CC BY
436
УДК 547.599.2
ПУТИ КВАЛИФИЦИРОВАННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТАЛЛОВОГО ПЕКА
© Р.М. Исмагилов1, А.Б. Радбиль2 , Б.А. Радбиль2
1ОАО «Уральский лесохимический завод», п.р.т. Нейво-Рудянка,
Свердловская обл. (Россия)
2ООО «Научно-внедренческая фирма Лесма», г. Нижний Новгород e-mail: radlesma@sandy.ru
Показаны возможности квалифицированного использования таллового пека в качестве сырья для получения продуктов, применяющихся в шинной, резинотехнической, металлургической, лакокрасочной и других отраслях промышленности.
Введение
Талловый пек (ТП) - плавкий остаток от перегонки сырого таллового масла - является многотоннажным побочным продуктом сульфат-целлюлозного производства. В Российской Федерации на шести предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности - Котласском, Соломбальском, Сегежском ЦБК, Селенгинском ЦКК, Братском и Усть-Илимском ЛПК ежегодно выпускается до 25 тыс. т таллового пека.
Являясь доступным и относительно дешевым возобновляемым сырьем растительного происхождения и обладая ценными свойствами, ТП в настоящее время не находит достаточного квалифицированного применения и используется в основном при строительстве дорог, а значительная его часть сжигается в смеси с мазутом непосредственно на сульфат-целлюлозных предприятиях. Одной из причин этого является недостаточность экономически обоснованных и готовых к внедрению в промышленное производство технологий переработки ТП в ценные продукты.
Кроме того, в существующих на сегодняшний день условиях рынка сульфат-целлюлозные предприятия мало заинтересованы в переработке ТП и его квалифицированном использовании. В настоящее время изменились структура и экономическое состояние лесохимических предприятий. Резко, в 10-12 раз, сократились объемы добычи сосновой живицы, вследствие чего существенно уменьшился объем выпуска живичного скипидара и живичной канифоли. Из-за экономической неэффективности еще в начале 90-х гг. XX в. вынуждены были остановиться канифольно-экстракционные производства, и по этой причине был прекращен выпуск экстракционного скипидара и экстракционной канифоли. В результате этого высвободились значительные производственные мощности, и побочные продукты сульфат-целлюлозных производств, прежде всего ТП, представляют для лесохимических предприятий значительный интерес как доступное сырье для производства новых эффективных продуктов для нужд народного хозяйства. Поэтому поиск перспективных направлений квалифицированного применения ТП, разработка новых продуктов на его основе и технологий их получения, отвечающих современным технико-экономическим и экологическим требованиям, являются весьма актуальной народнохозяйственной задачей.
Обсуждение результатов
ТП, как и все талловые продукты, получаемые при переработке сырого таллового масла, содержит четыре основные группы соединений: жирные и смоляные кислоты, так называемые окисленные и неомыляемые вещества, а также эфиры жирных кислот (сумму неомыляемых веществ и эфиров называют нейтральными веществами) [1].
* Автор, с которым следует вести переписку.
В таблице 1 приведена характеристика ТП, вырабатываемого отечественными предприятиями.
Из данных таблицы 1 видно, что химический состав ТП неоднороден, и нестабильный состав пека и низкая температура его размягчения вызывают определенные трудности при его применении.
Поэтому для улучшения физико-химических, технологических и потребительских свойств ТП целесообразно, используя реакционную способность компонентов, входящих в его состав, модифицировать ТП различными способами.
В результате последовательного модифицирования ТП в сочетании с талловой канифолью, параформальдегидом и фумаровой кислотой (или малеиновым ангидридом) получается продукт, который с успехом может применяться в качестве мягчителя и повысителя клейкости в резиновых смесях при производстве шин и резинотехнических изделий взамен традиционно используемых сосновой канифоли и Октофора [2, 3]. Данный продукт - Канифоль ТПМ - выпускается на ОАО «Уральский лесохимический завод» по ТУ 2453-016-49548471-2001 двух марок: 100/0 и 50/50. Явным преимуществом канифоли ТПМ по сравнению с другими аналогичными канифольными добавками наряду с низкой стоимостью является возможность выпуска ее в гранулированном виде.
