Реферат: Модификация биологически активными системами синтетического полиизопрена

Федеральное агентство по образованию поРоссийской Федерации

 

МосковскаяГосударственная Академия

ТонкойХимической Технологии

им.М.В. Ломоносова

Факультет:                     Химии, физики и технологии переработки     

                                         полимеров.

Специальность:              071000«Материаловедение и технология

новых материалов»

Кафедра:                         Химия,физика полимеров и полимерных материалов

                                        им. Б. А. Догаткина.

                                           

На правах рукописи

Квалификационнаяработа

 

Модификациябиологически активными системами синтетического полиизопрена.

 

Заведующий кафедрой ХФП иПМ,                        проф., д.х.н. Шершнев В.А.

Руководитель                                                                       к.х.н.Гончарова Ю.Э.

Консультанты:

 

по охране труда и промышленной                                ст.преп. Вареник О.Н.

экологии,                                                                                

 

по экономическойчасти,                                        доцент к.т.н.Аристов O.В.

Студентка гр. ПС-64                                                               Киркина О.В.

МОСКВА 2005 г.

Содержание

1.Введение………………………………………………………..…………….3

2. Литературный обзор………………………………………..………………..4

2.1. Строение и состав НК………………………………………..….…………4

2.2. Структура латексагевеи.……………………………………......…………6

2.3.Роль липидной компоненты в структуре и свойствах натурального каучука………………………………………………………………………….8

2.4.Модификация синтетических каучуков биологически активными не каучуковымикомпонентами НК и их аналогами…………………………...10

3. Объекты исследования………………………………………………..……..17

4. Методы исследования…………………………………………….…………26

5. Экспериментальнаячасть…………………………………………………...30

5.1. Влияние липидов на свойства СКИ-3 и резиновых смесей на ихоснове………………………………………………………….………………...30

5.2. Исследование свойств резиновых смесей на основе СКИ-3,содержащих соевый белок…………………………………………………………….…36

5.3. Изучение влияния соевой муки на свойства резиновых смесей наоснове СКИ-3…………………………………..…………………………………..40

6. Обсуждение результатов…………………………………………………….44

7. Охрана труда…………………………………………………..……………..50

8. Промышленная экология……………………………………………………71

9. Экономическаячасть………………………………………………………...81

10. Выводы………………………………………………………………………92

11. Список литературы…………………………………………………………94

 

 

1. Введение

Внастоящее время врезиновой промышленности применяют широкий спектр каучуков, однако большуючасть промышленного потребления составляют натуральный и синтетическийполиизопрены. До сих пор натуральный каучук (НК) остается эталоном каучукаобщего назначения, обладающим комплексом свойств. Высокий уровень свойствизделий из НК в значительной степени обусловлен наличием в его составе белковыхвеществ.

По ряду техническихпараметров, таких, как когезионная прочность, термомеханическая стабильность,устойчивость к раздиру и др., НК по-прежнему не имеет аналогов, и дляобеспечения потребностей многих областей техники и медицины, наша страна вынужденаприобретать за рубежом натуральный каучук и латекс натурального каучука.

Основными потребителямиНК сегодня являются шинная промышленность, авиация, медицина и медицинскаяпромышленность.

Отсутствие на территориинашей страны климатических зон, пригодных для произрастания каучуконосныхрастений, делает наиболее перспективным поиск путей направленной модификациисинтетических каучукоподобных полимеров с целью получения материала, могущегозаменить  НК по технически важным физико-химическим параметрам

Модификациясинтетического каучука должна обеспечивать улучшение свойств смесей и резин поцелому ряду показателей: когезионных свойств смесей, упруго-гистерезисных,адгезионных и усталостных свойств резин. Поэтому, модификация СПИ белковымифрагментами, представляется, одним из наиболее перспективных способов улучшенияпотребительских свойств СПИ. Это подтверждается имеющимися, пока недостаточнымидля практической реализации попытками модификации.

Целью нашегоисследования, было изучение влияния липидов и белковых фрагментов на свойстваСПИ и полученных эластомерных композиций на его основе.

2. Литературный обзор

 

2.1          . Строениеи состав НК

Натуральный каучук (НК) – биополимер изопреноиднойприроды, типичный представитель широкого класса изопреноидов растительногопроисхождения, он вырабатывается в растениях, произрастающих в разных регионахмира (бразильская гевея, американская гваюла, среднеазиатский кок-сагыз) [1],представляет собой на 98 – 100%  стереорегулярный циз-полиизопрен. По даннымТанаки [2] строение природного НК может быть представлено в виде следующейформулы:

/>

 w – конец молекулывесьма высокого молекулярного веса представлен аллильным и тремя транс-изопреновымизвеньями, далее идет протяжный цис-полиизопреновый участок цепи, молекулазаканчивается аллильной спиртовой группой на µ-конце,которая в ходе биосинтеза связана с пирофосфатной группой, отщепляемой приприсоединении следующего циc-изопренового звена илипосле окончания биосинтеза.[3,4]

В природных латексах из гевеи и гваюлы всегда, крометого, присутствуют пирофосфаты мономеров и олигомеров пренолов –предшественники полиизопрена [5,6].

/>      />

     ДМАПФ                                                                         ИППФ

/>

Морапренолпирофосфат

Биосинтез каучука в растительных клетках связан смембранами, которые в основном построены из липидов и белков. Основным компонентоммембранных липидов в растительных клетках является лецитин (фосфатидилхолин): 

/>                                          

R,R – нормальная цепь С15– С17             разной   степени не насыщенности.

         

Из белков, присутствующих в латексе НК, наибольшеевнимание исследователей привлекает полимераза каучука – фермент, ведущийполимеризацию, который присутствует как в связанном с каучуком состоянии, так ив растворе. Связь с полиизопреновой цепочкой осуществляется предположительночерез пирофосфат на конце растущей цепи или по  α-звену черезприсоединение на двойную связь [7]. В патенте США [8] описанывыделение и очистка этого фермента, его молекулярная масса оказалась порядка44-36 кДж. Вероятнее всего, именно наличие в НК связанного белка и составляеттот остаточный белок в количестве 1 %, который обнаруживается в НК марки RSS, например.

О структуре других компонентов НК практически ничегодостоверного на молекулярном уровне не известно.

2.2          . Структура латекса гевеи

Как известно, биосинтез НК происходит в латексекаучуконосных растений, причем полимеризация мономера ИППФ протекает наповерхности мелких структур, окруженных мембраной, состоящей из белков илипидов [9]. Предполагается, что растущая гидрофобная цепь каучука проникаетвнутрь мембранной структуры, а гидрофильный  α-конец обращен наружу всерум где происходит взаимодействие с ИИПФ с помощью расположенного в мембранебелкового катализатора – фермента полимеразы каучука. По мере накопления каучукавнутри мембранных структур они увеличиваются в размере и превращаются в большиекаучуковые глобулы [10]. Окружая каучуковую глобулу, вещества мембраны (липиды,белки) выполняют дополнительную функцию стабилизации латекса, предотвращаютслипание глобул (коагуляцию латекса). Показано, что большинство липидов,содержащихся в латексе НК, связаны с глобулами каучука [9].

Другой аспект заключается в том, что фосфолипидымогут быть важнейшими факторами для каучуковой полимеразы при еефункционировании в процессе роста частиц, и фосфолипиды могут присутствовать всоставе латексных частиц в качестве составной части аппарата биосинтезакаучука[11,12]. В связи с этим интересно, что для выделения частиц, ведущихактивный биосинтез каучука из латекса гваюлы успешно использовалигель-фильтрацию, как первый шаг очистки при выделении каучук — синтезирующих глобуллатекса [7].

В специфическом строении каучуковых глобул,предшествующих формированию коагулированного латекса НК, заложен, по-видимому,ключ к объяснению его уникальных физико-механических параметров как материаладля шинных резин [13].

Попадая внутрь НК и будучи равномернораспределенными, по объему каучука, вещества мембран не могут не оказыватьопределенного влияния на различные параметры этого уникального природногоматериала. Правильно подобрать состав добавок, их природу и степеньдиспергирования в полиизопрене – вот задача, которую, на наш взгляд, следовалоставить в ходе разработки метода модификации синтетического полиизопрена сцелью приближения свойств, к свойствам НК.

2.3. Роль липидной компоненты вструктуре и свойствах

натурального каучука

Липиды представляют собой большуюгруппу природных соединений, они  находятся в составе клеточных структур всехживых организмов. Липиды свежего латекса натурального каучука состоят из жиров,триглициридов, восков, стиролов и их эфиров, фосфолипидов и др. Липиды нерастворяются в воде, частично растворяются в ацетоне или спирте, а некоторыетолько в смеси хлороформ-метанол. Общее содержание липидов натурального латексаоколо 0,9%, большинство из которых составляют фосфолипиды – 0,6%.

Молекула любого фосфолипида состоитиз двух частей: гидрофильной “головы”, образованной полярными остатками жирнойкислоты и азотистого основания или спирта, и гидрофильного “хвоста”, образованногодлинными алифатическими цепями остатков жирных кислот (так как в основаниифосфолипидов лежат многоатомные спирты, то таких “хвостов” обычно два), благодарячему фосфолипиды хорошо растворимы во многих органических растворителях и втоже время наличие полярных групп придает фосфолипидам сродство к воде, вкоторой они образуют коллоидные растворы и мицеллярные структуры. Фосфолипидыобладают поверхностно-активными свойствами (легко создают пленочные структуры имонослой на границе раздела фаз), Являются хорошими эмульгаторами и легкообразуют комплексы с различными соединениями, в частности с белками.

Фосфолипиды – эффективныепосредники, связывающие белок и каучук. Большая часть фосфолипида в латексе Hevea  ассоциирована с частицами каучука[13], ему обычно приписывается роль коллоидного стабилизатора, однако он можетоказывать значительное влияние на процесс синтеза натурального каучука.

Современные биохимическиепредставления о структуре клеточных органелл и данные о составе поверхностныхструктур латексных частиц позволяют сделать предположение о мембранном строенииоболочек латекса.

Биологические мембранывключают, в среднем, 60% белков и 40% липидов, хотя возможны и значительные   колебанияв их составе. Белки, входящие в состав мембран, различаются по своим функциям.Внешние – структурные  белки вместе с мостиками металлов (Ca и Mg) способствуют сохранению целостности липидного слоя,внутренние – интегральные белки входят в гидрофильную  часть  липидного слоя и являются  ферментами, переносчиками веществ,  могут выполнять и другие функции.

Мембранные структуры несодержат ковалентных связей, но обладают определенной механическойустойчивостью за счет ионных, водородных, гидрофобных связей и своейкомплементарности.

Туторский И.А. ссотрудниками на основании исследования образования упорядоченных структур в НКустановил, что в процессе получения и хранения пленок из натурального латексалипиды образуют отдельную фазу, а молекулы белка или их фрагменты, ковалентносвязанные с  полиизопреном, ассоциируются с формированиембелково-полиизопренового комплекса. Высокое сопротивление раздиру пленокнатурального латекса обусловлено образованием специфической структуры,стабильность которой обеспечена белково-липидной оболочкой.

Большой вклад вформирование свойств НК вносят связанные белки, в то время как свободныебелковые фрагменты играют роль активного наполнителя, обеспечивающегоопосредованную связь  с функциональными группами связанных белков имакромолекул НК.  

2.4.Модификация синтетических каучуков биологически активными не каучуковымикомпонентами НК и их аналогами

Необходимость совершенствования свойств синтетического полиизопренатребует поиска путей его модификации. Одним из актуальных направлений являетсяполучение синтетического аналога натурального каучука. Очевидно, что получениеаналога НК не равнозначно получению идентичного углеводорода. В комплекснойструктуре природного полиизопрена важная роль принадлежит некаучуковымвеществам, большую часть которых составляют липиды, связанный и несвязанныйбелок, оказывающие влияние на весь комплекс свойств натурального каучука.

