Тема: Оптимизация технологических параметров процесса получения пластифицирующей композиции на основе сложных эфиров терефталевой кислоты и диоксановых спиртов

«Пластификация является одним из важнейших методов модификации свойств полимерных композиций. С развитием производства эластомерных материалов роль пластификаторов, применяемых при их переработке, значительно возросла. Введение пластификатора улучшает технологические свойства, способствует распределению сыпучих ингредиентов в резиновых смесях. Правильный выбор типа и количества пластификатора позволяет существенно повысить эластичность, морозостойкость, негорючесть, снизить теплообразование при многократных деформациях, сохранив при этом высокий уровень прочностных свойств» [24].
«На выбор пластификаторов влияет ряд нескольких требований: они должны совмещаться с полимером, обладать высокой химической стойкостью и высокой эффективностью пластифицирующего действия. Кроме того, как химические вещества, с которыми работает человек, они должны быть безопасными: нетоксичными, лишенными запаха и цвета и, наконец, пластификаторы должны иметь низкую стоимость» [24].
На сегодняшний день большую часть рынка занимают фталатные пластификаторы. Несмотря на низкую стоимость, простоту получения и широкий спектр возможностей, они являются небезопасными, так как большая часть их представителей способны мигрировать и попадать в окружающую среду.
На сегодняшний день ведутся разработки новых альтернативных способов получения пластификаторов, которые не будут уступать существующим по характеристикам.
Актуальность и научная значимость настоящего исследования заключается в том, что технология получения пластификатора основана на переработке отходов: в качестве исходного сырья используются отходы полиэтилентерефталата и побочные продукты производства изопрена.
Объектом исследования является технология получения пластификатора на основе сложных эфиров терефталевой кислоты и диоксановых спиртов.
Предмет исследования: технологические параметры получения пластификатора.
Целью исследования является определение оптимальных значений технологических параметров получения пластификатора на основе сложных эфиров терефталевой кислоты и диоксановых спиртов.
Гипотеза исследования заключается в синтезе пластификатора на основе сложных эфиров терефталевой кислоты и диоксановых спиртов, с характеристиками, не уступающими существующим аналогам.
В работе были поставлены следующие задачи:
определить оптимальные значения технологических параметров:
- соотношения реагирующих веществ;
- температуры процесса;
- продолжительности протекания процесса.
Теоретико-методологическую основу исследования составили научные работы отечественных ученых Левановой С.В., Глазко И.Л., Гурьяновой О.П., Орлова Ю.Н., Голованова А.А. в области исследования способов получения и свойств пластификаторов на основе диоксановых спиртов.
Методы исследования. При выполнении данной работы использовались следующие методы исследования:
- гравиметрический;
- хроматографический;
- метод титрования.
Опытно-экспериментальная база исследования. Исследования проводились на экспериментальной установке с использованием ресурсов НИЛ-13 Тольяттинского государственного университета.
Научная новизна исследования заключается в разработке ранее не исследованного процесса получения пластификатора путем
переэтерификации полиэтилентерефталата диоксановыми спиртами.
Теоретическая значимость исследования заключается в:
- анализе существующих на рынке пластификаторов;
- анализе физико-химических свойств пластификаторов и их влияния на здоровье человека и окружающую среду;
- анализе способов пластификации.
Практическая значимость исследования - это новое решение проблемы переработки побочного продукта производства изопрена и вторичного использования ПЭТ.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивались: воспроизводимостью результатов экспериментальных
исследований.
Личное участие автора: все эксперименты и обсуждение результатов были проведены при непосредственном участии автора.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течении всего исследования. Его результаты докладывались на следующей конференции:
- Всероссийская конференция студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI веке», г. Томск, 16-19 мая 2022 г.
На защиту выносятся:
- оптимальные значения технологических параметров получения пластификатора из полиэтилентерефталата и диоксановых спиртов;
- технологическая схема процесса.