Другим потенциальным многотоннажным потребителем таллового пека является литейное производство, где ТП может применяется в качестве связующего, используемого в составах смесей для изготовления литейных стержней и форм, отверждающихся при тепловой обработке. Одно из таких связующих, разработанных нами, представляющее собой раствор таллового пека (50-90%) в органическом растворителе (1050%): углеводороды или спирт, или кетоны, или эфир уксусной кислоты, или их смеси, получило название «ТОП» [4].
Данное связующее в совокупности с добавками лигносульфонатов, которые вводятся в песчаную смесь отдельно от связующего, обеспечивают получение форм и стержней требуемой прочности: на сжатие в сыром состоянии 0,12-0,20 кгс/см2, а на растяжение в сухом состоянии (после сушки) в пределах 1220 кгс/см2. Однако для достижения такой прочности и улучшения геометрии стержней и форм необходимо введение в песчаную смесь равного к связующему «ТОП» количества 50%-ного водного раствора лигно-сульфонатов, что создает определенные технологические неудобства. Главным же недостатком связующего «ТОП» является его прилипаемость к используемой технологической оснастке, что вызывает значительные трудности и делает практически невозможным его использование для формования стержней, особенно пескодувным способом на полуавтоматических линиях.
Поэтому нами разработано на основе ТП принципиально новое эмульсионное связующее теплового отверждения для изготовления литейных стержней и форм, которое включает ТП, органический растворитель, водорастворимые лигносульфонаты и неионогенное поверхностно-активное вещество (ПАВ), представляющее собой продукт оксиэтилирования органических спиртов, кислот или их смесей с количеством оксиэтильных звеньев 2-10 [5]. Выбранный состав эмульсионного связующего позволяет не только обеспечить получение форм и стержней требуемой прочности, но и обладает высокими технологическими свойствами. Прежде всего, отсутствует необходимость введения в песчаную смесь каких-либо других ингредиентов кроме, эмульсионного связующего. Эмульсионный состав имеет требуемую вязкость, стабилен и не расслаивается на водный и органический слои не только при использовании, но и при хранении. Однако основным преимуществом нового связующего с использованием ТП является практически полное отсутствие прилипаемости формовочной смеси к технологической оснастке.
Известно, что одним из эффективных способов модификации ТП является его окисление кислородом воздуха при температуре 200-280 °С в присутствии инициаторов окисления [6], а полученный продукт -окисленный ТП - в зависимости от температуры его размягчения с успехом можно использовать в различных отраслях промышленности.
В частности, окисленный ТП с 1разм.45-60 °С может использоваться в строительной промышленности для изготовления мастик, пропиточных растворов при устройстве мягкой кровли, при производстве кровельных рулонных материалов. Окисленный ТП с 1разм.60-90 °С применяется в качестве пластифицирующей добавки в резиновых смесях при производстве эластомерных материалов и изделий, а также как связующее теплового отверждения в литейном производстве.
Особо интересен окисленный талловый пек с 1разм. выше 90 °С. Нами показано, что такой продукт является эффективным пленкообразующим. В таблице 2 приведены физико-химические свойства пекового лака, представляющего собой 60%-ный раствор окисленного ТП в смеси органических растворителей.