В настоящее время взарубежных странах проводятся исследования по изучению механизма биосинтеза НКв растениях с целью моделирования данного процесса в промышленности с цельюполучения синтетического  аналога натурального каучука [14].Также проводятсяработы по выделению биокаталитических систем с применением биотехнологическихприемов[15]. Эти исследования имеют большую теоретическую ценность, однако,ввиду их необычайной сложности, носят поисковый характер.

В нашей стране такжепроводились исследования биосинтеза каучука в культуре клеток и тканейрастений-каучуконосов [16]. Полученное вещество содержало незначительную частьполиизопрена. В целом, получено низкомолекулярное окисленное соединение [17].

Одним из путей решения задачи совершенствованиясинтетического полиизопрена, сближения с НК, может служить химическаямодификация СКИ-3. Правомерность такой задачи подтверждается наличиемфункциональных групп в молекулярных цепях НК, положительное влияние которых насвойства каучука известно [18,19,20]. Физическая модификация  – совмещениеэластомера  с химически инертными веществами – не может считаться перспективнойдля повышения общего комплекса свойств таких материалов, поскольку при этомулучшение одних свойств, как правило, приводит к ухудшению других. Наилучшегоэффекта можно добиться совместным применением химической и физическоймодификаций.

Особый интерес в этом отношении представляет собойхимическая модификация каучука на стадии его изготовления за счет введения вполимерные цепи реакционоспособных функциональных групп.

Для выбора наиболее рациональных путей химическоймодификации проводились исследования по выявлению общих закономерностей влиянияфункциональных групп различного типа на структуру и свойства резин и влияниюфакторов, ответственных за улучшения ряда характеристик резиновых смесей ивулканизаторов. При этом специфика действия модифицирующих функциональных групппрактически не зависит от молекулярной основы полимера [21], а определяетсяглавным образом их природой, которая оказывает влияние на характер химическогои физико-химического взаимодействия между компонентами резиновой смеси,определяющего технологические и эксплуатационные свойства резин: межфазноевзаимодействие эластомера с наполнителем, энергетический спектрвулканизационных связей, скорость и степень сшивания, стабильность эластомерныхкомпозиций при переработке и эксплуатации.

        Наиболее перспективным представляется введение групп, обладающих полифункциональнымдействием, обеспечивающих положительное влияние на все факторы. Полученыположительные результаты по модификации СПИ бинарным системам функциональныхгрупп (аминоароматических и ангидридных), обеспечивающих повышение когезии смесей,приближающейся к уровню НК, модуля упругости резин, их адгезии к корду,усталостной выносливости [22].

         Особенно важновзаимодействие модифицированного эластомера с техническим углеродом, так какэто играет важную роль в усилении резин, которое обусловлено образованием какфизических, так и химических связей, количество и соотношение которых можетменяться в зависимости от свойств взаимодействующих компонентов. Введение в полимернуюструктуру амидных, аминоэфирных, нитроаминоароматических и ангидридных группусиливает взаимодействие эластомера с техническим углеродом, а сложноэфирныегруппы не оказывают подобного влияния [21].

Одним из таких путеймодификации синтетического полиизопрена может быть введение в эластомернуюматрицу белковых фрагментов, которые присутствуют в НК, или в простейшемслучае, аминокислот входящих в состав белков НК. Попытки модифицироватьсинтетический полиизопрен белками и аминокислотами предпринимаются давно, однако,эти опыты не выходят за стадию лабораторных испытаний [23].

     Во ВНИИСКе совместнос НИИШПом были проведены исследования образцов СКИ-3, модифицированных разнымитипами белковых фрагментов при различных условиях их введения: при синтезе настадии выделения из раствора [24]. Повышенное содержание азота, обнаруженноепосле экстракции ацетоном и водой, свидетельствует о присоединении белковыхфрагментов к каучуку.

     Ведение в каучукбелковых веществ позволило несколько повысить когезионные свойства, модульупругости, сопротивление раздиру [25]. Однако, для большинства образцов приразличных условиях введения белковых фрагментов наблюдалось повышениеструктурирования каучуков, что приводило к ухудшению технологическихсвойств[24].

      Эффективнымспособом модификации синтетического цис-1,4 полиизопрена может являтьсяхимическая иммобилизация на эластомерной матрице белковых фрагментов [26].

     Белки могут вступатьв реакцию радикальной полимеризации с мономерами типа стирола,метилметакрилата, акрилонитрила и другими [27]. Известна привитая сополимеризациякератина с винильными соединениями [28]. Данные примеры совместной полимеризацииотносятся к типу привитой сополимеризации мономеров на белки.

     Однаконепосредственное химическое взаимодействие полиизопрена с аминокислотами ибелка осуществить не удается, вследствие отсутствия реакционноспособностиотносительно друг друга. Подобного рода взаимодействия могут быть реализованыразличными косвенными путями [29].

·активированиеммолекул белка и аминокислот введением в их состав функциональных групп, реакционноспособныхпо отношению к макромолекулам полиизопрена [22]. Для усиления реакционнойспособности белков их предварительно можно обработать галогенами илидиазосоединениями [30];

·активированиемполиизопреновой матрицы введением в ее  структуру функциональных групп,реакционноспособных по отношению к белкам и аминокислотам. Этот вариантпредставляет наибольший интерес, так как он, очевидно, реализуется в процессебиосинтеза НК и обеспечивает фиксацию белковых фрагментов на полиизопреновойматрице. В структуре НК обнаружены различные функциональные группы, в частностиальдегидные и эпоксидные [22], реакционноспособные по отношению к белкам иаминокислотам, что, очевидно, и делает возможным протекание данного процесса;

·использованиемсоединений, активирующих процессы взаимодействия между белками, аминокислотамии полиизопреном, например, окислительно-востановительных систем, инициирующихпроцессы прививки фрагментов белка на молекулу полиизопрена  [31];

·использованиемаминокислот и белков с функциональными группами, способными в специфическихусловиях переработки, например, при латексной технологии, взаимодействовать смакромолекулами полиизопрена [32].

С целью поискаоптимальных условий проведения процесса была предпринята попыткасистематического исследования указанных выше возможных способов иммобилизациибелков и аминокислот.

При модификациисинтетического полиизопрена аминокислотами и белками эффективно предварительноеактивирование эластомерной матрицы введением в нее ангидридных групп за счетвзаимодействия  с малеиновым ангидридом. Это обусловлено тем, что способыиммобилизации ряда белков и ферментов на данных функциональных группах широкоизвестны и детально исследованы [33,34]. Выше были описаны свойства модифицированныхэтими функциональными группами эластомеров, резиновых смесей и вулканизатов наих основе.

При разработкепромышленно-перспективных способов модификации СКИ-3 белками и аминокислотаминеобходимо выбирать такие соединения, которые обеспечивают введение вэластомерную матрицу небольших количеств функциональных групп, не ухудшая еесвойств. Примером таких групп являются эпоксидные группы [35]. Изучениевзаимодействия полиизопрена, содержащего эпоксидные группы, с аминокислотамипредставляет интерес потому, что в работах, посвященных исследованию биосинтезаНК в растениях, теоретически рассматривается этап, заключающийся вовзаимодействии эпоксидных групп НК с белковыми компонентами клеток [23].

Увеличение реакционнойспособности некоторых специфических аминокислот в составе белковой фракции НК,к числу которых относятся, в частности цистин, может происходить в латексе.

Среди функциональных групп аминокислот особоевнимание привлекают сульфгидрильная, или тиоловая SH-группацистеина и дисульфидная S-S-группацистина. Это связано  с высокой химической реакционной способностью этих групп,легко вступающих в разнообразные реакции со многими типами соединений, и можетобъясняться большим значением  SH- и S-S-групп для специфических функций ряда ферментов (как,например Ко-фермента) и других биологически активных белков.

Использование серосодержащих аминокислот, таких какцистин, в промышленном масштабе сопряжено с трудностями экономическогохарактера. В настоящее время проводятся изыскания технологий получения биологическиактивных веществ, получаемых из отходов мясомолочной промышленности [36]. Поискболее дешевых и  доступных модификаторов привел к изучению возможностииспользования в качестве модифицирующей добавки гидролизата кератинового белка(ГКБ) [37]. Содержания в нем серосодержащих аминокислот доходит до 11%.Исследования модификации вводной дисперсии СКИ-3 ГКБ показали, что в результатемодификации происходит взаимодействие кератинового белка с полиизопреновойдисперсией. Значительно улучшаются физико-механические свойства пленок из модифицированногоДСКИ-3.

Механическое введение белка в матрицу синтетическогополиизопрена оказывает незначительное влияние на свойства смесей на его основе.Введение 1,6% мас. белка (количества, близкого к содержанию его в НК) вызываетизменение структуры синтетического каучука, приближая ее к структуре матрицыНК. Однако, последняя термодинамически более стабильная, чем структура системыСКИ-3 – несвязанный белок.

В товарном НК белок можно разделить на три вида:белок, связанный с молекулой каучука через пирофосфат в процессе синтеза, илипродукт ферментативного гидролиза белка, образующийся в процессе обработки НК;белок, окружающий каучуковую глобулу и связанный с каучуком через посредник – молекулуфосфолипида; белок серума, осажденный вместе с каучуком в процессе коагуляциилатекса, но химически с ним не связанный.

Первый вид белкасмоделировать трудно, однако можно получить второй вид белка, связанного скаучуком через молекулу фосфолипида. Источником подобных комплексов могут статьмикроорганизмы, содержащие подобные комплексы (напрмер, липопротеины) в своихмембраннах, или синтетический комплекс,  причем  вместо фосфолипидов могутвыступать некоторые   другие ПАВ [38].

Известны работы [39] поиммобилизации липидов и их аналогов на полимеры, при этом следует отметитьвозможность адсорбционной иммобилизации липидов.

В работах проведенных вМИТХТ совместно с НИИШП было показано, что добавки природных биополимеров вСКИ-3 придают последнему физико-механические свойства, приближающиеся ксвойствам НК [39].

На первом этапе работыбыл выполнен качественный анализ по веществам, присутствие которых в латексе НКбыло достоверно установлено и строение которых достаточно достоверно доказано.В качестве таких веществ были выбраны: гидрофобный белок из латекса гевеи, растворимыебелки серума того же латекса, лецитины разного происхождения, синтетическиеолигопренолфосфаты и пирофосфаты, а также гидрофобные белки и липидно-белковыесмеси микробиологического и животного происхождения. Депротеинизацию торговыхсортов НК (исходных, не подвергавшихся пластификации) проводили в разбавленныхрастворах (растворители – гексан, толуол) путем обработки активными добавками споследующим отделением белковой компоненты методом препаративногоультрицентрифугирования, затем депротеинизированный каучук выделяли сушкой подвакуумом в мягких условиях [40]. О содержании белка судили по определению азотас использованием прибора Кельдаля и анализу ИК-спектров.

Изомеризацию осуществлялив растворе толуола и в блоке путем обработки каучука оксидом серы, варьируядлительность и температуру. Об изменениях микроструктутры судили по появлениюсигналов, соответствующих поглощению протонов trans – конфигурации звена изопренов в спектрах ЯМР, приборBruker – 500, ММР характеризовали методомГПХ.

Кинетика кристаллизацииявляется более медленной для фракции с низким содержанием белка по сравнению снефракционированными образцами [41]. Однако основное влияние на кинетикустатической кристаллизации (полупериод кристаллизации) оказывает не содержаниебелка, а содержание карбоновых кислот.

Изучение кристаллизациипоказало, что депротеинизированные образцы демонстрируют ориентационные эффектыпри гораздо большем относительном удлинении (500 – 700 % ) вместо 200 – 300%для исходных, однако температура плавления кристаллической фазы депротеинизированных образцов в опытах по статической кристаллизации при этомпрактически не изменяется и составляет Тпл = 10-12оС.

Кинетика кристаллизацииобразцов с меньшим содержанием белка является более медленной, однакоувеличение содержания белка выше 2–3 % масс. почти не влияет в дальнейшем накинетику кристаллизации.

