372.2016.76522

ОТРИМАННЯ П0Д1МЕРННХ БЮСУМ1СНИХ ВОЛОКОН МЕТОДОМ ЕЛЕКТРОФОРМУВАННЯ

Дослгджено процеси отримання нетканых функциональных полiмерних матерiалiв методом електроформування на лабораторнш установщ кашлярного типу. Визначеш основы параме-три елекроформування i морфологiчнi характеристики одержаних волокон. Встановлено, що частина полiмерных волокон у нетканому матерiалi характеризуются нанорозмiрамы, що вiд-кривае перспективи отримання бюсумкних нановолокон з антысептычнымы та футцидними властивостями.

Клпчов1 слова: електроформування волокон, полiмернi бюсумкш волокна, неткан нановолок-ныстi матерiалы, дiаметр волокон.

1щенко 0. В., Плаван В. П., Ковальчук 0. В., Ляшок I. 0., Власенко В. I.

1. Вступ

Електроформування, як метод формування волокон (ЕФВ) з полiмерних розчишв або розплавiв тд дieю постшного струму високо! напруги, застосовуеться для отримання ультратонких волокон та нановолокнистих матерiалiв [1, 2]. Через штереси вшськово-промислового комплексу рiзних кра!н, в рамках якого проводилася i переважно використовувалася продукщя ЕФВ-проце-су, теоретичне тдгрунтя ще! перспективно! технологи недостатньо висвилюеться у вггчизнянш науковш ль тератур! У зв'язку з цим актуальним е дослщження закономiрностей отримання волокон нанометрового дiапазону з рiзних полiмерiв та !х сумшей способом електроформування i визначення областей !х засто-сування.

2. Об'скт дослщження та його технолог1чний аудит

Об'ект дослгдження — бюсумшш нановолокнист неткаш матерiали з антисептичними та фунгщидними властивостями, отримаш методом електроформування.

В даний час застосовуються двi основш схеми про-цесу електроформування: катлярна i безкапiлярна. На рис. 1 наведена схема катлярного пристрою для здшснення процеав електроформування i електророз-пилення.

Установка для безкапiлярного формування (рис. 2) також складаеться з iзольованоi вщ електродiв безпе-рервно вентильовано! камери, в серединi яко! в горизонтально площинi знаходиться формувальний елек-трод, який обертаеться, частково занурений в розчин полiмерy i осаджувальний електрод.

Формувальний електрод являе собою цилшдричне пло з гладкою або рельефною поверхнею, також вiн може складатися з струн, натягнутих на каркас. Джерело високо! напруги тдключене до розчину. Осаджувальний електрод, як правило, заземлений. Формувальний елек-трод при обертанш покриваеться шаром полiмерного розчину, який постшно оновлюеться завдяки обертанню. Безлiч конiчних утворень, так званих конуав Тейлора [1], постiйно виникае на його поверхт, утворюючи струменi, при розщепленш i затвердiннi яких утворюються нано-волокна, якi потiм дрейфують тд впливом електрич-ного поля до осаджувального електроду i укладаються шдльним шаром. Осаджувальний електрод в установках безкапшярного електроформування завжди розташова-ний над формувальним електродом, так як при шшому розташуваннi важко домогтися простоти конструкцп, яка забезпечила б рiвномiрне змочування формувального електрода полiмерним розчином. Як правило, лист допо-мiжного тканого або нетканого матерiалу розташовуеть-ся над осаджувальним електродом, вкриваючись шаром нановолокон, внаслiдок чого процес електроформування може здшснюватися безперервно [3].

22 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 4/4(30], 2016, © 1щенко О. В., Плаван В. П., Ковальчук О. В.,

Ляшок I. О., Власенко В. I.

J

Рис. 1. Схема катлярнага пристрою для здшснення працеов електрафармування i електраразпилення: 1 — джерела висака! напруги; 2 — смшсть з рабачаю рщинаю; 3 — сапла; 4 — асаджувальний електрад; 5 — захисна камера

Вихщ ПОВ1ТРЯ

щшима/тьнни

ü А. I

HTh

Осаджтвальний електрод ™mI™

1 г :i i' ■:]:; :i i

ВХ(Д П0В1ТрЯН0'|

вентпляци

Рис. 2. Схема безкапшярного пристрою для здшснення процесу електрафармування

В даний час технологiя безкатллярного електро-формування, запатентована компанieю Е1тагсо (Чехiя) i вiдома пiд торговою маркою Nanospider™ [4]. Перевага волокнистих матерiалiв, одержуваних за технолопею Nanospider™, полягае у вузькому розподiлi волокон за дiаметром. Це забезпечуе виробництво виробiв iз прогнозованими властивостями.

