Химия и химические
технологии.
1. Пластмассы,
полимерные и синтетические материалы и их производство
К.т.н. Хромышев В.А., к.х.н. Хромышева Е.А.,
Першина Е.П.
Мелитопольский государственный педагогический
университет имени Богдана Хмельницкого, Украина
Химически стойкий полимерный
композиционный материал с гальваническими отходами в качестве наполнителя
В технологических циклах большинства машиностроительных,
металлообрабатывающих, приборостроительных и других предприятий широко
применяются гальванические покрытия для повышения коррозионной стойкости,
износоустойчивости и улучшения декоративного вида изделий. При нанесении
гальванического покрытия неизбежно образуются токсичные отходы, содержащие
тяжелые металлы, такие как хром, никель, медь, цинк, которые обладают высокими
канцерогенными и мутагенными воздействиями на живые организмы.
Поэтому важнейшей
экологической проблемой является накопление гальванических отходов,
образующихся в результате нейтрализации сточных вод гальванических производств,
содержащих тяжелые металлы.
В этой связи
особый интерес представляет возможность использования твердых отходов
гальванических производств в качестве наполнителей для получения полимерных
композиционных материалов (ПКМ) [1-2].
В качестве
связующего для получения полимерного композита можно использовать эпоксидные
смолы, которые обладают целым рядом преимуществ перед другими материалами: переходят в неплавкое и нерастворимое
состояние, обладают небольшой усадкой, высокой стойкостью к действию агрессивных
сред и, кроме того, улучшают свои физическо-химические свойства при
отверждении.
Таким образом,
целью работы являлась разработка полимерного композиционного материала с улучшенными физико-химическими свойствами на основе эпоксидной смолы и твердых отходов гальванических производств.
Технология изготовления эпоксидного
композиционного материала заключалась в добавлении в подготовленную эпоксидную
смолу наполнителя. Полимерную матрицу с внесенным наполнителем тщательно
перемешивали 10-15 минут до равномерного распределения частиц наполнителя.
После этого вносили отвердитель (полиэтиленполиамином). Процесс отверждения композита проводили при
нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре (25-30°С) в течение 24 часов.
Для получения образцов с
наилучшими физико-химическими и эксплуатационными свойствами, эпоксидную смолу
и отвердитель брали в соотношении 10:1 соответственно. В качестве наполнителя
использовали твердые отходы ванн хромирования и никелирования – желтый шлам, кек,
зеленый шлам – в количествах 1-15 массовых частей.
Как показали
результаты исследований, величина водопоглощения сильно зависит от количества
наполнителя. Наибольшее значение величины водопоглощения имели образцы,
наполненные отходами кек. По нашему мнению величина водопоглощения зависела от
степени дисперсности и пористости наполнителя. Увеличение содержания
наполнителя свыше 10 массовых частей приводило к резкому увеличению величины
водопоглощения всех композиционных материалов. Это связанно с высокой
пористостью наполнителей и, как следствие, неравномерным пропитыванием
наполненного полимерным связующим.
Наименьшее
значение величины водопоглощения имеет полимерный композиционный материал с
отходами ванн никелирования в качестве наполнителя.
В ходе эксперимента провели
исследование водостойкости полученных композиционных материалов. Относительно
небольшой водостойкостью обладает материал на основе кек. С увеличением
количества всех типов наполнителя водостойкость изменяется незначительно.
Исследования водной вытяжки после экспонирования в дистиллированной
воде в течение 10 дней при комнатной температуре показали, что в полученных
образцах полимерного композиционного материала практически не происходит
вымывание соединений никеля, хрома (III) и (VI). Отсутствие в водной вытяжке
ионов никеля, хрома (III) и (VI) свидетельствовало о том, что в полимерном материале
происходило капсулирование частичек наполнителя. Это и препятствовало их
миграции в дистиллированную воду. Следовательно, разработанный композиционный
материал не представлял опасности с экологической точки зрения.
Реакцию
композиционного материала на действие агрессивных сред оценивали по изменению
массы образцов после экспонирования в агрессивных средах за определенный
промежуток времени.
В
качестве агрессивных сред были использованы следующие химические реагенты:
20%-ый раствор серной кислоты и гидроксида натрия. Выбор реагента обусловлен их
широким использованием в различных отраслях химической промышленности. Работу
проводили при температуре 25°С в течение 15-20 дней.
Изменение массы композиционного материала во всех
случаях не превышали 2%, что свидетельствовало о высокой химической стойкости
разработанных ПКМ.
Результаты исследований показали, что на вторые-третьи
сутки экспонирования образцов в растворе серной кислоты средней концентрации,
происходит дополимеризация связующего. Не исключалось также проявление эффекта
антипластификации. Аналогичные зависимости наблюдали и при экспонировании
образцов ПКМ в 25% -ом растворе щелочи.
Определение
полноты полимеризации образцов проводили на аппарате Сокслет в течение 8 часов.
Максимальное значение полноты полимеризации достигалось при содержании твердых
отходов гальваники 8-10 массовых частей.
Явление дополимеризации
связующего также подтвердилось результатами исследования полноты полимеризации
образцов. Введение твердых отходов гальванических производств в оптимальных количествах увеличивало полноту полимеризации
композиционного материала в среднем на 1,5-1,8%.
Таким образом,
разработанные полимерные композиционные материалы на основе эпоксидного
связующего и твердых отходов гальванических производств, можно использовать для
защиты металлических изделий и конструкций от воздействия агрессивных сред.
Литература
1.
Хромишев
В.О. Полімерний композиційний матеріал
для антикорозійних покриттів / В.О. Хромишев // Вісник
Одеського національного університету. Хімія. –2007. – Т.12, Вип.9-10. – С. 142-145.
2.
Яныш Т.Н.
Пигменты – наполнители из отходов гальванических производств. // Т.Н. Яныш,
Т.И. Хорошилова, В.Л. Авраменко // Весник «Укрлакофарба». – 1998. – №2. – С.7-12.