3. Объектыисследования

 Натуральный каучук

 

/>

 

Натуральный каучук (НК) – биополимер изопреноидной природы,типичный представитель широкого класса изопреноидов растительногопроисхождения, он вырабатывается в растениях, произрастающих в разных регионахмира (бразильская гевея, американская гваюла, среднеазиатский кок-сагыз) [1],представляет собой на 98 – 100%  стереорегулярный циз-полиизопрен. Техническиехарактеристики использованного в данной работе натурального каучука представленыв таблице 3.1

Таблица 3.1

Технические характеристики НК RSS1

Загрязнённость, определённая на сите 45 мкм, %, не более Начальная пластичность по Уоллесу, не менее Показатель сохранения пластичности (ПСП), не менее Содержание летучих веществ, %, не более Содержание золы, %, не  более 0,5

33-47

тип 40

40 1,0 1,0

СКИ-3

 

/>

Изопреновый каучук получают путемстереоспецифической полимеризации изопрена в  растворе на катализаторах Циглера-Натта при температуре  30-

50 оС. Структура ихимический состав:

Содержание цис-1,4-звеньев

транс-1,4     -         0-4% 

Содержание Звеньев 1.2 и 3.4 в сумме1-5%

Общая непредельность  -        94-98%

Средневязкостная масса Мŋ –(350-1300)*103. Физические свойства СКИ подобны  свойствам НК.Изопреновый каучук кристаллизуется при -25оС. Наименьшееотносительное удлинение, при котором наблюдается образование кристаллическойфазы при 20оС, составляет 300-400%. Параметр растворимости δрравен 16.8 (МДж/М3)1/2 [42]

Для изучения влияния биологическиактивных систем на комплекс свойств синтетических каучуков и резин на их основебыли выбраны следующие продукты:

Липидный остаток биомассы Rhodobactercapsulatus Из биомассы Rhodobacter сapsulatus (представитель аноксигенных фотосинтезирующихмикроорганизмов) направленно получают бактериопурпурин для медицинских целей.Кроме того, биомасса Rhodobacter capsulatus можетбыть источником других ценных биологически активных соединений.

/>

/>/>                                                                                                                                                                                                                                           /> /> /> /> />

Липидный остаток

Выход на сухую биомассу 6.45%

  <td/> Бактериопурпурин

Выход  на сухую биомассу 0.80%

   

 Биотехнологическийспособ получения бактериопурпурина позволяет получать это ценное вещество свыходом не превышающим 1% на сухую биомассу. При этом образуются липидныеотходы, которые  не используются и могут быть источниками ценных БАС, вчастности,  ВЖК (насыщенных и ненасыщенных).

После проведениякачественного анализа липидного остатка, на основании сравненияхроматографической подвижности, составляющих его веществ с хроматографическимихаракткристиками стандартных образцов и с учетом  литературных данных, был сделанвывод о составе липидного отхода биотехнологического процесса переработки биомассыRhodobacter capsulatus.

 Идентификациюкомпонентов в липидном остатке Rhodobacter capsulatus проводилина основании результатов ТСХ в сравнении со свидетелями (образцы свободных жирныхкислот и ацилглицеридов, токоферола, фитола) и на основании литературных данных.

На хроматограммеобнаружили: каротиноидные углеводороды, токоферолы, кислотосодержащиекаротиноиды, высшие жирные кислоты, высшие жирные спирты. Для ТСХ анализаиспользовали систему петролейный эфир – этилацетат, 9:1.

Проведенное исследование,направленное на обнаружение полярных липидов показало их отсутствие в составелипидного остатка, что подтверждает гидролитическое расщепление фосфолипидовпри щелочной обработке биомассы, в ходе которой выделяется бактериопурпурин,где в качестве образца сравнения использовали коммерческий лецитин, а детекциюпроводили с помощью обработки хроматограммы, молибденовым синим [43].

Для количественногоанализа других компонентов липидного остатка было проведено разделениекомпонентов смеси методом колоночной адсорбционной хроматографии на силикагеле.При использовании в качестве элюента бензола получили концентраты, обогащенныеБАС различной природы.

Таблица 3.2Процентный состав выделенных концентратов из липидного остаткабиомассы Rh. Cap.Состав концентратов Содержание, % каротиноидные углеводороды 3.9 токоферолы 5

кислородосодержащие каротиноиды и высшие жирные

кислоты (ВЖК)

65.5 ВЖК 5 ВЖК и фитол 19.7

 

Далее проведенное при помощи ТСХ иГЖХ фракционирование концентратов, позволило установить преобладающие ВЖК послепредварительной их этерификации метиловым спиртом (табл. 3.3). На основании ГЖХанализа можно сделать вывод, что липидный отход обогащен ВЖК, состав которыхпосле переработки биомассы остался неизменным,  а количество практически неуменьшилось. Следовательно, липидный отход является ценным источником БАС.

Выделение фракции,кислородосодержащих каротинойдов показало, что преимущественно преобладают влипидном остатке сфероидены. Общий, выход которого, от липидного остаткасоставил 14%.

Таблица 3.3

Данные ГЖХ анализа метиловых эфиров ВЖК липидного остаткабиомассы Rhodobacter capsulatus.

№

пика

Обозначение

ВЖК

Название

ВЖК

Время

удерживания

мин

Содержание

ВЖК, %*

1

Cl4:0

миристиновая 1.5 0.98 2 С16:0 пальмитиновая 3.7 3.5 3 Cl6:l пальмитолеиновая 5.2 3.9 4 Cl8:0 стеариновая 6.8 2.2 5 C18:l олеиновая 8.2 90.1

*-Среднее изтрех измерений

Выбор белковой компонентыдля модификации синтетического полиизопрена был обусловлен тем, что данныебелки имеют состав и содержание аминокислот, близкий к составу белка НК.

Соевый белковый изолят PROFAM 974

Профам 974 – изолированный соевыйбелок – растворимый диспергируемый продукт, разработанный для использования впищевых системах, где требуется высокофункциональный белок.

 

Таблица 3.4Химический состав соевого изолята PROFAM 974

            Химический состав, %

Влага, максимум 6,5 Белок, минимум 90 жир (по экстрагированию эфиром) 1 зола, максимум 5 рН (при диспергировании в воде 1:10) 6,8 — 7,3

Таблица 3.5

Микробиологический состав соевого изолята PROFAM 974Микробиологические данные Общая бактериальная обсемененность, максимум 30000/г Сальмонелла (класс П) отрицательно Е Coli отрицательно

 

 

Таблица 3.6

Основные аминокислоты соевого изолята PROFAM 974

 

Аминокислоты (г/100г белка) Лизин 6,4 Треонин 4.4 Лейцин 7,8 Изолейцин 4,8 Валин 4,9 Триптофан 1,3 Фенилаланин 5,1 Тирозин 3,4 Метионин 1,3 Цистин 1,4 Гистидин 2,7

                                                                                   

Таблица 3.7

Минеральные вещества соевого изолята PROFAM 974

Минеральные вещества (Мг/100г) Натрий 1300 Калий 150 Кальций 100 Фосфор 850 Железо 15 Магний 50  Мука соевая дезодорированная полуобезжиренная

Мука соевая дезодорированнаяполуобезжиренная (ГОСТ 3898-56) производится из генетически немодифицированнойсои, повышает биологическую и питательную ценность любого продукта,обогащая его белками, витаминами A, B1, B2, РР, жиром, лецитин. В пищевыхсистемах соевая мука обладает уникальными функциональными свойства и(образование эмульсий, сорбция жира и воды, пенообразующая способность, гелеобразование).

Таблица 3.8

Химический состав соевой муки, %

Белок (не менее) 43 Жир (не более) 8 Влага (не более) 9 Углеводы (не более) 28 Диетическая клетчатка 16  Таблица 3.9

Аминокислотный состав соевой муки

Аминокислоты (г/100г протеина) Лизин 6,2 Треонин 4,3 Лейцин 7,9 Изолейцин 4,2 Валин 4,6 Триптофан 1,2 Фенилалнин 5,1 Тирозин 4,1 Метионин 1,5 Цистин 1,4 Гистидин 2,4  Таблица 3.10

Количество изофлавонов в соевой муке

Изофлавоны (мкг/г) Дайдзеин 2100 Генистеин 1850 Глицетеин 221   Таблица 3.12

Микробиологический анализ соевой муки

Микробиологический анализ Станд. чашечный подсчет, max 25000/г Сальмонелла Отрицат Е. Coli Отрицат.

Мука соевая дезодорированная полуобезжиренная зарегистрированв Минздраве РФ и имеет гигиенический сертификат.

 

Ингредиенты резиновых смесей:

Сера — основной вулканизующий агент. Представляет собой желтый порошоквысокой степени дисперсности, α=3,0 кг/м3, tпл=114°C, ГОСТ 127-82

Оксид цинка. Белый порошок. Растворяется в минеральных кислотах, уксуснойкислоте, водных щелочах, не растворяется в воде. Является активатором вулканизации.d=5,47-5,56 г/см, tпл=1800°С, М=80. ГОСТ161-69

Стеариновая кислота (С17Н35СООН)

Порошокили хлопья белого, серого или светло-коричневого цвета в зависимости от сорта:α=1060-1100 кг/м3, tпл=324,4°C. Является активатором вулканизации в комплексе оксидомцинка.

Для     вулканизации    резиновой     смеси      использовали     серную вулканизующую систему.

Сульфенамид Т (ТББС).

N-третбутил-2-бензтиазолсульфенамид.

Предназначендля использования в качестве ускорителя серной вулканизации. Относительнаямолекулярная масса 238,39. Порошок светло-желтого цвета. Температура плавления109°С.

Дляпроведения ряда физико-химических исследований использовался петролельныйэфир – бесцветная, легковоспламеняющаяся жидкость, представляющая собойсамую низкокипящую фракцию бензина. Это смесь углеводородов не содержащаяароматических соединений. Состав и свойства непостоянны. Плотность около 685кг/м3; плотность пара по воздуху около 2,5; в воде не растворим.

Ацетон -  диметилкетон, пропанон. СН3СОСН3– бесцветная легковоспламеняющаяся жидкость с характерным запахом. Молекулярныйвес 58,08; плотность 790,8 кг/м3; температура плавления -95,35оС;температура кипения 56,24оС, растворимость в воде неограниченная.

Длявулканизации резиновых смесей использовали серную вулканизационную систему. Вкачестве ускорителя применялся третбутил-2-бензтиазолилсульфенамид(ТББС).Состав резиновой смеси приведен в табл.3.13

Таблица 3.13

Состав резиновой смеси, масс. ч. (ИСО 1658)

Каучук 100 Оксид цинка 6 Стеариновая кислота 0,5 Сера 3,5 Сульфенамид Т 0,7 БАС переменно

4.Методы исследования

Приготовлениерезиной смеси и вулканизация образцов.

Резиновую смесьготовили на лабораторных вальцах при температуре 50оС. Вулканизациюпроводили в прессе с электрообогревом при температуре 150оС. Времявулканизации различно для каждой смеси и выбиралось в соответствии с оптимумомвулканизации.

Стандартныеметоды исследования.

·         Определение упруго-прочностных свойств каучуков, резиновых смесей ивулканизатов при растяжении на динамометреINSTRON 1122 (ГОСТ270,ГОСТ262)

·         Определение прочностных свойств резин при растяжении (ГОСТ 270-75). Испытанияпроводились на разрывной машине с малоинерционными силоизмерителями (ГОСТ7762-74).Верхний зажим разрывной машины связан с силоизмерительным механизмом,нижний с электродвигателем, который приводит зажим в движение. При испытании поГОСТ 270-75 скорость движения нижнего зажима составляет 500 мм/мин.

         Образцыв виде лопаточек вырубались на вырубном прессе, при помощи шанцевого ножа сшириной рабочего участка 6,2 и 4,0 мм. Затем лопаточки маркировались и отмечалсярабочий участок длиной l=20 мм, измерялась толщина образцов а(мм). После этого образец закрепляли в зажимы разрывной машины и снималиследующие характеристики: значение разрывной прочности, значение нагрузки приразличных удлинениях, относительное удлинение при разрыве и остаточное удлинение.

