Разработка способа получения галогенсодержащих полимеров на основе бутадиен-стирольных и бутадиеновых каучуков
|
Введение 4
1 Методы получения галогенированных соединений 7
1.1 Современные антипирены 7
1.2 Бромированные соединения 14
1.3 Хлорированные соединения 24
1.4 Дегидробромированные соединения 41
1.5 Дегидрохлорированные соединения 43
2 Экспериментальная часть 49
2.1 Исходные вещества 49
2.2 Бромирование каучука и определение подходящего растворителя 50
2.3 Хлорирование каучука 50
2.4 Дегидрогалогенирование галогенированного каучука 51
2.4.1 Проведение реакции со спиртовым раствором гидроксида калия 51
2.4.2 Проведение реакции с триэтиламином 51
2.5 Проверка пламегасительной способности полученных полимеров 51
2.6 Определение массовой доли галогена в каучуке по методу Шёнигера 52
2.7 Рентгенофлуоресцентный анализ полученного полимера 52
2.8 ИК-анализ синтезируемого полимера 53
3 Результаты и их обсуждение 55
3.1 Бромирование 55
3.2 Хлорирование 58
3.3 Установление структуры полученного полимера по данным ИК-спектра 59
3.4 Рентгенофлуоресцентный анализ 62
3.5 Результаты определение массовой доли галогена в каучуке по методу Шёнигера 62
3.6 Дегидрогалогенирование 63
3.7 Установление пламегасительной способности синтезированных полимеров 64
3.8 Разработка технологической схемы 64
3.8.1 Описание технологической схемы 65
3.9 Расчет материального баланса 66
Заключение 68
Список используемой литературы и используемых источников 69
1 Методы получения галогенированных соединений 7
1.1 Современные антипирены 7
1.2 Бромированные соединения 14
1.3 Хлорированные соединения 24
1.4 Дегидробромированные соединения 41
1.5 Дегидрохлорированные соединения 43
2 Экспериментальная часть 49
2.1 Исходные вещества 49
2.2 Бромирование каучука и определение подходящего растворителя 50
2.3 Хлорирование каучука 50
2.4 Дегидрогалогенирование галогенированного каучука 51
2.4.1 Проведение реакции со спиртовым раствором гидроксида калия 51
2.4.2 Проведение реакции с триэтиламином 51
2.5 Проверка пламегасительной способности полученных полимеров 51
2.6 Определение массовой доли галогена в каучуке по методу Шёнигера 52
2.7 Рентгенофлуоресцентный анализ полученного полимера 52
2.8 ИК-анализ синтезируемого полимера 53
3 Результаты и их обсуждение 55
3.1 Бромирование 55
3.2 Хлорирование 58
3.3 Установление структуры полученного полимера по данным ИК-спектра 59
3.4 Рентгенофлуоресцентный анализ 62
3.5 Результаты определение массовой доли галогена в каучуке по методу Шёнигера 62
3.6 Дегидрогалогенирование 63
3.7 Установление пламегасительной способности синтезированных полимеров 64
3.8 Разработка технологической схемы 64
3.8.1 Описание технологической схемы 65
3.9 Расчет материального баланса 66
Заключение 68
Список используемой литературы и используемых источников 69
Актуальность и научная значимость настоящего исследования заключается в создании новых высокомолекулярных пламегасящих добавок, имеющих ряд существенных преимуществ по сравнению с аналогичными низкомолекулярными антипиренами. Главными достоинствами полимерных антипиренов являются высокая эффективность и экологичность.
Антипирены — это химические вещества, которые наносятся на материалы для предотвращения начала или замедления роста огня. Они использовались во многих потребительских и промышленных товарах с 1970-х годов, чтобы уменьшить способность материалов воспламеняться.
Антипирены часто добавляют или наносят на следующие продукты:
• Предметы интерьера, такие как пена, обивка, матрасы, ковры, шторы и тканевые жалюзи.
• Электронику и электрические устройства, такие как компьютеры, ноутбуки, телефоны, телевизоры и бытовая техника, а также провода и кабели.
• Строительные и строительные материалы, включая электрические провода и кабели, и изоляционные материалы, такие как пенополистирол и полиуретановые изоляционные пены.
• Продукты, относящиеся к транспортным средствам, такие как сиденья, чехлы на сиденья и наполнители, бамперы, верхние отсеки и другие части автомобилей, самолетов и поездов.
Многие антипирены были удалены с рынка или больше не производятся. Однако, поскольку они не легко разлагаются, они могут подолгу оставаться в окружающей среде в течение многих лет. Они также могут со временем накапливаться в организмах людей и животных.
Объект исследования: реакция получения хлорированных и бромированных бутадиеновые полимеры и сополимеры.
Предмет исследования: хлорированные и бронированные полимеры и сополимеры бутадиена.