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, 3 разделов, заключения, содержит 21 рисунок, 24 таблицы, список
использованной литературы (43), 3 приложения. Основной текст работы изложен на 71 странице.
1 Литературный обзор
«Пластификаторы - это органические соединения, которые при добавлении к полимерам способны изменять их свойства. Они не вступают в химическую реакцию с полимерами, но включаются в их структуру, что позволяет придавать им различные свойства. Например, они могут придать полимеру эластичность, увеличить морозостойкость, повысить устойчивость к водным и органическим средам, снизить температуру переработки, изменить вязкость расплава и т. д.
Основные требования к пластификаторам - низкая экстрагируемость водой, моющими средствами и маслами, нетоксичность, низкая стоимость, химическая стойкость и эффективность пластифицирующего действия, низкая летучесть, хорошая совместимость с полимером» [18].
На сегодняшний день существует следующая классификация пластификаторов:
- сложные эфиры фталевой кислоты - их получают путем этерификации фталевого ангидрида или фталевой кислоты, полученной окислением ортоксилола или нафталина;
- сложные эфиры алифатических двухосновных кислот - к ним относятся такие химические вещества, как глутараты, адипаты, азелаты и себацинаты. Они синтезированы из алифатических двухосновных кислот, таких как адипиновая кислота, и спиртов [6];
- бензоаты - это продукты этерификации бензойной кислоты и некоторых спиртов;
- тримеллитаты - их получают путем этерификации тримеллитового ангидрида (ТМА) и, как правило, спиртов Cs-Cio;
- полиэфиры - они образуются в результате реакции многих комбинаций дикарбоновых кислот и дифункциональных спиртов;
- цитраты - это тетраэфиры, образующиеся в результате реакции лимонной кислоты со спиртом в соотношении 1:3, в которой гидроксильная группа лимонной кислоты ацетилирована;
- пластификаторы на биологической основе - это пластификаторы, в основу которых входит эпоксидированное соевое масло, эпоксидированное льняное масло, касторовое масло, пальмовое масло и другие растительные масла, крахмалы, сахара и т. д;
- прочие - включая фосфаты, хлорированные парафины, эфиры алкилсульфоновой кислоты и другие [15].
Купить

В ходе данной работы была исследована технология получения пластификатора для поливинилхлорида и других полимеров, представляющего собой сложный диэфир терефталевой кислоты и диоксановых спиртов.
В разделе Литературный обзор подробно представлена классификация пластификаторов, а также их наиболее популярные виды. Отдельное внимание уделено существующим альтернативным пластификаторам и способам их применения.
Наиболее оптимальным аналогом для замены фталатных пластификаторов является пластификатор на основе терефталевой кислоты. В качестве замены алифатических одноатомных спиртов для синтеза пластификатора могут быть использованы диоксановые спирты, которые являются побочным продуктом производства изопрена. Для изучения способов получения пластификатора на их основе был проведен патентный поиск.
В разделе Экспериментальная часть описаны характеристики сырья, а также методики исследований.
Разработан ранее не исследованный процесс получения пластификатора на основе вторичного полиэтилентерефталата и диоксановых спиртов, показаны результаты различных серий опытов, составлены материальные балансы процессов, определены зависимости характеристик пластификатора от параметров реакции, экспериментально подобраны условия проведения синтеза.
Согласно полученным данным, наиболее оптимальными параметрами процесса являются:
- температура синтеза - 190-200 °С;
- соотношение диоксановые спирты : полиэтилентерефталат 3 : 1;
- время протекания - 90 мин.
В соответствии с оптимальными параметрами и способом получения была разработана технологическая схема процесса.
Разработанная технология получения пластификатора является актуальной на сегодняшний день и не уступает существующим на рынке аналогам. Также такая технология может решить проблемы переработки отходов, как производства изопрена, так и вторичного использования полиэтилентерефталата.
Основными стадиями процесса являются:
- переэтерификация;
- отгонка этиленгликоля и непрореагировавших диоксановых
спиртов под вакуумом;
- разделение отгона азеотропной ректификацией.
Купить