Напряжение приудлинении вычисляется по формуле:

f = P/S; [MПа]

где P – нагрузка приданном удлинении;

S = a b – площадьпоперечного сечения образца;

b – ширинарабочего участка.

Прочностьразрыва можно вычислить по формуле:

f = Pp/S; [МПа]

где Рр –нагрузка при разрыве [44].

/>

Рис. 4.1 Разрывная машинаINSTRON 1122

Определение динамическиххарактеристик резиновых смесей проводилось на вибрационном сдвиговом реометрефирмы «Монсанто» — роторном ODR. Применение в этом приборе микропроцессорной икомпьютерной техники, использование высокочувствительных датчиков обеспечиваетэффективный контроль качества и свойств, его использование значительносокращает продолжительность проведения испытания, анализ и проведение расчетов.

 

Реомерт ODR

Тестируемыйкаучук помещают в уплотнение полости тестера, под начальное прессованиеобслуживанием меняющейся температуры. Двуконусный диск залегает среди пластов втестируемом куске и вибрирует между малой амплитудой малого ротационного типа.Эта акция усиливается со сдвиговыми усилиями, направленными на исследуемыйматериал. И торсионная сила обуславливает колебания диска, зависящего отподвижных, негибких свойств каучука. Крутящий момент записываетсяавтографически, как функция времени.

Директивнаяпропорционалность между крутящим моментом и

жесткостьюне может быть ожидаемой, при всех условиях теста. Амплитуда колебанийсоставляет 1,

Аппаратураприбора состоит из следующих основных частей:

1.  амперметр

2.  матричная полость(штамп)

3.  матричный затвор (перегородки)

4.  диск из прочной стали

5.  дисковый колебатель (виброметр)

6.  вращающаяся измерительная система, которая включает в себя отдельные части: измеритель,перо, температурный измеритель

7. колибрация крутящегося преобразующего датчика и записыватель Такие приборыприменяют для определения скорости вулканизации

вместо определенияфизико-механических свойств по серии образцов, вулканизованных разное время.Применение реометров позволяет довольно точно выявить изменения концентрацииагента вулканизации или состава вулканизующей системы, определить времядостижения оптимума и вид плато вулканизации, изменения вулканизата приперевулканизации.

 

/>

Рис. 4.2 Вибрационныйсдвиговый реометр фирмы «Монсанто»

5.Экспериментальная  часть

 

5.1. Влияние липидов на свойства СКИ-3 ирезиновых смесей

на их основе

 

Представлялоинтерес исследовать влияние липидного остатка Rh. Caps  на когезионные свойстваСКИ-3 в сравнении с НК. Липидный остаток биомассы Rh. Caps вводили в СКИ-3 в видераствора в хлороформе в количестве 0,03, 0,075 и 0,120 мас. ч. Показано, что при введении липидного остатка в каучук условное напряжение при 100%-ом растяженииуменьшается с увеличением его содержания (табл. 5.1).Также наблюдается уменьшениеусловной прочности при растяжении с возрастанием содержания  липидного остаткав каучуке СКИ-3. При этом, относительное удлинение имеет экстремальный характерповедения с изменением содержания липидного остатка: максимальное значение соответствуетобразцам с содержанием 0,075 мас. ч. Также заметно, что  относительноеудлинение у образцов с введённым липидным остатком выше, чем у исходного СКИ-3.Таким образом, введение данного липидного остатка не способствует увеличениюкогезионной прочности резиновых смесей на основе СКИ-3 до уровня НК.

Таблица 5.1

Влияние липидного остатка биомассы Rh. Caps на когезионные свойства СКИ-3.

                                                        

Каучук Содержание  липидного остатка в каучуке, мас. ч. Условное напряжение при 100%-ом растяжении, МПа Условная прочность при растяжении, МПа Относитель-ное удлинение, % НК - 0,33 1,15 650 СКИ-3 - 0,23 0,22 225 СКИ-3 0,03 0,21 0,20 350 СКИ-3 0,075 0,20 0,19 400 СКИ-3 0.120 0,18 0,16 300

 

         На основе, модифицированного липидамиСКИ-3 были приготовлены резиновые смеси, состав которых приведен в  таблице 3.13.Смешение проводилось на лабораторных вальцах. Вулканизацию резиновых смесейосуществляли при температурах 150 оС, 155оС. Навибрационном роторном реометре фирмы “Монсанто” оценивали комплекс вулканизационных свойств резиновых смесей.

Введение липидного остатка биомассыRhodobacter capsulatus существенно повлияло навулканизационные характеристики  резиновых смесей. Снижается  индукционныйпериод вулканизации с увеличением содержания липидного остатка в каучуке, такжеснижается время достижения оптимума вулканизации по сравнению с СКИ-3 (рис.5.1). При введении в каучук 0,03 мас. ч., минимальный крутящий момент несколькоуменьшается, однако при дальнейшем увеличении  содержания липидного остатканаблюдается  рост  минимального крутящего момента. Введение в каучук 0,03 и0,075 мас.ч. липидного остатка несколько увеличивает максимальный крутящиймомент по сравнению с СКИ-3 (табл. 5.2).  Кроме того, введение липидногоостатка в количестве 0,120 мас. ч. приводит к существенному увеличениюмаксимального крутящего  момента, что приближает его к максимальному моментурезин на основе НК.  Также наблюдается рост степени вулканизации и  скоростивулканизации.

Таблица 5.2

Вулканизационные характеристики смесей на основеСКИ-3, модифицированного липидным остатком биомассыRhodobacter capsulatus (150о)

каучук Содержание  Л.О. в каучуке, мас. ч.

Индукционный период вулканизации, TS

Время достижения оптимума вулкани зации, мин ТС(90)

Крутящий момент, ф*дм

Степень вулканизации, ф*дм

Мmax — Мmin

Скорость вулканизации

1

(ТС(90) — TS)

/>Мmin

Мmax

НК - 7,5 12,5 4,6 20,8 16,2 0,13 СКИ-3 - 19 25 2,8 17 15,6 0,17 СКИ-3 0,03 18,4 24,5 2,6 17,6 16,1 0,16 СКИ-3 0,075 17,3 23 3 17,3 15,8 0,17 СКИ-3 0,120 16,75 21,5 3 18,3 16,8 0,21

/>

Как видно из рисунка 5.2вулканизация ускоряется почти в  два раза при увеличении температуры на 5градусов.  Следует отметить усиление влияния содержания липидного остатка вкаучуке на вулканизационные характеристики резиновых смесей на основе СКИ-3:уменьшился индукционный период вулканизации, увеличивается значение максимальногокрутящего момента с увеличением содержания липидного остатка, самое высокоезначение максимального крутящего момента у каучука СКИ-3 с содержанием 0,120массовых частей липидного остатка, но минимальный крутящий момент ниже, нежеличем у других образцов, а следовательно самая высокая степень сшивания. Однакоминимальный крутящий момент выше у образца с минимальным содержанием липидногоостатка. Время достижения оптимума вулканизации существенно уменьшается, какэто можно видеть из рисунка 5.2 и таблицы 5.5. Степень вулканизации  остаетсянеизменной (такая же, как и у СКИ-3) у образцов с липидным остатком 0,03 и0,075, а при введении 0,120 масс.ч  степень вулканизации резко возрастает.Наблюдается снижение времени достижения оптимума вулканизации, с увеличениемсодержания липидного остатка в резиновой смеси, однако происходит рост скоростивулканизации.

Таблица 5.3

Вулканизационные характеристики смесей на основеСКИ-3, модифицированного липидным остатком биомассыRhodobacter capsulatus (155о)

каучук Содержание  липидного остатка в каучуке, мас. ч.

Индукционный период вулканизации, TS

Время достижения оптимума вулкани зации, мин ТС(90)

Крутящий момент, ф*дм

Степень вулканизации, ф*дм

Мmax — Мmin

Скорость вулканизации

1

(ТС(90) — TS)

Мmin

Мmax

НК - 4 7,8 5 20 14,9 0,26 СКИ-3 - 13 17 3,3 17,5 14,3 0,25 СКИ-3 0,03 11,6 14,3 3,3 17,5 14,3 0,37 СКИ-3 0,075 9,5 11,8 2,9 17,3 14,3 0,43 СКИ-3 0,120 7,9 10,5 2,5 18,1, 15,6 0,42

/>/>

Рассматривая влияниелипидного остатка биомассы Rhodobacter capsulatus на зависимостьнапряжения от деформации было установлено, что  у всех образцов резиновыхсмесей на основе СКИ-3 наблюдается резкий скачок упруго-прочностныххарактеристик  практически при одном и том же значении деформации (рис. 5.5),причем, наиболее заметно положительное влияние 0,075 м.ч липидного остатка биомассыRhodobacter capsulatus наувеличение условного напряжения.

/>

      

5.2. Исследование свойстврезиновых смесей на основе СКИ-3, содержащих соевый белок.

 

Рассматриваявлияние соевого белка на когезионные свойства резиновый смесей на основе СКИ-3,было установлено, что условное напряжение при 100%-ом удлинении растет сувеличением содержания  белка в смеси; однако при увеличении дозировки соевогобелка свыше 10 мас. ч.  условное напряжение в смеси остается на постоянномуровне (табл. 5.4). Условная прочность при растяжении несколько снижается,  прибольшом содержания соевого белка в каучуке. Такженаблюдается рост относительного удлинения с увеличением содержания массовыхчастей соевого белка в каучуке.

 

Таблица 5.4

Влияние соевого белка на когезионные свойства резиновойсмеси на основе СКИ-3.

 

Каучук Содержание  соевого белка в каучуке, мас. ч. Условное напряжение при 100%-ом растяжении, МПа Условная прочность при растяжении, МПа Относитель-ное удлинение, % СКИ-3 - 0,14 0,06 410 СКИ-3 1 0,14 0,07 340 СКИ-3 3 0,13 0,05 410 СКИ-3 6 0,15 0,06 375 СКИ-3 10 0,16 0,06 390 СКИ-3 15 0,16 0,05 480

 

 

Сравниваявулканизационные характеристики смесей на основе СКИ-3 модифицированные соевымбелком с вулканизационными характеристиками СКИ-3 можно отметить чтоиндукционный период вулканизации снижается с увеличением содержания масс.ч.соевого белка. Однако введение дозировки свыше10 масс.ч. нецелесообразно, т.киндукционный период остается на прежнем уровне. Существенно снижается времядостижения оптимума вулканизации при введении в каучук 1 массовой части соевогобелка, но при введении 3 массовых частей время достижения оптимума вулканизациирезко возрастает и постепенно начинает снижаться с увеличением содержания соевогобелка. Минимальный крутящий момент уменьшается с введением 1 и 3 мас. ч.соевого белка, а с увеличением  содержания начинает возрастать. Максимальныйкрутящий момент несущественно увеличивается с увеличением содержания соевогобелка в резиновой смеси, также растет степень вулканизации. Однако скоростьвулканизации возрастает с содержанием 1 мас. ч. соевого белка, а  придальнейшем увеличении дозировки начинает, снижается.

Таблица 5.5

Вулканизационные характеристики резиновых смесей наоснове СКИ-3, модифицированного соевым белком. (150оС)

  

/>каучук

Содержание

соевого белка в каучуке, мас. ч.

Индукционный период вулканизации, TS

Время достижения оптимума вулкани зации, мин ТС(90)

Крутящий момент,

ф*дм

Степень вулканизации, ф*дм

Мmax — Мmin

Скорость вулканизации

1

(ТС(90) — TS)

Мmin

Мmax

СКИ-3 - 17,3 20,5 4,8 18,5 16,2 0,31 СКИ-3 1.мас.ч 15,9 18,5 1,7 17,5 16 0,38 СКИ-3 3.мас.ч 14,4 17,8 1,6 17,9 16,3 0,29 СКИ-3 6.мас.ч 12,5 16,3 2,2 19 17,2 0,26 СКИ-3 10.мас.ч 11 14,8 2 20 18,1 0,26 СКИ-3 15.мас.ч 11 15 2 20,3 18,3 0,25

/>

Анализируя влияниеразличного содержания соевого белка на условное напряжение при 500%-омудлинении (рис. 5.5), видно что с увеличением масс. ч. соевого белка врезиновой смеси, условное напряжение возрастает и достигает максимума присодержании 10 мас. ч., после чего наблюдается падение данной характеристики.Однако условная прочность резин на основе НК с разным содержанием соевогобелка  падает, с увеличением его содержания.

