Термический анализ олеогелей на основе изобутилового каучука

АННОТАЦИЯ

Синтезирован олеогель на основе каучука для очистки воды от нефтяных остатков. Проведено литературное исследование широкого спектра применения олеогеля. Определены показатели анализа дифференциальной термогравиметриии (ДТА, ТГА) синтезированного олеогеля. Изучена кинетика маслопоглощения олеогелем.

ABSTRACT

Oleogels based on rubber for water purification from oil residues have been synthesized. A literary study of a wide range of applications of oleogels has been carried out. The parameters of the analysis of differential thermogravimetry (DTA, TGA) of the synthesized oleogels were determined. The kinetics of oil absorption of oleogels has been studied.

Ключевые слова: каучук, олеогель, глутаральдегид, метиленбисакриламид, малеиновый ангидрид, толуол, масло.

Keywords: rubber, oleogel, glutaraldehyde, methylene bisacrylamide, maleic anhydride, toluene, oil.

Олеогели широко используются во всем мире как жиросжигающие и нефтеудерживающие полимерные материалы. Благодаря высоким сорбционным свойствам олеогели используются в различных сферах жизнедеятельности человека. Например, он используется в медицине, продуктах питания, экологии, фармакологии, косметологии и т. д.[1,2,3] Синтезированные из полимеров олеогели нашли применение на промышленных предприятиях при очистке воды от остатков нефти.  Полимерные олеогели широко используются во всем мире для обеспечения чистоты океанов и водоемов [4, 5]. С бурным развитием мировой экономики и ускорением процесса индустриализации нефтедобыча в промышленности становится причиной многих трудностей и тяжелых проблем. Для традиционных методов разделения нефти и воды трудно удовлетворить требования по переработке большого количества масляных сточных вод [6, 7]. Исследователи пришли к выводу, что для сохранения биоразнобразия в природе, жизни флоры и фауны следует использовать сорбционные материалы на основе супергидрофобных олеогелей, предназначенных для очистки сточных вод от масложировых загрязнений [8, 9, 10].

Целью данной работы является синтез олеогеля, обладающего олеофильными гидрофобными свойствами, на основе изобутиловых каучуков, а также исследование температурных характеристик с испрользованием дифференциальной термогравиметриии.

Экспериментальная часть

Для синтеза олеогеля, каучуки предварительно переводили в растворенное состояние, а затем нагревали в присутствии сшивающего агента и инициатором при постоянном перемешивании. На следующем этапе осуществляли процесс осаждения в состоянии медленного смешивания [11, 12]. В качестве связующего вещества добавляли малеиновый ангидрид. Эксперимент протекал в течение трех часов. После завершения процесса содержимое охлаждали до комнатной температуры. На конечном этапе эксперимента проводили сушку олеогеля с целью удаления органических растворителей и гранулирование до порошкового состояния. Испытания набухания олеогеля показали, что он способен поглощать нефть из воды. По итогам эксперимента по синтезу и применению полученного олеогеля составлена таблица 1, отражающая условия синтеза и кинетику набухания олеогеля.

Таблица 1.

Условия синтеза и кинетика набухания олеогеля

Данные приведенные в таблице 1, свидетельствуют о том, что олеогель, синтезированный по условиям химической реакции эксперимента №5, показывает самую высокую степень набухания нефтью по сравнению с другими шести, полученных при иных условиях. В процессе синтеза олеогеля при добавлении 0,5% сшивающего агента и 1% Трехпроцентного раствора инициатора от массы изобутилового каучука реакция сшивания протекает в течении 3 часов. Полученный, по итогам реакции каждый грамм олеогель собирает 86 грамм нефть из воды.

Для проведения термогравиометрического анализа использовали 6,26 мг полученного вещества и наблюдали потерю его массы и экзо- и эндо-процессы при температуре 5000С.

Термогравиметрическая производная олеогеля показана на рисунке 1.

