Способ модификации нефтеполимерных смол

Способ модификации нефтеполимерных смол

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области прикладной органической химии, в частности к способу модификации нефтеполимерных смол или инден-кумароновых смол, или их смесей, и к разработке экологически чистых, не содержащих токсичных канцерогенных веществ композиций на основе сополимеров углеводородов и минеральных масел (нефтяных битумов), которые могут быть применимы при производстве мишеней-тарелочек для стендовой стрельбы дробью из огнестрельного оружия.

Мишени для стендовой стрельбы должны, с одной стороны, хорошо сохраняться при транспортировке и хранении, с другой - разрушаться при попадании в них при стрельбе одной-двух дробин, что определено соответствующими показателями и испытаниями, указанными в ГОСТ Р 52909-2008 («Мишени для стендовой стрельбы и спортинга. Общие технические условия»).

В настоящее время подобные тарелочки-мишени производят из каменноугольного пека и тонкоизмельченного известняка (доломитовой муки) при их массовом соотношении 1:3, что позволяет обеспечить необходимые массу мишени, ее прочность и разрушаемость (например, подобные мишени-тарелочки описаны в статье: Зиновьев В. «Мишени для стендовой стрельбы» [Электронный ресурс] // Питерский охотник [Офиц. сайт]. URL: http://piterhunt.ru/pages/statyi/ohota_i_ohot_hoz/1958/2/misheni.htm).

Однако содержащиеся в каменноугольном пеке токсичные канцерогенные составляющие способны вызывать онкологические заболевания, отравления и поражения кожных покровов. А скопление на поверхности грунта пролетных и излетных зон стрелковых площадок осколков и битых мишеней из каменноугольного пека наносит непоправимый ущерб окружающей среде. Помимо этого сбор и утилизация осколков мишеней как вторсырья для нового цикла производства оказались нецелесообразными ввиду канцерогенности органического сырья.

Также для изготовления подобных мишеней предлагалось использовать композицию, состоящую из серосодержащего сырья, порошкового наполнителя (гипса, песка, глины, стекла и др.) и сульфоната лигнина (патент США 6,394,457 В2 от 28.05.2002). Однако формовка такой смеси сопряжена с большими временными и трудовыми затратами (в т.ч. и на обслуживание формовочного оборудования). Кроме того, процесс формования мишеней ограничен определенными условиями, при которых могут образовываться и выделяться соединения серы, имеющие раздражающий запах.

Наиболее близкое техническое решение описывает мишени-тарелочки, где композиции для их изготовления состоят из (1) органической низкомолекулярной термопластичной смолы (в частности, нефтеполимерной смолы) с температурой размягчения от 60 до 200°C, (2) органической высокомолекулярной термопластичной смолы и (3) неорганического порошкового наполнителя, совмещаемых в присутствии лубриканта - стеариновой кислоты (патент Великобритании 1,548,600 от 18.07.1979). Массовое соотношение суммы органических компонентов и неорганического компонента составляет в лучших примерах 1:4.

В технологическом процессе органические нефтяные смолы и неорганический наполнитель взвешивают и перемешивают вместе, нагревая при этом от 120°C до 200°C для получения однородных расплавленных составов. Затем полученные составы охлаждают и гранулируют при помощи дробилки. Гранулированные композиции подвергают прессованию при 150°C для формирования мишеней тарелочек.

Недостатком указанных композиций является использование высокомолекулярной термопластичной смолы (полиэтилен, полистирол, полипропилен), требующей нагревание композиции до 200°C и применение в качестве лубриканта исключительно стеариновой кислоты. Эти недостатки устраняются заменой высокомолекулярной смолы на нефтяной битум с температурой размягчения 95°C и выше, а именно, нефтяной битум БН 90/10 (95°C), битум нефтяной хрупкий марки Б (100-110°C), марки В (110-125°C) и марки Г (125-135°C) и заменой стеариновой кислоты на пластификатор (табл. 1) с температурой вспышки 175°C и выше, что в итоге снижает максимальную температуру приготовления композиции до 170°C, сокращает время нагревания композиции и энергетические затраты и значительно расширяет сырьевую базу.

Стеариновая кислота как лубрикант для предлагаемого состава не обеспечивает массовое соотношение 1:4 суммы органических компонентов и неорганического компонента.

В этом случае необходимый состав получается смешением (1) термопластичной низкомолекулярной нефтеполимерной смолы, (2) битума и (3) неорганического порошкового наполнителя в присутствии пластификатора при температуре от 120°C до 170°C. Полученный расплав можно сразу использовать для горячего прессования мишеней-тарелочек или гранулировать, а гранулированную композицию расплавлять и подвергать прессованию при 150°C.

В качестве неорганического порошкового наполнителя могут быть использованы доломитовая мука, тальк, кварцевый песок, карбонат кальция как в чистом виде, так и их смеси.