/>

5.3. Изучение влияниясоевой муки на свойства резиновых смесей на основе СКИ-3

Рассматриваявлияние  соевой мукина когезионные свойства резиновый смесей наоснове СКИ-3, было установлено, что условное напряжение при 100%-ом удлинении растетс увеличением содержания  соевой муки в смеси;(табл. 5.6). Условная прочность прирастяжении начинает расти при увеличении содержания соевой муки в смеси свыше 5мас. ч. Однако относительное удлинение начинает снижаться с увеличениемсодержания соевой муки в резиновой смеси на основе СКИ-3.

Таблица 5.6.

Влияние соевой муки на когезионныесвойства резиновой смеси на основе СКИ-3.

Каучук Содержание  соевой муки в каучуке, мас. ч. Условное напряжение при 100%-ом растяжении, МПа Условная прочность при растяжении, МПа Относитель-ное удлинение, % СКИ-3 - 0,14 0,06 410 СКИ-3 1 0,12 0,05 450 СКИ-3 3 0,13 0,05 430 СКИ-3 6 0,13 0,07 320 СКИ-3 10 0,14 0,07 355 СКИ-3 15 0,15 0,05 450

 

 

Рассматривая влияние соевой муки на вулканизационныехарактеристики смесей на основе СКИ-3, можно отметить что индукционный периодвулканизации снижается с увеличением содержания масс.ч. соевой муки. Время достиженияоптимума вулканизации имеет неоднозначный характер как видно из таблицы 5.7. Сувеличением содержания соевой муки в каучуке минимальный крутящий моментснижается. Максимальный крутящий момент увеличивается с введение 1 мас.ч.,однако при введении 3 и 6 мас.ч снижается, и при  дальнейшем увеличениисодержания соевой муки в резиновой смеси начинает снова возрастать.  Степеньвулканизации также растет с увеличением содержания соевой муки в резиновойсмеси на основе СКИ-3.С введением в резиновую смесь 1 мас. ч. соевой мукискорость вулканизации существенно возрастает, а  дальнейшее введение соевой мукиснижает данную характеристику. 

Таблица 5.7

Вулканизационные характеристики резиновых смесей наоснове СКИ-3, модифицированного соевой мукой. (150оС)

/>каучук

Содержание  соевой муки в каучуке, мас. ч.

Индукционный период вулканизации, TS

Время достижения оптимума вулкани- зации, мин ТС(90)

Крутящий момент,

ф*дм

Степень вулканизации, ф*дм

Мmax — Мmin

Скорость вулканизации

1

(ТС(90) — TS)

Мmin

Мmax

СКИ-3 - 16,8 19,5 4,8 18,5 16,2 0,37 СКИ-3 1.мас.ч 13,8 15,5 2,7 19,3 16,6 0,59 СКИ-3 3.мас.ч 14 16 2,3 18,8 16,6 0,5 СКИ-3 6.мас.ч 11,3 14 2,2 18,8 16,7 0,37 СКИ-3 10.мас.ч 9,8 16,5 2,1 19,2 17 0,14 СКИ-3 15.мас.ч 8 13 2 19,5 17,5 0,2

/>

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 Рассматриваявлияние различного содержания соевой муки на условную прочность, видно, чтоданная величина снижается с увеличением содержания соевой муки в резиновойсмеси на основе СКИ-3. Однако условное напряжение при 500%-ом удлинении возрастаети достигает максимального значения  при содержании соевой муки 10 мас. ч., ноне достигает уровня НК, после чего наблюдается незначительное падение.

/>

6. Обсуждение результатов

 

     В настоящее времяэталоном для каучуков общего назначения является натуральный каучук. В нашейстране большое распространение получил его аналог – синтетический ПИ, который,однако, уступает НК по ряду важных свойств: когезионной прочности,сопротивлению раздиру, теплостойкости и другим. Необходимость улучшения свойствСПИ требует поиска новых путей его модификации. Поскольку, в природном ПИважная роль принадлежит не каучуковым веществам, таким как связанный инесвязанный белок и липиды, введение в СПИ белковых фрагментов представляетсяодним из наиболее перспективных способов улучшения его потребительских свойств.

         Модификация СПИ белковыми фрагментами,представляется, одним из наиболее перспективных способов улучшенияпотребительских свойств СПИ. Это подтверждается имеющимися, пока недостаточнымидля практической реализации попытками модификации.

 Ведениев каучук белковых веществ позволило несколько повысить когезионные свойства,модуль упругости, сопротивление раздиру. Однако, для большинства образцов приразличных условиях введения белковых фрагментов наблюдалось повышение структурированиякаучуков, что приводило к ухудшению технологических свойств.

Эффективнымспособом модификации синтетического цис-1,4 полиизопрена может являтьсяхимическая иммобилизация на эластомерной матрице белковых фрагментов.

     Белки могут вступатьв реакцию радикальной полимеризации с мономерами типа стирола,метилметакрилата, акрилонитрила и другими. Известна привитая сополимеризациякератина с винильными соединениями. Данные примеры совместной полимеризации относятсяк типу привитой сополимеризации мономеров на белки.

     Однаконепосредственное химическое взаимодействие полиизопрена с аминокислотами ибелка осуществить не удается, вследствие отсутствия реакционноспособностиотносительно друг друга. Подобного рода взаимодействия могут

быть  реализованы различными  косвенными путями. При введении вкаучук биологически активных систем на  основе гидрофобизированного белка,являющегося продуктом переработки вторичного сырья мясомолочной, пищевой ифармацевтической промышленности, можно существенно улучшить свойства смесей  наоснове модифицированного таким образом каучука, кроме того, данный  способ является экологически и экономически перспективным способом модификации.

Таким образом, для модификации СПИ биополимерамицелесообразно использовать  микробные  белки и липиды,  являющиеся  источником комплекса липидов и белков.

Целью  работы было изучение влияния микробных липидов и белковых фрагментов на свойства СПИ и полученных эластомерных композиций на его основе. В качестве  объектовисследования были выбраны биологически активные соединения:

 - Липидный остаток биомассы Rhodobacter capsulatus.

Из  биомассы Rhodobacter сapsulatus  (представитель аноксигенных фотосинтезирующихмикроорганизмов) направленно получают бактериопурпурин для медицинских целей.Кроме того, биомасса Rhodobacter capsulatus можетбыть источником  других ценных биологически активных соединений:

каротиноидных углеводородов  — 3.9%, токоферолов — 5%, кислородосодержащих каротиноидов и  высших жирных кислот- 65.5%, ВЖК — 5%, ВЖК  и  фитолов — 19.7%. Выделение фракции,  кислородосодержащих  каротиноидов  показало, что преимущественнопреобладают в липидном остатке сфероидены. Общий  выход, которого  от липидного  остатка  составил 14%. Процентный составВЖК  от  липидного  остатка биомассы Rhodobacter capsulatus:

миристиновой– 0,98%, пальмитиновой — 3,5%, пальмитолеиновой – 3,9%, стеариновой – 2,2%,олеиновой – 90,1%,

— Соевый белок, имеющийблизкий состав с белком НК и соевая мука:

Соевый белковый изолят PROFAM 9704.

Профам 974 – изолированный соевыйбелок – растворимый диспергируемый    продукт, разработанный для использованияв пищевых системах, где требуется высокофункциональный белок.

— Мука соевая дезодорированнаяполуобезжиренная

Мука соевая дезодорированнаяполуобезжиренная (ГОСТ 3898-56) производится из генетически немодифицированнойсои, с целью повышения биологической и питательной ценности любогопродукта, обогащая его белками, витаминами A, B1, B2, РР, жиром, лецитином.

Исследования влияниябиологически активных соединений на когезионные свойства СКИ-3 и смесей на егооснове, показало, что при  введении липидного остатка биомассыRhodobacter capsulatus в каучукусловное напряжение при 100%-ом растяжении уменьшается с увеличением егосодержания (табл. 5.1).Также наблюдается уменьшение условной прочности прирастяжении с возрастанием содержания  липидного остатка в каучуке СКИ-3. Приэтом, относительное удлинение имеет экстремальный характер поведения с изменениемсодержания липидного остатка: максимальное значение соответствует образцам ссодержанием 0,075 мас. ч. Также заметно, что  относительное удлинение уобразцов с введённым липидным остатком выше, чем у исходного СКИ-3. Такимобразом, введение данного липидного остатка не способствует увеличениюкогезионной прочности резиновой смеси на основе СКИ-3 до уровня НК, чтоможет указывать на пластифциирующий эффект липидов (табл. 5.1.).

Введение  липидного  остаткабиомассы  Rhodobacter capsulatus существенно повлияло навулканизационные характеристики  резиновых смесей. Снижается  индукционныйпериод  вулканизации с увеличением содержания липидного остатка в каучуке,также снижается  время достижения  оптимума  вулканизации по сравнению с СКИ-3.Липиды увеличивают скорость вулканизации, поэтому для смесей на основе  СКИ-3,содержащего липидный остаток необходимо меньшее количество ускорителейвулканизации, чем для немодифицированного каучука по-видимому, это связано случшим диспергированием вулканизационной системы в каучуке  и более эффективнойвулканизацией, так как липидный остаток Rhodobacter capsulatus содержит преимущественновысокомолекулярные каротиноидные углеводороды и высшие жирные кислоты. Былоустановлено, что  у всех образцов резиновых  смесей  на  основе  СКИ-3,содержащих липидный остаток наблюдался  резкий скачок упруго-прочностныххарактеристик  практически  при  одном и  том же  значении  деформации (рис.5.5). При этом более высокой прочностью обладают резины на основе СКИ-3,содержащего 0,075 мас. ч. липидного остатка.  Дальнейшее увеличение их содержанияприводит к некоторому ухудшению свойств, что может быть связано с усилениемпластифицирующего эффекта. 

Сравниваявулканизационные характеристики смесей на основе СКИ-3 модифицированные соевымбелком с вулканизационными характеристиками СКИ-3 можно отметить чтоиндукционный период вулканизации снижается с увеличением содержания масс.ч.соевого белка. Однако введение дозировки свыше 10 масс.ч. нецелесообразно, т.киндукционный период остается на прежнем уровне. Существенно снижается времядостижения оптимума вулканизации при введении в каучук 1 массовой части соевогобелка, но при введении 3 массовых частей время достижения оптимума вулканизациирезко возрастает и постепенно начинает снижаться с увеличением содержаниясоевого белка. Минимальный крутящий момент уменьшается с введением 1 и 3 мас.ч. соевого белка, а с увеличением  содержания начинает возрастать. Максимальныйкрутящий момент несущественно увеличивается с увеличением содержания соевогобелка в резиновой смеси, также растет степень вулканизации. Белки увеличиваютскорость вулканизации, из таблицы 5.5 видно, что при введении 1 мас. ч.скорость вулканизации увеличивается, но при дальнейшем увеличение соевого белкав резиновой смеси снижает скорость вулканизации, так как белки являютсявторичными ускорителями [44]. Также  белки применяются и в смеси снеорганическими наполнителями. Неорганические наполнители, смешанные с соевымбелком, могут давать вулканизованные и невулканизованные  резины с высокиммодулем и твердостью. Примером может служить смесь 2000 г мела и 600 г 10 % суспензии соевой муки, применяемая для  наполнения бутадиен-стирольногокаучука [44].

В синтетические белки соевый белокможно вводить в количестве от 1 до 10 мас.ч. Но  чем больше содержание  соевогобелка в смеси СКИ-3, тем хуже механические  свойства полимера. Так из рисунка5.5 видно, что условное напряжение  при 500%-ом удлинении растет, однако подостижении 10 мас. ч. начинает  падать.

Исследования соевой муки,  в  качестве наполнителя  резиновых смесей на основе натурального каучукапоказали перспективность  ее использования в качестве полуактивного наполнителя[45]. Соевая  мука существенно улучшает механические свойства резиновыхсмесей.  При  ее  введении в смесь на основе СКИ-3, наблюдался рост условного напряжения при 500 % — ом удлинении  при  увеличении  содержания соевой муки врезиновой меси до 10 мас. ч., но не достигает уровня НК, после чего наблюдаетсянезначительное падение (рис. 5.7).

 Рассматриваявлияние   соевой мукина когезионные свойства резиновый смесей наоснове СКИ-3, было установлено, что условное напряжение при 100%-ом удлинении растет с увеличением содержания  соевой муки всмеси; (табл. 5.6). Условная  прочностьпри растяжении начинает расти при увеличении содержания соевой  муки в смесисвыше 5 мас. ч. Однако относительное удлинение начинает  снижаться с увеличениесодержания соевой муки в резиновой  смеси на  основе СКИ-3.

 Анализируя влияние соевой муки на вулканизационныехарактеристики смесей  на основе  СКИ-3, можно отметить что индукционный периодвулканизации снижается с увеличением содержания масс.ч. соевой муки. Время достиженияоптимума вулканизации имеет неоднозначный характер как видно из таблицы 5.7. С увеличением  содержания соевой муки в каучуке минимальный крутящий моментснижается. Максимальный  крутящий  момент увеличивается с введение 1 мас.ч.,однако при введении 3 и 6 мас.ч  снижается, и при  дальнейшем увеличении содержания соевой муки в  резиновой смеси начинает

снова  возрастать.  Степеньвулканизации также  растет с увеличением содержания соевой муки  в резиновойсмеси на основе СКИ-3.С введением в резиновую смесь 1 мас. ч. соевой  мукискорость  вулканизации  существенно  возрастает, а  дальнейшее введение  соевой муки  снижает  данную характеристику. 

 Таким  образом,изучение  влияния липидов и белковых фрагментов на свойства СПИ  и  полученныхэластомерных композиций на его основе, показало, что липиды и белковыефрагменты,  вводимые в резиновую смесь на основе СКИ-3,  позволяют  получить каучук  с  улучшенным комплексом свойств, приближающихся к уровню НК.

7. Охрана труда

 

Введение

Под охраной труда понимают системузаконодательных актов и со­ответствующих им социально-экономических,гигиенических и органи­зационных мероприятий, обеспечивающих безопасность,сохранение здо­ровья и работоспособность человека в процессе труда.

При выполнении работы в лаборатории, необходимоуделять боль­шое внимание соблюдению норм и правил техники безопасности.

Мероприятия по охране труда ставят целью:

•   Предупреждение производственного травматизма;

•   Предупреждение профессиональных заболеваний;

•   Повышение производительности труда.

         Работавыполнялась на кафедре Химии и физики полимеров и процессов их переработки (ХФПи ПП) МИТХТ им.М.В.Ломоносова.

В ходе работыбыли использованы пожароопасные и токсичные ве­щества, а такжеэлектрооборудование. Для обеспечения безопасности ус­ловий труда необходимознание пожароопасных и токсичных свойств ве­ществ и материалов, мер защиты исредств первой помощи, правил рабо­ты на электрооборудовании.

В данной работе неиспользовались радиоактивные вещества и другие источники ионизирующихизлучений.

7.1. Пожароопасные свойства горючих веществ иматериалов и меры безопасности при работе с ними

Липиды былипредварительно растворены в 5 мл петролельного эфира и получены уже в жидкомвиде. Пожароопасные свойства веществ представлены в таблице 7.1 [46]

Таблица 7.1 

Пожароопасные свойства веществ

 

Наименование веществ Агрегатное сосотояние Температура, °С Пределы воспламенения

Нижний концентрационный предел воспламенения аэровзвеси, г/м3

вспышки самовоспламенения воспламенения Концентрационные, % об. Температурные, °С СКИ-3* Тв. 320 325 290 - - - НК** Тв. - 375 129 - - -

Суль-

фенамид Т

Тв. 140 305 140 - - 22,5

Петро-

лельный эфир

Ж.

-58…

-18

280…

320

- 0,7…8,0 - - Стеариновая кислота Тв. 196 320 223 - - - Ацетон Ж. -19 485 -5 - -19…+6 - Сера Тв. (пыль) 207 232 261 - - 2,3 ZnO тв 180 230 195 - - 13

* — изопреновый синтетическийкаучук

**- натуральный каучук

В качестве средствапожаротушения для данных веществ, следует использовать воду со смачивателем и порошокПФ.

Остальные вещества(липидные белки) негорючие, невзрывоопасные продукты, пылевоздушные смеси невзрывоопасны.

7.2. Характеристики токсичных веществи меры безопасности

В ходеисследований, для изготовления резиновых изделий использовались такие веществакак сера, сульфенамид Т, оксид цинка, стеариновая кислота, которые вызываютзагрязнение окружающей среды. Кроме того во время таких процессов каквулканизация происходит выделение в атмосферу вредных соединений. Характеристика токсичных применяемыхингредиентов приведена в таблице 7.2  [47]

Таблица 7.2

Токсикологическая характеристика веществ

 

Наименование веществ Агрегатное состояние Характер действия на организм Меры предупреждения и средства первой помощи

ПДК р.з., мг/м3

Класс опасности 1 2 3 4 5 6 СКИ Тв. Головная боль, нарушение сна, раздражительность Свежий воздух 40 3 Сера Тв. (пыль) Бронхолёгочные заболевания, воспаление слизистой носа, кожные заболевания Мытьё, респираторы 2 1 Сульфенамид Т Тв. (пыль) Вызывает дерматиты, аллергию, поражение дыхательных путей Мытьё 0,2 2 Петролельный эфир Ж. Сведения не найдены 1 2 3 4 5 6 ZnO Тв. Вызывает головную боль, сухой кашель Щелочные инъекции, Внутреннее введение глюкозы с аскорбиновой кислотой 5 2 Ацетон Ж. Вызывает раздражение слизистых оболочек носа, глаз, горла, головную боль Свежий воздух, крепкий сладкий чай, кофе, ингаляция кислородом

200

1 Стеариновая к-та Тв. Отравление дыхательных путей, раздражение кожи Частое мытьё 1 1 НК Сведения не найдены

продолжение таблицы 7.2

При осуществлении технологическогопроцесса нагрузка приходится в основном на мышечную и нервную системы человека.Окружающая производственная среда (температура, влажность, загрязнённость пыльюингредиентов и др.) вызывает изменение в функционировании органов дыхания,зрения, слуха, кровообращения. Остальные вещества(липидные белки) – малотоксичныепродукты, не оказывают токсичного действия на организм и не обладают кумулятивнымисвойствами.

В рабочем помещении длязащиты от вредного воздействия веществ необходимо использовать спецодежду,резиновые перчатки, респираторы, работать под тягой.

7.3. Электробезопасность

Классификация помещенийпо взрывопожароопасности в соответствии с правилами устройства электроустановок(ПУЭ), представлена в таблице 7.3

[48]

Таблица 7.3

Классификация помещений по взрывопожароопасности ивыбор взрывозащищённого электрооборудования

 

Наименование помещений и участков Класс помещений (зоны) Характерис-тики по степени опасности поражения электрическим током Температур-ный класс Уровень взрыво-защиты Вид взрыво-защиты Условные обозначения выбранного электро-оборудования По взрыво-опасности По пожаро-опасности Лаборатория кафедры ХФП и ПП В-1б П-IIа Помещения без повышенной опасности

Т3

2 «е» 2Ех II АТ3

 

Во взрыво- и пожароопасных химических лабораториях,осо­бенно при работе с взрывоопасными газами, парами, пылями, например сацетоном, диэтиловым эфиром, электроустановки могут служить источникамивоспламенения. Так, при неправильной эксплуатации или не­исправностиэлектрооборудования возможны его перегрев или появление искровых разрядов,которые могут вызвать пожар или взрыв горючей среды, наносящий большойматериальный ущерб, а иногда приводящий и к гибели людей. Поэтому необ­ходимознать, какие требования предъявляются к электрообо­рудованию, работающему вовзрывоопасных средах. Это элек­трооборудование отличается от общепромышленногоне только конструкцией, но и тем, что оно выполнено по специальным правилам и можетэксплуатироваться во взрывоопасных средах без опасности их воспламенения.

Параметры электросети380/220 В, 50Гц

В качестве мероприятий пообеспечению безопасности работы с электрооборудованием используются:

— заземление и зануление;

-   защита от случайногоприкосновения  к токоведущим частям посредством применения оболочек  иблокировок, независимо от напряжения.

7.4. Анализ потенциальных опасностейи вредностей при выполнении экспериментальных исследований

Анализ технологическихопераций с точки зрения потенциальных опасностей и вредностей при ихосуществлении приведён в таблице 7.4 [47,48]

 

Таблица 7.4

Анализ технологических операций

 

Наимено-вание техно-логической операции Оборудование, на котором осуществлялась техноло-гическая операция Реактивы, использо-вавшиеся при проведении операции Выявление опасности и вредности Причины проявления данной опасности или вредности Меры, обеспечи-вающие безопасное проведение техноло-гической операции 1 2 3 4 5 6 Навеска ингредиентов Электрические весы СКИ, НК, сера, сулфенамид Т, ZnO, стеариновая к-та Попадание пыли в дыхательные пути Нарушение техники безопасности Использование спецодежды Смешение резиновых смесей Вальцы

 СКИ, НК, сера, сулфенамид Т, ZnO, стеариновая

к-та

Опасность повреждения кистей рук, повышенная запылённость воздуха Открытые движущиеся механизмы, нарушение работы вентиляцион-ной системы Работа в защитной одежде, кнопка (рычаг) аварийной установки вальцев.

 

 

Продолжение таблицы 7.4

1 2 3 4 5 6 Вулканиз-ация резиновых смесей Электрический пресс СКИ, НК, сера, сулфенамид Т, ZnO, стеариновая к-та Поражение электрическим током; отравление вредными газами, выделяю-щимися в процессе вулканизации; попадание рук в зазор между закрываю-щимися плитами; ожог открытых частей тела (горячие плиты и вулканиза-ционные формы), пожар (ацетон) Высокая темпе-ратура рабочих камер, пробои электрической фазы на корпус электро-оборудова-ния, нарушение работы местной вытяжной вентиляции, нарушение техники безопасности Заземление корпуса пресса, вытяжная вентиляция, использование защитных рукавиц Определение вязкости и вулканиза-ционных характеристик Реометр Пресс-сованные образцы НК и модифици-рованного СКИ-3 Опасность получения термического ожога, опасность поражения электрическим током Высокая температура рабочих камер, высокое напряжение электро-оборудования Работа в защитных рукавицах, применение щипцов с длинной ручкой Вырубка образцов Вырубной нож Свулканизованные образцы(НК, модифици-рованный СКИ-3) Травмиро-вание конечностей Нарушение техники безопасности Соблюдение правил техники безопасности Физико-механические ипытания Разрывная машина НК, модифици-рованный СКИ-3 Шум, травми-рование конечностей, поражение электриче-ским током Винтовая поверхность привода, трансмиссион-ная передача машины, высокое напряжения электрообору-дования Регулярная смазка винтовой поверхности привода, предохра-нительный кожух, заземление

7.5.Санитарно-гигиенические условия в рабочем помещении

7.5.1.Микроклиматические условия

Дляисключения вредного влияния микроклиматических факторов на организм человека исоздания нормальных условий труда параметры воздушной среды должны соответствоватьСанПиН 2.2.4.548-96. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.4.548-96«Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» устанавливаютгигиенические требования к  показателям микроклимата рабочих мест производственныхпомещений с учётом интенсивности энергозатрат работающих, времени выполненияработы, периодов года и содержат требования к методам измерения и контролямикроклиматических условий

Работа, проводимая в лаборатории ХФП и ПП,принадлежит к категории легких работ 1б. К легким работам 1б (затраты энергииорганизма 140-174 Вт) относят работы, производимые сидя, стоя или связанные сходь­бой, но не требующие систематического физического напряжения или поднятияи переноса тяжестей.

