Суспензійна олігомеризація фракції С9 ініційована амінопероксидами
Автор: Сологуб Аріна Андріївна
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Хімічні технології та інженерія (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут хімії та хімічних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Смоли - це речовини з невеликою молекулярною масою та аморфною структурою, які переходять із твердого в еластичний або пластичний стан за певної температури. Вуглеводневі смоли отримують із побічних продуктів нафтохімії, що містять різні вуглеводні, зокрема олефіни та ароматичні сполуки. Фракції, отримані з таких сумішей, використовують для виробництва різних смол: ароматичних (з фракцій C8-C9), аліфатичних (C5), інден-кумаронових та інших. Ароматичні смоли включають стиренові й інденові мономери, що підвищують їхню жорсткість. Смоли широко застосовують у фарбах, покриттях, бітумі, гумових сумішах та паперових виробах [1, 2]. У промисловості використовується радикальна (термічна та ініційована) та іонна (катіонна) олігомеризація [1, 3]. Суспензійна полімеризація проходить у краплинах мономеру розподіленого у рідкій фазі. У суспензійній полімеризації застосовують стабілізатори для однакового розподілу частинок у суспензії. Процес проводять з постійним перемішуванням реакційної суміші. Полімеризаційні перетворення, всередині кожної мономерної краплини подібні на полімеризаці. у розчині [4]. Склад реакцйної суміші полімеризації у суспензії [3]: дисперсійне середовище – вода, дисперсна фаза – мономер (вуглеводнева фракція), ініціатор – розчинний у дисперсній фазі, стабілізатор суспензії. Нітрогенвмісні пероксиди, такі як N-заміщені амінопероксиди є низькотемпературними ініціаторами вільнорадикальних процесів. Додавання аміногрупи (NH?-) робить молекулу менш стабільною, оскільки атом нітрогену змінює електронний розподіл у пероксидній групі. Через цю нестабільність 5 нітрогенвмісні пероксиди підходять як ініціатори полімеризації стирену при низьких температурах [5]. Метою магістерської кваліфікаційної роботи є дослідження закономірностей перебігу суспензійної олігомеризації вуглеводневої фракції С9 у присутності 2 (трет-бутилпероксиметиламіно)ацетатної кислоти та встановлення оптимальних умов. Об’єкт дослідження – процеси олігомеризації сумішей вуглеводнів. Предмет дослідження – суспензійна олігомеризація фракції С9 у ініційована 2 (трет-бутилпероксиметиламіно)ацетатною кислотою. Методи досліджень: експериментальні (хімічні – визначення бромного числа бромід-броматним методом, фізичні – визначення молекулярної маси олігомеру кріоскопічним методом). У першому розділі здійснено детальний огляд літературних джерел, що стосуються теми дослідження. Проаналізовано наявні технології отримання вуглеводневих смол, які використовуються в промисловості. Окрему увагу приділено характеристиці різних методів синтезу вуглеводневих смол, їхньому впливу на властивості кінцевих продуктів, а також порівнянню ефективності застосування різних технологічних підходів. Розглянуто основні види сировини, що використовуються в процесах олігомеризації, зокрема вуглеводні та їхні похідні, а також їх роль у забезпеченні оптимальних умов для отримання високоякісних смол. Окремо подано опис технології суспензійної олігомеризації, яка є важливою в контексті виробництва вуглеводневих смол, з акцентом на переваги та недоліки цього процесу. Розглянуті також основні типи ініціаторів вільно-радикальних процесів полімеризації, їх класифікація, механізм дії та вплив на кінцевий результат. У другому розділі описано методики проведення експериментів та аналізів, використаних у дослідженні. Наведено інструкції з підготовки та виконання експериментів, а також технічні характеристики обладнання, яке використовувалося для проведення вимірювань. 