FOAMED PLASTIC MATERIALS RECOVERED FROM FURAN PROCESS WASTE

ПЕНОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ФУРАНОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Низамов Т. А., Ташкентский химико-технологический институт, Ташкент, Республика Узбекистан

Газонаполненные пластмассы являются перспективными композиционными полимерными материалами благодаря прочности, эластичности, химической стойкости, тепло- и звукоизоляционным и другим свойствам.
В последние годы потребность отраслей народного хозяйства в пенопластах возросла вследствие их технологичности, возможности получения на месте применения. Кроме того, при производстве пенопластов не требуется подвода тепла извне и сложной оснастки.
Однако дороговизна исходных продуктов сдерживает широкое внедрение газонаполненных полимерных материалов в различных отраслях народного хозяйства. В этом аспекте весьма перспективным и актуальным является расширение сырьевых баз пенопластов.
Данная работа посвящена разработке жестких пенопластов на основе кубовых остатков производства фурфурилового спирта.
Кубовый остаток фурфурилового спирта (КОФС) является отходом производства и в настоящее время уничтожается сжиганием. КОФС в основном состоит из фурфурилового спирта (ФС), пентандиолов, растворимой осмоленной части, а также незначительного количества примесей.
Реакционная активность КОФС по отношению к реагентам, способным образовывать сшитые полимеры в присутствии определенного класса катализаторов, позволяет разрабатывать на их основе полимерные композиционное материалы, в частности вспененные.
На основе КОФС получены пенополифураны (ППФ), с использованием его в качестве реакционноспособного олигомера — жесткие пенополиуретаны (ППУ). КОФС применяется как гидроксилсодержащая составляющая в реакции с изоцианатами.
Проведенные исследования показали, что для получения ППФ необходимо применять низкомолекулярные сильные минеральные кислоты из-за относительно низкой активности к отверждению КОФС. При этом полученные пенопласты характеризуются относительно низкими физико-механическими свойствами вследствие их малой плотности сшивки и невысокого выхода гель-фракции. Так, ППФ, полученный в присутствии раствора серной кислоты в диэтиленгликоле, имеет следующие показатели при кажущейся плотности 25—35 кг/м³: предел прочности при сжатии — 0,03—0,035 МПа, потеря массы при горении — 59%, линейная температурная усадка — 4,1%, выход гель-фракции — 78%. Следует отметить, что свойства ППФ зависят от изменения состава КОФС, но эти показатели имеют относительный характер, т. к. увеличение содержания пентадиолов в составе КОФС приводит к понижению активности к отверждению КОФС. Полученные ППФ характеризуются меньшей плотностью сшивки, вследствие чего теплофизические свойства пенопластов снижаются. Так, увеличение содержания пентандиолов от 13,6 до 24% приводит к снижению выхода гель-фракции от 78 до 57%, повышению потери массы при горении в огневой трубе с 59 до 73% и изменению линейной температурной усадки от 4,1 до 7,2%. Исследования показали, что на основе КОФС, содержащего более 30% пентадиолов, невозможно получить ППФ из-за низкой активности к отверждению исходного продукта.
С целью снижения концентрации свободного ФС и повышения вязкости КОФС подвергали гомополиконденсации в кислой среде. Полученные олигомеры КОФС имели следующие характеристики: содержание гидроксильных групп 9,8—10,4%, свободного ФС 2,8—3,4%, молекулярная масса 280—360, вязкость 1,5—2,2 Па•с. В дальнейшем на основе полученного олигомера разрабатывали рецептуры жесткого ППУ.
Исследования показали, что ППУ имеют следующие технологические параметры вспенивания: время старта — 22 с, время гелеобразования — 46 с, время подъема — 106 с; и прочностные свойства: предел прочности при сжатии — 0,9 МПа, ударная вязкость — 0,23 кДж/м²при кажущейся плотности 100 кг/м³. Необходимо отметить, что полученные ППУ характеризуются относительно большим временем подъема, кроме того, из-за большой разницы между временем подъема и временем гелеобразования полученные ППУ имеют трещины в середине блока. С целью достижения оптимальных соотношений скоростей пено- и уретанообразования в композицию вводили низкомолекулярные катализаторы триэтаноламин (ТЭолА) и диметилэтаноламин (ДМЭолА). При этом естественно ожидать и улучшения макроструктуры ППУ вследствие сокращения разницы между временем подъема и временем гелеобразования. Технологические параметры вспенивания при добавлении ТЭолА уменьшаются. Например, при увеличении концентрации последнего до 6,0 в. ч. снижается время старта до 17 с, время гелеобразования — до 34 с, время подъема — до 78 с по сравнению с 22, 46 и 106 с соответственно для исходной композиции. Дальнейшее повышение количества ТЭолА незначительно влияет на изменение параметров вспенивания и начиная с 7,0 в. ч. сердцевина блоков ППУ пригорает вследствие повышения температуры экзотермии реакции пено- и уретанообразования. Введение ТЭолА в композицию также увеличивает предел прочности при сжатии от 0,9 до 1,02 МПа, ударную вязкость — от 0,23 до 0,36 кДж/м²; дальнейшее повышение количества ТЭолА снижает эти показатели.
Более существенное влияние на реакцию формования ППУ оказывает другой аминный катализатор ДМЭолА. Добавление его в количестве 1,0 в. ч. в рецептуру ППУ уменьшает время старта от 22 до 15 с, время гелеобразования — от 46 до 30 с, время подъема — от 106 до 70 с. При этом также увеличиваются прочностные показатели, достигая значений предела прочности при сжатии — 1,05 МПа, ударной вязкости — 0,26 кДж/м². Последующее увеличение количества ДМЭолА до 2,0—2,5 в. ч. резко ускоряет скорость реакции пено- и уретанообразования.
Анализ приведенных данных показывает, что ТЭолА катализирует реакцию пено- и уретанообразования и одновременно является сшивающим агентом. Увеличение его количества повышает степень сшивки образующегося полимера. ДМЭолА является более активным катализатором процесса пенообразования.
Таким образом, в результате проведенных комплексных исследований разработаны ППФ и ППУ, которые прошли успешные промышленные испытания. Показано, что соответствующая модификация КОФС позволяет получить пенопласты с высокими физико-механическими свойствами.

Nizamov T. A., Tashkent Chemical and Technological Institute, Tashkent, Republic of Uzbekistan

The effects of composition and viscosity of furfuryl alcohol distillation residue on the physical and mechanical properties of foamed plastics have been examined. The paper identifies and describes new options for modifying the furan process waste distillation residue in order to improve the properties of foamed plastics.

Главная страница

Сведения об авторах

Низамов Тулкун Абдусаматович, канд. техн. наук, зав. лабораторией, Ташкентский химико-технологический институт, ул. Мечникова, 7, Ташкент, 100084, Узбекистан. Тел. (71) 134-50-96. Е-mail

Последние изменения внесены 10.07.07