Помещениехарактеризуется небольшим избытком тепла (до 20 ккал/м3).

Втаблицах 7.5, 7.6, 7.7 приведены оптимальные, допустимые и интегральныепоказатели микроклимата на рабочих местах производственных помещений всоответствии с СанПиН 2.2.4.548-96

 

Таблица 7.5

Оптимальныевеличины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений(СанПиН 2.2.4.548-96)

 

Период года Категория работ по уровню энергозатрат, Вт Температура воздуха, °С Температура поверхностей, °С Относительная влажность воздуха, % Скорость движения воздуха, м/с Холодный 1б (140-174) 21-23 20-24 60-40 0,1

Таблица 7.6

Допустимыевеличины показатели микроклимата на рабочих местах производственных помещений(СанПиН 2.2.4.548-96)

 

Сезон года Категория работ по уровню энергозатрат, Вт Температура воздуха, °С Температура поверхностей, °С Относительная влажность воздуха, % Скорость движения воздуха, м/с диапазон ниже опти-мальных величин диапазон выше опти-мальных величин для диапазона температур воздуха ниже оптимальных величин, не более для диапазона температур воздуха выше оптимальных величин, не более Холодный 1б (140-174) 19,0-20,9 23,1-24,0 18,0-25,0 15-75 0,1 0,2

Таблица 7.7

Рекомендуемые величины интегральногопоказателя тепловой нагрузки среды (ТНС-индекса) для профилактики перегреванияорганизма

 

Категория работ по уровню

энергозатрат, Вт

Величины интегрального показателя, °С 1б (140-174) 21,5-25,8

Дляобеспечения нормальных микроклиматических условий необходимо улучшениеметеоусловий в производственных помещениях химических производств и, преждевсего, это осуществляется технологическими средствами ещё на стадиипроектирования – это автоматизация и механизация трудоёмких работ,производственных процессов. Обеспечение нормальных метеоусловий достигаетсятакже в результате уменьшения тепловых потерь, теплоизоляции аппаратов итрубопроводов, экранирования оборудования и обеспечения его герметичности,рациональной организации воздухообмена.

Микроклиматическиеусловия соответствуют допустимым по СанПиНу с некоторыми отклонениями повлажности. Для обес­печения нормальных климатических условий предусмотренаприточно-вытяжная вентиляция и отопление.

7.5.2.Вентиляция и отопление

В лаборатории используется механическаяобщеобменная приточно-вытяжная вентиляция.

Для обеспечения притока свежего воздуха в лабораториииспользу­ется естественная вентиляция. Норма подачи чистого воздуха составляет20 м3/ч на человека.

В лабораторииимеется вытяжной шкаф с регулируемой мощно­стью, в котором проводятся работы стоксичными веществами. Вытяжной шкаф соединен с системой воздухоотводов, покоторой удаляемый воздух транспортируется из помещения к месту выброса.Содержание вредных веществ в выбрасываемом воздухе после разбавления егонаружным воз­духом не должно превышать предельно допустимых концентраций. Назначениелокальной вентиляции — улавливание вредных паров из мест их выделения ипредотвращение их перемешивания с воздухом ра­бочей зоны. Гигиеническое ееназначение состоит в том, что она позволя­ет сократить количество выделяемых впомещение вредных паров. С эко­логической точки зрения вредные выделенияотводятся более интенсивно, чем при общеобменной вентиляции, что сокращаетнеобходимый возду­хообмен и затраты на подготовку и очистку воздуха.

В лабораториииспользуется центральное водяное отопление. В процессе отопления возможноприменение обогревателей.

7.5.3.Освещение

Правильная организация освещения рабочих мест влаборатории играет важную роль для сохранения здоровья и безопасности труда. Влаборатории используется несколько видов освещения: естественное (освещениепомещений дневным светом (прямым или отражённым), проникающим через световыепроёмы в стенах), искусственное (освещение электрическими источниками света) исовмещённое (освещение, при котором недостаточное по нормам естественноеосвещение дополняется искусственным). Помещение освещается светильниками типаЛСП-01 с лампами дневного света ЛД-40.*

Работа выполнялась в двух лабораториях:

1)вулканизационный пресс — VIII разряд зрительной работы;

2)лаборатория кафедры ХФП и ПП – I разряд зрительной работы;

Нормы  освещённости  в  рабочем помещении приведены  в  таблицах  7.8, 7.9 [49]

 

Таблица 7.8.

Нормы совмещённого освещения рабочихповерхностей в производственных  помещениях (СНиП 23-05-95*)

 

Характеристика зрительной работы Наименьший или эквивалентный размер объекта различения, мм Разряд и подразряд зрительной работы

Нормы КЕО е, %

При верхнем или комбинированном освещении При боковом освещении Наивысшей точности Менее 0,15 I 6,0 2,0 Общее наблюдение за ходом производственного процесса: периодическое при периодическом пребывании людей в помещении VIII в 0,2 -

* СНиП 23-05-95 «Нормы проектирования. Естественноеосвещение»

 

 

 

 

 

Таблица7.9

Нормируемые величины искусственной освещённости (вточке минимального значения) для производственных помещений (СНиП 23-05-95)

 

Характеристика зрительной работы Наименьший размер объекта различения, мм Разряд зрительной работы Подразряд зрительной работы Контраст объекта с фоном Характеристика фона Освещённость, лк При системе комбинированного освещения При системе общего освещения всего в т.ч. общего Наивысшей точности Менее 0,15 I б средний тёмный 3500 400 1000 Общее наблюдение за ходом производственного процесса: периодическое при периодическом пребывании людей в помещении VIII в Независимо от характеристик фона и контраста объекта с фоном - 50 -

Расчет искусственного освещения по методу коэффициентаиспользования светового потока.

 

Освещённостьв лабораториях определяется по формуле [49]:

Е= (F*n*η)/(S*k*Z)                                                                                            (7.1)

Где F — световой поток однойлампы, лм; для ламп типа ЛД-40 F=2500 лм;

Е — нормативная освещенность, лк; Е1=50 лк; Е2=400 лк;

S — площадь пола помещений,м2; S1=18; S2=21

к — коэффициентзапаса освещенности; принимаем к=1,5;

n — количество ламп, шт;

Z – поправочныйкоэффициент светильника, учитывающий неравномерность освещения, имеющийзначение Z=1,15;

η — коэффициентиспользования светового потока, доли единицы.

Находиминдекс площади помещений, который определяется по формуле:

i= S/(h*(A+B))                                                                                                   (7.2)

где А и В — длина и ширина помещений, м; А1 = 6м; В1 = 3м; А2= 7м; В2 = 3м

h- высота расчетная (расстояние от светильника до рабочей поверхности);

h1=2,2 м; h2=2,5 м

i1=3*6/(2,2(3+6))=0,9; i2=7*3/(2,5(3+7))=0,8

Данныминдексам помещений соответствует η1=41%, η1=38%, при коэффициентах отражения потолка Рп= 70 % и стен Рс = 50 %.

Таким образом,количество ламп.

n1=E*S*k*z/F*η=50*18*l,5*l,15 / 2500*0,41=1,51

n2=E*S*k*z/F*η=400*21*l,5*l,15 / 2500*0,38=15,25

Принимаем дляпервой лаборатории 2 лампы (1 светильнк), для второй лаборатории 16 (8светильников)

Делаемповерочные расчеты :

Е1= 2500*2*0,41/(18*1,5*1,15) = 66

Е2= 2500*8*0,38/(21*1,5*1,15) = 209

Расчёт показал, чтоосвещённость во второй лаборатории соответствует нормам  СНиП 23-05-95.

Для первойлаборатории не целесообразно использовать 2 лампы

(1 светильник), поэтомуделаем перерасчет для ламп накаливания по формулам 7.1 — 7.2:

Исходныеданные расчета:

Где F — световой поток однойлампы, лм; для ламп типа Б 215-225-40

F=415 лм;

Е1=50лк;  S1=18; к=1,5;

Z=0,9 (для лампнакаливания)

η — коэффициентиспользования светового потока, доли единицы.

При индексепомещения i=0.9для светильника типа НСП-01 соответствует η=47%, при коэффициентах отражения потолка Рп = 70 % и стен Рс = 50 %.

Такимобразом, количество ламп.

n1=E*S*k*z/F*η=50*18*1,5*0,9 /415*0,47=6,2

Принимаемдля первой лаборатории 8 ламп (8 светильников, расположенных равномерно по 4 вдва ряда). В светильнике НСП-01 – одна лампа

Делаемповерочные расчет:                                           

Е1= 415*8*0,47/(18*1,5*0,9)=64,2

перерасчёт показал, чтоосвещённость в первой лаборатории соответствует нормам  СНиП 23-05-95(50лк<E1<75лк).

7.5.4. Шум и вибрация

Работа пресса, вальцев и разрывной машины  сопровождаетсяшумом и вибрацией, которые в большей или меньшей степени могут временно активизироватьили подавлять определённые психические процессы  организма человека. Физиопатологическиепоследствия могут проявляться в форме нарушения функции слуха и другиханализаторов, например вестибулярного аппарата, координирующей функции корыголовного мозга, нервной или пищеварительной системы, системы кровообращения. Повышенные уровни вибрации и шума отрицательно влия­ют наКИП и другую аппаратуру, используемую в производстве и при переработкеполимерных материалов, приводя к сниже­нию ее точности и уменьшению срокаслужбы, что, в свою очередь, может привести к аварийным ситуациям. Все это об­условливаетнеобходимость разработки и осуществления ком­плекса инженерно-технических иорганизационных мероприя­тий по снижению шума и вибраций до значений,установлен­ных санитарными нормами *.

         Шуми вибрация в производственных помещениях, как прави­ло, вызываются многимипричинами, что создает определен­ные трудности в борьбе с ними и обычно требуетодновремен­ного проведения комплекса мероприятий как

инженерно-технического,так и медицинского характера. Основными из них являются следующие:

______________________

* — санитарные нормы уровнейшума рабочих мест СН 3223-85

санитарные нормы  вибрациирабочих мест СН 3044-84

- устранение причин шума и вибрации или существенное их ослабление в источнике образования;

- изоляция источников шума и вибрации от окружающей сре­ды средствами звуко- и виброизоляции,звуко- и вибропогла­щения;

— применение средств, снижающих шум и вибрацию на пути их распространения;

- уменьшение плотности звуковой энергии помещений, отражений от стен, перекрытий(акустическая обработка);

— архитектурно-планировочные решения с рациональным размещением технологическогооборудования, машин, меха­низмов;

организационно-техническиемероприятия (малошумные технологические процессы, оснащение машин дистанционнымуправлением, рациональный режим труда и отдыха рабо­тающих и т. д.);

- применение средств индивидуальной защиты;

- профилактические мероприятия медицинского характера.

7.6. Пожарная безопасность

Поскольку в ходе работы используетсяэлектрооборудование, то велика вероятность образования электрических зарядов, источникамикоторых может быть неисправное электрооборудование, курение, применениеоткрытого огня. Возникновение электрических зарядов представляет серьезную пожарнуюопасность, так как их накопление при определенных условиях может привести кискровому разряду. Если энергия искрового разряда будет превышать мини­мальнуюэнергию зажигания горючих сред, используемых при работе, то возможновозникновение пожара или взрыва.

7.6.1.Определение категорий помещений по НПБ 105-03*

Категории помещений по взрывоопасности и пожарнойопасности определяются расчетным путем в соответствии с НПБ 105-03.

