УДК 678.743.22
DOI 10.24412/cl-37255-2024-1-191-193
РАЗРАБОТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ДОБАВОК НА ОСНОВЕ ПРОДУКТОВ ОКИСЛЕНИЯ ДЛИННОЦЕПОЧЕЧНЫХ МОНОГАЛОГЕНАЛКАНОВ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ПВХ
Зотов Ю.Л., Нгуен Тхань Тунг, Шишкин Е.В., Попов Ю.В.
Волгоградский государственный технический университет, г. Волгоград
E-mail: ylzotov@mail.ru
Аннотация. На основе результатов систематического исследования низкотемпературного жидко-фазного каталитического окисления галогенсодержащих соединений установлены основные закономерности процессов. Это позволило разработать новые направления использования галогенсодержащих алканов и получить новые многофункциональные добавки для переработки поливинилхлорида (ПВХ). Полученные добавки проявляют пластифицирующее, термостабилизирующее действие, являются эффективными смазками при переработке ПВХ, а добавки, приготовленные на основе оксида-тов бромалканов проявляют антипирирующее действие. Разработана принципиальная технологическая схема малоотходного получения многофункциональных добавок.
Ключевые слова: низкотемпературное жидкофазное каталитическое окисление галогенсодержащих соединений, многофункциональные добавки для переработки поливинилхлорида (ПВХ).
Хлорорганические продукты являются одними из самых распространенных в мировой химической промышленности, и проблема утилизации хлорорганических отходов после окончания срока их использования остается актуальной [1]. Нами разработаны малоотходные технологии низкотемпературного жидкофазного каталитического окисления кислородом воздуха галогенсодержащих соединений и использования продуктов окисления длинноцепочечных моногалогеналканов для создания многофункциональных добавок для переработки поливи-нилхлорида (ПВХ).
Для процесса жидкофазного окисления моногалогеналканов в карбоновые кислоты нами разработана двухкомпонентная каталитическая система, состоящая из гидроксистеарата кобальта и N-гидроксифталимида. Окисление проводили при температуре 105°С [2]. Для этой двухкомпонентной каталитической системы определены оптимальные соотношения компонентов в составе каталитической системы, оптимальное содержание этой двухкомпонентной каталитической системы в реакционной массе. Этот процесс обеспечил высокую конверсию и дал возможность использовать продукты окисления для создания многофункциональных добавок для переработки ПВХ. Продукты окисления длинноцепочечных моногалогеналканов были нейтрализованы гидроксидами или оксидами металлов для получения солей галогени-рованных и негалогенированных жирных кислот, которые придают добавкам термостабили-зирующие свойства. Выполнено математическое описание процесса. Разработанная технология позволяет получать различные варианты многофункциональных добавок в зависимости от взятого на окисление галогеналкана, степени его окисления и взятых на нейтрализацию основных реагентов. Другие продукты окисления обеспечивают добавкам свойства пластификаторов и смазок [3].
Разработанная технология является малоотходной и не требует громоздких стадий очистки и выделения индивидуальных соединений, что делает ее экономически выгодной [4]. Для проведения процесса жидкофазного окисления моногалогенсодержащих углеводородов кислородом воздуха нами рекомендованы следующие параметры технологического режима: температура 105оС, время окисления 10 часов, расход воздуха 65л/(мин.кг сырья) в присутствии каталитической системы St2CoOH - N-ГФИ в мольном соотношение 1:6 и содержании ее в реакционной массе 9% моль, а для стадии нейтрализации части кислот в оксидате основными реагентами, рекомендовано проводить процесс при температуре 80120°С в течение
2-3 часов с отгонкой реакционной воды, до достижения значения кислотного числа реакционной массы 5 мг КОН/г по ходовой пробе и последующим удалением воды при пониженном давлении до 40 мм рт ст.
Нами показано, что найденные технологические параметры позволяют успешно проводить окисление промышленных хлор парафинов, что создает дополнительные направления их переработки. В качестве сырья рекомендовано использовать жидкие нестабилизированные хлорпарарфины, отобранные в производстве после стадии отдувки до стадии стабилизации.
Полученные добавки представляют собой подвижные суспензии, устойчивые к расслоению при хранении при комнатной температуре в течение 3 месяцев. Добавки были испытаны в специализированной лаборатории АО «Каустик» г. Волгоград.
ПВХ композиции получали в смесителе Р-600 комплекса фирмы «Brabender» (Германия) при компаундировании компонентов согласно рецептурам (таблица) при температуре 95±2 °С. Переработку модельной (индекс 1) и тестовых (индекс 2 и 3) порошкообразных ПВХ-компо-зиций проводили на двухшнековом экструдере EPTF20 фирмы «Нарго» (Китай) с получением на выходе из трёхлучевой фильеры диаметром 3 мм пластиката. Из полученных ПВХ-пласти-катов методом экструдирования через плоскощелевую головку были сформированы ленты (40x1 мм). Эта операция (второй передел) имитирует переработку ПВХ-пластикатов в изделие у потребителя, а также позволяет наработать материал для оценки его физико-механических показателей. На основе лент, полученных из ПВХ-пластикатов, были приготовлены образцы для проведения физико-механических испытаний.