На вiдмiну ввд всiх iнших способiв отримання нано-та субмiкроволокон, електроформування найбiльш про-дуктивний процес, що мае потенщал в промислово-му масштабi як по капшярнш, так i по безкапшярнш технологii [1, 5]. Хоча теоретичне обгрунтування цих перспективних технологш зроблено недостатньо.

Представляе iнтерес дослщження можливостi засто-сування електроформування для переробки бюсумкних полiмерiв з добавками бактерицидних та фунгщидних препаратiв, яю з тих чи iнших причин не переробля-лись цим способом в волокна рашше, або вимагали для тако1 переробки дуже високих енергетичних i фi-нансових витрат.

3. Мета та задач1 дослщження

Мета роботи — розробка технологи отримання бю-сумкних полiмерних нановолокнистих нетканих мате-рiалiв методом електроформування капiлярного типу, визначення основних параметрiв елекроформування та морфолопчних характеристик одержаних волокон, основних напрямюв 'iх застосування.

Для досягнення поставлено'i мети необхiдно вико-нати таю задача

1. Визначити вплив технолопчних параметрiв електроформування для розчитв ПВС з декасаном на дина-мiчнi характеристики струменя для одержання нетканих волокнистих матерiалiв iз прогнозованими властивостями.

2. Дослiдити морфолопчш особливостi отриманих волокон методом оптично! поляризацiйноi мiкроскопii.

3. Визначити статистичний розподш полiмерних волокон у нетканому матерiалi за дiаметром.

4. Анал1з л1тературних даних

В робоп [6] описанi особливостi структури ^аметр — до 1000 нм) i властивостi нетканих волокнистих ма-терiалiв, якi одержанi способом електроформування та дають можливiсть застосовувати 1х в якост фiльтрiв для високоефективно'i очистки газiв вiд аерозолiв. В першу чергу це так зваш еко-охоронш технологii, що викону-ють функцп захисту природного середовища iснування людей i забезпечення 1х здоров'я.

Використання нанорозмiрних полiмерних волокон можливо також i для доставки лiкiв. Вщомо, що при пероральному прийомi лЫв пацiенти змушенi приймати набагато бшьшу, нiж потрiбно, 1х кiлькiсть. Можливе зовшшне застосування у виглядi пов'язок, що накла-даються на рани або на ввдкрип дiлянки шюри для 1х захисту вiд можливого негативного впливу навколиш-нього середовища з одночасною безперервною тератею за рахунок наночастинок лжувально! речовини [3].

Авторами роботи [7] розроблена ЕФВ-технолопя отримання з водних розчишв високо бюсумкних волокон на основi натурального шовку i полiетиленокси-ду. Матриц з електросформованих нановолокон також використовуються в тканиннiй iнженерii та клииннш терапii для спрямовано! доставки клггин. В цьому ви-падку недостатньо бюлопчно! сумiсностi нановолокон, вони повинш бути ще й здатш бiологiчно руйнуватися, або бути бюпроникними.

1ншим варiантом бiорозкладаноi i бюлопчно су-мiсноi позаклiтинноi матрицi е нановолокна, отримаш з сумiшi кополiмера молочно! та глiколевоi кислот, з желатином (денатурований колагеном) i еластином (елас-тичним фiбрилярним бшком), що надае такiй матриц тдвищену еластичнiсть [8, 9].

Область фшьтрування е однiею з найстарiших областей застосування нановолокнистих матерiалiв, отриманих електроформуванням. В першу чергу таю матерiали

TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 4/4(30], 2016

23-J

почали використовуватися для фшьтрування в засобах шдивщуального захисту оргашв дихання — в протигазах i респiраторах.

