CC BY
16УДК 678.032.8 : 678.01 : 543.336 В.И. Корчагин, А.В. Протасов, М.В. Корчагин, И.В. Кузнецова
ТЕРМОСТАБИЛЬНОСТЬ САЖЕНАПОЛНЕННОГО БУТАДИЕН-СТИРОЛЬНОГО КАУЧУКА ПРИ СУШКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ
(Воронежская государственная технологическая академия) e-mail: [email protected], [email protected]. [email protected]
В процессе сушки саженаполненных бутадиен-стирольных каучуков с использованием дымовых выбросов достигается снижение вероятности течения термоокислительных процессов в полимерной фазе СНК, обеспечение энергосбережения и устранение негативного воздействия на окружающую среду дымовыми выбросами.
Ключевые слова: каучук. сажа. наполнитель. сушка. энергосбережение
Дефицит энергетических ресурсов и возрастающее потребление энергии в производственных процессах создают необходимость в эффективном использовании тепла отходящих дымовых выбросов.
Жидкофазное наполнение латексных систем техуглеродом (ТУ) при получении саженаполненных каучуков (СНК) с использованием диспергаторного метода затрагивает проблему обезвоживания, т.к. удаление влаги из наполненной эластомерной системы, обладающей высокой пористостью и развитой поверхностью, осложнено низкой термостабильностью полимерной фазы с непредельными связями.
Стадия сушки наполненных эластомерных систем является энергоемким низкотемпературным процессом, что позволяет реализовать утилизацию остаточных энергетических ресурсов дымовых выбросов.
Целью работы является изучение термоокисления саженаполненных бутадиен-стироль-ных каучуков в процессе сушки дымовыми выбросами.
Объектом изучения являлись наполненные печным ТУ бутадиен-стирольные каучуки марки СКС-30АРК. Основные характеристики печного ТУ представлены в табл. 1.
Таблица 1
Основные структурные характеристики печного ТУ Table 1. General structure characteristics of oven carbon
Комплексный термический анализ процесса термоокисления СНК, бутадиен-стирольного каучука марки СКС-30АРК и ТУ, на основе кото-
рых были получены наполненные эластомерные системы, проводили на дериватографе фирмы «МОМ» (Венгрия). Навеска образцов составляла 180 - 215 мг. Скорость нагрева образцов - 5°С.
При динамическом термическом воздействии отмечается проявление незначительных термических эффектов на термограммах ТГ, ДТГ и ДТА (рис. 1) в области температур 120-130°С для образцов СНК, полученных при использовании ТУ марок П234 и П803. Данные эндоэффекты сопровождаются падением массы СНК на основе ТУ марок: П234 до 1,9 % мас. и П803 до 1,4 % мас. Аналогичное проявление термоэффектов наблюдается на термограммах ТГ и ДТА (рис.2) для ТУ марок П234 и П324, что обусловлено потерей влаги. Следует отметить, что более высокая степень десорбции влаги из пор исходного ТУ и СНК отмечается для ТУ, обладающего высокой удельной поверхностью. Наличие влаги в порах исходного каучука СКС -30АРК не было отмечено.
Экзотермический эффект в области температур 190—205 °С отмечается как для чистого каучука СКС-30АРК, так и для СНК. При этом наблюдается незначительное приращение массы, что обусловлено течением термоокислительного процесса по непредельным звеньям каучуковой фазы [1]. Менее значительное проявление экзотермического эффекта у СНК в отличие от бутадиен-стирольного каучука связано с уменьшением доли полимерной фазы в наполненном каучуке.
