Разработка нового подхода к получению алифатических углеводородных смол
|
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ГЛАВА 1. Литературный обзор
1.1Общие сведения об алифатических углеводородных
смолах
1.2Классификация углеводородных смол, полученных из нефтехимического
сырья
1.3Технология получения алифатических углеводородных смол из пиролизной
С5-фракции
1.3.1Сырье для получения алифатических углеводородных смол
1.3.2Методы получения алифатических углеводородных смол
1.3.3Недостатки традиционной технологии получения алифатических
углеводородных смол
1.4 Особенности процесса полимеризации сопряженных диенов под действием различных каталитических систем
1.4.1Катионная полимеризация пентадиена-1,3
1.4.2Катионная полимеризация бутадиена-1,3
1.4.3Катионная полимеризация изопрена
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1Исходные вещества
2.2Процесс полимеризации
2.2.1Каталитические системы
2.2.2Проведение процесса полимеризации
2.3Характеристики полимеров
2.3.1Очистка полимеров от остатков катализатора
2.3.2Определение молекулярных характеристик полимера
2.3.3Нерастворимая фракция в полимере и её содержание
2.3.4Определение ненасыщенности и микроструктуры полиизопрена
2.3.5Определение температуры размягчения по методу «кольца и шара»
ГЛАВА 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1Процесс полимеризации изопрена под действием каталитических систем на основе AlCl3
3.2Процесс полимеризация изопрена под действием каталитических систем на
основе TiCl4
3.2.1Закономерности катионной полимеризации изопрена под действием
каталитической системы TiCl4-CF3COOH
3.2.2Закономерности катионной полимеризации изопрена под действием каталитической системы TiCl4--трет-бутилхлорид
3.2.2.1Закономерности процесса полимеризации изопрена
3.2.2.2Строение полимерной цепи «катионного» полиизопрена
3.2.2.3Кинетические закономерности реакции катионной полимеризации
изопрена
3.2.3Заключение по исследовательской части работы
3.3Разработка технологии производства алифатичексих углеводородных смол
на основе изопрена
3.3.1Основные технические решения процесса получения алифатических
углеводородных смол на основе изопрена
3.3.2Разработка технологической схемы производства получения
алифатических углеводородных смол
3.3.2.1Узел подготовки исходных реагентов
3.3.2.2Узел процесса полимеризации
3.3.2.3Узел дезактивации и выделения полимеров
3.3.3Расчет материального баланса производства
3.3.4Расчет экономики процесса производства
3.4Практические аспекты эксперимента
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ГЛАВА 1. Литературный обзор
1.1Общие сведения об алифатических углеводородных
смолах
1.2Классификация углеводородных смол, полученных из нефтехимического
сырья
1.3Технология получения алифатических углеводородных смол из пиролизной
С5-фракции
1.3.1Сырье для получения алифатических углеводородных смол
1.3.2Методы получения алифатических углеводородных смол
1.3.3Недостатки традиционной технологии получения алифатических
углеводородных смол
1.4 Особенности процесса полимеризации сопряженных диенов под действием различных каталитических систем
1.4.1Катионная полимеризация пентадиена-1,3
1.4.2Катионная полимеризация бутадиена-1,3
1.4.3Катионная полимеризация изопрена
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1Исходные вещества
2.2Процесс полимеризации
2.2.1Каталитические системы
2.2.2Проведение процесса полимеризации
2.3Характеристики полимеров
2.3.1Очистка полимеров от остатков катализатора
2.3.2Определение молекулярных характеристик полимера
2.3.3Нерастворимая фракция в полимере и её содержание
2.3.4Определение ненасыщенности и микроструктуры полиизопрена
2.3.5Определение температуры размягчения по методу «кольца и шара»
ГЛАВА 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1Процесс полимеризации изопрена под действием каталитических систем на основе AlCl3
3.2Процесс полимеризация изопрена под действием каталитических систем на
основе TiCl4
3.2.1Закономерности катионной полимеризации изопрена под действием
каталитической системы TiCl4-CF3COOH
3.2.2Закономерности катионной полимеризации изопрена под действием каталитической системы TiCl4--трет-бутилхлорид
3.2.2.1Закономерности процесса полимеризации изопрена
3.2.2.2Строение полимерной цепи «катионного» полиизопрена
3.2.2.3Кинетические закономерности реакции катионной полимеризации
изопрена
3.2.3Заключение по исследовательской части работы
3.3Разработка технологии производства алифатичексих углеводородных смол
на основе изопрена
3.3.1Основные технические решения процесса получения алифатических
углеводородных смол на основе изопрена
3.3.2Разработка технологической схемы производства получения
алифатических углеводородных смол
3.3.2.1Узел подготовки исходных реагентов
3.3.2.2Узел процесса полимеризации
3.3.2.3Узел дезактивации и выделения полимеров
3.3.3Расчет материального баланса производства
3.3.4Расчет экономики процесса производства
3.4Практические аспекты эксперимента
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Актуальность работы. Алифатические углеводородные смолы представляют собой аморфные термопластичные полимеры с низкими значениями молекулярной массы и температурой размягчения на уровне 90-120 °С. Данные смолы применяют в промышленности для производства термопластичных красок для разметки дорог, липких лент, клеевых композиций и адгезивов, пластификаторов резиновых смесей и герметиков. В основе производства алифатических углеводородных смол (АУС) лежит реакция катионной полимеризации пиролизной С5-фракции под действием различных катализаторов. Пиролизная С5-фракция является побочным продуктом процесса пиролиза углеводородов и представляет собой смесь диеновых, олефиновых и насыщенных углеводородов. Процесс промышленного производства АУС из пиролизной С5-фракции является технологически сложным и энергоемким, что отражается на их высокой стоимости (250-300 руб/кг). Производство АУС в России отсутствует и значительное количество смол (более 10000 тонн) импортируется из-за рубежа.
