VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Промышленность, производящая синтетические каучуки, постоянно совершенствуется. Внедряются новые технологии, приборы и аппараты, совершенствуются компонентные составы эмульсий и коагулирующих систем. Большое внимание уделяется разработкам, позволяющим использовать отходы и побочные продукты ряда производств в технологии получения синтетических каучуков. Это позволяет не только более полно использовать углеводородное сырье, но и повысить производительность процесса, снизить затраты не только на сырье, но и на стоимости получаемой продукции [1].

В технологии производства эмульсионных каучуков одной из проблемных стадий является стадия его выделения из латекса. Совершенствование данной технологии является важной и актуальной задачей производства эмульсионных каучуков.

Применение для выделения каучуков из латексов низко- и высокомолекулярных четвертичных солей аммония (ЧСА) позволяет исключить применение минеральных солей и снизить загрязнение окружающей среды [2]. Полимерные четвертичные соли аммония (ПЧСА) обладают высокой коагулирующей способностью, и невысоким расходом при выделении каучука из латекса (3-5 кг/т каучука) [2]. Однако дефицитность и высокая стоимость данных продуктов отражается на себестоимости производимого каучука и сдерживает их широкое применение в реальных промышленных масштабах. Кроме того ПЧСА обладают высокой антисептической активностью, что требует выдерживания точных их расходных норм, исключающих возможность проскока и попадания ПЧСА на очистные сооружения. Попадание ПЧСА на очистные сооружения может привести к дестабилизации их работы и сбросу в природные водоемы загрязненных (недостаточно очищенных) вод.

Поэтому поиск новых коагулирующих агентов, применяемых для выделения каучука из латекса, весьма актуален.

Перспективными коагулянтами в этом плане могут оказаться отходы предприятий молочной промышленности, например, пенный концентрат подсырной сыворотки, использование которого в процессе выделения каучука из латекса СКС-30 АРК позволяет исключить применение минеральных солей [3].

На предприятиях, производящих сахар, в качестве побочного продукта в больших количествах образуется отход – меласса, которая в настоящее время выпускается двух видах: классическая (ГОСТ Р 52304-2005) и обедненная (ТУ 9112–002-01503401-2011). Анализ компонентного состава показывает, что в данных отходах отсутствуют вредные и опасные для здоровья человека вещества. На основании этого можно сделать вывод о том, что отходы свеклосахарного производства, меласса, могут оказаться перспективным коагулирующими агентами, который могут использоваться в технологии выделения каучуков из латексов.

Меласса свекловичная (патока) – отход свеклосахарного производства, сиропообразная жидкость темно-бурого цвета со специфическим запахом.

Из анализа состава мелассы следует, что она содержит 20-25 % воды, около 9 % азотистых соединений (преимущественно амидов), 58-60 % углеводов (главным образом сахара), 7-10 % золы. Интересной особенностью мелассы является то, что в результате ферментативного брожения щелочная среда мелассы смещается в сторону кислой среды с образованием соединений, содержащих карбонильные группы. Перспектива применения мелассы в качестве коагулирующего агента базируется на том, что она содержит азотистые соединения, использование которых показано в работе [2], а повышение кислотности её водных растворов после хранения, может позволить снизить расход подкисляющего агента.

Таким образом, на основе проведенного предварительного анализа состава и свойств мелассы, можно сделать вывод, что она может быть использована в технологии выделения эмульсионных каучуков из латексов и может служить экологически чистым коагулянтом.

Цель данного исследования – изучение возможности применения мелассы классической для выделения каучука из латекса СКС-30 АРК с оценкой показателей резиновых смесей и вулканизатов.

Для выделения бутадиен-стирольного каучука из латекса СКС-30 АРК исходный раствор мелассы разбавляли водой до концентрации 13-15 %, а сам процесс проводили по методике, описанной в работе [4].

В емкость для коагуляции вводили 10-20 мл латекса (сухой остаток 22,1 %) и помещали в термостат для поддержания заданной температуры. После термостатирования в течение 10-15 минут каучуковый латекс смешивали с расчетным количеством водного раствора мелассы. Перемешивали в течение 2-3 минут и добавляли раствор серной кислоты (с концентрацией 1,0-2,0 %) для поддержания кислой среды коагуляции (рН 2,5-3,0). Образующуюся крошку каучука отделяли от водной фазы (серума), промывали в воде и сушили при температуре 80-85 ^оС. Высушенные образцы каучука извлекали из сушильного шкафа и после охлаждения до комнатной температуры взвешивали и рассчитывали в процентах выход крошки каучука для оценки коагулирующей способности мелассы.

Проведенными исследованиями установлено закономерное повышение выхода крошки каучука с увеличением дозировки мелассы. Полноту выделения каучука из латекса достигали при расходе мелассы 180-190 кг/т каучука (по сухому остатку), при расходе серной кислоты 15 кг/т. При этом было отмечено, что pH среды повышалась с 2,5-3 (при расходе мелассы 20 кг/т каучука) до 4,5-5 (при расходе мелассы 180 кг/т каучука). Это может быть связанно с тем, что часть кислоты расходовалась на зарядку азотсодержащих соединений, в частности бетаина, присутствующего в водном растворе мелассы. С увеличением расхода мелассы возрастает и количество бетаина в подаваемом ее водном растворе, что и приводит к увеличению расхода серной кислоты.