Рисунок 1.Термогравиметрическая производная и дифференциальный термогравиметрический анализ изобутилового каучука

Анализ термогравиметрической кривой изобутилового каучука показывает, что кривая TGA, в основном реализуется, в 3 интенсивных температурных диапазонах потери массы.

1-интервал потери массы соответствует при температурном интервале 20 - 338 °С, 2 – интервал потери массы соответствует при температурном интервале 338 – 428 °С, 3-интервал потери массы соответствует при температурном интервале 428 – 500 °С. Анализ показывает, что если в первом интервале потери массы наблюдается потеря массы 0,098 мг, то есть 1,569%, то в интервале потери массы 2 происходит интенсивный процесс распада. Основное количество потери массы в этом диапазоне составляет 6,157 мг, то есть 98,6%. третьем интервале потери массы потеря массы составляет 0,009 мг, то есть 0,144%.

Термогравиметрия полученного олеогеля показывает, что у олеогеля из изобутилового каучука начинается термическая деструкция при температуре выше 338 °С. Это свидетельствует о том, что полученный продукт вполне применим в системах с высокими температурными режимами.

Таким образом, по полученным результатам исследования, установлены оптимальные условия синтеза олеогеля, на основе изобутиловых каучуков, обладающего олеофильными гидрофобными свойствами. Исследование температурных характеристик с применением дифференциальной термогравиметриии показало, что полученный олеогель достаточно сшитый, то есть, приобрел термореактивный характер, благодаря реакции сшивания изобутилового каучука малеиновым ангидридом.

Список литературы:

1. Singh A., Auzanneau F. I., Rogers M. A. Advances in edible oleogel technologies–A decade in review //Food Research International. – 2017. – Т. 97. – С. 307-317.
2. Patel A. R., Dewettinck K. Comparative evaluation of structured oil systems: Shellac oleogel, HPMC oleogel, and HIPE gel //European journal of lipid science and technology. – 2015. – Т. 117. – №. 11. – С. 1772-1781.
3. Киёмов Ш.Н., Джалилов А.Т. Адгезия эпоксиуретанового полимера по  металлу //Universum: технические науки. – 2020. – №. 9-2 (78).
4. Almeida I. F. et al. Moisturizing effect of oleogel/hydrogel mixtures //Pharmaceutical development and technology. – 2008. – Т. 13. – №. 6. – С. 487-494.
5. Киёмов Ш.Н., Джалилов А.Т. Трибология эпоксиуретанового полимера //Universum: технические науки. – 2019. – №. 6 (63).
6. da Silva S. L. et al. Fat replacement by oleogel rich in oleic acid and its impact on the technological, nutritional, oxidative, and sensory properties of Bologna-type sausages //Meat science. – 2019. – Т. 149. – С. 141-148.
7. Хусанова М.Ф., Киёмов Ш.Н., Джалилов А.Т. Свойства новых олеогелей на основе каучуков //Universum: технические науки. – 2020. – №. 9-2 (78).
8. Yang S. et al. Functional characteristics of oleogel prepared from sunflower oil with β‐sitosterol and stearic acid //Journal of the American Oil Chemists' Society. – 2017. – Т. 94. – №. 9. – С. 1153-1164.
9. Джалилов А. Т., Киёмов Ш. Н. Уретан-эпоксидные термореактивные полимерные системы в качестве антифрикционного материала //Булатовские чтения. – 2020. – Т. 5. – С. 76-78.
10. Киёмов Ш. Н., Джалилов А. Т. Уретановый олигомер оу-400 //Universum: технические науки. – 2020. – №. 7-2 (76).
11. Bascuas S., Hernando I., Moraga G., and Quiles A. (2020). Structure and stability of edible oleogels prepared with different unsaturated oils and hydrocolloids. Int. J. Food Sci. Technol. 55, 1458–1467.
12. Хусанова М.Ф., Киёмов Ш.Н., Джалилов А.Т., Бекназаров Х.С. Синтез и исследование олеогеля с целью очистки сточных вод нефтеперерабатывающих заводов //Universum: технические науки. – 2021. – №. 1-2 (82).