авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Технология и свойства модифицированных полимерных мембранных материалов на основе ацетатов целлюлозы

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Потехина Лариса Николаевна

ТЕХНОЛОГИЯ И СВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МЕМБРАННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АЦЕТАТОВ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Специальность 05.17.06 –

Технология и переработка полимеров и композитов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов 2011

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Седелкин Валентин Михайлович
Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Кононенко Наталья Анатольевна
доктор технических наук, профессор Кардаш Марина Михайловна
Ведущая организация: ОАО «НИТИ-Тесар», г. Саратов

Защита состоится «23» сентября 2011 г. в 1300  часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.09 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 413100, Саратовская область, г. Энгельс, пл. Свободы, 17, Энгельсский технологический институт (филиал) ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет», ауд. 237.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Автореферат разослан « » августа 2011 г.

Автореферат размещён на сайте ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» http://www.sstu.ru « » августа 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета В.В. Ефанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основной тенденцией в развитии современных промышленных технологий является снижение ресурсоэнергопотребления на выработку продукции с одновременным соблюдением требований по охране окружающей среды. Реализации этой тенденции способствуют разработки новых технологических процессов на основе мембранных методов.

Среди мембранных методов важнейшее место занимает нано- и ультрафильтрация, которые перспективны для выделения и концентрирования из жидких смесей веществ с широким диапазоном молекулярных масс (М=0,11000) КДа. К этим веществам относятся белки и их фракции, синтетические красители, гербициды и пестициды, лактоза, вирусы, пектины и многие другие ингредиенты.

Фильтрационные селективно проницаемые мембраны изготавливаются из различных материалов, но до сих пор основным сырьем для их производства являются полимеры. Мировой рынок полимерных мембран достигает 80%.

Особое место среди полимеров, из которых получают фильтрационные мембраны, занимают ацетаты целлюлозы, которые использованы в диссертации как полимерное сырье.

Для выделения из смесей ингредиентов с различной молекулярной массой необходимы мембраны, отличающиеся размерами пор и распределением этих пор по размерам. Ассортимент полимерных фильтрационных мембран, особенно отечественного производства, недостаточен и актуальной задачей является разработка новых типов мембран с заданными эксплуатационными характеристиками.

Наиболее перспективным подходом к изменению структуры и функциональных свойств полимерных мембранных материалов является проведение модифицирования во всех звеньях технологической цепочки их изготовления: сырье – формовочный раствор – фильтрационный материал. В настоящее время для регулирования структуры и свойств полимерных мембран используют в основном различные технологические приемы формования мембранного материала.

Практически не изучено влияние на структуру и функциональные характеристики мембран введения в полимерные формовочные растворы твердых наполнителей различной природы и фракционного состава.

Представляет также интерес исследование модифицирования самого полимерного сырья физико-химическими методами с целью его активирования, изменения надмолекулярных и макромолекулярных структур. В частности, исходная надмолекулярная структура ацетатцеллюлозы может быть изменена воздействием паров специфических растворителей, а также их смесей с водой.

Для выбора оптимальных способов и условий модифицирования необходимы научные данные о структурных и функциональных характеристиках мембранных материалов до и после модификации, поскольку условия формирования мембран оказывают определяющее влияние на их селективность и проницаемость. Полученные научные данные о структуре модифицированных мембранных материалов могут быть использованы для углубления понимания механизма процессов переноса и построения моделей нано- и ультрафильтрации многокомпонентных жидких смесей.

Таким образом, поиск новых подходов к модифицированию полимерных мембранных материалов по всей технологической цепочке их изготовления, выявление закономерностей формирования структуры и свойств мембран является актуальной научной задачей как для оптимизации условий модифицирования, так и для прогнозирования изменений параметров переноса под влиянием различных модифицирующих воздействий.

Цель работы: разработка технологии получения модифицированных полимерных мембранных материалов на основе ацетатов целлюлозы.

Задачи исследования:

  • разработка комплексного подхода к модифицированию мембранных фильтрационных материалов на основе ацетатов целлюлозы;
  • определение сорбционных и структурных характеристик вторичных ацетатов целлюлозы, прошедших физико-химическую модификацию;
  • разработка новых рецептур и изучение структуры и свойств модифицированных полимерных формовочных растворов и дисперсных смесей;
  • получение ненаполненных и наполненных полимерных пористых мембранных материалов из модифицированных формовочных смесей;
  • исследование морфологических, структурных, прочностных характеристик модифицированных фильтрационных материалов и мембран с использованием оптической и электронной микроскопии, эталонной контактной порометрии и других методов;
  • определение основных эксплуатационных характеристик (проницаемости и селективности) разработанных материалов и мембран;
  • использование полученных экспериментальных данных для разработки и адаптации математической модели мембранной фильтрации многокомпонентных жидких смесей.

