CC BY
25
ХИМИЯ, ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ И ЭКОЛОГИЯ
УДК 693.547
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ И РЕЦЕПТУРЫ ЭМУЛЬСИОННЫХ СМАЗОК НА ОСНОВЕ НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ДЛЯ ОПАЛУБКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СБОРНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА
В.В. Иваненко, В.Н. Сакевич
При производстве железобетонных изделий в формах, а также при монолитном строительстве одной из операций является смазка форм для разборной опалубки.
В РБ ориентировочно потребности в смазке составляют 150 - 200т, а по другим данным - до 300т в месяц, и эта цифра в ближайшие годы будет расти в связи со строительным «бумом». Минимальная цена за 1т концентрата порядка 1500$. Закупки импортных смазок, выпускаемых фирмами Texaco, Shell, Bechem, Peri и др. обходится в 3-8 $ за 1 кг. В год по самым скромным оценкам тратится на импорт смазки порядка 5,5млн. $.
Анализ ситуации в Республике Беларусь показал, что наряду с проблемой импортозамещения существует и научная нерешенность вопроса, которая заключается в отсутствии научно обоснованной концепции подбора составов смазки.
Готовая смазка должна отвечать целому комплексу требований:
- повышенная адгезия к металлу (для удержания на вертикальных поверхностях форм) и пониженная адгезия к бетону (для облегчения распалубки изделий без их повреждения);
- исключение возможности появления пятен и воздушных пор на поверхности изделий, прилегающих к форме, и снижения прочности и плотности бетона в поверхностных слоях;
- возможность механизации и автоматизации приготовления и нанесения смазки на поверхность форм;
- отсутствие необходимости в очистке поверхности форм от остатков бетона;
- смазка должна не только не вызывать коррозии металла форм, но и обладать антикоррозионными защитными свойствами, не содержать летучих вредных для здоровья веществ, быть безопасной в пожарном отношении. Наконец, в составе смазки не должно быть дорогостоящих и дефицитных материалов.
Следует отметить, что импортируемые смазки также не удовлетворяют всему комплексу требований.
Цель настоящей работы - это разработка составов и создание новых технологий производства ассортимента эмульсионных смазок при производстве ЖБИ с применением различных видов опалубки (металлические формы, деревянная опалубка, ламинированная фанера, пластиковые формы и др.) на основе нефтехимических продуктов промышленных предприятий Республики Беларусь.
За прототип выбрана смазка ВЛВ-15 (торговая марка «Поронет»), обладающая наилучшими качествами по результатам ее применения на предприятиях строительной отрасли в РБ. Смазка ВЛВ-15 представляет собой множественную эмульсию (В/М/В) молочного или серого цвета, приготовленную смешиванием воды и эмульсола ВЛВ. Смазка предназначена для смазывания металлических форм в производстве предпочтительно плоских бетонных и железобетонных изделий
горизонтального формования с повышенными требованиями к качеству поверхности. Рабочие составы смазки готовятся путем дозирования и смешивания в любом порядке составляющих (эмульсола и питьевой воды), с получением ровной светлой эмульсии без жировых сгустков. Наносится на форму любым применяющимся на заводе способом. Получение беспоровой известково-белой поверхности железобетонных изделий и минимальной адгезии бетона к форме обеспечивается при применении рабочих составов эмульсий в рекомендованных интервалах концентраций и при работе на очищенных от наросшего бетона формах.
Были изучены некоторые физические свойства смазки ВЛВ на полученном образце. Состав эмульсола не известен. По внешнему виду представляет собой маслянистую жидкость темно-коричневого цвета. При растворении в воде легко образует в любых концентрациях эмульсии молочного серого цвета. Эмульсия весьма устойчива. При концентрации 10% в течение 6 месячной выдержки седиментация и коалесценция ее незначительна: в 100 мм слое эмульсии толщина верхнего слоя (коэлесцированной фазы) составила 2 мм. На рисунке 1 показана структура получаемой эмульсии ВЛВ-15, а на рисунке 2а показан образец бетонной поверхности после применения в качестве смазки для разборной опалубки эмульсии ВЛВ-15. Для сравнения на рисунке 2б - образец бетонной поверхности после применения в качестве смазки для разборной опалубки отработанного масла.
