Войти в мой кабинет
Регистрация
ГОТОВЫЕ РАБОТЫ / ДИПЛОМНАЯ РАБОТА, ХИМИЯ

Совершенствование одностадийного способа получения стеарата кальция термостабилизатора поливинилхлорида

cool_lady 900 руб. КУПИТЬ ЭТУ РАБОТУ
Страниц: 36 Заказ написания работы может стоить дешевле
Оригинальность: неизвестно После покупки вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100% с помощью сервиса
Размещено: 19.03.2021
Магистерская диссертация, 47 стр., 1 рис., 10 табл., 42 источников. Ключевые слова: ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОР, ПОЛИВИНИЛХЛОРИД, СТЕАРАТ КАЛЬЦИЯ, ПОЛИВИНИЛОВЫЙ СПИРТ, ДИСПЕРСНОСТЬ, КИСЛОТНОЕ ЧИСЛО. Объектом исследования является совершенствование способа получения стеарата кальция-термостабилизатора ПВХ композиций. В ходе исследования подобран оптимальный способ получения стеарата кальция в виде мелкодисперсного порошка, путем взаимодействия стеариновой кислоты с гидроксидом кальция в водной среде с добавлением в качестве ПАВ поливинилового спирта.
Введение

Актуальность темы. Получаемый на основе продуктов нефтехимии, многотонажный полимер - поливинилхлорид (ПВХ) при переработке в материалы и изделия требует, из-за низкой термоустойчивости, специального подхода - добавки различных стабилизаторов. Среди широко используемых стабилизаторов ПВХ композиций является стеарат кальция, который всегда вводится практически во все промышленные рецептуры ПВХ композиций. Основная функция стеарата кальция - связывание выделяющегося при распаде ПВХ хлористого водорода, вторая функция - смазки, ослабляющая термомеханические нагрузки. До недавних пор, основным способом получения стеаратов двухвалентных металлов был двухстадийный способ, при котором образовывались многотонажные сточные воды (40т на 1 тонну) содержащие хлориды или нитраты. В настоящее время известны одностадийные способы получения стеарата кальция, прямым взаимодействием стеариновой кислоты с гидроксидом кальция, однако дальнейшее совершенствование способа синтеза стабилизатора ПВХ остается актуальной задачей, поскольку в известных способах, для получения целевого продукта в виде мелкодисперсных порошкообразных однородных продуктов, требуется диспергирование твердых частиц. Цель работы. Упрощение и удешевление процесса одностадийного способа получения стеарата кальция с использованием эффективной дисперсионной среды для получения продукта в виде мелкодисперсного порошка, повышение качества продукта. Задачи исследования. 1. Изучить мировой опыт способов получения карбоксилатов двухвалентных металлов-термостабилизаторов ПВХ. Составить литературный обзор. 2. Подбор эффективной дисперсионной среды для предотвращения агломерации реакционной массы в процессе синтеза стеарата кальция и получения продукта в виде мелкодисперсного порошка. 3. Оценка влияния различных ПАВ на процесс взаимодействия стеариновой кислоты с гидроксидом кальция. Определение условий одностадийного синтеза стеарата кальция, позволяющие получать продукты с высоким выходом. 4. Проведение испытаний стабилизаторов полученных в лабораторных условиях, в рецептурах ПВХ композиций. Научная новизна работы. Впервые изучены особенности взаимодействия стеариновой кислоты с гидроксидом кальция в водной среде в присутствии, в качестве ПАВ, поливинилового спирта. Установлено, что дозировка поливинилового спирта в количестве 0,3% от массы обессоленной воды позволяет получать стеарат кальция в виде мелкодисперсного порошка. Практическая значимость работы. Одностадийный способ получения стеарата кальция взаимодействием стеариновой кислоты с гидроксидом кальция в водной среде в присутствии ПВС позволят получать стеарат кальция в мягких условиях (температура 60 ?С) с высоким выходом в течение 1,5 ч. Показано, что полученный стеарат кальция обеспечивает повышение показателя «Трмостабильность» при испытании в рецептурах пленки марки «ОН», кабельного пластиката марки О-40 рец. ОМ 40 (натуральный). Достоверность результатов, научных выводов и рекомендаций диссертационной работы обеспечиваются большим объемом экспериментальных данных. Апробация работы и публикации. Основные работы диссертационной работы докладывались и обсуждались на: 1. VI Всероссийская научная конференция «Теоретические и экспериментальные исследования процессов синтеза, модификации и переработки полимеров» (г. Уфа, 24-27 октября 2018 г.). 2. II Всероссийская научно-практическая конференция «Малоотходные, ресурсосберегающие химические технологии и экологическая безопасность», посвященная 70-летию УГНТУ (г. Стерлитамак, 6 ноября 2018 г.). 3. Всероссийская научно-практическая конференция «Современные технологии: достижения и инновации» (г. Стерлитамак, УГНТУ, 22 марта 2019 г.). По теме магистерской диссертации опубликовано 4 работы. Структура и объем диссертации Работа изложена на 47 страницах, включая 1 рисунок, 10 таблиц, состоит из введения, 3 разделов, основных выводов, списка литературы, включающего 42 наименования. Содержание работы Во введении обоснована актуальность магистерской диссертации, сформулированы цели, основные решаемые в ней задачи, объект исследования, практическая ценность работы, новизна проекта. В первой главе приведен литературный обзор производства ПВХ, проблем, возникающих при переработке ПВХ, характеристик стабилизаторов для ПВХ. Во второй главе диссертации изложена экспериментальная часть: описаны методы анализа, методы испытаний эксплуатационных характеристик стеарата кальция. В третьей главе описана лабораторная установка, приведены и обсуждены результаты проведенных экспериментальных исследований. Научную работу завершают заключение, список используемых источников.
Содержание