Для образцов пластиката были проведены испытания по показателю относительное удлинение при разрыве, условная прочность при разрыве, эластичность, мягкость, показатель текучести расплава ПВХ-пластикатов.
Показатель текучести расплава ПВХ -пластикатов, сформированных по модельной и тестируемой рецептурах соизмеримы между собой в пределах ошибки измерений.
Из ПВХ- пластикатов через плоскощелевую головку были сформированы ленты (40x1 мм). Эта операция (второй передел) имитирует переработку ПВХ-пластикатов в изделие у потребителя. При проведении тестирования на этом этапе отмечено, что скорость формирования ленты из ПВХ-пластикатов, полученных при использовании ПТСК на 25% выше, чем из гранул с традиционными компонентами модельной рецептуры. Все ленты представляли однородный материал без посторонних включений.
На основе лент, полученных из ПВХ-пластикатов, были приготовлены образцы для проведения физико-механических испытаний. Результаты испытаний свидетельствуют, что материалы, полученные с использованием магниевой и цинковой соли хлор- и бромкарбоновых кислот по базовым показателям: «условная прочность при разрыве» и «эластичность» соизмеримы с материалом, сформированным с использованием «регламентных» компонентов - сте-аратами кальция и цинка (соотношение 4:1), а по показателю «относительное удлинение при разрыве превосходит его на 16-19%.
Таблица 1 - Рецептуры ПВХ-пластикатов для испытаний многофункциональных добавок
№ п/п Наименование компонента Модельная рецептура (индекс 1) Тестовые рецептуры Примечание
Масс.ч г Магниевая и цинковая соль хлоркарбоновых кислот (индекс 2) Магниевая и цинковая соль бромкарбоновых кислот (индекс 3)
Масс.ч. г Масс.ч. г
1 ПВХ-С-7059М 100 380 100 380 100 380 Перед тестированием магниевой и цинковой соли га-логенкар-боновых кислот гомогенизировать в пластификаторе диоктил-фталате (ДОФ)
2 Стабилизаторы
2.1 Стеарат кальция 0,8 3,0 - - - -
2.2 Стеарат цинка 0,2 0,75 - - - -
2.3 Дисперсия галогеновых кислот
2.3. 1 Магниевая соль - - 0,8 3,0 0,8 3,0
2.3. 2 Дисперсная фаза - - 7,1 39 7,1 36
Навеска образца 42 39
2.3. 3 Цинковая соль - - 0,2 0,75 0,2 0,75
2.3. 4 Дисперсная фаза - - 1,8 6,25 1,8 8,25
Навеска обр азца 7 9
3 Пластификатор ДОФ 54 205 45 171,25 45 171,25
4 Эпоксидирован-ное соевое масло 3,0 11 3,0 11 3,0 11
5 Дифенилол-про-пан 0,1 0,38 0,1 0,38 0,1 0,38
Эти добавки обладают свойствами стабилизаторов, пластификаторов и смазок, что делает их многофункциональными и позволяет эффективно использовать их в переработке ПВХ. Внедрение предложенной технологии позволит значительно расширить направления использования промышленных галогеналканов, а также решить проблему утилизации галогенсодер-жащих отходов и создать эффективные добавки для переработки ПВХ, что способствует улучшению экологической обстановки и повышению экономической эффективности производства полимеров.
Список литературы
1. Зотов Ю.Л., Попов Ю.В., Бутакова Н.А. Окисление промышленных хлорпарафинов кислородом воздуха. Волгоград: Издательство ВолгГТУ, 2014. 123 с.
2. Зотов Ю.Л., Лашко Д.А., Шишкин Е.В., Тхань Тунг Нгуен. Способ получения высших жирных хлорированных кислот // Патент РФ № 2768727. 2022. Бюл. № 9.
3. Зотов Ю.Л., Шишкин Е.В., Шаталин Ю.В., Корецкий П.С., Шувалов С.С., Нгуен Тхань Тунг. Многофункциональные добавки для переработки поливинилхлорида на основе продуктов окисления длинноцепочечных моногалогеналканов // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2023. № 5(276). С. 71-76.
4. Зотов Ю.Л., Шишкин Е.В., Нгуен Тхань Тунг, Попов Ю.В. Технология получения многофункциональных добавок для переработки поливинилхлорида на основе продуктов окисления длинноцепочечных моногалогеналканов // Химическая промышленность сегодня. 2024. № 2. С. 51-54.