Цель исследования: разработка высокоэффективного метода синтеза пламегасящей добавки на основе бронированного и хлорированного сополимера бутадиена и а-метилстирола, а также гомополимера бутадиена (полибутадиена) и проведение реакции дегидрогалогенирования полученных галоген-полимеров.
Гипотеза исследования состоит в том, что синтезируемые галогенированные полимеры будут успешно использоваться в качестве пламегасящих добавок.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) определить оптимальные условия (температура, галогенирующий агент, растворитель) реакций бромирования и хлорирования;
2) проанализировать строение полученных галогенированных полимеров;
3) определить процентное содержание галогенов в полученном полимере;
4) установить оптимальные условия (температура, дегидрогалогенирующий агент, растворитель) реакции дегидрогалогенирования.
Методы исследования: поиск и работа с литературными источниками по теме исследования. Проведена лабораторная работа с использованием современных методов синтеза и анализа исследуемых соединений.
Научная новизна исследования заключается в синтезе более экологичных пламегасителей. Разработан абсолютно новый эффективный способ хлорирования каучуков, содержащих диеновые звенья, с использованием доступных реагентов.
Практическая значимость исследования заключается в синтезе нового вида пламегасителей на основе высокомолекулярных соединений.
Проведен комплекс испытаний с подбором оптимального растворителя и условий реакции. При изучении реакции дегидрогалогенирования был использован широкий спектр реагентов.
Личное участие автора в организации и проведении исследования состоит в проведении работа по поиску и анализу литературных данных по теме исследования. Представленные в работе данные получены непосредственно автором диссертации, или совместно с соавтором опубликованных работ. Автор принимал непосредственное участие при проведении лабораторных экспериментов, анализировал полученные результаты, производил расчеты и подводил итоги проведённых работ.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течение всего исследования.
Основные результаты диссертационной работы докладывались в виде стендового доклада на II Всероссийской научно-практической конференции в области рационального природопользования и ресурсосбережения «Инновации и «зелёные технологии» (Тольятти, 2019). Со стендовым докладом был приглашен в Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук на конкурс ИНЭОС Open Select.
На защиту выносятся:
1. Методики бромирования и хлорирования полимеров.
2. Методики дегидрогалогенирования хлорированных и бромированных полимеров.
3. Принципиальная технологическая схема производства хлорированных бутадиеновых каучуков.
4. Возможность использования полученных полимеров в качестве пламегасящих добавок.
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, 3 разделов, заключения, содержит 49 рисунков, 3 таблицы, список использованной литературы (46 источников). Основной текст работы изложен на 73 страницах.
Антипирены — это химические вещества, которые наносятся на материалы для предотвращения начала или замедления роста огня. Они использовались во многих потребительских и промышленных товарах с 1970-х годов, чтобы уменьшить способность материалов воспламеняться.
Антипирены часто добавляют или наносят на следующие продукты:
• Предметы интерьера, такие как пена, обивка, матрасы, ковры, шторы и тканевые жалюзи.
• Электронику и электрические устройства, такие как компьютеры, ноутбуки, телефоны, телевизоры и бытовая техника, а также провода и кабели.
• Строительные и строительные материалы, включая электрические провода и кабели, и изоляционные материалы, такие как пенополистирол и полиуретановые изоляционные пены.
• Продукты, относящиеся к транспортным средствам, такие как сиденья, чехлы на сиденья и наполнители, бамперы, верхние отсеки и другие части автомобилей, самолетов и поездов.
Многие антипирены были удалены с рынка или больше не производятся. Однако, поскольку они не легко разлагаются, они могут подолгу оставаться в окружающей среде в течение многих лет. Они также могут со временем накапливаться в организмах людей и животных.
Объект исследования: реакция получения хлорированных и бромированных бутадиеновые полимеры и сополимеры.
Предмет исследования: хлорированные и бронированные полимеры и сополимеры бутадиена.
Цель исследования: разработка высокоэффективного метода синтеза пламегасящей добавки на основе бронированного и хлорированного сополимера бутадиена и а-метилстирола, а также гомополимера бутадиена (полибутадиена) и проведение реакции дегидрогалогенирования полученных галоген-полимеров.
Гипотеза исследования состоит в том, что синтезируемые галогенированные полимеры будут успешно использоваться в качестве пламегасящих добавок.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) определить оптимальные условия (температура, галогенирующий агент, растворитель) реакций бромирования и хлорирования;
2) проанализировать строение полученных галогенированных полимеров;
3) определить процентное содержание галогенов в полученном полимере;
4) установить оптимальные условия (температура, дегидрогалогенирующий агент, растворитель) реакции дегидрогалогенирования.
Методы исследования: поиск и работа с литературными источниками по теме исследования. Проведена лабораторная работа с использованием современных методов синтеза и анализа исследуемых соединений.
