Одной из стадий получения синтетической кожи нового поколения является процесс удаления органического растворителя, оставшегося в материале после экстракции матричного полимера (полиэтилена). Предварительные исследования показали, что данный процесс можно наиболее эффективно с точки зрения экологии и пожаробезопасности можно реализовать в токе водяного пара. В качестве объектов исследований служили полностью освобождённые от полиэтилена образцы синтетической кожи, пористый и монолитный полиэфируретаны.

Испытания проводились на экспериментальной установке представленной на рис.1. Установка состоит из рабочей ячейки 1, присоединённого к ней холодильника 4, мерного цилиндра 5, нагревателя 2 и крючка 3 для подвешивания образцов.

Методика проведения эксперимента заключается в измерении количества растворителя, удалённого из испытываемых образцов синтетической кожи, пористого и монолитного полиэфируретанов за определённые промежутки времени. Эксперименты проводились следующим образом. Рабочая ячейка 1 объёмом 500 см³ наполовину заполнялась водой. Вода доводилась до кипения и путём изменения напряжения, подаваемого на нагреватель 2, устанавливался требуемый расход водяного пара. Затем образец 3 помещался в рабочую ячейку, где он подвергался воздействию насыщенного водяного пара. Образующаяся в результате этого парогазовая смесь конденсировалась в холодильнике 4, а конденсат растворителя и водяного пара, разделяясь, собирался в мерном цилиндре 5.

Рисунок 1. Принципиальная схема установки для удаления органического растворителя из синтетической кожи насыщенным водяным паром.

На рис.2 показана кривая удаления п-ксилола из образца синтетической кожи насыщенным водяным паром, полученная на установке, изображенной на рис.1. При использовании в качестве теплоносителя насыщенного водяного пара с температурой не более 100°С процесс удаления растворителя из синтетической кожи правильнее было бы назвать процессом отгонки. Термин "сушка" в данном случае неуместен, поскольку место удалённого растворителя в поровом пространстве материала занимает вода, сконденсировавшаяся из водяного пара. В данном случае происходит процесс замещения растворителя на воду. Вследствие этого было затруднительно определить степень удаления растворителя из кожи простым взвешиванием образца. Из кинетической кривой видно, что продолжительность процесса отгонки растворителя составляет около 5 минут. Уменьшение скорости водяного пара с 0,6·10^-4 до 0,18·10^-3 м/с не привело к изменению кинетики отгонки и общей продолжительности процесса.

Рисунок 2. Кинетическая кривая отгонки п-ксилола из синтетической кожи.

Нами были проведены исследования по отгонке толуола и изомерных ксилолов из пористой и монолитной полиэфируретановых плёнок, моделирующих полимерный каркас синтетической кожи. Основная задача данных исследований состояла в том, чтобы выявить, какая из двух стадий: отгонка из порового пространства материала или отгонка из микропор каркаса полиэфируретанового волокна является лимитирующей. Толщины исследуемых плёнок были на несколько порядков больше, чем толщина полиэфируретанового волокна, используемого в коже.

Кривая удаления п-ксилола из пористого полиэфируретана толщиной 0,4 мм показана на рис.3. Из графика видно, что время удаления растворителя из полимерной плёнки более чем в три раза меньше времени удаления из синтетической кожи.

отгонка органический растворитель полимерный материал

Рисунок 3. Кинетическая кривая отгонки п-ксилола из пористого полиэфируретана.

На рис.4 представлена зависимость времени отгонки п-ксилола от толщины монолитной полиэфируретановой плёнки, показывающая влияние толщины полимерного материала на скорость отгонки. Обработке подвергались образцы монолитного полиэфируретана толщиной 0,2; 0,5; 1 мм. Все образцы одинаковой массы. Получена практически прямая зависимость времени отгонки от толщины полиэфируретановой плёнки.

Рисунок 4. Зависимость времени отгонки п-ксилола от толщины полиэфируретановой плёнки.

Для определения лимитирующей стадии рассматриваемого процесса были проведены эксперименты по отгонке чистого растворителя. Исследования проводились по аналогии с предыдущими опытами, но вместо образцов полиэфируретана в камеру отгонки вводили фиксированный объём растворителя. Вид кинетической кривой отгонки п-ксилола показан на рис.5 Сравнение кривых, представленных на рисунках 2 и 5, позволяет сделать следующий вывод. При отгонке равного количества растворителя, введенного непосредственно в рабочую камеру (рис.2), и растворителя из образца синтетической кожи (рис.5) при одинаковой скорости пара видно, что в первом случае скорость процесса отгонки более чем в 3 раза выше, чем во втором. Из этого можно заключить, что лимитирующей стадией данного процесса является удаление растворителя из порового пространства материала, т.е. внутридиффузионное сопротивление.

Рисунок 5. Кинетическая кривая отгонки п-ксилола из рабочей ячейки.

Несмотря на то, что проведённые на экспериментальной установке исследования не дали каких либо эмпирических уравнений для расчёта теплофизических характеристик материала, они позволили найти лимитирующую стадию процесса отгонки и сделать вывод о нецелесообразности использования насыщенного водяного пара в качестве теплоносителя. Нецелесообразность применения насыщенного водяного пара обуславливается необходимостью последующей сушки материала от водяного конденсата, накапливающегося внутри синтетической кожи.

Список литературы

1. Почивалов К.В., Липин А.Г., Мизеровский Л.Н., Блиничев В.Н. Покровский А.А. Исследование процесса удаления органического растворителя из основы синтетической кожи в токе водяного пара. // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. - 2001. - Т.44. - №1. - с.138-140.

2. Зуева Г.А., Блиничев В.Н., Падохин В.А., Покровский А.А. Математическая модель сушки синтетической кожи. // Теоретические основы химической технологии. - 2002. - Т.36. - №4. - с.400-404.

3. Зуева Г.А., Покровский А.А. Установка интенсивного действия для удаления органического растворителя из синтетической кожи. // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. - 2004. - Т.47. - № 4. - с.34-36.

4. Покровский А.А., Пучков П.В., Легкова И.А. Использование расчета магнитных полей методом конечных элементов при создании конструкций комбинированных магнитожидкостных уплотнений. // Интернет-журнал "Науковедение" Том 8, № 5 [Электронный ресурс] - М.: Наукове¬дение, 2016. - Режим доступа: http://naukovedenie.ru/PDF/41TVN516. pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.

5. Покровский А.А. Интенсификация процесса удаления растворителя из капиллярно-пористого материала в производстве аналога натуральной кожи. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Иваново, 2001.

6. Покровский А.А. Сушка водяным паром с механическим воздействием на материал // NovaInfo.ru (Электронный журнал.) - 2016 г. - № 54; URL: http://novainfo.ru/article/8651.

7. Покровский А.А. Формы связи влаги с материалом при рассмотрении процессов сушки // NovaInfo.ru (Электронный журнал.) - 2017 г. - № 59; URL: http://novainfo.ru/ article/11044.

8. Покровский А.А. Способы получения нетканых материалов нового поколения // NovaInfo.ru (Электронный журнал.) - 2017 г. - № 59; URL: http://novainfo.ru/article/11285.

Размещено на Allbest.ru