Исследование свойств термостойких, огнестойких кремнийсодержащих олигомеров и разработка технологии их получения

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В настоящее время в мире потребление полимеров составляет более 300 млн.тонн, из них на полиэтилены-3 7%, полипропилены-26% и поливинилхлориды-18%. Удовлетворение потребности в полимерных продуктах является одной из основных задач различных отраслях экономики, вместе с тем особое внимание уделяется производству полимеров. В годы независимости в стране наблюдается расширение сферы применения и ассортимента полимеров, особенно в производстве готовых продуктов полиэтилена и полипропилена, при повышении объемов потребления в народном хозяйстве. Например, в повышении роста производства полиэтилена и полипропилена из природного газа, особое место занимают добавки - антипирены, полученные на основе кремнийсодержащих соединений с доступной технологией, которые эффективно способствуют повышению термостойкости, огнестойкости и снижению горючести в процессе улучшения качества и прочности материалов. Повышение качества ингредиентов отечественных полимерных композиции, связана с основными направлениями программы Стратегических действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан. Улучшение качества сырьевой базы полимеров промышленных предприятий и получение на их основе импортозамещающей продукции, а также насыщение внутреннего рынка необходимыми потребительскими товарами и увеличение роста экспортного потенциала является одним из важных показателей на мировом уровне. В этой связи одной из актуальных проблем является использование в качестве сырья, вместо импортных модификаторов для полиэтилена антипиренов, а также различных добавок для водно-дисперсионных красок, продукт кремнийсодержащих олигомеров, полученных на основе силикатов присоединением карбоксильных, эпоксидных, боратных, аминных и фосфатных групп, с доступной технологией и на местном сырье, способствующих эффективному повышению термостойкости, огнестойкости и снижению горючести полимеров, что в результате соответствует развитию нового направления в республике элементоорганическому синтезу. Таким образом можно снизить производственные затраты предприятий и себестоимость готовой продукции. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Указе Президента Республики Узбекистан ПП-1071 от 11 марта 2009 года «О программе мер по ускорению строительства и освоению производства новых видов химической продукции» и Постановлений Кабинета Министров Республики Узбекистан №3 от 22 января 2015 года «О дополнительных мерах по сокращению производственных затрат и снижению себестоимости продукции в промышленности», №УП-4891 «Критический анализ производства и состава товаров (работ, услуг),углубление локализации производств, направленных на импортозамещение» от 6 апреля 2017г. и №УП-4947 «О стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан» от 7 февраля 2017г., а также в других нормативноправовых документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является разработка технологии получения антипиренов на основе кремнийсодержащих органических гетерофунк-циональных соединений для полиэтилена и водно-дисперсионных красок. Научная новизна исследования заключается в следующем: обоснована количественная зависимость термических показателей свойств полиолефинов и покрытий от количества атомов кремния и критической концентрации показателей от длины углеводородного радикала с различными противоионами (азот-, фтор-, бор-, фосфор-) в образовании кремнийсодержащих олигомеров; создан эффективный метод модификации полиолефинов и покрытий изменением свойств за счёт присоединения к атомам кремния различных радикалов; выявление основных факторов, определяющих направленное регулирование процессов воспламенения и горения полимеров и композиционных материалов на основе местных силикатных ресурсов; получена технология взаимодействия силикатов с галоидэпоксидными мономерами, карбоновыми кислотами и аминными группами на основе реакции нуклеофильного замещения эпоксидных групп с гидроксильными группами кремнийсодержащих олигомерных антипиренов; разработана технология модификации водно-дисперсионных систем и полиолефинов с азот-, фосфор-, фтор- и кремнийсодержащими гетерофунк-циональными олигомерными антипиренами, содержащими в составе гидрофильные и гидрофобные соединения. Заключение На основании известных теоретических положений и проведенных экспериментальных исследований были получены следующие результаты: 1. Получен антипирен в процессе взаимодействия натриевого жидкого стекла с аддуктом мочевины, фосфорной кислоты и карбоновыми кислотами в виде стеариновой кислоты при различных условиях и соотношениях реагентов. 2. Методом ИК-спектроскопии, ЯМР- спектроскопии и элементным анализом определены состав и структура образующихся олигомеров. 3. Определены оптимальные условия синтеза олигомеров и исследованы их основные физико-химические свойства. 4. Выявлено, что синтезированные олигомеры на основе кремнийсодержащего соединения неорганического полимера силиката взаимодействием с органическими соединениями, содержащими карбоновые и эпоксидные группы, образуют гетерофункциональный кремнийсодержащий олигомер. 5. С использованием ИК-спектроскопии, дифференциальной сканирующей калориметрии, дифференциально-термического анализа и т.д. исследована ингибирующая активность синтезированных олигомеров в реакциях деструкции ПЭ и ВД покрытий. Показано, что их введение в ПЭ и ВД покрытия тормозит процессы термоокислительной деструкции и повышает термостойкость. Установлена эффективность их антипиренного действия на процессы термической и термоокислительной деструкции ПЭ и ВД покрытий. 6. Анализом антипиренных свойств кремнийсодержащих соединений установлено, что материал, содержащий такой антипирен, при горении образует оплавленную пленку, которая ограничивает доступ кислорода к поверхности. В результате, часть тепла расходуется на плавление антипирена. 7. Разработаны новые композиции и технологические режимы получения материалов на основе исследуемых кремнийорганических добавок, определена их взаимосвязь со свойствами получаемого защитного материала. Также установлена взаимосвязь свойств получаемого водно-дисперсионного акрилового покрытия с составом композиции.