Научная новизна исследования заключается в синтезе более экологичных пламегасителей. Разработан абсолютно новый эффективный способ хлорирования каучуков, содержащих диеновые звенья, с использованием доступных реагентов.
Практическая значимость исследования заключается в синтезе нового вида пламегасителей на основе высокомолекулярных соединений.
Проведен комплекс испытаний с подбором оптимального растворителя и условий реакции. При изучении реакции дегидрогалогенирования был использован широкий спектр реагентов.
Личное участие автора в организации и проведении исследования состоит в проведении работа по поиску и анализу литературных данных по теме исследования. Представленные в работе данные получены непосредственно автором диссертации, или совместно с соавтором опубликованных работ. Автор принимал непосредственное участие при проведении лабораторных экспериментов, анализировал полученные результаты, производил расчеты и подводил итоги проведённых работ.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течение всего исследования.
Основные результаты диссертационной работы докладывались в виде стендового доклада на II Всероссийской научно-практической конференции в области рационального природопользования и ресурсосбережения «Инновации и «зелёные технологии» (Тольятти, 2019). Со стендовым докладом был приглашен в Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук на конкурс ИНЭОС Open Select.
На защиту выносятся:
1. Методики бромирования и хлорирования полимеров.
2. Методики дегидрогалогенирования хлорированных и бромированных полимеров.
3. Принципиальная технологическая схема производства хлорированных бутадиеновых каучуков.
4. Возможность использования полученных полимеров в качестве пламегасящих добавок.
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, 3 разделов, заключения, содержит 49 рисунков, 3 таблицы, список использованной литературы (46 источников). Основной текст работы изложен на 73 страницах.
По полученным результатам можно сделать следующие выводы:
1. Проведены реакции бромирования и хлорирования с получением дигалогенпроизводных бутадиен-а-метилстирольного каучука марки БСК- 1502 и полибутадиена марки СКД-L.
2. Было использовано большое число растворителей с целью подбора оптимального растворителя для реакций бромирования и хлорирования бутадиен-а-метилстирольного каучука марки БСК-1502 и полибутадиена марки СКД-L. Данный растворитель также может быть использован для галогенирования и других полимеров.
3. Строение бромированных полимеров доказано по данным ИК- спектра. На ИК-спектре наблюдаются полосы поглощения 547 см-1, которые принадлежат связи С-Br, а также отсутствуют полосы 1675-1665 см-1, которые характеризуют двойную связь дизамещенного транс-алкена.
4. Процентное содержание галогена в полимере было установлено на основании двух методов анализа: рентгенофлуоресцентного и анализа по методу Шенигера.
5. Проведены реакции дегидробромирования и дегидрохлорирования полученных дигалогенпроизводных бутадиен-а-метилстирольного каучука марки БСК-1502 и полибутадиена с использованием различных растворителей и оснований.
6. Предложено использовать полученные галогенированные полимеры в качестве пламегасящих добавок. Их пламегасительная способность доказана на основании ряда экспериментов, где растворами галогенированных полимеров пропитывались легковоспламеняемые материалы. После пропитки материалы теряли свою легковоспламеняемость.
7. Разработана принципиальная технологическая схема хлорирования бутадиеновых каучуков.
1. Проведены реакции бромирования и хлорирования с получением дигалогенпроизводных бутадиен-а-метилстирольного каучука марки БСК- 1502 и полибутадиена марки СКД-L.
2. Было использовано большое число растворителей с целью подбора оптимального растворителя для реакций бромирования и хлорирования бутадиен-а-метилстирольного каучука марки БСК-1502 и полибутадиена марки СКД-L. Данный растворитель также может быть использован для галогенирования и других полимеров.
3. Строение бромированных полимеров доказано по данным ИК- спектра. На ИК-спектре наблюдаются полосы поглощения 547 см-1, которые принадлежат связи С-Br, а также отсутствуют полосы 1675-1665 см-1, которые характеризуют двойную связь дизамещенного транс-алкена.
4. Процентное содержание галогена в полимере было установлено на основании двух методов анализа: рентгенофлуоресцентного и анализа по методу Шенигера.
5. Проведены реакции дегидробромирования и дегидрохлорирования полученных дигалогенпроизводных бутадиен-а-метилстирольного каучука марки БСК-1502 и полибутадиена с использованием различных растворителей и оснований.
6. Предложено использовать полученные галогенированные полимеры в качестве пламегасящих добавок. Их пламегасительная способность доказана на основании ряда экспериментов, где растворами галогенированных полимеров пропитывались легковоспламеняемые материалы. После пропитки материалы теряли свою легковоспламеняемость.
7. Разработана принципиальная технологическая схема хлорирования бутадиеновых каучуков.
