Свойства новых олеогелей на основе каучуков

АННОТАЦИЯ

В статье анализируются свойства синтезированного олеогеля с новым составом, содержащим каучука марки СКИ, малеинового ангидрида, перокись бензоила. Проведен элементный анализ методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Изучено набухание олеогелья, синтезированной новой композиции, в жирах и ароматических углеводородах. Показано, что синтезированный новый олеогель является импортозамещающим продуктом, который отличается от других типов олеогелей высокой вязкостью.

ABSTRACT

The article analyzes the properties of the synthesized oleogel with a new composition containing SKI rubber, maleic anhydride, benzoyl peroxide. Elemental analysis was performed using scanning electron microscopy (SEM). The swelling of oleogel, synthesized new composition, in fats and aromatic hydrocarbons has been studied. It is shown that the synthesized new oleogel is an import-substituting product, which differs from other types of oleogels in high viscosity.

Ключевые слова: СKИ каучук, малеиновый ангидрид, бензоилпероксид, хрупкость, элементный анализ и сканирующий электронный микроскоп (СЭМ).

Keywords: SKI rubber, maleic anhydride, benzoyl peroxide, fragility, elemental analysis, and scanning electron microscope (SEM).

В настоящее время потребность в нефтепродуктах в отрасли значительно растет. В то же время существует повышенный риск разливов нефти и вероятность разливов нефти во время добычи, транспортировки, доставки и хранения нефти. Разлив нефти в естественной среде и его разрушительное воздействие на окружающую среду и экосистемы - одна из наиболее актуальных проблем [1, 2]. Для решения этой серьезной проблемы разработаны различные методы, например, физико-химические и биологические подходы. Физическая адсорбция адсорбентом-олеогелем является эффективным методом безвредного отделения пролитой нефти от воды. Потому что его рабочий механизм прост, экологичен и экономичен. Этот метод включает использование сорбента для сбора жидкой нефти и превращения ее в полутвердую или твердую фазу, которую можно легко удалить с загрязненного участка (воды). В целом сорбирующие материалы делятся на три группы: синтетические материалы, неорганические минералы и натуральные продукты [3, 4].

Гидрофобные и олеофильные вспененные материалы в настоящее время являются наиболее подходящим решением для масляных и органических растворителей. Олеогели очень удобны для нейтрализации пролитого масла и жирных веществ из-за их высокой ассимиляционной способности, и превосходной эффективности переработки и восстановления проглоченного масла. Однако на практике в большинстве случаев использовались синтетические материалы, такие как вспененный полиуретан, поли (тетрагидрофуран) и полидиметилсилоксановые пористые вспененные материалы [5]. Но недостатками этих синтетических сорбентов являются большие затраты на их производство и большой объем отходов. Полистирол дешев и легкий, однако он легко горит и выделяет токсичные газы в результате горения. Таким образом, олеогели на основе натурального каучука оказываются наиболее эффективными. [6, 7].

Натуральный каучук - важный перерабатываемый полимерный материал, обладающий превосходной гибкостью и механическими свойствами. Он может быть легко изготовлен в виде пены с эластичностью, низкой плотностью и сильными гидрофобными свойствами. Таким образом, пены натурального каучука являются хорошими кандидатами в качестве сорбентов нефти [8].

Было изучено несколько методов улучшения маслосорбционных свойств пен натурального каучука, включая химические модификации и приготовление композиционных материалов.

В этом исследовании изопреновый каучук (СКИ) модифицирован ангидридом малеиновой кислоты. Малеиновый ангидрид был добавлен к изопреновому каучуку с целью улучшения адсорбционной способности олиогельной массы, поскольку примесь полимера увеличивает его прочность. Кроме того, при такой композиции образуется относительно эластичный олеогель, происходит снижения твердости резины, а не серы. Другая особенность заключается в том, что гидрофобные свойства улучшаются, а степень набухания увеличивается без перехода в состояние резины после некоторой усадки. В данном исследовании изучались физико-химические свойства олеогелевых композиций, адсорбирующих масла и смазки, полученные из различных марки резин. Эластичность СКИ и высокая поверхностно-активная стабильность малеинового ангидрида привели к хорошему впитыванию масла композицией. Изучены сорбционные механизмы для сорбции сложных масел олеогелем и определения факторов, влияющих на него [9, 10].

Результаты этого комплексного исследования направлены на дальнейшее развитие и совершенствование резиновой промышленности для защиты окружающей среды от вредных отходов.