Таблица 1. Характеристика таллового пека отечественных предприятий
Образцы пека
Показатели Сегежский Усть- Котлас- Братский Селенгин- Соломбаль-
ЦБК Илимский ЛПК ский ЦБК ЛПК ский ЦКК ский ЦБК
Кислотное число, мг КОН/г 32 43 38 40,9 37 37
Число омыления, мг КОН/г 102 109 105 120 112 107
Массовая доля, %
Смоляные кислоты 10,9 15,7 14,5 14,7 13,0 14,5
Жирные кислоты 52,7 35,6 32,0 34,5 38,0 32,0
(в том числе связанные)
Окисленные вещества 9,1 17,9 16,0 19,0 15,0 15,5
Неомыляемые вещества 27,3 33,5 33,5 35,5 33,5 33,0
Температура размягчения, °С 32 36 30 38 29 32
Таблица 2. Физико-химические свойства пекового лака
Наименование показателя Пековый лак
Внешний вид После высыхания лак образовывает гладкую,
глянцевую, однородную, без расслаивания, оспин,
подтеков, морщин и посторонних включений
поверхность
Время высыхания при температуре (20±2)°С, ч, не более 2
Эластичность пленки при изгибе, мм, не более 1
Твердость пленки по маятниковому прибору М-3, 0,2
условные единицы, не менее
Адгезия пленки, баллы, не более 1
Массовая доля нелетучих веществ, %, в пределах 55-62
Прочность пленки при ударе по прибору У-1, см, не менее 40
Стойкость покрытия при температуре (20±2)°С к 24
статическому воздействию воды, ч, не менее
На основе окисленного ТП ОАО «Уральский лесохимический завод» освоен промышленный выпуск лаков БТП-5001, БТ-577, а также красок серебристого, черного и темно-коричневого цветов с высокими физико-химическими показателями, превышающими аналогичные лакокрасочные материалы (ЛКМ) на основе битумов. Кроме того, ЛКМ с использованием окисленного ТП по сравнению с ЛКМ на битумной основе имеют явные преимущества с экологической точки зрения и более низкую (на 10-15%) стоимость.
В заключение следует отметить, что расширение сферы квалифицированного применения ТП путем разработки и внедрения в промышленное производство отвечающих современным технико-экономическим и экологическим требованиям технологий его переработки в ценные вторичные продукты позволяет получить значительный народнохозяйственный эффект, выражаемый как экономическими показателями, так и оздоровлением окружающей среды в результате прекращения захоронения пека как неиспользуемого отхода целлюлозно-бумажной промышленности.
Выводы
1. Показаны возможности квалифицированного использования таллового пека в качестве сырья для получения продуктов, применяющихся в шинной, резинотехнической, металлургической, лакокрасочной и других отраслях промышленности.
2. Модифицированный параформальдегидом и фумаровой кислотой ТП в сочетании с модифицированной талловой канифолью является эффективным мягчителем и повысителем клейкости в резиновых смесях при производстве шин и резинотехнических изделий.
3. На основе ТП разработано принципиально новое эмульсионное связующее теплового отверждения для изготовления литейных стержней и форм, которое включает ТП, органический растворитель, водорастворимые лигносульфонаты и неионогенное поверхностно-активное вещество (ПАВ), представляющее собой продукт оксиэтилирования органических спиртов, кислот или их смесей с количеством оксиэтиль-ных звеньев 2-10.
4. Окисленный ТП с 1разм. выше 90 °С является эффективным пленкообразующим. На его основе освоен промышленный выпуск лаков БТП-5001, БТ-577, а также красок серебристого, черного и темнокоричневого цветов с высокими физико-химическими показателями.
Список литературы
1. Головин А.И., Трофимов А.Н., Узлов Г.А. и др. Лесохимические продукты сульфатцеллюлозного производства. М., 1988. 288 с.
2. Исмагилов Р.М., Радбиль А.Б., Радбиль Б.А. Модифицирование таллового пека параформальдегидом // Химия растительного сырья. 2003. №2. С. 59-64.
3. Нестерова Л.А., Исмагилов Р.М., Радбиль Б.А. Сырье и материалы для резиновой промышленности: Материалы десятой юбилейной российской научно-практической конференции резинщиков. 19-23 мая 2003 г. М., 2003. С. 244-246.
4. Исмагилов Р.М., Радбиль А.Б., Радбиль Б.А. Получение продуктов на основе таллового пека // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: Материалы Всероссийского семинара. 28-29 марта 2002 г. Барнаул, 2002. С. 209-211.
5. Радбиль Б.А., Радбиль А.Б., Исмагилов Р.М. и др. Эмульсионное связующее теплового отверждения для изготовления литейных стержней и форм // Заявка №2002124679/02 на выдачу Патента РФ на изобретение с приоритетом от 16.09.02.
6. Радбиль А.Б., Исмагилов Р.М., Радбиль Б.А. Окисление таллового пека кислородом воздуха // ЖПХ. 2004. Т. 77. №4. С. 584-588.
Поступило в редакцию 30 марта 2004 г.