Целью работы является разработка нового способа получения алифатических углеводородных смол на основе реакции катионной полимеризации изопрена. Важным преимуществом предлагаемого подхода является доступная сырьевая база исходного мономера - изопрена, который характеризуется стабильными показателями качества. Кроме того, в связи с падением широкого спроса на полиизопреновый каучук в нефтехимической отрасли России в течение последнего десятилетия наблюдается устойчивый избыток мощностей производства изопрена.
Для достижения цели данной работы, необходимо решить следующие задачи:
1)подробно исследовать процесс катионной полимеризации изопрена под действием широкого круга инициирующих систем и выбрать оптимальные условия полимеризации, обеспечивающие получение полностью растворимых полимеров изопрена;
2)разработать более совершенные методы получения полимеров с необходимым комплексом физико-химических свойств и молекулярных характеристик;
3)определить строение макромолекул получаемых полимеров;
4)разработать принципиальную технологическую схему производства
алифатических углеводородных смол на основе изопрена.
Научная новизна. На основании систематического изучения процесса полимеризации изопрена под действием различных инициирующих систем определена новая более совершенная инициирующая система, состоящая из трет-бутилхлорида и TiCl4. Такая система позволяет увеличить скорость процесса полимеризации, количественные значения выходов полиизопрена, а также получить первый порядок реакции по мономеру.
Методом ЯМР-спектроскопии высокого разрешения впервые установлено строение полимерной цепи полиизопрена, полученного на инициирующей системе ^С14-трет-бутилхлорид, включая начальные и концевые звенья полимерной цепи.
Впервые определены кинетические параметры процесса катионной полимеризации изопрена, а именно найдены значения констант скорости реакции роста цепи и концентрации активных центров полимеризации на инициирующей системе ^С14-трет-бутилхлорид. Для этого использован новый способ определения концентраций активных центров полимеризации, заключающихся в экстраполяции текущих концентраций начальных звеньев полимерной цепи на нулевую конверсию мономера.
Практическая ценность. Выпущены лабораторные опытные партии новых алифатических углеводородных смол на основе изопрена и показана высокая эффективность синтезированных полимеров при изготовлении резиновых смесей для боковины радиальных шин.
Публикации. На основании результатов работы опубликованы 5 статей в ведущих зарубежных и отечественных журналах и тезисы 6 докладов на всероссийских и международных конференциях.
Работа поддержана грантом Российским фондом фундаментальных исследований проекта № 17-43-630945.
Объем и структуры работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, результатов и их обсуждения, выводов, списка литературы (88 наименований). Работа изложена на 119 страницах, включает 41 рисунок, 44 таблицы и 2 схемы.
Работа поддержана грантом Российским фондом фундаментальных исследований проекта № 17-43-630945.
Целью работы является разработка нового способа получения алифатических углеводородных смол на основе реакции катионной полимеризации изопрена. Важным преимуществом предлагаемого подхода является доступная сырьевая база исходного мономера - изопрена, который характеризуется стабильными показателями качества. Кроме того, в связи с падением широкого спроса на полиизопреновый каучук в нефтехимической отрасли России в течение последнего десятилетия наблюдается устойчивый избыток мощностей производства изопрена.
Для достижения цели данной работы, необходимо решить следующие задачи:
1)подробно исследовать процесс катионной полимеризации изопрена под действием широкого круга инициирующих систем и выбрать оптимальные условия полимеризации, обеспечивающие получение полностью растворимых полимеров изопрена;
2)разработать более совершенные методы получения полимеров с необходимым комплексом физико-химических свойств и молекулярных характеристик;
3)определить строение макромолекул получаемых полимеров;
4)разработать принципиальную технологическую схему производства
алифатических углеводородных смол на основе изопрена.
Научная новизна. На основании систематического изучения процесса полимеризации изопрена под действием различных инициирующих систем определена новая более совершенная инициирующая система, состоящая из трет-бутилхлорида и TiCl4. Такая система позволяет увеличить скорость процесса полимеризации, количественные значения выходов полиизопрена, а также получить первый порядок реакции по мономеру.
Методом ЯМР-спектроскопии высокого разрешения впервые установлено строение полимерной цепи полиизопрена, полученного на инициирующей системе ^С14-трет-бутилхлорид, включая начальные и концевые звенья полимерной цепи.