Экспериментальная часть. В данной экспериментальной работе для получения продукта олеогеля, набухающего в масле, применены изопреновый каучук (СКИ) и малеиновый ангидрид в качестве связующего. Инициатор пероксид бензоила использовали для ускорения процесса за счет образования активного центра во время реакции. Реакцию проводили в следующей последовательности:

- Приготовили 10% раствор каучука СКИ в толуоле,

- В раствор добавляли ангидрида малеина в количестве 1% от массы каучука,

- Для ускорения начала реакции добавили инициатор - пероксид бензоила в количестве 0,5% относительно от массы каучука.

Реакцию проводили при 80 °C. Полученный продукт сначала сушили при комнатной температуре, а затем в печи при 40 °C. Приготовленные олеогели замачивали в толуоле, ксилоле и бензине. Было обнаружено, что олеогель абсорбирует до 98% толуола, до 84% ксилола и 71% бензина.

Порядок расположения макромолекул, синтезированных новых олеогелей, изображение и анализ в сканирующем электронном микроскопе показаны на следующих рисунках (рисунок 1).

Рисунок 1. Увеличенные изображения синтезированного нового олеогеля под растровым электронным микроскопом а) 1500 раз, б) 2000 раз и в) 3000 раз

Продукты олеогель, используемые малеиновый ангидрид и инициатор бензоилпероксида в качестве связующих для каучуков, имеют широкий спектр применения, в том числе для очистки от нефти, бензина, керосина и жира, попавших в окружающую среду. Он также используется в парфюмерии и медицине для поглощения излишков масла с кожи и тела из олеогелей высокой чистоты. Потому что эти олигели на основе малеинового ангидрида и каучука отличаются от других олеогелей своей высокой скоростью абсорбции и кинетикой масел и жиров. Они химически стабилные, плохо взаимодействует с другими органическими веществами в масляной среде и не разрушается. Например, в следующей таблице показаны массовые доли, полученные в результате элементного анализа полученного олеогелевого продукта, и мы можем видеть, что 98,74% массовой доли составляют элементы C и O.

Таблица 1.

Данные элементного анализа синтезированного олеогеля

Такое соотношение элементов и отсутствие дополнительных типов элементов играют важную роль в определении его физической и химической стабильности, а также его токсических свойств.

Выводы

В результате этих исследований были созданы композиционные материалы олеогеля из резины (СКИ). Исследовано влияние вещества-сорбента на сорбционную способность высокопузырчатых каучуков в нефти и нефтепродуктах. Изучена взаимосвязь между морфологией и адсорбционной способностью различных сорбирующих материалов. Проведен элементный анализ полученных сорбирующих материалов и увеличение изотерм адсорбции до 1000, 2000, и 3000 на сканирующем электронном микроскопе и предложены механизмы их адсорбции масла.

Список литературы:

1. A New Processing Additive for Natural Rubber from Agricultural Waste Authors S. Anandhan, Karnataka (India), C. J. Viknesh
2. Джалилов А.Т., Киёмов Ш.Н. Трибология эпоксиуретанового полимера/ Научный журнал «Universum» №6(63) 2019. С. 87-90.
3. Ismail H. and Hairunezam H.M., (2001) The effect of a compatibilizer on curing characteristics, mechanical properties and oil resistance of styrene butadiene rubber/epoxidized natural rubber blends, Eur Polym Journal, 37, 39-44. 
4. Abdelmouleh M., Boufi S., Belgacem M.N. and Dufresne A., (2007) Short natural - fibre reinforced polyethylene and natural rubber composites: Effect of silane coupling agents and fibres loading, Comp Sci Tech, 67, 1627-1639.
5. Rouilly A., Rigal L. and Gilbert G., (2004) Synthesis and properties of composites of starch and chemically modified natural rubber, Polymer, 45, 7813–7820.
6. R.R. Lessard and G. Demarco, Spill Science & Technology Bulletin 6:1, 59 (2000)
7. Джалилов А.Т., Киёмов Ш.Н. Уретановый олигомер ОУ-400 / Научный журнал «Universum» №7(76) 2020. С. 68-71.
8. Иванкова Ю.О., Верниковский В.В., Степанова Э.Ф., Исследования по выбору основы для наружной лекарственной формы коллагеназы // Современные проблемы науки и образования. – 2015 г. – № 2-2.
9. Прянишников Н.Д. Практикум по органической химии. М. Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 4-ое изд. 1956. – 244 с.
10. Куренков В.Ф., Практикум по химии и физике полимеров. М «Химия» 1990 – 305 с.