165623 (Анализ сополимеризации индена с малеиновым ангидридом), страница 4

Инден-кумароновые смолы применяют [16] в качестве мягчителей как синтетического, так и натурального каучука при производстве резин различного назначения, включая шинные резины. Жидкие смолы служат для пропитки корда в производстве шин.

2.5.3 Производство отделочных материалов, клеев, мастики.

Одним из наиболее крупных потребителей инден-кумароновых смол в настоящее время является промышленность строительных материалов, где смолы используются в качестве связующего при производстве плиток для полов, линолеума и других отделочных материалов [16]. По виду связующей плитки делятся на кумароновые и кумаронохлорвиниловые. Плитки применяют главным образом для настилки полов в жилых, общественных и промышленных зданиях с сухими процессами производства при отсутствии интенсивного механического воздействия на пол. Кроме связующего, в состав плиток вводят пластификатор, наполнитель и пигмент. Помимо плиток, инден-кумароновая смола может входить в состав рулонных облицовочных материалов типа линолеума.

Применение инден-кумароновых смол в производстве вспененного поливинилхлорида [16] при повышенной температуре создаёт условия для лучшего вспенивания, что способствует образованию объёмной ячеистой структуры. Инден-кумароновую смолу применяют также при изготовлении мастики, используемой для приклеивания облицовочных материалов. Так, кумарон-каучуковая мастика, изготовленная из инден-кумароновой смолы, модифицированной наиритом, характеризуется высокой адгезией к поливинилхлориду, большой прочностью приклейки и быстрым нарастанием прочности. Мастики обычно представляют собой пасту, составленную из битума, инден-кумароновой смолы, наполнителей и растворителей. Применяют мастики также для изготовления наливных полов.

Инден-кумароновую смолу широко используют для изготовления обмазочных и шпаклёвочных материалов [16], а также клеев, которым она придаёт водостойкость [16]. Для увеличения прочности склеивания инден-кумароновая смола вводится в состав контактных клеев, заменяющих механический способ крепления (болты, винты, гвозди).

2.5.4 Получение антикоррозионных материалов

Неблагоприятная экологическая ситуация в регионе Донбасса [29, 30] и в целом в Украине вызвана возрастающими масштабами накопления промышленных отходов. Загрязнение окружающей среды при повышении его агрессивности наносит огромный ущерб экономике страны. В частности, в результате коррозии сталебетонных и металлических конструкций нередки аварийные ситуации, которые усугубляют опасность возникновения экологической обстановки с несчастными исходами. В связи с этим поиск способов утилизации отходов в качестве противокоррозионных материалов, в том числе ингибиторов коррозии и защитных покрытий, одновременно снизит экологическую напряжённость и даст экономический эффект в результате ресурсосбережения и расширения сырьевой базы народнохозяйственного комплекса.

Инден-кумароновые смолы, получаемые из коксохимического сырья, обладают водостойкостью и устойчивостью к кислотам и щелочам, способностью образовывать прочную пленку, благодаря чему лаки на их основе успешно используют для получения коррозионно-стойких покрытий на коксохимических заводах [30, 31]. С использованием инден-кумароновых смол, полученных полимеризацией смолообразующих компонентов тяжёлой фракции бензола при переработке каменного угля, а также кубовых остатков (фракция С20 и выше) синтетических жирных кислот, полученных при переработке нефти, также разработаны противокоррозионные материалы [29]. В качестве ингибирующих добавок к ним использованы кубовые смолистые остатки производства оксиамина Крымского ПО «Химпром», являющиеся смесью первичных, вторичных и третичных нитроаминов. Введение в противокоррозионные композиции на основе инден-кумароновой фракции амино-содержащих смолистых отходов повышают защитные свойства плёнок [30].

Малая электропроводность инден-кумароновых смол позволяет применять их в составе электроизоляционных лаков и диэлектроческих замазок, в том числе в смеси с каучуками [32]. В производстве резины инден-кумароновая смола играет роль мягчителя, улучшает диспергирование наполнителей в резиновой смеси, что приводит к повышению ее эластичности и улучшению физико-механических свойств вулканизатов [31].

Одним из наиболее крупных потребителей инден-кумароновых смол может быть промышленность строительных материалов, где возможно их использование в качестве связующего при производстве плиток для полов, линолеума и других отделочных материалов [14,32,33]. Кроме того, эти смолы могут применяться как связующее при получении формовочных композиций из древесных отходов [34], в производстве углеграфитовых изделий [35=4], для изготовления дорожных пластобетонов [36], в качестве адгезивов для асфальта [37].

Как видно из этого краткого перечня, разнообразие свойств инден-кумароновых смол, их сравнительная дешевизна способствуют тому, что эти полимеры могут быть востребованы различными потребителями. Однако при получении их наиболее распространенным методом катионной полимеризации трудности, связанные с тщательным отделением катализатора, отрицательно влияют на их качество, могут вызвать подпленочную коррозию, снижают водостойкость покрытия. Термическая полимеризация не имеет этих недостатков, однако процесс термополимеризации чрезвычайно длителен (более 72 ч), дают невысокий выход (~ 60 %), требует больших энергетических затрат (температура процесса 230-250°С). Одним из способов, позволяющим регулировать качество инден-кумароновых смол и уменьшить отрицательные стороны катионной и термополимеризации, является модификация смол. Одним из возможных модификаторов является малеиновый ангидрид, который способен к активному взаимодействию с непредельными соединениями, входящими в состав кумарон-инденовой фракции.

