Савченко Марія Олегівна. Одержання високодисперсного діоксиду кремнію, модифікованого карбамідоформальдегідними полімерами

Краткое описание

Савченко Марія Олегівна. Одержання високодисперсного діоксиду кремнію, модифікованого карбамідоформальдегідними полімерами : Дис... канд. наук: 05.17.01 - 2008.

Савченко М.О. Одержання високодисперсного діоксиду кремнію, модифікованого карбамідоформальдегідними полімерами.Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.01 технологія неорганічних речовин. Державний вищий навчальний заклад „Український державний хіміко-технологічний університет”, Дніпропетровськ, 2008 р.
Дисертація присвячена розробленню технології високодисперсного силіцію (IV) оксиду, модифікованого карбамідоформальдегідними полімерами з рідкого скла. Запропонована технологія дає змогу одержувати модифікований силіцію (IV) оксид із заданими фізико-хімічними властивостями, що зумовлює доцільність його застосовування як наповнювача гумотехнічних виробництв.
Здійснено термодинамічні дослідження рівноважної системи Si-O-H-Na-S з урахуванням утворення твердої фази. Встановлено температурний режим ведення процесу. Експериментально обґрунтовано ведення процесу у дві стадії. Визначено умови існування стійкого золю силіцію (IV) оксиду.
Здійснено дослідження кінетики поліконденсації силікатних кислот у рідкому склі методом турбідиметрії. Визначено порядок оборотної реакції поліконденсації, константи швидкості й рівноваги, а також залежність швидкості реакції від температури й від технологічних умов ведення процесу.
Вивчено вплив технологічних параметрів на фізико-хімічні властивості одержуваного продукту. Оптимальне співвідношення при цьому неорганічної й органічної складової становить 80/20.
Розроблено технологічну схему та визначено оптимальний технологічний режим одержання високодисперсного силіцію (IV) оксиду, модифікованого карбамідо-формальдегідними полімерами.

У результаті виконання дисертаційної роботи вирішене науково-практичне завдання створення ефективної технології модифікованого силіцію (IV) оксиду.

Серед описаних у літературі методів одержання модифікованого силіцію (IV) оксиду найперспективнішим є золь-гель метод, який дає змогу отримувати високодисперсний продукт із заданими фізико-хімічними властивостями. Модифікування зазначеного продукту органічними сполуками дає змогу одержувати структурнопов’язаний композиційний матеріал, що володіє важливими властивостями.
У системі Si-O-H-Na-S за термодинамічними розрахунками максимальний вихід продукту досягається за величини pН менше восьми та температури від 20 до 950С.
Одержання стійкого золю для силіцію (IV) оксиду доцільно здійснювати за температури 80ч950С. Концентрація сульфатної кислоти першої стадії 0,212ч0,17 моль/л, =1,07ч1,09 г/см3, тривалість не менше 20 хв.
На швидкість утворення силіцію (IV) оксиду впливає інтенсивність перемішування, що свідчить про присутність дифузійної складової в константі швидкості реакції поліконденсації. Для її виключення необхідно забезпечити турбулентний режим (Reпр69120 ).
За турбулентного режиму процесу поліконденсації силікатних кислот константа швидкості оборотної реакції підкорюється рівнянню першого порядку, залежність величини константи швидкості реакції від температури описується рівнянням Арреніуса (), при цьому константа рівноваги становить.
Розроблена комп’ютерна модель коагуляції золю силіцію (IV) оксиду дає змогу оцінювати тривалість коагуляції залежно від вихідної концентрації рідкого скла і прогнозувати структуру агрегатів, що утворюються. Розрахункове значення фрактальної розмірності агрегатів D = 1,622±0,035.
Оптимальними умовами одержання високодисперсного силіцію (IV) оксиду, модифікованого КФП, з високими технічними характеристиками є: вихідна густина рідкого скла (1,07ч1,09 г/cм3); температура 80ч90С; тривалість першої стадії 60ч70 хв, другої 60.
Модифікацію високодисперсного SiO2слід здійснювати КФП лінійної та циклічної будови, який можна одержати за співвідношення К:Ф=1:1, тривалості полімеризації 15ч20 год, температури 35С і рН середовища, рівного семи. Одержаний за таких умов модифікований SiO2має гідрофобні властивості, розміри його частинок становлять від 10 до 20 нм, питома поверхня 140ч300м2/г.
За співвідношення органічної і неорганічної складової (20/80) модифікований продукт, порівняно з традиційною білою сажею, має на 20-30% більшу міцність кріплення гум до латунованого металокорду та забезпечує рівноцінний адгезійний зв’язок з текстильним кордом.
Випробування виготовлених нами зразків готового продукту на ЗАТ «Інтер-Гтв» (м. Біла Церква) та ВАТ «Дніпрошина» (м. Дніпропетровськ) показали його високі властивості як наповнювача у гумах, що послужило основою для розроблення вихідних даних на проектування дослідно-промислової установки виробництва білої сажі на базі розробленої нами технологічної схеми одержання SiO2модифікованого КФП.