РОЗДІЛ 2
ОБ'ЄКТИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1 Об'єкти дослідження
У відповідності до мети та задач роботи по формуванню комплексу технологічних та фізико-механічних властивостей гумових сумішей та гум на сучасному рівні досліджено як інгредієнти еластомерних композицій цинковмісний сечовино-формальдегідний олігомер (полімер-неорганічний композит - ПНК); органічні сполуки класу поверхнево-активних речовин фосфонієві солі, алкілсульфонати, оксиетильовані спирти. Стисла характеристика об'єктів дослідження приведена у табл. 2.1.
Цинковмісний сечовино-формальдегідний олігомер: скорочене позначення - Zn•СФО, має наступні параметри:
- зовнішній вигляд - сухий порошок сірого кольору;
* утримання гідроксиду цинку 50-60%;
* препарат розчиняється у концентрованій соляній кислоті при нагріванні до 353 К;
* вологовмісткість - не більше 4 %.
Композит Zn•СФО результат вторинної переробки металовмісних відходів безстічним способом золь-гель технології. Сировиною для Zn•СФО були відходи, що уявляють собою шлами, утримуючі 30-40% ZnО; 20% SiО2. Матеріальну базу виробництва Zn·СФО складають металовмісні відходи: відпрацьовані каталізатори ГІАП-10 (100 т/рік), розчини від цинкування, промислові цинковмісні відходи різного походження (100 т/рік). Виробник Придніпровський хімічний завод (м. Дніпродзержинськ); продуктивність 100?1000 т/рік. Технологічна схема отримання дослідного продукту розроблена кафедрою
Таблиця 2.1
Стисла характеристика об'єктів дослідження
Назва сполукиСтруктурна формулаУмовне позначенняЦинковмісний сечовино-формаль-дегідний олігомер
n?100Zn•СФОФосфонієві соліТрифеніл-?-метіл-
нафталінфосфонію хлорид CH2-P+(C6H5)3Cl-
ФС-1Трифенілбензіл-
фосфонію хлорид
CH2-P+(C6H5)3Cl-
ФС-2Трифеніл-N-ацил-
анілінфосфонію
хлорид NH-CO-CH2-P+(C6H5)3Cl-ФС-3Алкілсульфонати Сплав стеаринової кислоти з натрієвою сіллю алкілсульфоната С17Н35ОН +С17Н35SO3Na (7:3)Е-3С17Н35ОН +С17Н35SO3Na (3:7)Е-7,5Оксиетильовані спиртиОксиетильовані спирти (ОЕС)
n=4; 6; 9ОЕС-4
ОЕС-6
ОЕС-9ОЕС-10ОЕС-20
технології неорганічних речовин УДХТУ і є частиною схеми переробки металовмісних відходів різних галузей промисловості.
Результати оцінки термостабільності оксиду цинку, сечовино-формальдегідного олігомеру (СФО), композиту Zn•СФО на деріватографі системи Paylik, Paylik, Erdey в інтервалі температур 293-773 К при швидкості нагріву у середовищі повітря 5 град/хв демонструє термогравіметрична крива розкладу зразка Zn•СФО на рис. 2.1. Аналіз залежності втрати маси зразка Zn•СФО від температури (рис. 2.1а крива 2) вигідно відрізняється від аналогічної залежності для СФО лише 10% втрати маси при температурі 773К і наближається до кривої розкладу оксиду цинку (рис. 2.1.а крива 1), який не підлягає термодеструкції в інтервалі температур до 773К, тобто іони цинку у продукті Zn•СФО достатньо міцно термостабілізують ланцюги сечовино-формальдегідного олігомеру. Найбільш значне падіння маси Zn•СФО проходить на ділянці 553-623 К. Цей факт пояснюється переходом гідроксиду цинку в оксид та частковою деструкцією олігомеру. Композит Zn•СФО виявляє високу термостабільність (рекомендована температура використання до 573 К). Тобто даний об'єкт як інгредієнт еластомерних композицій та еластомерних виробів по температурному діапазону задовольняє їх технологічні та експлуатаційні вимоги.
Фосфонієві солі - сполуки ФС-1, ФС-2, ФС-3 (табл. 2.1) являють собою білий порошок, який розчиняється у воді; не мають токсичної і хвороботворної дії на тварин. ЛД50 для сполук ФС-1, ФС-2 складає 500 мг/кг.
Синтез фосфонієвих солей здійснений за реакцією трифенілфосфіна з відповідними галогенпохідними в Чернівецькому державному університеті на кафедрі органічної хімії під керівництвом професора В.І. Шевчука.
Сполуки класу алкілсульфонатів являють собою суміш синтетичної жирної кислоти (стеаринова кислота) з молекулярною формулою С17Н35ОН і натрієвою сіллю алкілсульфоната С17Н35SO3Na. Дані малотоксичні продукти (емульгатори) відрізняються величиною рН та мають скорочення відповідне величині останньої - сполуки Е-3 (рН=3) та Е-7,5 (рН=7.5). Синтезовані в УДХТУ к.т.н. Огневським Л.А.
Рис. 2.1 Термограми оксиду цинку (1), цинковмісного сечовино-формальдегідного олігомеру - композит Zn•СФО (2), сечовино-формальдегідного олігомера (3). Швидкість нагрівання 5 град / хв
За результатами оцінки термостабільності на деріватографі системи Paylik, Paylik, Erdey в інтервалі температур 293-773 К при швидкості нагріву у середовищі повітря 5 град/хв температура плавлення добавки Е-3 - 323 К; добавки Е-7,5 - 312 К. Встановлено, що на кривих ДТА усіх добавок перший ендотермічний пік відповідає їх температурі плавлення: добавка Е-3 - 323 К; добавка Е-7,5 - 312 К. Втрата маси добавок починається при температурах вище 473 К, супроводжується екзоефектом і максимальною втратою маси для добавок Е-3 при 688 К, для добавки Е-7,5 при 673 К. Отже, дослідні добавки із ПАР Е-3 и Е-7,5 мають низьку температуру плавлення, виявляють високу термостабільність, що дозволяє рекомендувати дані продукти для використовування в гумових сумішах на основі дієнових каучуків.
Серед сполук класу оксиетильованих спиртів (ОЕС) в роботі досліджувались спирти з кількістю оксиетильованих груп (n) - 4; 6; 9, 10, 20 (табл. 2.1). Оксиетильовані спирти надані проф., д.х.н. Бурмістровим К.С. Дані продукти промислово випускаються на ПО "Барва" м. Івано-Франківськ та використовуються у виробництві синтетичних миючих засобів. Вони малотоксичні, не мають хворобливої дії на людей та тварин. Продукт ОЕС-10 відповідає ТУ 6-14-864, ОЕС-20 - ГОСТ 10730-82.
Дослідні продукти вивчалися у ненаповнених та наповнених гумових сумішах на основі карболанцюгових дієнових каучуків: ізопренового, бутадієнового, бутадієнстирольно