Рисунок 1 - Множественная эмульсия (В/М/В) ВЛВ-15, наиболее зарекомендовавшая себя в строительстве для смазки форм для разборной опалубки. Импортируется из Росси
а б
Рисунок 2 - а - образец поверхности бетонной плиты после применения в качестве смазки для разборной опалубки эмульсии ВЛВ-15. б - образец поверхности бетонной плиты после применения в качестве смазки для разборной опалубки
отработанного масла
Обзор сырьевой базы в пределах Республики показал, что наиболее дешевым источником для производства смазки могут служить продукты переработки нефти на республиканских предприятиях, в частности, Новополоцкого нефтеперерабатывающего завода. В результате анализа установлено, что на этом предприятии в производстве масел и присадок имеются продукты, которые могли бы стать основой для производства антиадгезионных смазок. Это парафин, петролятум, масла и присадки различных типов. В производстве присадок к маслам мощности предприятия полностью не загружены, а потому и на самом предприятии существует интерес к производству аналогичной продукции.
С другой стороны, выбор в качестве сырьевого источника продукта переработки нефти усложняет задачу тем, что состав нефтепродуктов сложен с химической точки зрения, так как нефть различается по составу в зависимости от месторождений, а продукты ее переработки еще и от применяемой технологии. Кроме того, как это известно, минеральные масла и парафины эмульсифицируются с трудом и эмульсии их не всегда устойчивы. При применении таких продуктов качество эмульсии будет зависеть от выбора эмульгатора и разработки метода получения эмульсии. Нужно отметить, что получение именно эмульсии преследует цель достичь противопожарной безопасности продукта.
В первую очередь были определены эмульгаторы, которые будут использоваться при приготовлении эмульсий, обладающие наилучшими свойствами. С учетом доступности были использованы:
1) оксиэтилировнный алкилбензол неонол АФ9-12;
2) полиэтилегликолевый эфир жирных спиртов ОС-20;
3) сульфонол отбеленный (алкилбензолсульфонат натрия);
4) натриевая соль жирных кислот (мыло хозяйственное);
5) синтанол ДС-Ыа.
С учетом критической концентрации мицеллообразования для этих веществ были проведены опыты по приготовлению эмульсии на основе минерального масла И-40, которые показали, что наилучшей устойчивостью обладают эмульсии, приготовленные с применением в качестве эмульгатора неонола АФ9-12 с добавками жирных кислот, полученных из хозяйственного мыла. Устойчивость их составляла до 2 суток, с образованием слоя сливок и небольшой коалесценцией. Эмульсии готовились в лабораторных условиях с применением лабораторного оборудования. Изменялись концентрации эмульгатора, масла, порядок смешения компонентов, температура приготовления. Изучались устойчивость и размеры диспергируемой фазы.
С учетом полученных при этом результатов были испытаны эмульсии, приготовленные из продуктов, полученных на Новополоцком нефтеперерабатывающем заводе: присадок С-150 и НКГ.
Упомянутые выше присадки представляют собой кальциевую соль нафтеновых сульфокислот, которые используют: первую - в качестве моющей и диспергирующей присадки к моторным маслам, а вторую, - в качестве добавки к мазуту. Присадка С-150 представляет собой коричневую вязкую жидкость с небольшим запахом.
Проведены опыты по приготовлению эмульсий с применением всех вышеперечисленных эмульгаторов. После приготовления эмульсии практически сразу коалесцировали. Это подтверждает то, что С-150 прекрасно растворяется в масле и образует при этом в нем обратные эмульсии с водой. Поэтому приготовить из нее прямую эмульсию естественно не получилось. Но с учетом содержания в присадке кальция была сделана попытка заменить содержащийся кальций эквимолярным количеством натрия обменной реакцией с кальцинированной содой. При этом была получена устойчивая обратная эмульсия с водой, светло-коричневого цвета и немного большей вязкости, чем исходная присадка.