2.5.5 Другие области применения инден-кумароновых смол

Кроме названных выше областей потребления, инден-кумароновую смолу используют [16] при производстве синтетической кожи и кожзаменителей, гидроизоляционных материалов. Пластобетона, для пропитки бумаги и тканей, при получении шлифовальных паст, при производстве пестицидов, ионообменных смол, для приготовления охлаждающих эмульсий для металлорежущих станков, в качестве эмульгатора для эмульсионной полимеризации. Инден-кумароновая смола может найти применение [16] при изготовлении противопригарной упрочняющей краски для литейных форм и стержней, в качестве присадки, понижающей температуру застывания минеральных масел, для улучшения закалочных свойств (квенчинг-эффекта) нафтеновых или парафиновых масел, в составе рецептуры фунгицидной замазки для обработки деревьев, для антисептической пропитки рыболовных сетей, для изготовления эмульсий, предупреждающих эрозию почвы, для придания жёсткости клеевому составу на основе каучука, используемому для связывания щебня или гравия при установке балластного слоя под железнодорожную колею.

Инден-кумароновые смола может использоваться [16] в качестве связующего при получении формовочных композиций из древестных отходов, а также для склеивания слюды и приклеивания её к подложке. На основе инден-кумароновых смол готовят звукопоглощающие пластмассовые композиции, вяжущее для изготовления дорожных пластобетонов, адгезивы для асфальта. Возможно также использовать инден-кумароновую смолу в качестве связующего и пропитывающего материала в производстве углеграфитовых изделий, растёт использование инден-кумароновых смол в отделочных и других строительных материалах.

3. Методика эксперимента

3.1 Исходные вещества и их физико-химические характеристики

Таблица 3.1 – Характеристика веществ, используемых в работе

3.2 Методика очистки мономеров и растворителей

Малеиновый ангидрид очищали возгонкой. Инденовую фракцию выделяли при перегонке кумарон-инденовой фракции Макеевского КХЗ.

Толуол очищали методом физической осушки от воды с последующей перегонкой при атмосферном давлении. Хлороформ сушили над СаCl2, а затем перегоняли. Ацетон сушили над K2CO3 и перегоняли.

Тетрагидрофуран очищали, удаляя следы пероксидов кипячением 0,5%-ной суспензии Cu2Cl2 в тетрагидрофуране в течение 30 мин с последующей перегонкой при атмосферном давлении. Затем тетрагидрофуран сушили над гранулами КОН, кипятили с обратным холодильником и снова перегоняли.

1,4-диоксан выдерживали несколько суток с гранулами КОН после чего перегоняли над свежей щёлочью. ДМСО, выдержанный над ВаО, перегоняли в вакууме над гранулами NaOH.

3.3 Методика синтеза полимера

В предварительно взвешенную на аналитических весах колбу с помощью градуированной пипетки вносим инденовую фракцию, содержащую ~ 85 % чистого индена (~ 90 мол. %). Рассчитываем массу малеинового ангидрида (МА), соответствующую 10 мол. % от массы взятого индена; тетрабутоксититана, соответствующую 5 мол. % МА, и пероксида бензоила (ПБ). Добавляем и взвешиваем растворитель – диоксан или толуол. Количество ДО рассчитываем, чтобы суммарная концентрация мономеров в растворе составляла 3 моль/л, а толуол берём в объёме, равном суммарному объёму мономерной смеси. После взвешивания рассчитанного количества пероксида бензоила вносим его в колбу с инденовой фракцией и растворителем. Затем берём рассчитанное количество МА и Ti(Obu)4 и вносим эти компоненты в колбу с реакционной смесью. Реакционную смесь заливаем в дилатометр или ампулы. Если процесс проводится в ампулах, их взвешиваем до и после наполнения реакционной смесью, затем запаиваем и взвешиваем, после чего помещаем ампулы в термостат. Отсчёт времени полимеризации начинаем через 10 мин с момента погружения ампул. При проведении полимеризации в дилатометре время отмечаем с момента достижения максимального объёма смеси, после чего следим за изменением объёма с помощью катетометра В-630.

По истечении времени полимеризации вынимаем дилатометр или ампулы из термостата и охлаждаем их. Выливаем жидкую фазу из дилатометра в предварительно взвешенный бюкс и снова взвешиваем, после чего используем для высаждения. Раствор из бюкса или ампул постепенно переносим в химический стакан с петролейным эфиром (50 см3) при постоянном перемешивании. Если в ампуле есть твёрдый остаток, его растворяем в том же растворителе (~5 см3) и также выливаем в петролейный эфир. Отфильтровываем полученный осадок через взвешенный фильтр Шотта при помощи водоструйного насоса, предварительно смочив фильтр растворителем. После фильтрования полимер сушим в вакуум-эксикаторе, периодически взвешивая его до постоянной массы. Выход полимера ω (%) рассчитываем по формуле: