Получение волокнистого анионита на основе отходов полипропиленового волокна, модифицированных привитым поли-2-винилпиридином

Вестник Башкирского университета.2007.№1.

23

раздел ХИМИЯ

УДК 678.74/677.14/677.862.2 ББК 24.7

ПОЛУЧЕНИЕ ВОЛОКНИСТОГО АНИОНИТА НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ПОЛИПРОПИЛЕНОВОГО ВОЛОКНА, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПРИВИТЫМ ПОЛИ-2-ВИНИЛПИРИДИНОМ Базунова М.В., Мансуров Р.В., Корсаков А.В., Колесов С.В.

Разработан метод получения волокнистого анионита на основе отходов полипропиленового волокна путём прививки ингибированного 2-винилпиридина в водной среде на предварительно окисленную кислородом воздуха в присутствии инициирующей системы Н2О2/Рв2+ поверхность волокна.

Производство полипропилена (ПП) является одним из наиболее крупномасштабных. Около 30% всего производимого ПП перерабатывается в волокна [1]. Соответственно, значимость проблемы утилизации отходов полипропиленовых волокнистых материалов от года к году нарастает. Среди всех способов утилизации таких отходов наиболее интересными являются те, которые не приводят к утрате исходной волокнистой формы материала.

В литературе описано получение волокнистых ионитов прививкой цепей полиэлектролитов к поверхности ПП-волокна, которая осуществляется в среде органического растворителя в присутствии радикальных инициаторов [2,3,4]. Однако, эти процессы приводят к загрязнению окружающей среды парами органических растворителей и требуют включения в технологическую схему производства стадии регенерации растворителя. Вышеперечисленные проблемы являются существенными для небольших предприятий, проявляющих в настоящее время инициативу по созданию технологий утилизации ПП-волокна, т. к. эти предприятия обладают ограниченными техническими возможностями в трудоемких процессах подготовки мономера, очистки и регенерации растворителя. Ранее [5] нами показана возможность получения слабокислотного катионита на основе отходов ПП волокна путем их модифицирования прививкой акриловой кислоты в водной среде на предварительно окисленную кислородом воздуха в присутствии инициирующей системы Н2О2/Ре2+ поверхность волокна. Представляется целесообразным создание материалов, полученных на основе отходов ПП-волокна, для полного цикла ионообменной очистки воды. Поэтому проведена разработка способа получения волокнистого анионита на основе отходов ПП-волокна, путём их модифицирования прививкой 2-винилпиридином (ВП) и последующей квартенизации.

Необходимое условие прививки заключается в создании на поверхности ПП-волокон активных центров, способных инициировать рост привитых цепей [6]. В качестве метода предварительной активации выбрано окисление ПП-волокна с образованием гидроперекисных (ГП) групп. Последующее термическое разложение ГП-групп приводит к возникновению на поверхности свободных радикалов и инициированию роста привитых цепей. Окисление ПП-волокна кислородом воздуха проводили при 80-85 0С в течении 8-13 часов в присутствии инициирующей системы Н2О2/Ре2+. Для проведения прививки использовали образцы окисленного ПП-волокна с содержанием ГП-групп 2,9-10-3 моль/г. Очистку ВП от ингибитора перед прививкой не проводили, так как предварительные опыты показали, что гомополимеризация ВП в водной среде в присутствии инициирующей системы Н2О2/Ре2+ протекает без существенного индукционного периода. Прививку осуществляли в водной среде при температуре 700С в атмосфере инертного газа в присутствии инициатора, характерного для водной среды - пероксида водорода. Для подавления образования гомополимера поли-2-винилпиридина (ПВП) реакцию проводили в присутствии соли железа (II) [6] (рис. 1). После проведения реакции эмульсию гомополимера ПВП декантировали, волокнистый материал тщательно отмывали от гомополимера водным ацетоном и высушивали.

ООН

СН3

Бе'

2+

---СН2—С—СН2

---СН2—С—СН2

....—СН2—С— СН2

СН3

СН3

О

СН2

СН2

Рис. 1: Прививка 2-винилдпиридина к окисленному ПП-волокну в присутствии ионов Гв2+

24

раздел ХИМИЯ

Степень прививки для синтезированных образцов, определённая по привесу АР привитого волокна в процентах по отношению к весу исходного волокна (см. формулу 1), составила от 10 до 54%.

ш, - шп

АР = —------------------------------------------------------1 • 100% ,

ш0

где т0 и т] - масса образца до и после прививки.

Обработка полученных сополимеров диметилсульфатом приводит к получению образцов высокоосновного анионита, статическая обменная ёмкость которых составила, в среднем, 3,0 мг-экв/г. Условия прививки 2-винилпиридина к окисленному ПП-волокну и сведения по статической обменной ёмкости (СОЕ) образцов приведены в таблице 1.

Обработка реакционной среды после прививки диметилсульфатом без отделения эмульсии гомополимера ПВП облегчает отмывку волокна от гомополимера, т. к. ПВП переходит в водорастворимую солевую форму.

Таблица 1.

Условия прививки 2-винилпиридина к окисленному ПП-волокну и сведения по статической обменной ёмкости (СОЕ) образцов

№ Концентрация мономера, % Концентрация Н2О2, моль/л Время, ч Количество FeSO4-7H2O, г/л Степень прививки АР, % СОЕ, мг-экв/г

1 15 0,053 4,0 - 2,0 -

2 36 0,053 3,5 - 7,5 1,0

3 36 0,053 3,0 0,375 25,0 3,0

4* 36 0,053 3,0 0,375 54,0 3,0

Примечание: *По окончании прививки реакционная смесь без отделения эмульсии гомополимера ПВП обработана диметилсульфатом.

Таким образом, показана возможность получения волокнистого анионита на основе отходов ПП-волокна путем их предварительного окисления и последующей прививки 2-винилпиридина в водной среде при температуре 700С и с концентрацией мономера в реакционной смеси 15-40 вес.%. Полученные образцы волокнистого анионита характеризуются средним показателем статической обменной емкости 3,0 мг-экв/г.

Разработанный метод получения волокнистого анионита на основе отходов Ш 1-волокна, модифицированных привитыми цепями ПВП имеет следующие преимущества:

- в ходе процесса не используются опасные, токсичные и дорогие органические растворители и радикальные инициаторы;

- получаемому ионообменнику не требуется придавать форму, удобную для применения, так как исходный материал уже имеет волокнистую структуру;

- использование материалов, полученных в результате химического модифицирования отходов ПП-волокна, позволяет утилизировать отходы изделий из полипропилена, уменьшая тем самым уровень загрязнения окружающей среды твёрдыми отходами потребления.

ЛИТЕРАТУРА

1. Филонов А.Н., Максимова Н.В., Кнырь И.Н., Майер Э.А. //Пластические массы. 2004. №5. С. 30-34.

2. Шункевич А.А., Попова О.П., Белоцерковская Т.Н., Солдатов В.С. // Журнал прикладной химии. 1986. №3. С. 2708-2711.

3. Новосёлова Л.Ю., Бордунов В.В. // Пластические массы. 2002. №8. С. 6-8.

4. Новосёлова Л.Ю. // Пластические массы. 2002. №11. С. 42-44.

5. Базунова М.В., Колесов С.В., Корсаков А.В.//Тез. докл. XVIII Международной научно-технической конференции «Реактив-2005». Минск. 2005. С. 65

6. Филимошкин А.Г., Воронин Н.И. Химические реакции полимеров пропилена и этилена. Томск: Изд-во Томского Университета, 1990.- 216 с.

Поступила в редакцию 03.07.2006 г.