Анотація до роботи:

Савченко М.О. Одержання високодисперсного діоксиду кремнію, модифікованого карбамідоформальдегідними полімерами. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.01 – технологія неорганічних речовин. – Державний вищий навчальний заклад „Український державний хіміко-технологічний університет”, Дніпропетровськ, 2008 р.

Дисертація присвячена розробленню технології високодисперсного силіцію (IV) оксиду, модифікованого карбамідоформальдегідними полімерами з рідкого скла. Запропонована технологія дає змогу одержувати модифікований силіцію (IV) оксид із заданими фізико-хімічними властивостями, що зумовлює доцільність його застосовування як наповнювача гумотехнічних виробництв.

Здійснено термодинамічні дослідження рівноважної системи Si-O-H-Na-S з урахуванням утворення твердої фази. Встановлено температурний режим ведення процесу. Експериментально обґрунтовано ведення процесу у дві стадії. Визначено умови існування стійкого золю силіцію (IV) оксиду.

Здійснено дослідження кінетики поліконденсації силікатних кислот у рідкому склі методом турбідиметрії. Визначено порядок оборотної реакції поліконденсації, константи швидкості й рівноваги, а також залежність швидкості реакції від температури й від технологічних умов ведення процесу.

Вивчено вплив технологічних параметрів на фізико-хімічні властивості одержуваного продукту. Оптимальне співвідношення при цьому неорганічної й органічної складової становить 80/20.

Розроблено технологічну схему та визначено оптимальний технологічний режим одержання високодисперсного силіцію (IV) оксиду, модифікованого карбамідо-формальдегідними полімерами.

У результаті виконання дисертаційної роботи вирішене науково-практичне завдання створення ефективної технології модифікованого силіцію (IV) оксиду.

1. Серед описаних у літературі методів одержання модифікованого силіцію (IV) оксиду найперспективнішим є золь-гель метод, який дає змогу отримувати високодисперсний продукт із заданими фізико-хімічними властивостями. Модифікування зазначеного продукту органічними сполуками дає змогу одержувати структурнопов’язаний композиційний матеріал, що володіє важливими властивостями.

2. У системі Si-O-H-Na-S за термодинамічними розрахунками максимальний вихід продукту досягається за величини pН менше восьми та температури від 20 до 95⁰С.

3. Одержання стійкого золю для силіцію (IV) оксиду доцільно здійснювати за температури 80ч95⁰С. Концентрація сульфатної кислоти першої стадії 0,212ч0,17 моль/л, =1,07ч1,09 г/см³, тривалість – не менше 20 хв.

4. На швидкість утворення силіцію (IV) оксиду впливає інтенсивність перемішування, що свідчить про присутність дифузійної складової в константі швидкості реакції поліконденсації. Для її виключення необхідно забезпечити турбулентний режим (Re_пр 69120 ).

5. За турбулентного режиму процесу поліконденсації силікатних кислот константа швидкості оборотної реакції підкорюється рівнянню першого порядку, залежність величини константи швидкості реакції від температури описується рівнянням Арреніуса (), при цьому константа рівноваги становить .

6. Розроблена комп’ютерна модель коагуляції золю силіцію (IV) оксиду дає змогу оцінювати тривалість коагуляції залежно від вихідної концентрації рідкого скла і прогнозувати структуру агрегатів, що утворюються. Розрахункове значення фрактальної розмірності агрегатів D = 1,622±0,035.

7. Оптимальними умовами одержання високодисперсного силіцію (IV) оксиду, модифікованого КФП, з високими технічними характеристиками є: вихідна густина рідкого скла (1,07ч1,09 г/cм³); температура 80ч90С; тривалість першої стадії 60ч70 хв, другої – 60.

8. Модифікацію високодисперсного SiO₂ слід здійснювати КФП лінійної та циклічної будови, який можна одержати за співвідношення К:Ф=1:1, тривалості полімеризації 15ч20 год, температури 35С і рН середовища, рівного семи. Одержаний за таких умов модифікований SiO₂ має гідрофобні властивості, розміри його частинок становлять від 10 до 20 нм, питома поверхня – 140ч300м²/г.

9. За співвідношення органічної і неорганічної складової (20/80) модифікований продукт, порівняно з традиційною білою сажею, має на 20-30% більшу міцність кріплення гум до латунованого металокорду та забезпечує рівноцінний адгезійний зв’язок з текстильним кордом.

10. Випробування виготовлених нами зразків готового продукту на ЗАТ «Інтер-Гтв» (м. Біла Церква) та ВАТ «Дніпрошина» (м. Дніпропетровськ) показали його високі властивості як наповнювача у гумах, що послужило основою для розроблення вихідних даних на проектування дослідно-промислової установки виробництва білої сажі на базі розробленої нами технологічної схеми одержання SiO₂ модифікованого КФП.

Публікації автора:

1. Мельников Б.И. Исследование технологии получения модифицированного диоксида кремния/ Б.И.Мельников, М.О. Савченко // Вопросы химии и химической технологии. – 2005. – №1. – С.82-85.

Здобувачеві належать здійснення експериментальних досліджень, оброблення лабораторних дослідів.