Дальнейшее повышение температуры способствует проявлению более выраженного эндотермического эффекта, сопровождающегося падением массы. В данной области температур 230-320°С эндоэффект характерен только для СНК, что связано, по-видимому, с улетучиванием с поверхности ТУ мыл смоляных и синтетических жирных кислот, которые адсорбируются на его поверхности в процессе выделения СНК из ла-тексной системы солевой коагуляцией. Аналогичное поведение СНК при комплексном термиче-
Марка ТУ Средний арифметический диаметр частиц. нм Удельная адсорбционная поверхность по БЭТ. м2/г Адсорбция ди-бутилфталата. см3/100 г
П234 19 - - 25 90 -110 90 -105
П324 25 - - 30 70 - 90 90 - 105
П514 39 - 48 75 - 70 90 - 05
П803 100 - - 200 до 35 80 - 90
ском анализе было отмечено при использовании ТУ марок П324 и П514. Степень проявления экзотермических и эндотермических эффектов определяется структурными характеристиками ТУ.
Улавливание из отходящих выбросов тонкодисперсных частиц - сажи в процессе сушки СНК не оказывает влияния на качественные показатели вулканизатов, полученных при использовании наполненных эластомерных систем.
400
Z °С
Рис. 1. Термограммы ТГ (а), ДТГ (б) и ДТА (в) исходного каучука СКС-30АРК и СНК при соотношении компонентов (% мас.) каучук : ТУ = 60 : 40, для СНК на основе ТУ марок :
(1) - П234; (2) - П804; (3) - каучук СКС-30АРК. Fig. 1. Thermo grams: TG (a), DTG (б), DTA (в) of initial rubber SKS-30ARK and soot-filled rubber at the ratio of components (% mass.) rubber : carbon = 60: 40, for soot-filled rubber carbon on the base of carbon: (1) - П234; (2) - П804; (3) rubber SKS-30ARK
Из анализа термограмм ТГ, ДТГ и ДТА определена область обезвоживания и переработки СНК. Нижний предел 130 оС лимитируется удалением адсорбционной влаги, верхний предел 190 оС началом термоокислительных процессов, связанных с непредельностью бутадиен-стирольного каучука СКС-30АРК, что необходимо учитывать при его обезвоживании и переработке.
Известно [2, 3], что использование в качестве инертного сушильного агента обескислороженных дымовых выбросов, полученных в среде воздуха без избытка кислорода, позволяет удешевить стадию обезвоживания полимерных материалов за счет снижения энергозатрат на стадии теплообмена, а также устранить структурные превращения в полимере. В процессе сушки снижается загрязненность отходящих выбросов, обеспечивается энергосбережение и уменьшается тепловое загрязнение атмосферного воздуха.
200 300 400
т, °с
Рис. 2. Термограммы ТГ (а) и ДТА (б) для ТУ марок: 1 -П234; 2 - П324.
Fig. 2. Thermo grams TG (a) and DTA (б) for carbon of grades: 1 - П234; 2 - П324
Структура СНК, образованная в процессе жидкофазного наполнения с предварительным механическим обезвоживанием и с последующей сушкой, имеет свои специфические особенности в отличие от каучуков, наполненных ТУ традиционным способом - на вальцах (переработка в среде воздуха при температуре 40 - 60°С) или в рези-носмесителе (переработка без доступа кислорода при температуре 120 - 170°С).
Мерой оценки, характеризующей структурные превращения при сушке, может служить образование углеродкаучукого геля в процессе переработки и обезвоживания.
Из табл. 2 видно, что наибольшее содержание углеродкаучукого геля отмечается при получении СНК на вальцах, что обусловлено, по мнению авторов [4], хемосорбционным взаимодействием.
В источнике отмечено [5], что при обработке на вальцах происходит механический разрыв и окислительная деструкция молекул полимера с последующим взаимодействием образующихся свободных радикалов каучука с активными центрами сажи.
Таблица 2
Содержание углеродкаучукого геля в СНК в зависимости от способа получения и марки ТУ, % масс. Table 2. Content of carbon-rubber gel in soot-filled carbon as a function of the preparation way and grade of technical carbon, % mass
Из табличных данных (табл.2), можно предположить, что в процессе сушки дымовыми выбросами СНК, обезвоженных предварительно в шнековых машинах, отмечается менее выраженное образование углеродкаучукового геля, в отличие от использования в качестве сушильного агента подогретого воздуха, что указывает на снижение течения термоокислительных процессов в полимерной фазе наполненной эластомерной системы.