При обеспечении сбора разрушенных мишеней на стрельбище они могут быть повторно переработаны самостоятельно или в смеси с исходными компонентами в указанных выше температурных условиях.

Таблица 1. Пластификаторы для приготовления композиции.

При этом показателями, определяющими качество мишений-тарелочек, в том числе сохранение всех свойств при температуре воздуха до 60°C, являются температуры размягчения исходных органических компонентов, которые должны быть 90°C и выше.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка композиций для производства мишеней-тарелочек, имеющих необходимые показатели (массу, прочность, разрушаемость), характеризующихся экологической безопасностью, доступностью исходного сырья и простотой производства, а также получение технологической смеси, обеспечивающей хорошие условия ее формуемости.

Поставленная задача решается путем использования органического связующего, а именно, смеси низкомолекулярной термопластичной смолы и нефтяного битума (имеющих температуру размягчения более 90°C и не содержащих канцерогенных составляющих), которая способна совмещаться с порошкообразным неорганическим наполнителем в определенном соотношении в присутствии пластификатора.

В качестве низкомолекулярной термопластичной смолы предлагается использовать нефтеполимерную смолу (продукт полимеризации, полученный из алифатических фракций С5 или С5/С9, из ароматических фракций С9, инден-кумароновая смола), в качестве второго органического компонента - нефтяной битум с температурой размягчения 90°C и выше.

Наличие всех указанных компонентов в композиции позволяет достичь необходимых адгезионных свойств и при этом получить смесь, не прилипающую к поверхностям формовочного оборудования при рабочих температурах, а также существенно уменьшить долю органического связующего в смеси. Степень прилипания используемой технологической смеси к поверхности аппарата для горячего прессования определялась визуально после 3-х циклов формования и составила 0,5-1,0% от общей массы загруженного сырья.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами композиций (табл. 2).

Пример. В емкость для приготовления композиции загружают 18 масс. частей термопластичной смолы, 2 масс. части нефтяного битума и 80 масс. частей доломитовой муки, при перемешивании смесь нагревают до 120°C и добавляют пластификатор в количестве 1% от общей массы загруженных компонентов. Продолжают нагревание до 170°C, при этом происходит резкое изменение подвижности органической составляющей и ее полное совмещение с порошкообразным неорганическим наполнителем. После охлаждения до 150°C композиция используется для прессования изделий или, после перехода в твердое состояние при охлаждении, гранулируется. В качестве вторичного сырья для приготовления композиции могут быть использованы осколки мишеней тарелочек, которые нетоксичны, не содержат канцерогенных примесей и безопасны при сборе.

* ароматическая нефтеполимерная смола (НПС), полученная путем термической полимеризации ароматических углеводородов (фракции С-9) непрерывным способом, например, нефтяная смола GR90, DP-100 (KOLON CHEMICAL CO., LTD.) и др.

** алифатическая нефтеполимерная смола (НПС), полученная путем полимеризации фракции С5, например нефтеполимерные смолы марок А-1100 и А-1100S (KOLON CHEMICAL CO., LTD.) и др.

*** инден-кумароновая смола, полученная путем каталитической полимеризации сырья, содержащего инден и кумарон, например, нефтеполимерная смола марок С-90 и С-120 (KOLON CHEMICAL CO., LTD.) и др.

**** смешанная нефтеполимерная смола (НПС), полученная путем каталитической полимеризации фракций С5 и С9, например нефтеполимерные смолы марок Т-1080, Т-1100, Н-2200 (KOLON CHEMICAL CO., LTD.), «Сибпласт» (ТУ 2451-01-51513617-2007) и др.

(*1) ГОСТ 6617-76

(*2) ГОСТ 21822-87

(*3) ГОСТ 8771-76

При этом представленные примеры никоим образом не ограничивают объем изобретения. Очевидна возможность комбинации пластификаторов, термопластичных смол и нефтяных битумов.

1. Способ модификации нефтеполимерных смол нефтяных фракций С5, или С9, или С5/С9, или инден-кумароновых смол, или их смесей, заключающийся в добавлении битума, имеющего температуру размягчения 90-135°C в количестве 1-3 мас.%, неорганического порошкового наполнителя в количестве 80 мас.% и эфирного пластификатора в количестве 1 мас.% от суммы предыдущих компонентов.

2. Композиция для производства мишеней-тарелочек для стендовой стрельбы состоящая из:(1) нефтеполимерной смолы или смеси нефтеполимерных смол 17-19 мас.%(2) нефтяного битума одного вида или смеси с температурой размягчения от 90 до 135°C 1-3 мас.%(3) неорганического порошкового наполнителя 80 мас.%(4) эфирного пластификатора 1 мас.% от суммы компонентов (1)-(3).