ПЕРСПЕКТИВА ПРИМЕНЕНИЯ ОЛИГОМЕРА ИЗ ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ НЕФТЕХИМИИ, МОДИФИЦИРОВАННОГО ВТОРИЧНЫМ ПЕНОПОЛИСТИРОЛОМ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
В век информационных технологий и век полимеров, задач в научно-исследовательских работах по химии и химической технологии не уменьшается, а наоборот с каждым разом становится все больше и больше. Объяснить такое явление можно с той позиции, что человек стал развиваться с очень высокой скоростью, а, следовательно, и потребности резко увеличиваются, а поэтому все объективно понимают, что природные ресурсы ежегодно растрачиваются. Наступит время, что природы для существования человека будет просто не хватать. Ведь вырастить дерево – это не дом построить, а на строительство деревянного дома требуется не одно дерево, которые растут годами. В данной работе авторы пытаются за счет отходов от производства продлить срок эксплуатации различных изделий и материалов, изготовленных из дешевых древесных пород, что возможно частично обеспечит сохранить природу. В статье представлены результаты по применению олигомера из отходов нефтехимии для защитной обработки не только древесных материалов, но и древесно-волокнистых плит (ДВП). Дозировка вторичного пенополистирола в олигомер из побочных продуктов производства полибутадиена варьировали от 10 до 40 %. Полученные образцы ДВП, березы, липы и осины были исследованы на устойчивость к действию воды и влаги. Результаты свидетельствуют о том, что образцы обладают повышенными прочностными показателями и устойчивостью к действию воды и влаги. Таким образом, комплексное использование отходов и побочных продуктов позволяет утилизировать их и применять для защитной обработки изделий из древесины, что способствует повышению формостабильности и срока службы изделий.

Ключевые слова:
отходы, модификация, олигомеры, обработка, древесные материалы, водопоглащение, формостабильность, гидрофобность.
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

Введение. В настоящее время на промышленном рынке стремительно растет разнообразие строительных и отделочных материалов. Из огромного ассортимента материалов с каждым годом все тяжелее выбрать те, которые бы сочетали два основных требования – качество и доступность. Зачастую дешевые строительные материалы не удовлетворяют потребителя своим качеством, однако и дорогие материалы не всегда соответствуют требованиям. Все мы понимаем, как формируется цена на продукцию, чем дешевле сырье, тем дешевле материал. Анализируя литературные данные, ранее в работах были предприняты попытки переработки и использования нефтесодержащих отходов [1–2]. Применение отходов от производства позволяют удешевлять конечный продукт.

В связи с этим группа профессорско-преподавательского состава из различных вузов г. Воронежа во главе с профессором Никулиным С.С. в последнее время большое внимание в своих исследованиях уделяет комплексной переработке отходов и побочных продуктов различных производств для создания наиболее качественных и доступных строительных материалов. Подход к решению данного вопроса позволяет решать ряд экологических задач, а также более полно и рационально использовать различные существующие отходы, которые до настоящего времени не нашли своего применения. Так, например, в промышленных масштабах был освоен выпуск низкомолекулярных полимерных продуктов (олигомеров) на основе побочных продуктов производства бутадиенового каучука (ПППБ), который в течение ряда лет использовали в производстве лакокрасочных материалов (ЛКМ) [3, 4]. Основными звеньями, входящими в структуру олигомера на основе ПППБ являлись - звенья стирола, 4-винилциклогексена (ВЦГ), циклододекатриена-1,5,9 (ЦДТ), н-додекатетраена-2,4,6,10 (НДТ) и др. [5–7].

Наилучшим комплексом свойств обладали олигомеры на основе ПППБ, полученные при содержании стирола в исходной мономерной смеси 70–80 %. Снижение содержание дорогого и дефицитного стирола до 30–50 % приводит к ухудшению показателей качества получаемых ЛКМ. Из изложенного выше у профессорско-преподавательского состава (ППС) возникла идея олигомер на основе ПППБ, полученный при низком содержании стирола модифицировать вторичным пенополистиролом (ВППС), чтобы приблизить его к высокостирольному. Известно, что провести химическое совмещение двух видов полимерных отходов возможно на молекулярном уровне за счет проведения их совместной деструкции [8–10]. Возникает вопрос, где могли бы найти применение такие олигомеры. Одним из перспективных таких направлений может служить защитная обработка древесины и изделий на её основе, используемой в промышленном и гражданском строительстве [11–13].