Присадка НКГ обладает более сильным неприятным запахом и большим содержанием отходов производства присадок. По этой причине после нескольких опытов с получением нежелательных результатов работы с ней решено было не продолжать.
Были проведены исследования полученных на «ЛЛК-Нафтан» базового и нейтрального масел, сукцинимидной и алкилфенольных присадок на предмет получения эмульсий.
Исследования показали, что наилучшей устойчивостью обладают эмульсии, приготовленные с применением в качестве эмульгатора неонола АФ9-12 с добавками жирных кислот.
Проведенные работы по получению эмульсий из материалов, полученных из Новополоцка, подтверждают встречающееся в соответствующей литературе утверждение, что минеральные масла плохо поддаются эмульсифицированию даже при использовании самых лучших эмульсификаторов.
Полученные эмульсии на основе неонола и минерального базового масла ВД-3 не обладали высокой седиментационной устойчивостью, т.е. через непродолжительное время, от получаса до суток, происходило расслаивание эмульсии на две части: верхнюю, так называемые сливки, и нижнюю, менее концентрированную эмульсию.
В литературе приводятся составы, которые содержат помимо минеральной составляющей жирные кислоты, природные или синтетические.
Исследования показали, что эмульсии, приготовленные из смеси минерального масла и жирной кислоты, обладают высокой седиментационной устойчивостью. Эмульсия, приготовленная на основе масла ВД-3, неонола и жирной кислоты устойчива в течение более месяца, на поверхности не образуется после отстоя слоя масла, а слой сливок, если и образуется, то небольшой.
В качестве источника жирной кислоты использовались образцы жирных кислот для промышленной переработки ТУ РБ 190239501.035 производства ОАО «Гомельский жировой комбинат» с различной глубиной содержания олеиновой кислоты и влаги (№1- 92,75%, №2- 87,98%, №3 - 85,54%). Жирные кислоты на комбинате получают из соап-стоков и используются для производства хозяйственного мыла. Учитывая небольшую стоимость их, как вторичного продукта, получаемого из отходов основного производства комбината, использование этих жирных кислот в качестве компонента антиадгезионных смазок было бы весьма целесообразно.
На первом этапе для достижения поставленной цели проводилась работа по получению устойчивой эмульсии на основе минерального масла ВД-3 производства Новополоцкого нефтеперерабатывающего завода, неонола АФ9-12 и полученных образцов жирных кислот производства ОАО «Гомельский жировой комбинат».
Установлено, что при смешении указанных компонентов в пропорции 4:1:2 образуется эмульсол, при растворении которого в воде при 10% концентрации образуются устойчивые прямые эмульсии (типа «масло в воде»). На рисунке 3 приведена фотография различных эмульсий, после выдержки в течение 1 месяца.
На рисунке 3 под №1 представлена 10% эмульсия на основе эмульсола ВЛВ, №2 - 10% эмульсия на основе масла ВД-3 и жирных кислот, №3 - 10% эмульсия рапсового масла в воде с триэтаноламином в качестве эмульгатора, №4 - 10% эмульсия рапсового масла в воде с неонолом АФ9-12 в качестве эмульгатора.
Отметим, что в эмульсии на основе эмульсола ВЛВ образуется значительных слой сливок, в то время как в образце эмульсии под №2 этот слой незначителен. Эмульсии под №№3 и 4 неустойчивы, седиментируют и коалесцируют.
Упомянутые выше образцы эмульсий на основе рапсового масла были получены с целью поиска замены минеральному маслу ВД-3.