Отмечена интересная закономерность по влиянию температуры на полноту выделения каучука из латекса. Эксперимент показал, что повышение температуры с 20 до 60 ^оС приводит к снижению выхода крошки каучука.

Это может быть обусловлено двумя причинами. Во-первых, при низких температурах снижается растворимость и вымываемость из крошки каучука коагулирующего агента, а также продуктов его взаимодействия с компонентами эмульсионной системы. Во-вторых, при более низких температурах отмечается образование более плотного коагулюма, в то время как повышение температуры приводит к увеличению «рыхлости» образуемой крошки каучука. Это приводит к накоплению в серуме некоторого количества мелкодисперсной крошки каучука, теряемой при его отмывке. Образование плотного коагулюма приводит к захвату им компонентов эмульсионной системы, и масса его становится более высокой. Это может влиять в дальнейшем на свойства резиновых смесей и вулканизатов. Следовательно, в реальных технологических условиях необходимо учитывать комплексное воздействие температуры и расхода мелассы на полноту выделения и свойства получаемого каучука.

В промышленных условиях выделение каучука из латекса проводят при значении рН среды ~ 3,0 [5]. Для выдерживания такого значения рН необходимо (с увеличением расхода мелассы с 10 до 190 кг/т каучука) повышать расход серной кислоты с 15 до 30 кг/т каучука. При этом полнота выделения каучука из латекса достигается при расходе мелассы 70-90 кг/т каучука, что примерно в 2 раза ниже в случае выдерживания постоянного расхода серной кислоты 15 кг/т и изменении расхода мелассы с 20 до 190 кг/т каучука.

Рисунок - Влияние расхода мелассы (Р, кг/т каучука) и температуры на полноту выделения каучука СКС-30 АРК из латекса(Q,%)

1 – температура 0 ⁰ С; 2 – температура 20 ⁰ С; 3 - температура 60 ⁰ С

Таким образом, варьируя расходные соотношение меласса - серная кислота можно подобрать наиболее приемлемые с технологической точки зрения их расходные нормы.

Полученные положительные результаты по применению в технологии выделения эмульсионного каучука из латекса отхода свеклосахарного производства – мелассы должны быть подтверждены и физико-механическими показателями резиновых смесей и вулканизатов, полученных на основе данных каучуков. Если данные показатели не будут соответствовать требованиям ТУ 38.40355-99 и ГОСТ 11178-75 на каучуки, то перспективность применения мелассы в технологии производства эмульсионных каучуков потеряет свою перспективность. В данном случае потребуется корректировка состава резиновых смесей, а так же режимов вулканизации.

Проведенными испытаниями установлено, что вулканизаты, полученные на основе образцов каучука, выделенного мелассой, соответствовали предъявляемым требованиям и были аналогичны контрольному образцу, полученному из латекса с применением хлорида натрия.

ВЫВОДЫ

1. Отмечены особенности поведения мелассы, как коагулирующего агента, в технологии получения эмульсионных каучуков.

2. Расход мелассы на выделение каучука из латекса соответствует расходу хлорида натрия при сохранении расхода серной кислоты 15 кг/т каучука и повышении рН среды коагуляции с 3,0 до 4,5-5,0.

3. Повышение расхода серной кислоты с 15 до 30 кг/т каучука снижает расхода мелассы до 70-90 кг/т каучука при сохранении постоянного значения рН коагулируемой смеси 2,5-3,0.

4. Установлено, что процесс коагуляции целесообразно вести при пониженных температурах.

5. Резиновые смеси и вулканизаты, полученные на основе каучука, выделенного из латекса с применением мелассы, соответствуют предъявляемым требованиям.

6. Применение мелассы в технологии выделения каучука из латекса позволяет снизить загрязнение окружающей среды.

ЛИТЕРАТУРА

1. Никулин С.С., Шеин В.С., Злотский С.С., Черкашин М.И., Рахманкулов Д.Л. Отходы и побочные продукты нефтехимических производств - сырье для органического синтеза. М.: Химия, 1989. 240 с.

2. Вережников В.Н., Никулин С.С. Применение азотсодержащих соединений для выделения синтетических каучуков из латексов // Химическая промышленность сегодня. 2004. № 11. С. 26-37.

3. Никулин С.С., Щетилина И.П., Родионова Н.С., Кондратьева Н.А. Выделение каучука из латекса СКС-30 АРК пенным концентратом подсырной сыворотки // Производство и использование эластомеров. 2004 № 6. С. 4 .

4. Пояркова Т.Н., Никулин С.С., Пугачева И.Н., Кудрина Г.В., Филимонова О.Н.Практикум по коллоидной химии латексов. М.: Издательский дом Академии Естествознания. 2011. 124 с.

5. Аверко-Антанович Л.А., Аверко-Антонович Ю.О., Давлетбаева И.М., Кирпичников П.А. Химия и технология синтетического каучука. М.: Химия, КолосС, 2008. 357 с.

Код для цитирования: Скопировать