Авторами [10] дослщжено можливiсть застосування електроформування для розчишв целюлози в метил-морфолiноксидi. В даний час електроформування целюлози зi ступенем полiмеризацп понад 1000 здшснено при кiмнатнiй температурi з використанням 11 розчину з концентращею вiд 3 до 8 % по мас в етилендиамiнi з добавкою роданщу калiю з концентращею, яка стано-вить вiд 10 до 75 % вщ концентраци насичення дано1 речовини в етилендiамiнi.

В [3] розробленi технологiчнi основи безфшьерного електроформування хiтозанмiстких нановолокнистих ма-терiалiв зi змiшаних розчинiв х^озану i полiвiнiлового спирту (ПВС) в 30 %-ш оцтовiй кислотi, що мiстить етанол, визначенi оптимальнi умови термообробки нановолокнистих матерiалiв iз сумiшей хiтозану i ПВС з метою переведення 1х у водонерозчинний стан. Широко використовуеться пщхщ, що базуеться на розмiщеннi нанорозмiрних частинок лiкарського засобу в нетканих матерiалах з нановолокон при стентуванш (установц1 спецiальних металевих або пластикових конструкцш, що мають форму цилшдричного каркаса, в просвiт порож-нистих оргашв (артерш, стравоходу, кишечника тощо), що забезпечуе розширення дiлянки, звужено'1 будь-яким патологiчним процесом. Стенти покриваються декiлькома шарами нановолокон, що мютять частки лшарсько'1 речовини, в результат чого забезпечуеться тривале 11 видiлення.

5. Матер1али та методи дослщження

В роботi дослiджено використання 8-10 % розчину по-лiвiнiлового спирту (ПВС) марки Р\А-17-99 з додаванням 1 % дека сану (0,2 мг/мл) МНВЦ «Бюсан», м. Вшниця, для отримання бюсумкних нановолокнистих нетканих матерiалiв з антисептичними та фунгщидними властивос-тями, методом електроформування по кашлярнш технологi'i для застосування в медициш в якостi покриття для ран.

Полiвiнiловий спирт широко застосовуеться в бага-тьох областях, зокрема в медициш та фармакологи. Вибiр полiвiнiлового спирту обумовлений його основними властивостями. Полiвiнiловий спирт е фiзiологiчно нейтральною речовиною, абсолютно не токсичний, без запаху, чудово переносить вплив розчинниюв, жирiв i масел. Полiмер володiе високою мiцнiстю при розтягуванш i гнучкiстю, проявляе склеювальш та плiвкоутворювальнi властивостi.

Декасан — це вщомий антимшробний протигриб-

иР

ковии препарат, високоактивнии вщносно мисроор- м гашзм1в, с.тшких до антибютшав. Декасан справляе Ц виражений бактерицидний вплив на стафшококи, § стрептококк, дифтершну та синьогшйну палички та £ фунпцидну дш на др1ждж1, др1жджопод1бш гриби, § деяю види плкневих гриб1в. Кр1м того, введения © декасану дало змогу знизити напругу електричного § поля з 60 до 30 кВ. ^

Для дослщження морфолопчних особливостей отриманих волокон в робот1 викорнстовувався метод оптично1 поляризацшно! мшрос.копп (мшро-скоп «Бюлам С-11»). Для визначення розлпрних характеристик волокон використовували метод ана-лiзу цифрових зображень з наступною статистичною обробкою отриманих даних.

6. Результати дослщження

За допомогою лабораторного пристрою кашлярного електроформування волокон з напругою електричного поля 30 кВ, створеного на кафедрi прикладно1 екологн, технологш полiмерiв та хiмiчних волокон КНУТД, були отримаш нетканi волокнистi матерiали з полiвiнiлаце-тату та полiвiнiлового спирту з додаванням декасана. Встановлено, що оптимальна вщстань мiж електрода-ми становить 13-15 см. При даних параметрах електроформування отримуються волокна з дiаметром вщ 0,9 до 6,6 мкм. На рис. 3 наведено мшрофотографш, отриману на оптичному мшроскот у поляризацшному св^л^ волокон ПВС з додаванням декасана.

Рис. 3. Мшрс|фс]тс]граф1я нетканого волокнистого матерiалу, отримана методом оптичноТ поляризацшно! мшроскопп (мiкроскоп «Бiолам С-11»), з ПВС з додаванням декасана

В результат визначення статистичного розподшу полiмерних волокон у нетканому матерiалi за дiа-метром встановлено, що 56 % волокон мають дiаметр 2,6-3,8 мкм (рис. 4).