2. Мельников Б.І. Определение области устойчивого образования золя диоксида кремния при сернокислотном осаждении / Б.И. Мельников, М.О Савченко, Р.В. Смотраев // Труды Одесского политехнического университета. – 2006.–Т.25, №1.– С.237-240.

Здобувачеві належить здійснення лабораторних досліджень, розрахунки і оброблення результатів дослідів.

3. Качкуркина И.А. Особенности синтеза и влияния состава кремнийсодержащего органо-неорганического композита на его эффективность в эластомерах / И.А. Качкуркина, В.И. Овчаров М.О. Савченко, Б.И. Мельников // Известия вузов. Химия и химическая технология. – 2006. – Т. 49, №2.– С. 112-117.

Здобувачеві належить одержання модифікованого силіцію (IV) оксиду для технологічного експерименту.

4. Сытар В.И. Разработка методики получения полимерного композиционного материала на основе фенилона, наполненого нанодисперсным наполнителем / В.И. Сытар, О.С. Кабат, М.О. Савченко, Б.И. Мельников // Вопросы химии и химической технологи. – 2007. – №3. – С.108-113.

Здобувачеві належить одержання модифікованого силіцію (IV) оксиду для технологічного експерименту.

5. Мельников Б.И. Термодинамический анализ системы Si-O-H-Na-S в процессе получения SiO₂ из жидкого стекла сернокислотным методом / Б.И. Мельников, М.О. Савченко, В.А. Шувалов, Л.А. Фролова // Вопросы химии и химической технологии. – 2008. – №2. – С.133-136.

Здобувачеві належать розрахунки та узагальнення отриманих результатів термодинамічних данних.

6. Мельников Б.И. Исследование кинетики поликонденсации кремниевых кислот в процессе сернокислотного метода осаждения високодисперсного диоксида кремния / Б.И. Мельников, М.О. Савченко, В.М. Набивач // Вопросы химии и химической технологи. – 2008. – №3. – С. 125-129.

Здобувачем систематизовані отримані експериментальні дані та досліджена кінетика стадії поліконденсації силіцієвих кислот.

7. Пат. 82670 Україна МПК⁷ С01В 33/12, 33/18. Спосіб одержання модифікованного діоксиду кремнію / Б.І. Мельников, М.О. Савченко, В.М. Утешев. - № 20041210260; заявл. 13.12.04; опубл. 14.01.08; Бюл.№9.

Дисертант брала участь в плануванні та здійсненні експерименту, обговоренні отриманих результатів та їх інтерпретації, сформулювала текст заявки на винахід.

8. Мельников Б.И. Синтез диоксида кремния структурно-связанного с карбамидоформальдегидными полимерами / Б.И. Мельников, М.О. Мысова // Хімія і сучасні технології: I Міжнародна науково-технічна конференція студентів і аспірантів, 26-28 травня 2003 р.: тези доп. –Дніпропетровськ, 2003. – С. 53-54.

Здобувачеві належать здійснення експериментальних досліджень, розрахунки і оброблення результатів дослідів.

9. Мельников Б.И. Новые неорганические материалы, структурно связанные с полимерами / Б.И. Мельников, А.А. Евтушенко, Мысова М.О. // Новейшие достижения в области импортозамещения в химической промышленности и производстве строительных материалов: Международная научно-техническая конференция, 26-28 ноября 2003 г.: тезисы докл. – Минск, 2003. – С. 56-57.

Здобувачеві належать здійснення експериментальних досліджень, розрахунки і оброблення результатів дослідів.

10. Овчаров, В.И. Оценка действия полимер – неорганического композита на основе диоксида кремния и карбамидо-формальдегидного олигомера в эластомерах / В.И. Овчаров, И.А. Качкуркина, Б.И. Мельников, М.О. Мысова // Эластомеры: материалы, технология, оборудование, изделия: тезисы докладов V Украинской Международной научно-технической конференции, 28 сентября – 2 октября 2004 г.: тезисы докл. – Днепропетровськ, 2004. – С. 66-67.

Здобувачеві належить ідея використання методики розрахунків.

11. Мельников, Б.И. Изучение кинетики образования диоксида кремния из раствора силиката натрия / Б.И. Мельников, Савченко М.О. // Комплексне використання сировини, енерго- та ресурсозберігаючі технології у виробництві неорганічних речовин: збірник наукових праць Міжнародної науково – практичної конференції, 27-29 травня 2004 р.: тези доп. – Черкаси, 2004. – С. 104-105.

Здобувачеві належить здійснення експериментальних досліджень, розрахунки і оброблення результатів дослідів.

12. Мельников Б.І. Комп’ютерне моделювання процесу коагуляції у дисперсних системах / Б.І. Мельников, М.О. Савченко // Сучасні проблеми технології неорганічних речовин: тези доповідей III Української науково-технічної конференції з технології неорганічних речовин, 20-22 вересня 2006 р.: тези доповідей. – Дніпропетровськ, 2006. – С.124-125.

Здобувачеві належить проведення комп’ютерне моделювання процесу коагуляції частинок силіцію (IV) оксиду, розрахунки і оброблення результатів дослідів.