Теоретичні основи технологій гетерофазної модифікації термопластів полівінілпіролідоном (стр. 2 )

Встановлено вплив ПВП, технологічних параметрів змішування і переробки на технологічні та експлуатаційні властивості модифікованих у в’язкотекучому стані термопластичних матеріалів на основі ПА та ПС внаслі­док направленого регулювання їх надмолекулярної структури: для ПА-6 підвищенням ступеня кристалічності на 5-7%, для ПС –введенням спеціально синтезованих компатибілізаторів на основі кополімерів ПС – ПВП.

Вперше розроблені фізико-хімічні основи технології полімерної модифікації пінополістирольних відходів полівінілпіролідоном із розчину з одночасним вивільненням газової фази в умовах сегментальної рухливості в ПС. Встановлені оптимальні температурно-часові та концентраційні техноло­гічні параметри процесу модифікації та визначений їх вплив на структуру і властивості полістирольного модифікату, а також обґрунтовано рекомендації щодо здійснення технологічного процесу за неперервною схемою.

Розроблений метод одержання однорідних сумішей аліфатичних поліамідів та модифікованого пінополістиролу. Встановлено, що модифікований ППС у кількості 1-5% підвищує міцність при розриванні та поверхневу твердість виробів на основі сумішей на 8-10 %, теплостійкість на 10-15 К та понижує технологічну усадку при литті під тиском поліамідів у 2,5-4 рази при одночасному зменшенні водопоглинальної здатності виробів.

Практичне значення результатів роботи. Розроблено ефективні з раціональними режимами технології одержання функціональноактивних з направленим регулюванням структури і властивостей матеріалів на основі ПВП у гетерофазних системах, які пройшли промислову апробацію:

1)  технологію синтезу кополімерів на основі ПВП та гідрофобних вінілових мономерів емульсійною полімеризацією, які у вигляді дрібнодисперсних порошків відзначаються високою селективною сорбційною здатністю відносно багатьох речовин, у т. ч. компонентів газової суміші: толуїлендиізоціанату, оксиду азоту, оксиду вуглецю, метилену хлористого (акт випробовувань на ПП НВФ „Екотоп”), що може бути використано для очищення газових викидів при виробництві пінополіуретанів;

2)  технологію синтезу в дисперсійних умовах полімер-неорганічного композиту на основі оксидів титану та цинку для виготовлення флексографських фарб з підвищеними технологічними і експлуатаційними властивостями (ТзОВ „Полі-Пак”);

3) технологію модифікації полівінілпіролідоном пінополістирольних відходів у бутанольних середовищах з одночасним вивільненням газової фази, які використані для переробки литтям під тиском без ускладнень технологічного процесу на стандартному промисловому обладнанні (ТзОВ „Ламела”), а також як компатибілізуючі та модифікуючі додатки до термопластів на основі аліфатичних поліамідів і виготовлення виробів електротехнічного призначення з пониженими електростатичністю і усадкою та високою відтворюваністю розмірів (ТзОВ „Завод „Електропобутприлад””), а також для виробів конструкційного призначення з підвищеними фізико-механічними показниками для шарнірних опор (ТзОВ „БРАШ”);

4) технологію створення дво - і трикомпонентних матеріалів на основі сумішей ПВП, поліамідів і полістиролів, придатних до переробки литтям під тиском чи екструзією, для яких встановлено раціональні режими та параметри переробки модифікованих термопластів у вироби. Встановлено вплив параметрів переробки на структуру та експлуатаційні властивості досліджуваних матеріалів з різним вмістом ПВП.

Розроблені методи синтезу компатибілізаторів різних типів на основі прищепленого кополімеру стиролу з ПВП та статистичного кополімеру стиролу з вінілпіролідоном, які підвищують сумісність між ПС та ПВП.

На основі модифікованих поліамідів одержані волоконні матеріали з селективною сорбційною здатністю та підвищеними фізико-механічними показниками, які на основі ПА-66/6 використані як сорбенти для виготовлення фільтрів в процесах селективного вловлювання вуглекислого газу, ацетилену та водяної пари з домішками літію та ртуті з пароповітряної суміші (ТзОВ „ГЕК-ТАРА”); а на основі сумішей полікапраміду з ПВП підтверджена можливість і розроблена технологія формування волокон для текстильної промисловості (дослідно-випробувальна лабораторія “Текстиль-ТЕСТ”).

Результати, одержані у ході виконання даної роботи, використовуються в навчальному процесі кафедри ХТПП НУ „Львівська політехніка” для проведення лекційних, практичних та лабораторних занять з дисциплін: „Хімічна технологія високомолекулярних сполук”, „Технологія і обладнання для виготовлення пакувальних матеріалів”, „Технологія плівкових матеріалів та лакофарбових покрить”, у курсовому і дипломному проектуванні та під час виконання наукових магістерських робіт.

Особистий внесок дисертанта полягає в загальній постановці проблеми; обґрунтуванні мети; визначенні об’єктів і завдань досліджень; опрацюванні та розробленні методик експериментів; науково-технічному обґрунтуванні напрямків та методів одержання модифікованих полівінілпіролідоном матеріалів у гетерофазних умовах; плануванні, виконанні та узагальненні теоретичних і експериментальних досліджень; встановленні впливу фізико-хімічних чинників на технологічні особливості одержання в гетерофазних умовах функціоналізованих матеріалів на основі ПВП, їх структуру та властивості; обробленні та аналізі одержаних результатів; формулюванні основних висновків за результатами досліджень; розробленні технічної документації та проведенні дослідно-експериментальних випробувань розроблених технологій одержання модифікованих термопластів та матеріалів на їх основі для виробництва сорбентів, фарб, волокон, виробів конструкційного та електротехнічного призначення. Планування та обговорення результатів експериментальних досліджень здійснені сумісно з науковим консультантом д-ром хім. наук, професором .