Д1аметр волокна, мкм

рис. 4. Статистичний розподш дiаметру волокон ПВС з декасаном, отриманих капiлярним методом електроформування

Д1аметр волокна, мкм = 149*0,5765*normal (х; 3,2756; 1,0818)

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 4/4(30), 2016

За визначенням Елмарко [9], нановолокна — це висо-котехнолопчш волокна з дiаметром менше 500 нм (1 нм = = 10-3 мкм). Частина волокон, отриманих на лабораторному пристроï катлярного електроформування, вщповь дають област нанорозмiрiв, що вiдкриваe перспективи отримання бюсумшних нановолокон з антисептичними та фунгщидними властивостями.

7. SW0T-аналiз результапв дослщжень

Перевагою розробленого методу електроформування е можливiсть отримання нетканих матерiалiв з нано-розмiрними дiаметрами волокон зi спецiальними власти-востями.

До недолМв методу електроформування катляр-ним способом можна вщнести низьку продуктивнiсть. Використання металевого катляру з трьома отворами дозволяе тдвищити продуктивнiсть.

Виробництво полiмерних бiосумiсних нетканих ма-терiалiв методом електроформування, вщкривае перспективи для ïx використання при створеннi перев'я-зувальних засобiв.

Широкому впровадженню розроблених технологш у виробництво перешкоджае вщсутшсть вiтчизняного обладнання i водночас висока варпсть iмпортного облад-нання. Крiм того, специфiчнiсть властивостей одержаних матерiалiв вимагае додаткових умов для ïx виробни-цтва i застосування, наприклад, наявност «clean room» у виробничих чи лабораторних примщеннях.

8. Висновки

1. Дослщжено процеси отримання нетканих функ-цiональниx полiмерниx матерiалiв методом електроформування на лабораторий установщ капiлярного типу. Визначено параметри отримання волокон iз бiосумiсного полiвiнiлового спирту з додаванням декасану. Встанов-лено оптимальну напругу електричного поля 30 кВ та вщстань мiж електродами 13-15 см.

2. В результат дослщжень морфологiчниx особли-востей отриманих волокон методом оптичноï поляри-зацiйноï мiкроскопiï доведено, що при визначених параметрах електроформування отримуються волокна з дiаметром вiд 0,9 до 6,6 мкм.

3. В результат визначення статистичного розподь лу полiмерниx волокон у нетканому матерiалi за дiа-метром встановлено, що 56 % волокон мають дiаметр 2,6-3,8 мкм. Частина волокон, отриманих на лабораторий установщ катлярного електроформування, вщповь дають областi нанорозмiрiв, що вщкривае перспективи отримання бiосумiсниx нановолокон з антисептичними та фунгщидними властивостями.

Подяка

Висловлюемо подяку за допомогу в обробщ отриманих результапв кандидату техтчних наук, доценту кафедри прикладноï екологп, технологи полiмерiв i xi-мiчниx волокон КНУТД Будашу Юрiю Олександровичу.

Лггература

1. Филатов, Ю. Н. Электроформование волокнистых материалов (ЭФВпроцесс) [Текст] / Ю. Н. Филатов. — М.: Машиностроение, 2001. — 231 с.

2. Megelski, S. Micro- and Nanostructured Surface Morphology on Electrospun Polymer Fibers [Text] / S. Megelski, J. S. Stephens, D. B. Chase, J. F. Rabolt // Macromolecules. — 2002. — Vol. 35, № 22. — P. 8456-8466. doi:10.1021/ma020444a

3. Burger, C. Nanofibrous materials and their applications [Text] / C. Burger, B. S. Hsiao, B. Chu // Annual Review of Materials Research. — 2006. — Vol. 36, № 1. — P. 333-368. doi:10.1146/ annurev.matsci.36.011205.123537

4. Технология Nanospider™ [Электронный ресурс] // Элмар-ко. — Режим доступа: \www/URL: http://www.elmarco.com/ electrospinning/electrospinning-technology/. — 15.07.2016.