Научная новизна:

  • предложен комплексный подход к модифицированию полимерного сырья и формовочных смесей, позволяющий регулировать структуру и свойства мембранных фильтрационных материалов;
  • получены научные данные о кинетике набухания порошкообразного диацетата целлюлозы (ДАЦ) в парах модифицирующих смесей вода-диметилсульфоксид (ДМСО) и вода-диметилацетамид (ДМАА). Установлено, что пары смеси воды с ДМСО поглощаются ацетатами целлюлозы с большей скоростью и в большем объеме, чем с ДМАА. Выявлены основные стадии поглощения паров модификатора ДАЦ, отличающиеся скоростью и константой
jpg"> набухания. Определены численные значения и для пяти характерных участков кинетической кривой набухания;
  • предложены новые рецептуры гетерогенных формовочных смесей для изготовления наполненных полимерных мембран, защищенные патентом на изобретение;
  • выявлено влияние модифицирования ДАЦ, включения в формовочные растворы различных порообразователей и твердых наполнителей на их реологические и оптические характеристики. Установлено, что введение в растворы ограниченного количества воды и этилового спирта в качестве порообразователей повышает изотропность растворяющих систем, способствуя ускорению набухания и сольватации полимера. Полимерные растворы, изготовленные из модифицированного ДАЦ, наибольшие структурные изменения претерпевают при содержании в полимере малых концентраций (0,1-0,5%) паров модификатора. Введение твердого наполнителя в полимерный раствор приводит к повышению его вязкости, для расчета которой получено единое аппроксимационное уравнение;
  • получены новые наполненные полимерные мембранные материалы из формовочных смесей, модифицированных экологичными и дешевыми термообработанными отходами обмолота проса;
  • выявлены особенности структурной организации модифицированных фильтрационных мембран и получены новые научные данные об их пористости, распределению пор по размерам, прочности, степени набухаемости в условиях эксплуатации;
  • определены значения проницаемости и селективности разработанных мембран и установлены зависимости этих характеристик от структурных и технологических параметров. Показано, что наибольшей селективностью (до 85%) при максимальной проницаемости обладают мембраны, изготовленные из модифицированного полимерного сырья;
  • предложена и адаптирована математическая модель мембранной фильтрации многокомпонентных жидких смесей, учитывающая особенности пористой структуры модифицированных материалов.
  • Теоретическая и практическая значимость. Расширены и углублены современные представления о возможностях физико-химического и структурного модифицирования вторичных ацетатов целлюлозы, формовочных полимерных растворов и мембранных материалов, а также о механизме фильтрационных процессов в полупроницаемых мембранах, что является вкладом в развитие научных основ технологии полимеров, их растворов и наноматериалов.

    Разработаны рецептуры и технологические основы изготовления модифицированных полимерных мембранных материалов, определены их структурные и эксплуатационные характеристики. Изготовленные из этих материалов фильтрационные мембраны позволяют решать производственные задачи разделения полидисперсных смесей, а также проблемы очистки производственных стоков от высокомолекулярных органических соединений с целью ослабления антропогенной нагрузки на окружающую среду.

    Полученные структурные характеристики мембранных материалов использованы также:

    • на Саратовском комбинате детского питания при разработке технологических требований и регламента работы мембранной ультрафильтрационной установки производства творога;
    • в ООО «ТехКом» при разработке технологии изготовления и производства опытной партии наполненных полимерных мембран на основе диацетата целлюлозы;
    • в учебном процессе на кафедрах МППиТ, ХТ ЭТИ (филиал) СГТУ, а также для разработки рекомендаций по совершенствованию пищевых мембранных технологий.

    Обоснованность и достоверность полученных результатов. В работе использован комплекс современных, независимых и взаимодополняющих методов исследования полимеров, полимерных растворов и мембранных материалов: ротационная вискозиметрия, метод спектра мутности, оптическая и электронная сканирующая микроскопия, методы адсорбционно-структурной и эталонной контактной порометрии, позволяющих получать экспериментальные результаты с приемлемой и контролируемой точностью. Воспроизводимость опытных данных оценивалась их статистической обработкой с анализом погрешностей. Полученные результаты сопоставлялись с данными других исследователей.

    Положения, выносимые на защиту:

    1.Подход к комплексному модифицированию полимерного сырья и растворов для формования мембранных фильтрационных материалов.

