Создание новых полимеров на основе продуктов алкоголиза вторичного полиэтилентерефталата

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. На сегоднящный день в мире объем производства полиэтилентерефталата возрос с 37,5 до 70,0 млн.тонн. 30% или 21,5 млн.тонн всего объема производства полиэтилентерефталата используются в производстве полимерных упаковочных материалов в виде бутылок. После использования этого количества полимерных изделий образуются такое же количество отходов. В этой связи, научно-исследовательские работы направленные на перевод их в полезные сырьевые ресурсы представляют определенный интерес1. После приобретения независимости в Республике осуществлены ряд мероприятий, направленных на развитие переработки местного сырья и повторной переработки отходов полимерных изделий в частности, организации производства новых полимеров, на которые имеются спрос отраслей промышленности. К числу таковых относится организация производства доступных и дешевых ненасыщенных полиэфиров специальных назначений, пригодных для полимерно-композиционных и стеклопластиковых труб. При этом проведены ряд научные работы по получению ненасыщенных полиэфиров из промышленных отходов и приготовления полимер композиционных материалов на их основе. На сегодняшный день рациональная утилизация отходов полимеров и пластмасс в направлении разработки из них эффективных полимерных-композиционных материалов, получении из них изделий - это переспективное научное направление в которой плодотворно ведутся научно-исследовательские работы, позволяющие: разрабативать полимерполимерные смеси с комплексом эксплуатационных свойств; разработка наполненных полимерных материалов; нахождение оптимальных режимов, переработки путем глубокого изучения закономерностей процессов и выявления их механизмов; разработка технологий производства полимерных композиционных материалов на основе гидроксилсодержащих полиэфиров -продуктов алкоголиза отходов поликонденсационных полимеров. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в постановлениях Президента Республики Узбекистан № ПП-1072 «О программе мер по реализации важнейших проектов по модернизации, техническому и технологическому перевооружению производств на 2009-2014 годы» от 12 марта 2009 года, № ПП-1442 «О приоритетах развития промышленности Республики Узбекистан в 2011-2015 годах» от 15 декабря 2010 г., № У П-4891 «Критический анализ производства и состава товаров (работ, услуг), углубление локализации производств направленных на импортазамещение» от 6 апреля 2017г. и № ПП-2915 «Правовые основы деятельности инспекции по контролю за образованием, сбором, хранением, перевозкой, утилизацией, повторной переработкой, захоронением, реализаций отходов при государственном комитете по экологии и охраны окружающей среды Республики Узбекистан» от 21 апреля 2017г., а также в других нормативноправовых документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является определение условии алкоголиза вторичного полиэтилентерефталата и разработка технологии производства специальных марок ненасыщенных полиэфиров, на основе продуктов алкоголиза. Научная новизна исследования заключается в следующем: выявлено, что состав, структура и функциональность продуктов алкоголиза находится в прямой зависимости от молярных соотношений вторичный полиэтилентерефталаттликоль. Установлен процесс алкоголиза; в результате определения различных факторов (температуры, продолжительности, соотношения мономеров) на свойства конечных продуктов, создан математический модель процесса алкоголиза для случая, когда в реакционной среде находятся и низкомолекулярные дигликоли образующиеся в процессе и участвующие в алкоголизе, так и образующиеся высокомолекулярные продукты алкоголиза; доказано повышение механических свойств ряда ненасыщенных полиэфиров, полученного на основе различных функциональных продуктов алкоголиза, за счет увеличения ароматических групп в структуре ненасыщенных полиэфиров; разработан процесс образования ненасыщенных полиэфиров, исходя из определения взаимодействия малеинового ангидрида в первой стадии со свободными дигликолями, затем с гидроксилсодержащими полиэфирполиолами (высокомолекулярными продуктами алкоголиза); разработан технологии новых марок ненасыщенных полиэфиров - ПН-МА-02, ПН-МА-03, ПН-МА-ОЗА на основе продуктов алкоголиза. Выводы 1. Показано, что наиболее приемлемым способом переработки вторичного полиэтилентерефталата является его химическая деструкция в присутствии диолов алкоголизом. 