5. Brown, P. J. Nanofibers and Nanotechnology in Textiles [Text] / by ed. P. J. Brown, K. Stevens. — Cambridge: Woodhead Publishing Ltd., 2007. — 518 p. doi:10.1016/b978-1-84569-105-9.50021-2

6. Fong, H. Beaded nanofibers formed during electrospinning [Text] / H. Fong, I. Chun, D. H. Reneker // Polymer. — 1999. — Vol. 40, № 16. — P. 4585-4592. doi:10.1016/s0032-3861(99)00068-3

7. Silk biomaterials and methods of use thereof [Electronic resource]: Patent US 7674882 B2 / Kaplan D. L., Jin H.-J., Rutledge G., Fridrich S. — Appl. № 11/020,650. Filed 24.06.2002. Published 09.03.2010. — Available at: \www/URL: https://www.google. com/patents/US7674882

8. Cell delivery system comprising a fibrous matrix and cells [Electronic resource]: Patent US 6790455 B2 / Chu B., Hsiao B. S., Hadjiargyrou M., Fang D., Zong X., Kim K. — Appl. № 09/953,114. Filed 14.09.2001. Published 14.09.2004. — Available at: \www/ URL: https://www.google.com/patents/US6790455

9. Electrospun blends of natural and synthetic polymer fibers as tissue engineering scaffold [Electronic resource]: Patent US 8048446 B2 / Lelkes P. I., Li M., Mondrinos M., Ko F. — Appl. № 11/431,484. Filed 10.05.2005. Published 01.11.2011. — Available at: \www/ URL: https://www.google.com/patents/US8048446

10. Cellulose solution in novel solvent and electrospinning thereof [Electronic resource]: Patent US 20050247236 A1 / Frey M. W., Joo Y. L. — Appl. № 10/834,041. Filed 29.04.2004. Published 10.11.2005. — Available at: \www/URL: https://www.google.com/ patents/US20050247236

ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ БИОСОВМЕСТИМЫХ ВОЛОКОН МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОФОРМОВАНИЯ

Исследованы процессы получения нетканных функциональных полимерных материалов методом электроформирования на лабораторной установке капиллярного типа. Определены основные параметры электроформирования и морфологические характеристики полученных волокон. Установлено, что часть полимерных волокон в нетканном материале характеризуются наноразмерами, что открывает перспективы получения биосовместимых нановолокон с антисептическими и фунгицид-ными свойствами.

Ключевые слова: электроформование волокон, полимерные биосовместимые волокна, нетканные нановолокнистые материалы, диаметр волокон.

1щенко Олена Володимирiвна, кандидат mexHi4Hux наук, доцент, кафедра прикладног екологп, технологш полiмерiв та хмчних волокон, Кигвський нащональний утверситет технологш та дизайну, Украгна.

Плаван Вiкторiя nempieHa, доктор технчних наук, професор, завгдувач кафедри прикладног екологп, технологи полiмерiв i xi-мiчниx волокон, Кигвський нащональний утверситет технологш та дизайну, Украгна, e-mail: plavan.vp@knutd.com.ua. Ковальчук Олександр Васильович, доктор фiзико-матема-тичних наук, старший науковий ствробтник, кафедра фiзики, Кигвський нащональний утверситет технологш та дизайну, Украгна.

Ляшок 1рина Олександрiвна, кандидат техтчних наук, доцент, кафедра прикладног екологп, технологш полiмерiв та xiмiчниx волокон, Кигвський нащональний утверситет технологш та дизайну, Украгна.

Власенко Вiкторiя 1ватвна, кандидат технчних наук, доцент, кафедра технологи та конструювання швейних виробiв, Кигвський нащональний утверситет технологш та дизайну, Украгна.

TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 4/4(30], 2016

Ищенко Елена Владимировна, кандидат технических наук, доцент, кафедра прикладной экологии, технологий полимеров и химических волокон, Киевский национальный университет технологий и дизайна, Украина.

Плаван Виктория Петровна, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой прикладной экологии, технологии полимеров и химических волокон, Киевский национальный университет технологий и дизайна, Украина. Ковальчук Александр Васильевич, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник, кафедра физики, Киевский национальный университет технологий и дизайна, Украина. Ляшок Ирина Александровна, кандидат технических наук, доцент, кафедра прикладной экологии, технологий полимеров и химических волокон, Киевский национальный университет технологий и дизайна, Украина.

Власенко Виктория Ивановна, кандидат технических наук, доцент, кафедра технологии и конструирования швейных изделий, Киевский национальный университет технологий и дизайна, Украина.