Впервые определены кинетические параметры процесса катионной полимеризации изопрена, а именно найдены значения констант скорости реакции роста цепи и концентрации активных центров полимеризации на инициирующей системе ^С14-трет-бутилхлорид. Для этого использован новый способ определения концентраций активных центров полимеризации, заключающихся в экстраполяции текущих концентраций начальных звеньев полимерной цепи на нулевую конверсию мономера.
Практическая ценность. Выпущены лабораторные опытные партии новых алифатических углеводородных смол на основе изопрена и показана высокая эффективность синтезированных полимеров при изготовлении резиновых смесей для боковины радиальных шин.
Публикации. На основании результатов работы опубликованы 5 статей в ведущих зарубежных и отечественных журналах и тезисы 6 докладов на всероссийских и международных конференциях.
Работа поддержана грантом Российским фондом фундаментальных исследований проекта № 17-43-630945.
Объем и структуры работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, результатов и их обсуждения, выводов, списка литературы (88 наименований). Работа изложена на 119 страницах, включает 41 рисунок, 44 таблицы и 2 схемы.
Работа поддержана грантом Российским фондом фундаментальных исследований проекта № 17-43-630945.
По результатам работы можно сделать следующие выводы:
1.Процесс получения алифатических углеводородных смол на основе реакцией катионной полимеризации в присутствии каталитической системы TiC14--трет-бутилхлорид характеризуется первым порядком по мономеру.
2.Применение каталитической системы ^С14-трет-бутилхлорид позволяет получить полностью растворимые алифатические углеводородные смолы на основе изопрена независимо от конверсии мономера и соотношения компонентов каталитической системы.
3.Регулирование молекулярных параметров синтезированного
полиизопрена происходит за счет варьирования условий полимеризации и соотношения компонентов каталитической системы.
4.На основании данных ЯМР-спектроскопии высокого разрешения определена микроструктура ненасыщенной части полимерной цепи, которая содержит в своем составе 1,4-транс-звеньев регулярного и инверсного типов присоединения, а также небольшое количество 1,2- и 3,4-звеньев.
5.Найдены начальные и концевые группы полимерной цепи полиизопрена, которые соответствуют трет-бутильной группе фрагментам инициатора полимеризации, а также концевым хлорсодержащим звеньям 4,1-транс- и 4,3-структур.
6.На основании данных ЯМР-спектров разработана новая методика определения кинетических параметров реакции катионной полимеризации изопрена на каталитической системе ПС14-трет- бутилхлорид. В результате применения данной методики определены значения начальная скорость процесса, а также концентраций активных центров полимеризации и константы скорости роста полимерной цепи.
7.На основании экспериментальных данных разработана новая принципиальная технологическая схема получения алифатических углеводородных смол на основе изопрена путем реакции катионной полимеризации на каталитической системе Т1С14-трет-бутилхлорид. Произведены расчеты материального баланса и экономики промышленного процесса получения полимеров изопрена методом катионной полимеризации.
8.Проведены успешные предварительные испытания по применению синтезированного полимера в качестве пластификаторов резиновых смесей.
1.Процесс получения алифатических углеводородных смол на основе реакцией катионной полимеризации в присутствии каталитической системы TiC14--трет-бутилхлорид характеризуется первым порядком по мономеру.
2.Применение каталитической системы ^С14-трет-бутилхлорид позволяет получить полностью растворимые алифатические углеводородные смолы на основе изопрена независимо от конверсии мономера и соотношения компонентов каталитической системы.
3.Регулирование молекулярных параметров синтезированного
полиизопрена происходит за счет варьирования условий полимеризации и соотношения компонентов каталитической системы.
4.На основании данных ЯМР-спектроскопии высокого разрешения определена микроструктура ненасыщенной части полимерной цепи, которая содержит в своем составе 1,4-транс-звеньев регулярного и инверсного типов присоединения, а также небольшое количество 1,2- и 3,4-звеньев.
5.Найдены начальные и концевые группы полимерной цепи полиизопрена, которые соответствуют трет-бутильной группе фрагментам инициатора полимеризации, а также концевым хлорсодержащим звеньям 4,1-транс- и 4,3-структур.
6.На основании данных ЯМР-спектров разработана новая методика определения кинетических параметров реакции катионной полимеризации изопрена на каталитической системе ПС14-трет- бутилхлорид. В результате применения данной методики определены значения начальная скорость процесса, а также концентраций активных центров полимеризации и константы скорости роста полимерной цепи.
7.На основании экспериментальных данных разработана новая принципиальная технологическая схема получения алифатических углеводородных смол на основе изопрена путем реакции катионной полимеризации на каталитической системе Т1С14-трет-бутилхлорид. Произведены расчеты материального баланса и экономики промышленного процесса получения полимеров изопрена методом катионной полимеризации.
8.Проведены успешные предварительные испытания по применению синтезированного полимера в качестве пластификаторов резиновых смесей.
Подобные работы
- Характеристика состава и структуры соединений асфальтеновых компонентов тяжелой нефти Усинского месторождения
Магистерская диссертация, химия. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016