Основная часть. Цель работы – модификация низкомолекулярного сополимера на основе побочных продуктов производства полибутадиена вторичным пенополистиролом и применение для защитной обработки древесных материалов. На основании вышесказанного, олигомер ПППБ с содержанием стирола от 40 до 50 % в реакторе смешивали со ВППС в количествах 10, 20, 30 и 40 % на 100 % олигомера. Полученные смеси подвергали высокотемпературной обработке при 200±5 оС в течение 3-5 часов в присутствии кислорода воздуха и нафтенатного сиккатива. Добавки сиккатива варьировались от 2 до 5 % и из системы не удалялись из-за создания условий для совместной деструкции полимерных отходов. Подразумевалось, что оставшийся сиккатив будет выполнять функцию структурирующего агента после обработки деструктированным композитом древесины и изделий на её основе. При данной обработке будут протекать два конкурирующих процесса: деструкция  пенополистирола и олигомера, и структурирование между собой образующихся продуктов распада. В результате протекающих процессов происходит образование новых макромолекул, содержащих в своей структуре повышенное содержание стирола. В структуре получаемого олигомера появляются кислородсодержащие функциональные группы, повышающие его сродство к компонентам древесного вещества. Отмечено, что молекулярная масса синтезированных продуктов в результате увеличилась в два раза (от 5000 до 10000). К исследованию были представлены образцы древесины из относительно дешевых пород (березы, липы, осины) и древесно-волокнистых плит (ДВП), которые пропитывали полимерным раствором и выдерживали в течение одного часа при температуре 80–90 оС. Пропитанные образцы древесины извлекали из раствора и после подсушки помещали в сушильный шкаф и выдерживали в течение 1–5 часов при температуре 90–110 °С для удаления растворителя. Время и температура для каждого вида породы древесины подбиралось индивидуально. Подробные описания представлены в работах [14, 15]. После чего температуру повышали до 160–165 °С и при данной температуре выдерживали еще 3 часа. За данный промежуток времени происходила сшивка молекул олигомера в структурах древесины с образованием древесно-полимерного каркаса, а также образование эфирных связей между компонентами древесного вещества (целлюлозой, гемицеллюлозой и лигнином) окисленным модифицированным олигомером. Показатели испытаний древесины различных пород и ДВП на водопоглощение и разбухание представлены в табл. 1, 2.

Результаты и их обсуждение. Анализ экспериментальных данных показывает, что наилучшими показателями обладают образцы древесины липы, березы  и осины, где в качестве пропитывающего состава использовали олигомер на основе ПППБ с добавками 40 % ВППС. Высокие показатели образцов древесины связаны с тем, что получаемый продукт содержит меньшее количество двойных связей, повышающих его гидрофильные свойства. Также необходимо отметить, что образцы ДВП, пропитанные таким модифицированным олигомерным составом, показали повышенную прочность и устойчивость к действию воды и влаги. С увеличением содержания ВППС в олигомере из ПППБ повышалась прочность ДВП, а водопоглощение и разбухание уменьшались.

Выводы. Таким образом, комплексное использование отходов и побочных продуктов позволяет целенаправленно утилизировать данные отходы. Полученные на основе побочных продуктов нефтехимии олигомерные материалы с успехом могут быть использованы для повышения формостабильности и гидрофобности изделий из древесины различных пород. Древесно-полимерные композиты могут быть использованы в производстве строительных материалов, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности и действии других агрессивных сред.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

Влияние содержания вторичного пенополистирола в олигомере из ПППБ на водопоглощение и разбухания образцов древесины

Вид породы дерева

Дозировка ВППС в ПППБ, %

Водопоглощение, %

Разбухание в радиальном направлении, %

Разбухание в тангенциальном направлении, %

береза

0

25,7

68,0

3,3

6,5

4,4

8,4

10

25,0

66,8

3,3

6,2

4,0

8,0

20

24,7

65,1

3,0

5,8

3,9

7,9

30

23,0

62,3

2,7

5,4

3,7

7,6

40

21,2

59,0

2,5

5,1

3,6

7,5

липа

0

19,1

65,3

3,0

5,1

4,9

6,7

10

19,4

63,8

3,0

4,9

4,0

6,9

20

18,6

58,1

2,7

4,4

3,5

5,7

30

16,9

55,9

2,1

3,7

3,4

5,6

40

15,8

55,1

2,0

3,9

3,7

5,5

осина

0

29,7

72,0

3,5

6,7

4,6

8,6

10

28,0

69,8

3,4

6,6

4,3

8,3

20

26,5

68,1

3,2

6,1

4,1

7,9

30

25,0

66,3

2,9

5,9

3,9

7,5

40

23,8

61,5

2,7

5,6

3,8

7,7

Примечание: числитель – через 1 сутки; знаменатель – через 30 суток

 