Ishchenko Elena, Kyiv National University of Technologies and Design, Ukraine.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Plavan Viktoriia, Kyiv National University of Technologies and Design, Ukraine, e-mail: plavan.vp@knutd.com.ua. Kovalchuk Olexandr, Kyiv National University of Technologies and Design, Ukraine.

Liashok Irina, Kyiv National University of Technologies and Design, Ukraine.

Vlasenko Viktoriia, Kyiv National University of Technologies and Design, Ukraine

УДК 539.193+541.65+661.721.42 Б01: 10.15587/2312-8372.2016.76528

Д0СЛ1ДЖЕННЯ КАВГГАЩйНОГО СПОСОБУ ПЕРЕТВОРЕННЯ МОТОРНИХ ПАЛИВ

Дослгджено процес кавтацшног переробки бензину з метою покращення його якгсних показ-никгв. Визначена д1я перекису водню на процес кавтацшног переробки бензину. Встановлено, що в насл1док кавтацшног обробки низькооктанового бензину у присутностг перекису водню в бензинг утворюеться метанол та толуол. Доведено, що бензин, що оброблено кавгтацгйним способом з перекисом водню, можна використовувати для двигунгв внутршнього згоряння, що сергйно випускаються.

Клпчов1 слова: кавгтацгйна переробка бензину, октанове число, метанол, толуол, перекись водню.

Целщев 0. Б., Лорiя М. Г., Носач В. 0.

1. Вступ

Вщомо, що одним зi способiв покращення якост моторних палив, яю фактично являють собою сумш вуглеводшв, е додавання спещальних присадок [1]. Най-бшьш розповсюдженими з них е метанол, метилтред-бутиловий ефiр, толуол. Створення простого та дешевого способу синтезу цих сполук з компоненпв бензину, наприклад, прямогонного, з метою покращення яюсних показниюв моторного палива е важливою та актуальною задачею [2]. Для виршення ще1 задачi запропоновано використати кавиацшний вплив на вуглеводневу сумш у присутност водного розчину перекису водню [1, 3-6].

2. Об'скт дослщження I його технолог1чний аудит

Об'ектом дослгдження е процеси iзомеризацii вуглеводшв та синтезу кисень вмкних оргашчних сполук в кавггацшному пол!

Характерною особливктю запропонованого процесу е те, що вш вщбуваеться лише в кавиацшному поль Для створення кавгтацшного поля в робот запропоновано використати динамiчну кавиащю. При проходженш бензину через кавиацшне поле реактора ввдбуваеться часткове руйнування лшшних вуглеводшв з утворен-ням алюльних радикалiв i подальша рекомбшащя цих

радикалiв. За рахунок цього вщбуваеться iзомеризацiя лшшних вуглеводшв. В наслвдок цього октанове число бензину, що пройшов кавиацшну обробку збшьшуеться на 2-5 одиниць.

Недолжом цього способу е те, що збшьшення октанового числа на 2-5 одиниць не виршуе проблему покращення якосп, наприклад, прямогшного бензину. Для збшьшення ефективност кавиацшного способу в робот запропоновано в потж бензину ввести перекис водню. Як ввдомо, перекис водню при динамiчнiй кавiтацii розкладаеться на два пдроксильних радикали, якi здатш взаемодiяти з молекулами алканiв з утво-рення метанолу. Метанол — це одна з найпоширешших присадок, що уводять в склад низькояюсного бензину з метою покращення його яюсних показниюв.

У робот для вивчення процеав, що вщбуваються при кавиацшнш обробцi бензинiв, використана установка, яку наведено на рис. 1.

У якост сировини був використаний прямогонний бензин. Для одержання загально'! картини процеав, що вщбуваються в бензиш, були проведенi експериментальш дослiдження, мета яких була визначити вплив ди перекису водню на хвд кавiтацiйного процесу. В якост форсунок були використанi звужуючи пристро'!, форма каналу в яких була близька до дозвукового сопла Лаваля. Дiаметр форсунок становив 0,5, 0,7 i 1,0 мм. Моторне паливо подавалося з натрно'! емност об'емом 80 л,

26 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 4/4(30], 2016, © Целщев О. Б., Лорiя М. Г, Носач В. О.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.