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 5 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8 1.1 Производства ПВХ и материалы на его основе 8 1.2 Проблемы, возникающие при переработке ПВХ 8 1.3 Характеристика стабилизаторов для ПВХ 9 1.4 Металлсодержащие стабилизаторы для поливинилхлорида - акцепторы HCl 12 1.4.1 Свинецсодержащие стабилизаторы 12 1.4.2 Стабилизаторы на основе карбоксилатов Ме2+ 13 1.5 Номенклатура карбоксилатов металлов II группы Периодической системы элементов - первичных стабилизаторов для ПВХ 16 1.5.1 Основные промышленные стабилизаторы на основе карбоксилатов Ме2+ 16 1.6 Промышленные стабилизаторы на основе смесей карбоксилатов Ме2+ 20 1.7 Способы получения карбоксилатов металлов Ме2+ 21 1.8 Заключение 24 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 27 2.1 Исходные вещества 27 2.2 Методы анализа 28 2.2.1 Определение массовой доли кальция в продукте 28 2.2.2 Определение кислотного числа стеариновой кислоты 28 2.2.3 Определение кислотного числа стеарата кальция 29 2.2.4 Определение удельной электрической проводимости водной вытяжки продукта 30 2.2.5 Определение влаги в продукте 30 2.2.6 Определение массовой доли остатка при просеве через сито 31 2.3 Методы испытаний эксплуатационных характеристик стеарата кальция 32 2.3.1 Стабилизирующее действие 32 2.3.2 Эксплуатационные характеристики ПВХ-материалов и их изменение при искусственном старении 32 3 Обсуждение результатов 34 3.1 Одностадийные способы синтеза стеарата кальция 34 3.2 Одностадийный синтез стеарата кальция в водно-дисперсионной среде содержащей ПАВ 35 3.3 Описание установки синтеза стеарата кальция 36 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 42 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 43
Список литературы