 

 

Таблица 2

Экспериментальные значения показателей образцов ДВП,
обработанных модифицированным олигомером на основе ПППБ


 
Дозировка вторичного пенополистирола в олигомер из ПППБ, %

0

10

20

30

40

Прочность при изгибе, МПа

45,1

47,5

50,7

54,9

55,1

Водопоглощение, %

14,3

13,3

12,1

11,4

11,1

Разбухание по толщине, %

11,7

10,9

10,0

10,3

9,3

Список литературы

1. Соколов Л.И. Переработка и использование нефтесодержащих отходов. М.: Инфра-Инженерия, 2017. 128 с.

2. Булатов М.А. Комплексная переработка многокомпонентных жидких систем. М.: Мир, 2012. 304 с.

3. Никулин С.С., Сергеев Ю.А., Шеин В.С. Использование олигомеров бутадиена в лакокрасочной промышленности // Лакокрасочные материалы и их применение. 1986. № 4. С. 15-16.

4. Никулин С.С., Сергеев Ю.А., Тертышник Г.В., Струкова И.Ю., Шаповалова Н.Н. Свойства пленкообразователей на основе отходов производства синтетического каучука // Лакокрасочные материалы и их применение. 1988. № 4. С. 26-28.

5. Никулина Н.С., Никулин С.С. Сополимеризация непредельных соединений, содержащихся в кубовом остатке очистки возвратного растворителя производства полибутадиена в присутствии хлорида алюминия // Промышленное производство и использование эластомеров. 2013. № 4. С. 41-43.

6. Никулин С.С., Седых В.А., Никулина Н.С. Пластификация полибутадиена олигомером, полученным на основе побочных продуктов производства растворного каучука // Химическая технологи. 2012. Т. 13. № 4. С. 210-215

7. Никулина Н.С., Стадник Л.Н., Пугачева И.Н., Никулин С.С. Утилизация отходов производства полибутадиена, содержащих 4-винилциклогексен // Химия в интересах устойчивого развития. 2015. Т. 23. № 1.С. 49-53.

8. Заиков Г.Е., Разумовский С.Д., Кочнев А.М., Стоянов О.В., Шкодич В.Ф., Наумов С.В. Деструкция как метод модификации полимерных изделий // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15. № 6. С. 55-66.

9. Базунова М.В., Прочухан Ю.А. Способы утилизации отходов полимеров // Вестник Башкирского университета. 2008. Т. 13. № 4. С. 875-885.

10. Зархина Т.С., Аксенова Н.А., Соловьева А.Б. Влияние безметальных порфиринов на термоокислительную деструкцию биосовместимых полимеров // Журнал физической химии. 2017. Т. 91. № 6. С. 945-950.

11. Никулин С.С., Филимонова О.Н., Никулина Н.С., Болдырев В.С. Применение низкомолекулярных сополимеров на основе побочных продуктов производства полибутадиена с низким содержанием стирола как модификаторов древесноволокнистых плит // Химическая промышленность сегодня. 2005. № 4. С. 15-17.

12. Никулина Н.С., Филимонова О.Н., Никулин С.С. Защитная обработка древесины низкомолекулярными сополимерами из отходов производства полибутадиена с пониженным содержанием стирола // Производство и использование эластомеров. 2005. №3. С. 16-19.

13. Черных О.Н., Никулин С.С. Модификация древесины окисленным стиролсодержащим олигомером из побочных продуктов производства полибутадиена // Известия вузов. Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 2007. Т. 50. Вып. 2. С. 65-69.

14. Никулина Н.С., Вострикова Г.Ю., Дмитренков А.И., Никулин С.С. Защитная обработка древесины олигомером из побочных продуктов производства полибутадиена, модифицированного пенополистиролом // В сборнике: Наука, образование и инновации в современном мире. Материалы национальной научно-практической конференции. 2018. С. 188-192.

15. Никулина Н.С., Вострикова Г.Ю., Дмитренков А.И., Никулин С.С. Применение олигомера из побочных продуктов производства полибутадиена, модифицированного вторичным пенополистиролом для защитной обработки древесных материалов // Химия, физика и механика материалов. 2018. № 1 (16). С. 24-32.


Войти или Создать
* Забыли пароль?