Оценка и способы снижения эмиссии фенольных и аминных ингибиторов резин (90,00 руб.)

Стр.3

Стр.4

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Известно, что ингибиторы эластомерных композиций представляют собой токсичные и пылящие вещества. Аминсодержащие ингибиторы с алкильными группами могут быть потенциальными источниками канцерогенных нитрозоаминов. В отличие от них фенольные ингибиторы не обладают выраженными токсическими свойствами, однако для них характерны высокая летучесть в процессах переработки резиновых смесей, миграция из готовых изделий так же, как и для аминных ингибиторов, и последующие фотохимические превращения в окружающей среде с образованием высокотоксичных соединений. В этой связи уменьшение сублимации, летучести и миграции,соответствующее основным принципам «экологизации технологии», является актуальной проблемой. Решение этой проблемы возможно различными способами. Одним из них является физико-химическая модификация аминсодержащих ингибиторов N-изопропил-N'фенил-п-фенилендиамина (диафена ФП) и N,N’-дифенил-n-фенилендиамина (ДФФД) в предварительно сплавленной и закристаллизованной смеси с фенольными ингибиторами, такими как 2,2′- метилен-бис(4-метил-6-трет-бутилфенол) (агидол – 2) и 4,4′-метилен-бис(2,6-ди-трет-бутилфенол) (агидол – 23) с получением водородно-связанных молекулярных комплексов. Проведенные в настоящей диссертации исследования подтвердили актуальность темы результатами уменьшения летучести и миграции аминного ингибитора с 33 до 0,3 кг на 1 т ингибитора и с 3 до 1,4 кг на 1 т шинной резины соответственно. Образование молекулярных комплексов с большим мольным объемом уменьшает сублимацию, летучесть и миграцию ингибиторов, которые являются важными факторами эмиссии. Снижение интенсивности этого процесса способствует уменьшению техногенной нагрузки на атмосферу. Работа выполнялась в соответствие с приоритетным направлением развития науки, технологий и техники РФ «Экология и рациональное природопользование» в области «Технологии обеспечения безопасности продукции, производства и объектов» (Приказ № 843 от 21.05.2006г.) Цель работы. Разработать научно обоснованные способы снижения эмиссии фенольных и аминных ингибиторов для уменьшения негативного влияния на окружающую среду процессов производства, эксплуатации и хранения резиновых изделий. Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи: 1. Провести квантовохимическое моделирование пространственной структуры и электронного строения молекул агидола-2, агидола-23, диафена ФП и ДФФД и водородносвязанных молекулярных комплексов на их основе, обладающих малой эмиссией и повысить их экологическую безопасность. Методом ИК-Фурьеспектроскопии подтвердить результаты квантовохимического моделирования и прогноза образования водородносвязанных молекулярных комплексов. 2. Исследовать летучесть исходных ингибиторов и молекулярных комплексов на их основе, предложить способы ее уменьшения. Рассчитать давление насыщенных паров ингибиторов и показать необходимость его учета при их транспортировке и хранении. 3. Исследовать миграцию молекул ингибиторов и их молекулярных комплексов из саженаполненных каучуков. Предложить механизм миграции ингибиторов из шинных резин и дать рекомендации по ее уменьшению. 3

Стр.3

4. Идентифицировать продукты фотохимического превращения фенольных и аминных ингибиторов, приводящие к вторичному загрязнению окружающей среды в результате их эмиссии в процессах производства и эксплуатации шинных резин. 5. Квантовохимически моделировать фотохимические реакции вторичных аминов с оксидами азота, приводящие к вторичному загрязнению атмосферы. 6. Рассчитать предотвращенный экологический ущерб от предполагаемого снижения эмиссии ингибиторов шинных резин. Научная новизна. Впервые проведены квантовохимические расчеты параметров пространственной структуры и термодинамических характеристик фенольных и аминных ингибиторов шинных резин, а также молекулярных комплексов на их основе. Показано, что комплексообразование происходит за счет межмолекулярных ОН…О, О-Н…π, О-Н…N, N-Н…О и N-H… π-водородных связей, что подтверждено методом ИК-Фурье-спектроскопии. Сравнением величин сродства к электрону молекул выявлено, что диафен ФП является донором электронов, а агидол-2, агидол-23 и ДФФД – донорами водорода при образовании между ними водородносвязанных комплексов. Экспериментально установлено, что молекулярные комплексы, полученные физико-химической модификацией ингибиторов в бинарных расплавах, характеризуются относительно низкими летучестью и давлением насыщенных паров, а также слабой миграцией из шинных резин, что является одним из существенных факторов уменьшения эмиссии ингибиторов. Рассмотрены стадии миграции молекул ингибиторов с учетом величин дипольных моментов и перпендикулярных вектору дипольного момента площадей поперечного сечения молекул ингибиторов и комплексов на их основе. Получены новые экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что фотохимические превращения фенольных и аминных ингибиторов приводят к образованию более токсичных продуктов. Практическая значимость работы. На основе экспериментально определенных значений летучести и рассчитанных давлений насыщенных паров порошкообразных и гранулированных ингибиторов разработаны и предложены способы снижения эмиссии в процессах хранения ингибиторов, производства и эксплуатации шинных резин. Результаты исследований эмиссии ингибиторов могут быть использованы при разработке рецептов «зеленой шины» с минимальной миграцией ингибиторов на поверхность. Апробация работы. Основные материалы диссертации были доложены на Всероссийской научно-технической конференции «Инженерные науки защите окружающей среды» (Тула, 2006), XVIII Международном Менделеевском съезде по общей и прикладной химии «Достижения и перспективы химической науки» (Москва, 2007); II Межрегиональной конференции «Промышленная экология и безопасность», научно-технических конференциях КГТУ (Казань, 2006-2009), XII Международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений – IV Кирпичниковские чтения» (Казань, 2008), XII Всероссийской конференции им. В.А. Фока по квантовой и вычислительной химии (Казань, 2009). Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 11 научных публикациях, 3 из которых в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки РФ. 4

Стр.4