Отрывок из работы

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1 Производства ПВХ и материалы на его основе Среди многотоннажных полимеров (после каучуков и полиолефинов) по количеству производства и потребления поливинилхлорид занимает третье место в мире (порядка 21 млн. т в 2000г.) [1]. Благодаря балансу цена/свойства, легкой перерабатываемости и широким возможностям варьирования эксплуатационных характеристик материалов и изделий ПВХ широко используется в индустрии, сельском хозяйстве, медицине, быту и др. В частности, в строительстве, при изоляции кабеля и других электротехнических изделий, при упаковке. В виде труб, оконных рам, дверей, изоляции кабеля и многих других изделий ПВХ может служить 30 и более лет без защитных покрытий. Широкое применение находят поливинилхлоридные изделия и в медицине. Используют его, в частности, для получения емкостей для хранения и переливания крови, кислородных подушек, грелок, хирургических перчаток и др. Поливинилхлорид является прекрасным сырьем и для получения искусственных кож, пленок, изоляционных материалов и др. 1.2 Проблемы, возникающие при переработке ПВХ Поливинилхлорид - один из наименее стабильных карбоцепных промышленных полимеров. Различного рода воздействия вызывают серию превращений в макромолекулах ПВХ, обусловливая старение материалов или изделий во время переработки ПВХ-композиций, хранении и эксплуатации материалов и изделий на его основе. Наблюдаемое тепловое старение поливинилхлорида начинается уже при 100оС [2-7]. По существу, деструкция ПВХ происходит при любой температуре, но естественно, с различной скоростью. Распад ПВХ протекает с элиминированием НСI, который является, в свою очередь, катализатором распада ПВХ [4,5], что сопровождается появлением и углублением нежелательной окраски полимера (от желтой до черной). Поэтому при хранении и переработке ПВХ, а также при получении, хранении и использовании материалов и изделий на его основе, необходимо применять совокупность методов, приводящих к повышению устойчивости ПВХ при воздействии различных факторов, т.е. к его стабилизации [6]. Общепринято, что низкая стабильность ПВХ обусловлена наличием в макромолекулах дефектных структур. Вопрос о химическом строении этих дефектов является основным и стоит перед исследователями и практиками уже много-много десятилетий, длинный список которых можно найти в соответствующих монографиях и обзорных публикациях, например [7-15]. Концепция К. Минскера, что единственной лабильной группировкой в составе макромолекул ПВХ является оксовиниленовая ~ C(O)-CH=CH-CHCI-CH2 ~ группа, которая к настоящему времени, можно думать, признана, позволила по-новому и с большой эффективностью подойти к определению путей стабилизации ПВХ при термических и других воздействиях, например, см. [6]. 1.3 Характеристика стабилизаторов для ПВХ При производстве материалов и изделий из ПВХ в рецептуру обязательно вводят несколько химикатов-добавок - стабилизаторов. Развитие производства стабилизаторов неразрывно связано с развитием производства полимеров. В частности, как уже отмечалось, мировое потребление ПВХ составило порядка 21 млн. т/год и по прогнозам рост его потребления должен составить не менее 4 % в год [13]. В настоящее время применяется широкий ассортимент стабилизаторов различных классов [6]. Время от времени появляются и новые стабилизаторы, пригодные для решения практических задач, возникающих при переработке и эксплуатации материалов и изделий из ПВХ. Для улучшения перерабатываемости ПВХ–композиций стабилизаторы по меньшей мере должны обеспечивать: а) эффективное связывание HCl, катализирующего распад ПВХ и резкое изменение цвета материалов и изделий; б) «залечивание» лабильных оксовиниленовых (карбонилаллильных) группировок в составе макромолекул полимера, т.е. перевод их в результате полимераналогичных реакций в более стабильные группы; в) ингибирование реакций дегидрохлорирования, деградации, сшивания и образования хромофорных группировок (прежде всего полиеновых последовательностей с n?4 в макромолекулах ПВХ); г) подавление или заметное ослабление разрушения макромолекул, катализируемое химическими агентами (О2, -О-О-, MeCl2, R• и пр.); д) высокую совместимость с полимером и другими компонентами рецептуры при температурах переработки и эксплуатации; е) лёгкую пластикацию; ж) смазывающий эффект для предотвращения прилипания композиций к металлическим поверхностям перерабатывающего оборудования и др. [6-19]. С точки зрения эксплуатационных характеристик материалов и изделий из ПВХ стабилизатор должен в различных конкретных случаях обеспечивать: а) атмосферо- и термостойкость материалов и изделий из ПВХ; б) их сопротивляемость действию грибков, агрессивных химических сред, бактерий и пр.; в) влагостойкость; г) устойчивость к УФ- и другим видам активного облучения. Для этого, в общем случае, для ПВХ используют металлсодержащие и органические стабилизаторы, которые, в свою очередь, проявляют различное защитное действие в отношении ПВХ. В частности, в состав конкретных рецептур могут вводиться: а) химические стабилизаторы, разрушающие лабильные группы в ПВХ и тем самым уменьшающие скорость распада полимера под действием температурных факторов; б) стабилизаторы-акцепторы HCl; в) фотостабилизаторы, защищающие ПВХ от старения, вызываемого действием УФ-света (УФ - абсорберы); г) стабилизаторы – антиоксиданты, защищающие полимер от распада под действием кислорода воздуха; д) стабилизаторы-антирады, защищающие ПВХ от деструкции в условиях ионизирующего и радиационного воздействия; е) механохимические стабилизаторы (лубриканты), призванные ингибировать химические процессы, вызываемые механическими воздействиями; ж) биохимические стабилизаторы, защищающие ПВХ от микробиологической коррозии и пр. [2-18]. Ожидать полной универсальности от индивидуального химического соединения, т.