Таким образом, в процессе сушки сажена-полненных бутадиен-стирольных каучуков с использованием дымовых выбросов достигается следующее:
- снижение вероятности течения термоокислительных процессов в полимерной фазе СНК;
- обеспечение энергосбережения;
- устранение негативного воздействия на окружающую среду дымовыми выбросами;
- уменьшение теплового загрязнения атмосферного воздуха.
ЛИТЕРАТУРА
1. Sircar A.K., Lamond T.G. // Rubber Chem. and Technol. 1972. V. 45. N 1. P. 329 - 345.
2. Корчагин В.И. и др. Патент РФ № 2266819 С2, МПК7 В 29 В 15/02, С 08 С 3/00. Способ обезвоживания полимерных материалов. 2005;
Patent RF № 2266819 С2, МПК7 В 29 В 15/02, С 08 С 3/00. The method of dewafering rubber materials / Korcha-gin V.I. et al. Publ. 27.12.2005. Bul. № 36.
3. Корчагин В.И. и др. // Труды 5-ой Межд. научно-практич. конф. «Высокие технологии в экологии» / Воронеж: Гос. аграр. ун-тет. 2002. С. 81 - 86.; Korchagin V.I. and others // Works of the 5-th international science-practical conf. "High technologies in ecology" / Voronezh state agriculture university. Voronezh. 2002. P. 81-86.
4. Кантор Ф.С., Гусева В.И. // Каучук и резина. 1972. № 11. C. 12-14.;
Kanter F.S., Guseva V.I. // Cautchouc and rubber. 1972. № 11. P. 12-14.
5. Краус Дж. Усиление эластомеров. Пер. с анг. /Под ред. К.А. Печковской. М.: Химия. 1968. 484 с.;
Kraus J. Elastomer's upgrading translation from English by K.A. Pechkovskiy. M.: Chemistry,1968. 484 p.
Способы получения СНК
Марка На вальцах На стадии латекса На стадии латекса с последующей сушкой дымовыми выбросами
ТУ с последующей
сушкой воздухом
П234 46 15 11
П324 43 13 9
П514 21 7 3
П804 17 2 1
УДК 661.183.2.1
Т.В.Смышляева 1, И. А. Борисова 1, М.Ф.Торсунов 2, Р. М. Хафизова 2 ПОРОШКИ НАНОПОРИСТОГО УГЛЕРОДА ИЗ КОМПОЗИЦИЙ ФФС - УГЛЕВОДЫ
(1 Институт технической химии УрО РАН, 2 Научный центр порошкового материаловедения Пермского государственного технического университета) e-mail: cheminst@mpm. ru)
Нанопористые порошки углерода с удельной поверхностью 2000 м2/г получены пиролизом смесей фенолформальдегидной смолы и сахарозы или целлюлозы с последующей активацией. Структуру образцов изучали методами световой микроскопии, рентгеност-руктурного анализа, низкотемпературной адсорбцией азота, определяли пикнометриче-скую плотность и электросопротивление порошков. Показано, что экстремальные значения электросопротивления и удельной поверхности карбонизатов достигаются при объемной концентрации добавок, равной порогу перколяции. Установлена корреляция изменения физических свойств и удельной поверхности порошков углерода при активации.
Ключевые слова: нанопористый углерод, порошки, фенолформальдегидная смола, удельная поверхность, электросопротивление
Благодаря исключительному сочетанию электропроводности, химической инертности и высокой удельной поверхности углеродные мате-
риалы успешно используют в накопителях энергии нового поколения - конденсаторах с двойным электрическим слоем или суперконденсаторах.