Рисунок 3 - 1 - 10% эмульсия на основе эмульсола ВЛВ; 2 - 10% эмульсия на основе масла ВД-3 и жирных кислот; 3 - 10% эмульсия рапсового масла в воде с триэтаноламином в качестве эмульгатора; 4 - 10% эмульсия рапсового масла в воде с неонолом АФ9-12 в качестве эмульгатора
Известно, что минеральные масла вызывают множественные проблемы в экологическом плане. Кроме того, в Республике Беларусь есть несколько заводов, производящих рапсовое масло. Замена их на биоразлагаемые продукты была бы желательна, но для эмульсола, используемого для смазки форм при производстве ЖБИ, нет отходов - эмульсия вступает в реакцию с поверхностью бетона. Поэтому, какое масло применяется в экологическом плане не актуально. Также следует отметить, что на данный момент рапсовое масло дороже минерального, и существует его определенный дефицит.
Однако отметим, что полученные отрицательные результаты в отношении эмульсий на основе рапсового масла не означают бесперспективность получения устойчивых эмульсий на его основе, а лишь только то, что для этого требуется разработка другого состава и применение других эмульгаторов. Проведенное испытание 10% эмульсии на основе масла ВД-3, жирной кислоты и неонола в качестве антиадгезионной смазки при производстве бетонных изделий показало, что приготовление ее из эмульсола растворением в воде имеет отрицательную сторону, по сравнению с ВЛВ, так как этот эмульсол хуже растворяется в воде. При недостаточно хорошем перемешивании или при низкой температуре воды образуются хлопья, в результате чего на поверхности изделия образуются жирные пятна. На рисунке 4а показана структура эмульсии на основе масла ВД-3, жирной кислоты и неонола.
Л: Vг• - ■ ? у ¿¿^"А > ^ V- V
^ чёс
* Ш1
а б
Рисунок 4 - а -10% эмульсия на основе масла ВД-3, жирной кислоты и неонола; б -10% эмульсия на основе масла ВД-3, жирной кислоты и неонола. Концентрат эмульсола подвергнут ультразвуковой обработке по разработанной методике
Известно, что ультразвуковые колебания способны изменять свойства эмульгатора, в частности жирной кислоты. Были проведены дополнительные исследования по влиянию ультразвуковых колебаний на структуру эмульсии на основе масла ВД-3, жирной кислоты и неонола и на качество приготовленной эмульсии. На рисунке 4б показана структура эмульсии на основе масла ВД-3, жирной кислоты и неонола после воздействия ультразвуковыми колебаниями на концентрат.
Была приготовлена опытная партия эмульсии на основе масла ВД-3, жирной кислоты и неонола по разработанной технологии с применением ультразвуковой обработки и проведены производственные испытания эмульсии на заводе крупнопанельного домостроения (г. Витебск). На рисунке 5 приведен образец поверхности бетонной плиты после применения в качестве смазки для разборной опалубки эмульсии на основе масла ВД-3, жирной кислоты и неонола. Сравнивая рисунки 2а и 5 видно, что отечественная эмульсия, полученная на основе нефтехимических продуктов промышленных предприятий Республики Беларусь, не хуже импортной по основным показателям назначения. Таким образом, в результате проведенных исследований получена базовая рецептура устойчивой эмульсии для смазки форм при производстве ЖБИ из сырья предприятий РБ и определены основные технологические подходы для её получения и тем самым заложены основы для производства в РБ ассортимента высокоэффективных эмульсионных смазок на базе отечественного сырья.
Рисунок 5 - Образец поверхности бетонной плиты после применения в качестве смазки для разборной опалубки эмульсии на основе масла ВД-3, жирной кислоты и неонола. Концентрат эмульсола подвергнут ультразвуковой обработке по
разработанной методике
SUMMARY
The structure of emulsion from petrochemical products of the industrial enterprises of the Republic of Belarus is received. Emulsion is intended for greasing of forms by manufacturing of reinforced-concrete products. The technology of its reception is developed. Emulsion does not concede on the basic indicators of appointment to import analogues.