е. проявления им полного многофункционального действия относительно ПВХ, вряд ли, возможно. Поэтому на практике достаточно действенным является составление сложных смесей стабилизаторов с учетом их синергического действия, часто с использованием математических методов поиска оптимального состава. Среди указанных типов химикатов-добавок к ПВХ только металлсодержащие стабилизаторы, в том числе и карбоксилаты металлов, являются первичными стабилизаторами, основная функция которых заключается в связывании НСI, иногда сочетающаяся с функциями механохимического стабилизатора (лубриканта) и агента, разрушающего лабильные оксовиниленовые группы в составе исходных молекул ПВХ. Стабилизаторы этого типа практически всегда включаются в рецептуры любых материалов на основе ПВХ, при этом большой удельный вес среди них составляют стабилизаторы на основе карбоксилатов металлов II и IV групп Периодической системы элементов Д. И. Менделеева. 1.4 Металлсодержащие стабилизаторы для поливинилхлорида - акцепторы HCl Химические соединения, относящиеся к этой группе, являютсяпервичными стабилизаторами акцепторами хлористого водорода, основная функция которых заключается в связывании HCl, выделяющегося при распаде ПВХ, т.е. выведении из зоны реакции агента, резко ускоряющего распад ПВХ с изменением его окраски вплоть до черного цвета. Имеет место термо- и цветостабилизации полимерных продуктов. 1.4.1 Свинецсодержащие стабилизаторы К числу эффективных и достаточно дешевых химикатов - добавок-акцепторов НСI относятся свинецсодержащие соединения. Благодаря способности образовывать нерастворимые хлористые соли, они находят широкое применение при получении электроизоляционных и других материалов, твердых и пластифицированных ПВХ материалов. Соли Рb по эффективности термостабилизирующего действия в отношении связывания HCl в статических условиях располагаются в ряд: одноосновный стеарат Рb > стеарат Рb > двуосновный фталат Рb > двухосновный стеарат свинца > двухосновный сульфат свинца > силикат свинца >оксид Рb. Однако использование свинецсодержащих первичных стабилизаторов для поливинилхлорида ограничивается их токсичностью, особенно при использовании порошковых выпускных форм. Кроме того, они отличаются способностью к образованию темных пятен в присутствии серосодержащих соединений, плохой диспергируемостью в композиции, неудовлетворительной взаиморастворимостью с ПВХ, а также невозможностью при их использовании получать прозрачные изделия [6-10]. 1.4.2 Стабилизаторы на основе карбоксилатов Ме2+ Признание и большое распространение как стабилизаторы ПВХ широкого диапазона использования получили карбоксилаты металлов, преимущественно II и IV группы Периодической системы элементов, в частности, стеараты, лаураты, рицинолеаты, миристаты металлов Са, Ва, Zn, Cd, Mg, Sr. Стабилизирующее действие солей металлов II группы Периодической системы элементов главным образом сводится к связыванию HCl, однако наиболее эффективные соединения, преимущественно на основе координационно-ненасыщенных металлов Ме2+, в дополнение к этой основной функции выполняют еще и другие: замещают лабильные атомы Cl, понижая тем самым число потенциальных точек инициирования процесса элиминирования HCl из ПВХ и за счет этого ингибируют реакцию элиминирования HCl из полимера, ведущую к формированию полиеновых последовательностей нарушают непрерывную цепь сопряжения в полиеновых последовательностях и тем самым предотвращают или заметно ослабляют эффект углубления окраски ПВХ при его распаде; являются весьма эффективными лубрикантами (смазками) и др. [13,14-19]. В настоящее время в промышленном масштабе производится большое число различных простых, смешанных, соосожденных и комплексных солей металлов I-II и IV групп Периодической системы элементов Д.И. Менделеева, которые нашли самое широкое применение при производстве материалов и изделий на основе хлорсодержащих полимеров (преимущественно полимеров винилхлорида), а также (некоторые из них) при получении многотоннажных каучуков, в парфюмерной и медицинской промышленностях, в производстве товаров народного потребления, в первую очередь, для сухих строительных смесей, иногда в производстве проводов и кабелей [6] и др. Мировая промышленность производит сотни наименований торговых марок солей Ме2+ карбоновых кислот. Насчитывается до 2000 (а возможно и больше) торговых марок индивидуальных стабилизаторов, а также смесевых, соосажденных и комплексных композиций на основе карбоксилатов Ме2+. Такой широкий ассортимент стабилизаторов этого типа объясняется, очевидно, не столько созданием новых химических соединений или синергических сочетаний химикатов-добавок, сколько растущей конкуренцией зарубежных фирм, требующей непрерывного совершенствования как самих химикатов-добавок для ПВХ, так и их технологии производства, с целью повышения их конкурентоспособности на рынке [14]. Среди производящихся мировой промышленностью карбоксилатов Ме2+ только соли органических кислот Са и Zn являются практически нетоксичными, что обусловливает их широкое применение при получении нетоксичных материалов из ПВХ. Также нетоксичны соли Мg. Фактор токсичности ионов Ме2+ оценен следующим образом [6,14] Металлы: Cd Ba Pb Zn Sn Cu Са Факторы токсичности: 2 2 2 100 100 100 1000 В табл. 1.1 приведена характеристика некоторых промышленных стабилизаторов ПВХ - стеаратов Ме 2+.
Не смогли найти подходящую работу?
Вы можете заказать учебную работу от 100 рублей у наших авторов.
Оформите заказ и авторы начнут откликаться уже через 5 мин!
Похожие работы
Служба поддержки сервиса
+7(499)346-70-08
Принимаем к оплате
Способы оплаты
© «Препод24»

Все права защищены

Разработка движка сайта

/slider/1.jpg /slider/2.jpg /slider/3.jpg /slider/4.jpg /slider/5.jpg