2. Предложено, что при любом соотношении гликолывторичный полиэтилентерефталат при полном алкоголизе конечным продуктом является бисалкиленгликоль терефталевой кислоты, а состав продуктов алкоголиза состоит из бисалкилентерефталата, гидроксилсодержащих сложных полиэфирполиолов различной молекулярной массы, функциональности и свободных дигликолей. 3. Методами химического, ИК- и ПМР-спектроскопических анализов изучены закономерности и установлен механизм алкоголиза вторичного полиэтилентерефталата гликолями. Установлено, что в отличие от существующего мнения об образовании этиленгликоля в результате поликонденсации бисалкиленгликольных производных фталевого ангидрида, накопление в системе этиленгликоля происходит благодаря его обмену в макроцепи диэтиленгликолем. Показано, что образование ненасыщенных полиэфиров протекает ступенчато, в начале образуются кислые эфиры этилен- и диэтиленгликолей, которые в последующем реагируют с гидроксилсодержащими олигомерами продуктов алкоголиза вторичного полиэтилентерефталата. 4. Выявлены условия и изучены закономерности образования ненасыщенных полиэфиров общего назначения на основе продуктов алкоголиза вторичного полиэтилентерефталата. Показано, что на структуру и свойства ненасыщенных полиэфиров большое влияние оказывает,в первую очередь, средняя молекулярная масса продукта алкоголиза вторичного полиэтилентерефталата, а затем уже его состав и функциональность. 5. Целенаправленно применяя закономерности образования ненасыщенных полиэфиров общего назначения, и проводя оптимизацию составов, разработаны ряд специальных марок ненасыщенных полиэфиров используемых в конкретных областях применения. Показано, что ненасыщенные полиэфиры марок ПН-МА-02, ПН-МА-03 и ПН-МА-ОЗА разработанные на основе продуктов алкоголиза вторичного полиэтилентерефталата по всем физико-химическим и физикомеханическим свойствам не уступая импортным смолам аналогичного назначения, по прочностным характеристикам превосходят их. 6. Разработанные ненасыщенных полиэфиры на основе продуктов алкоголиза вторичного полиэтилентерефталата аналогичны по структуре с применяемыми в промышленности импортными смолами марок «Body», 196 и 196А и макромолекулы полиэфиров составлены из осколков, содержащие фталатные звенья. Это в свою очередь, обеспечивает разработанным смолам более высокие значения термостойкости и механической прочности. 7. Показано, что процессы отверждения ненасыщенных полиэфиров носят экзотермический характер и значение экзотермического эффекта отверждения проявляется тем чувствительные, чем больше полиэфир содержит в своей структуре алифатические звенья гликолей и чем ниже среднечисловая молекулярная масса продуктов алкоголиза вторичного полиэтилентерефталата. 8. На основе систематических исследований алкоголиза вторичного полиэтилентерефталата гликолями, впервые разработана математическая модель процесса алкоголиза вторичного полиэтилентерефталата диэтиленгликолем для случая, когда химический агент деструкции и продукты алкоголиза составляют единую систему. При этом разница между расчётными по модели и экспериментально определёнными значениями показателей не превысило 5%. 9. На производство ненасыщенных полиэфиров из продуктов алкоголиза вторичного полиэтилентерефталата разработаны временные технологические регламенты и стандарт предприятия. На основе этих регламентов на СП АО «UZKABEL» предложены технология получения ненасыщенных полиэфиров марок ПН-МА-02, ПН-МА-03 и ПН-МА-ОЗА. 10. Ненасыщенная полиэфирная смола марки ПН-МА-02 прошла производственные испытания на СП ООО «Asia pipe plast» в место импортируемой смолы марки «Body», а смолы марок ПН-МА-03 и ПН-МА-ОЗА прошли производственные испытания на СП ООО «MEGA MEBIK.O» вместо импортируемых смол марок 196 и 196А в производстве стеклопластиковых труб. Эти испытания показали, что смолы марок ПН-МА-02, ПН-МА-03 и ПН-МА-ОЗА могут полностью заменить импортируемые ненасыщенные полиэфиры марок «Body», 196 и 196А. От внедрения 1000 тонн смолы марки ПН-МА-02 ожидаемый экономический эффект составляет 12791000, а от внедрения 1000 тонн смолы ПН-МА-03 и ПН-МА-ОЗА 134587000 сумов.