    2.Новые рецептуры дисперсных формовочных смесей и изготовленные из них наполненные полимерные мембраны.

    3.Результаты исследования структурных характеристик модифицированных диацетата целлюлозы, формовочных растворов, фильтрационных материалов и мембран.

    4.Зависимости проницаемости и селективности разработанных мембран от их структуры и технологических особенностей.

    Апробация работы. Основные положения и результаты работы апробированы на: IV и V Всероссийских конференциях «Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах – ФАГРАН-2008, 2010» (Воронеж, 2008, 2010); IV Всероссийской научной конференции (с международным участием) «Физикохимия процессов переработки полимеров» (Иваново, 2008); V Международной конференции молодых ученых «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2009); Всероссийской научно-практической конференции «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (Саратов, 2009, 2010); Международной конференции «Ионный перенос в органических и неорганических мембранах» (Краснодар, 2009, 2010); XIV Всероссийском симпозиуме с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности» (Москва, 2010); VII Всероссийской конференции молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 2010); V Международной конференции «Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология – Композит-2010» (Энгельс; 2010); V Всероссийской Каргинской конференции (Москва, 2010); Всероссийской научной конференции «Мембраны-2010» (Москва, 2010); XIII Международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии» (Иваново, 2010); IV Всероссийской научно-практической конференции «Полимер – 2010» (Бийск, 2010); Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Ионный перенос в органических и неорганических мембранах» (Кемерово, 2010); XXIII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-23» (Саратов, 2010); II Международной научно-практической конференции молодых ученых «Ресурсоэффективные технологии для будущих поколений» (Томск, 2010); V Салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2010).

    Публикации. По материалам диссертации получен патент и опубликовано 25 печатных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ.

    Работа выполнена при финансовой поддержке: Министерства образования и науки РФ «Аналитическая ведомственная целевая программа «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)» (Проект 2.1.2/1767); Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (У.М.Н.И.К. 2009-2011 годы, проект 10164).

    Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы.

    Автор считает своим долгом выразить благодарность и признательность за научные консультации зав. кафедрой полимеров СГУ, д.х.н., проф. Шиповской А.Б.

    ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

    Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, научная и практическая значимость полученных результатов, основные положения, выносимые на защиту.

    Первая глава «Современное состояние проблемы и задачи исследования» посвящена анализу современного состояния проблемы, связанной с получением полимерных материалов для баромембранной фильтрации многокомпонентных жидких смесей. Дана уточненная по молекулярной массе и размеру задерживаемых частиц классификация баромембранных методов, а также полимерных мембранных материалов. Рассмотрены потенциально перспективные способы модифицирования полимерного сырья, формовочных растворов и мембранных материалов. На основании анализа литературных данных сформулированы направление, цель и задачи исследования.

    Во второй главе «Исследование характеристик полимерного сырья на основе модифицированных диацетатов целлюлозы (ДАЦ)» приведены свойства исходного полимерного сырья – диацетата целлюлозы, водноорганических смесей, которые использовались для модифицирования ДАЦ, а также полимерного сырья после его модифицирования.

    В качестве водноорганических смесей были использованы бинарные смеси дистиллированной воды с растворителями – диметилсульфоксидом (ДМСО) и диметилацетамидом (ДМАА) в соотношении 90:10 по объему жидкости. В процессе модифицирования определяли текущие значения степени, скорости и константы набухания полимера.

    На рис. 1 приведены кинетические кривые набухания ДАЦ в парах смесей воды с ДМСО и ДМАА. Полученные результаты показывают, что абсолютные величины поглощенных паров для рассматриваемых вариантов отличаются примерно в два раза.

    Это свидетельствует о том, что пары смеси воды с ДМСО поглощаются ацетатами целлюлозы с большей скоростью и в большем объеме, чем с ДМАА. Поэтому следует ожидать, что образцы полимера, обработанные парами смеси с ДМСО, претерпят бльшие изменения своей структуры, чем образцы, обработанные парами смеси с ДМАА. Поэтому в дальнейших опытах по модифицированию ДАЦ использованы смеси с ДМСО.

    Анализ кинетики набухания ДАЦ в парах исследованных бинарных смесей показал, что кривую набухания можно разбить на несколько временных участков, отличающихся скоростью и константой набухания. В нашем случае было выделено пять таких участков, отличающихся временем, средними на участке значениями скорости и константами набухания .

    Рис. 1. Кинетические кривые набухания порошка ДАЦ в парах смесей воды с ДМСО (1) и ДМАА (2)


    Pages:   || 2 | 3 |
     





     
    © 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

    Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
    Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.