6 Для проведення експериментів була підготовлена модельна суміш, яка імітує фракцію С9 рідких побічних продуктів піролізу бензину. Ця фракція є сумішшю ароматичних і ненасичених вуглеводнів, що утворюються при піролізі вуглеводневої сировини, і містить близько 50% реакційноздатних вуглеводнів С8-С10. Склад суміші: 44% стирену, 6% дициклопентадієну, 50% нафтового ксилену. Як дисперсійне середовище використовується дистильована вода. Ініціатор олігомеризації – 2-(трет-бутилпероксиметиламіно)ацетатна кислота з активним киснем 9,03%. Стабілізатором суспензії є полівініловий спирт. Дослідження показали, що підвищення інтенсивності перемішування (Re від 2290 до 13450) сприяє зростанню виходу олігомерів, особливо в турбулентному режимі. Однак при Re від 10120 до 13450 зростання зупиняється, через надмірне перемішування і розподіл частинок. Оптимальне значення Re для подальших досліджень визначено як 10120, що дає вихід олігомеру 25,8%. Також було досліджено вплив частки фракції С9 у реакційній суміші (від 50% до 20%). Зі зменшенням частки фракції С9 та збільшенням частки води вихід олігомерів зростає. Оптимальним визначено вміст фракції С9 на рівні 25%, що дозволяє зменшити обсяг стічних вод при збереженні високого виходу олігомерів. Зі збільшенням часу вихід олігомерів зростає, але темп приросту зменшується. Кореляція між тривалістю та виходом - 0,83. Підвищення температури до 333 К сприяє збільшенню виходу олігомерів, який сягає 27,5%. Подальше підвищення дає незначний приріст, а при високих температурах вихід може знижуватись. Кореляція температури з виходом становить 0,86. Зміна концентрації амінопероксидного ініціатора з 0,032 до 0,064 моль/л має незначний вплив, збільшуючи вихід лише на 1,8%. Оптимальні умови для максимального виходу (27,9%) олігомерів: співвідношення [С9]:[вода] = 1:3, температура 333 К, тривалість реакції 180 хв, інтенсивність перемішування Re=13450, концентрація ініціатора 0,064 моль/л, стабілізатор - 0,1%. Одержана смола має такі характеристики: бромне число 31,2 7 г Br?/100 г, температура розм’якшення 351 К, середня молекулярна маса 520, колір 30 мг I?/100 мл. У четвертому розділі описано процес та схему виробництва, а також розраховано кількість необхідної сировини й енергетичних ресурсів, визначені витратні коефіцієнти. Підтверджено можливість використання одержаних вуглеводневих смол у лакофарбових матеріалах. Досліджено реологічні властивості розчинів вуглеводневих смол. Виконані обчислення витрат, пов’язаних із лабораторними дослідженнями, включають вартість використаних реагентів та інших матеріалів. Також розраховано фонд заробітної плати, витрати на енергію та амортизацію обладнання. Окремо враховано витрати на оренду приміщення й інші загальні витрати, пов’язані з дослідженнями. Ключові слова: суспензія, олігомеризація, смола, фракція С9, ініціатор 1. Mildenberg R., Zander M., Collin G. Hydrocarbon resins. John Wiley & Sons, 2008. 189 с. 2. Zohuriaan-Mehr M. J., Omidian H. Petroleum Resins: An Overview. Journal of Macromolecular Science, Part C: Polymer Reviews. 2000. Вип. 40, № 1. С. 23– 49. 3. Subtelnyy, R., Zhuravskyi, Y., Dzinyak, B. (2023). Preparation of hydrocarbon resins by suspension oligomerisation of the C9 fraction of gasoline pyrolysis initiated by aminoperoxides. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (6 (126)), 23–30. 4. Brooks B. Suspension polymerization processes. Chemical Engineering & Technology. 2010. Вип. 33, № 11. С. 1737–1744. 5. Subtelnyy R., Zhuravskyi Y., Kichura D., Dzinyak B. Oligomerization of C9 hydrocarbon fraction initiated by amino peroxides with cyclic substitute // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2022. – № 3/6 (117). – P. 23–31.