Апробація роботи. Основні результати роботи викладені та обговорені на міжнародних і вітчизняних науково-технічних конференціях та семінарах, основними з яких є: XVII Українська конференція з органічної хімії (Харків, 1996); 35-th IUPAC Congress (Istanbull, 1996); міжнародна НТК „Технология и оборудование для переработки полимерных материалов” (Славско, 1996); VIII, X, XІ Українська конференція з ВМС (Київ, 1996, 2004; Дніпропетровськ, 2007); НТК „Львівські хімічні читання” (Львів, 1997, 2005, 2007); VIII, XI Seminar "Plastics in machine design" (Krakow, Poland, 1997, 2006); 13-th, 14-th International Congress of Chemical and Process Engineering „CHISA” (Praga, 1998, 2002); II, ІV НТК „Поступ в нафтогазопереробній і нафтохімічній промисловості” (Львів, 1999, 2007); Polish-Ukrainian conferense „Polymers of special application” (Radom, Poland, 2000; Дніпропетровськ, 2006); міжнародна НТК “Полімери в XXI сторіччі” (Київ, 2003); „Materiały polimerowe i ich przetwōrstwo” (Częstochowa, Poland, 2004); міжнародна НПК “Дні науки” (Дніпропетровськ, 2005); НТК професорсько-викладацького складу інституту прикладної математики та фундаментальних наук НУ “ЛП” (Львів, 2005, 2006); XXV, XXVІІ міжнародна НПК “Композиционные материалы в промышленности” (Ялта, 2005, 2007); міжнародна НТК „Ломоносов” (Москва, 2007).

Публікації. За результатами виконаних досліджень опубліковано 80 наукових праць, з яких 40 статей, 3 патенти України на винаходи.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, семи розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел та додатків. У першому розділі на основі проведеного критичного аналізу літературних джерел з напрямків створення матеріалів на основі ПВП у гетерофазних умовах, їх властивостей і галузей використання обґрунтовано мету та завдання досліджень. У другому розділі охарактеризовані об’єкти досліджень та розроблені методики експериментів. У третьому та четвертому розділах розроблені фізико-хімічні та технологічні засади одержання кополімерів ПВП полімеризацією гідрофобних вінілових мономерів у гетерофазних умовах і їх практичне використання. П’ятий і шостий розділ присвячені теоретичним закономірностям та основам технологій одержання сумішей ПВП з термопластами у в’язкотекучому стані та розробленню основ технологій одержання виробів на їх основі. У сьомому розділі розроблені основи модифікації полівінілпіролідоном спінених термопластів у набряклому стані та технології одержання функціоналізованих матеріалів для виробів електротехнічного та конструкційного призначення.

Матеріали основної частини дисертаційної роботи викладені на 345 сторінках друкованого тексту, що містять: 122 рисунки, 56 таблиць, 11 додатків та 414 бібліографічних посилань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

Теоретичні засади технологій одержання кополімерів ПВП в гетерофазних умовах

Для розроблення науково та технічно обґрунтованих основ технологій одержання полімерів в емульсійних та дисперсійних умовах у присутності ПВП, встановлення оптимальних технологічних режимів одержання модифікованих полімерів важливими є фізико-хімічні чинники, які впливатимуть на перебіг полімеризації вінілових мономерів у таких умовах з утворенням прогнозованих емульсій чи дисперсій на основі кополімерів необхідної будови.

Суттєвий вплив на закономірності полімеризації вінілових мономерів в емульсійних та дисперсійних системах, в яких присутні макромолекули ПВП, а отже, і на технологічні особливості одержання полімерів у таких системах, має природа та характер міжмолекулярних взаємодій, які пов’язані з можливістю утворення комплексу з перенесенням заряду між карбаматними групами ПВП та функціональними групами інших компонентів реакційного середовища.

Встановлено, що внаслідок перерозподілу електронної густини в карбаматних групах і кількашарових гідратних оболонках навколо піролідонових циклів ПВП у водних розчинах проявляє властивості слабкої кислоти, показник і константа кислотності якої залежить від ММ та концентрації ПВП у розчині (табл. 1).

Таблиця 1

Вплив молекулярної маси та концентрації ПВП у водному розчині на кислотні властивості

№ з/п	MПВП.10-3	СПВП 102, осн.-моль/л	рКa	Кa	m
1 2 3 4	28	0,9 4,5 9,0 45,2	5,66 4,77 4,34 4,08	2,19.10-6 1,70.10-5 4,57.10-5 8,32.10-5	45 75 109 77
5 6 7 8	300	0,9 6,8 9,0 13,56	– 7,27 6,74 6,69	– 5,37.10-8 1,82.10-7 2,04.10-7	181 679 543 905

рКa - показник кислотності слабких полімерних кислот; Кa - константа кислотності слабких полімерних кислот; m - коефіцієнт, що характеризує кількість ланок ПВП, яка припадає на одну «продисоційовану» ланку,