1)в лаборатории лбораториякафедры ХФП и ПП расчет ведется по ацетону. Расчет избыточногодавления взрыва для горючих жидкостей (Р, кПа) проводится по формуле [46]:

Р= (Pmax — Po)*(m*Z/VCB*рт)*(100/Ccт)*(l/KH)                                                  (7.3)

ГдеРmax — максимальное давление взрыва стехиометрическойгазовоздушной

илипаровоздушной среды в замкнутом объеме, допускается принимать

равным900 кПа;

Р0 — начальное давление, допускается приниматьравным 101 кПа;

М- масса горючих жидкостей, вышедших в результате расчетной аварии в помещении,вычисляем по формуле:

М= mp + mемк. +  mсв.окр.                                                                                                                                     (7.4)

Гдеmp — масса жидкости,испарившейся с поверхности разлива, кг;

mсв.окр. — масса жидкости, испарившийся с поверхностей, на которыенанесён применяемый состав, кг; mсв.окр.=0;

________________________________

*- Нормы государственной противопожарной службыМЧС России «Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной ипожарной опасности. НБП 105-03».

mемк. —  масса жидкости, испарившийся с поверхностей открытыхёмкостей, кг; mемк. = 0;

Приэтом каждое из слагаемых в формуле (4) определяется по формуле:

m=W*Fu*T                                                                                                        (7.5)

ГдеW — интенсивностьиспарения, кг/с*м2 ;

Fu — площадь испарения, м3; принимается из условия что1л горючей жидкости разливается на 1 м2;

Т- время испарения, с; принимаем равным 3600 с.

Интенсивностьиспарения определяется по формуле:

W=10-6*η *M1/2*Pнас                                                                                                                                            (7.6)

Гдеη — коэффициент,принимаемый в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностьюиспарения при температуре 22°С и скорости движения воздуха 0,1 м/с, принимаемравным 2,28;

М- молекулярная масса, г/моль;  для ацетона равна 58,08 г/моль;

Рнас=давление насыщенного пара, кПа; для ацетона определяется по формуле: lgР=6,37551-1281,721/(237,088+tp) (7.7)

Гдеtp<sub/>– расчётная температура, оС,в качестве которой следует принимать максимально возможную температуру воздухав данном помещении в соответствующей климатической зоне или максимальновозможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учётомвозможного повышения температуры в аварийной ситуации; tp=61оС

lgР=6,37551-1281,721/(237,088+61)=2,075

Рнас=119,05кПа

W=10-6*2,28*(58,08)1/2*119,05=2,07*10-3

Z- коэффициент участия горючего во взрыве, принимаем равным 0,3;

Vсв. — свободный объем помещения, м3; составляющий 80%объёма геометрического;

Vсв. = 3*6*5*0,8 = 72м3

Плотностьгаза определяется по формуле:

рг= М / [Vt(1+ 0.00367) * tp] (7.8)

Vt — мольный объем, равный 22,412 моль/л;

Сст.-стехиометрическая концентрация ЛВЖ, вычисляется по формуле:

Сст.=100/(1+4,84 β), (7.9)

Гдеβ — стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания и определяетсяпо формуле:

β= nc + (nH-nX)/4 – no/2, (7.10)

Гдеnс, nн, nо, nX — число атомов углерода,водорода, кислорода, галоидов в молекуле горючего;

Кн — коэффициент, учитывающий не герметичность помещения, равен 3 Получаем:

β= 3+6/4-1/2=4

Сст=100/(1+4,84*4) = 4,91

рг= 58,08/[22,413(1+0,003677*61)]=2,12 кг/м3

m= 2,07*10-3*1*3600 = 7,452 кг

ΔР= (900-101)*(7,452*0,3/72*2,12)*(100/4,91)*(1/3) =79,4 кПа

         ПриΔР>5 кПа и tвсп<28°С, следовательно помещение относится  к   категории А.

Лаборатория 2(пресс)

Расчеткатегории помещения находим по стеариновой кислоте, сере, сульфенамиду Т.

Gст.к-та=0,0015 кг; Gсера=0,012 кг; Gсульф.Т=0,0024 кг;

Qhiсера=92 МДж/кг;

Qhiст.к-та=10,5 МДж/кг;

Qhiсульф.Т=38 МДж/кг;

S=10м2;

Q=0,0015*10,5+0,012*9,2+0,0024*38=0,016+0,011+0,1=0,13 МДж;

g=0,13/10=0,01 МДж2

т.кудельная пожарная нагрузка равна 0,01 МДж2, то помещение относится ккатегории В4.

7.6.2.Предупреждение пожаров и взрывов

Опасными факторами пожара, воздействующими налюдей, являются открытый огонь и искры, повышенная температура окружающейсреды, предметов, токсические продукты горения, пониженная концентрация кислорода.

Противопожарная защита обеспечивается системойпредотвращения пожара и системой противопожарной защиты. Предотвращение пожарадостигается предупреждением образования горючей среды.

Лаборатория обеспечена средствами пожаротушения,к которым относятся пенные огнетушители (ОХП-10, ОВП-10, ОУ-8, ОП-10),асбестовое волокно, сухой песок, а также вода. Для тушения ЛВЖ и ТЖ применяетсяуглекислотный огнетушитель или химический пенный ОХП-10. Тушение электроустановокпод напряжением производится с помощью ОУ-2 (не допускается тушить водой,ОХП-10).

В случае возникновения в лаборатории загорания икак следствие – пожара, необходимо выключить газ, вентиляцию, электроэнергию,вынести из помещения опасные вещества, сообщить о возникновении пожара иприступить к ликвидации загорания. Для сигнализации о пожаре установленыдатчики ДТЛ. Необходимо провести эвакуацию людей из здания, которая условноподразделяется на три этапа:

1)движение людей от наиболее удалённого места их постоянного пребывания до эвакуационноговыхода;

2)движение людей от эвакуационных выходов из помещения до выходов наружу (движениепо коридорам или лестницам);

3)движение людей от выходов из загоревшегося здания и рассеивание их потерритории предприятия.

Заключение

 

Входе раздела рассмотрены:

-пожароопасныеи токсические свойства материалов;

-категориивзрыво- и пожароопасности помещения по ПУЭ и выбрано взрывозащищенное электрооборудования;

-потенциальноопасные операции и указаны меры предосторожности при проведении этих операций;

-охарактеризованы    санитарно-гигиенические     условия лаборатории:

-микроклиматрабочей зоны;

-вентиляцияи отопление;

-освещенниепомещения; осуществлен  расчет  количества  ламп  для   обеспечения   нормбезопасности;

-Шуми вибрация; Для соответствия санитарным нормам, в лабораториях используютсязвукоизоляционные кожухи, оборудование устанавливается  на массивный фундаментна виброоснове.

-Описанымероприятия и средства по пожарной защите и представлен расчёт пожарнойкатегории помещения по НБП 105-03.

8. Промышленная экология

 

Введение

Важным требованием современности являетсяэкологизация науч­ных исследований, т.е. повышение эффективности использованияобъек­тов исследования наряду с улучшением качества природной среды. Це­льюраздела «Промышленная экология» является выявление влияния на природную среду выполнениядипломной работы.

Влияние человеческой деятельности на природувозрастало не только из-за увеличения численности населения, но и благодаряиспользованию все более мощной техники и различного производственногооборудования. Предупреждению нежелательных и необратимых нарушенийхарактеристик окружающей среды может способствовать только комплексный подход врешении экологических проблем. Он направлен на создание экологически безопасныхмалоотходных производств и включает разработку таких научно-исследовательских ипрактических подходов по экологизации процессов.

Общиеположения.

В данной работе проводилась химическаямодификация СКИ-3 липидами и белками. Объектами исследовательской работы былирезины, в состав которых входят синтетический цис-1,4-полиизопрен, сера,сульфенамид Т. В ходе данной работы загряз­нение окружающей среды моглопроизводиться при использовании сыпучих ингредиентов и паров ацетона. Посколькутрудно оценить влияние на окружающую среду проведения дипломной работы из-замалого количества используемых веществ, можно сказать, что ущерб, нанесенныйокружающей среде, незначительный.

Химическаяпромышленность является одним из наиболее мощных источников загрязненияокружающей среды, которые могут образовываться на каждой из стадий производствакакого-либо продукта химической промышленности. Наи­более вредное воздействиена окружающую среду оказывает оказывает производство и утилизация шин и РТИ.Вследствие этого наиболее перспективным следует признать ис­следования, направленныена минимизацию образования устойчивых к разложению отходов, а также их использованиев качестве вторичных сырьевых ресурсов (например, регенерат).

8.1. Защита атмосферы

 

При выполнении дипломной работы возможны выбросы в атмосферувредных веществ: пыли при смешении, газов при вулканизации (СО2 идр.), паров ацетона. Во время вулканизации возможны выбросы паров вулканизующихагентов. Для уменьшения выбросов в атмосферу возможно использование следующегокомплекса мероприятий:

-применение эффективных очистных аппаратов (оборудо­вания) исооружений;

-соблюдениеработы очистных сооружений, постоянного контроля за их работой;

-сохранениечистоты воздушного бассейна при ремонте очистных сооружений, труб, шахт,аэрационных фо­нарей с указанием сезонов и очередности ремонта;

-снижениевыбросов вредных химических веществ и пред­отвращением залповых выбросов приособо опасных метеороло­гических условиях, переходом на более качественноетопливо (с меньшими выделениями вредных химических ве­ществ в атмосферу);

-сокращениенаиболее вредных производств.

Одним изосновных способов снижения воздействия  производства на воздушную средуявляется по­вышение эффективности очистки и обезвреживания воздуш­ных выбросов.Существуют различные схемы классификации процессов очистки и обезвреживаниявыбросов в воздушную среду.

В данномслучае можно предложить аппарат фильтрационной очистки.

К аппаратамфильтрационной очистки относятся тканевые, зернистые, волокнистые и другие типыфильтров Основным достоинством аппаратов этой группы является возможностьдостижения 99%-й степени очистки отходящих газов (воздуха). При этом запыленностьвоздуха (газов), прошедшего очистку, составляет не более 30 мг/м3.

Для очисткивоздуха  в лаборатории рекомендуется использовать местную вытяжнуювентиляционную систему (зонты, рукава, кожухи, вытяжные шкафы и т.д.) с последующейочисткой запыленного воздуха (газов) в аппаратах-пылеуловителях (циклоны(рис.7.1)). Очищенный от пыли воздух (газы) выбрасывается в атмосферу,подвергается дальнейшей очистке от газовых составляющих.

/>

Рис. 8.1. Циклон:

/- входной патрубок; 2- корпус;3- выхлопная труба; 4 — винтовая крышка; 5- конус­ная часть; 6 — улитка длявыхода газа; 7- бункер; 8 — пылевой затвор; 9 — переход

8.2. Очистка сточных вод

 

Химическиепредприятия потребляют большие количество свежей воды. Она используется впроизводственном цикле, на вспомогательных участках, для бытовых целей. Водаможет быть охлаждающим агентом в теплообменной аппаратуре, ее используют длямытья полов, оборудования. И вода, в конечном счете превращается в сточную.Выделяют следующие группы сточных вод: производственные, бытовые и атмосферные.

Вода нам необходима для охлаждения валковвальцев, пресс-форм вулканизационнго пресса, после прохождения в которых онасчитается условно чистой, следовательно, ее можно вернуть в процесс (рис.7.2.). Для этого предназначен специальный насос, с помощью которогоосуществляется рецикл воды.

/>

Рис 8.2.Принципиальная схема рециркуляции воды.

Для очистки производственныхсточных вод от различных примесей и загрязнений используют механические методыочистки, например процеживание: сточные воды процеживают через решетки и сита сцелью извлечения из них крупных примесей для предотвращения засорения труб иканалов. Решетки устанавливают на пути движения жидкости.

В качестверастворителя в работе использовался ацетон, утилизация которого  проводиласьпутём сливания в специальную ёмкость для слива органических веществ, с дальнейшейпередачей специализированным службам (занимающимся утилизацией химическихотходов).

8.3. Утилизация отходов

Привыполнении экспериментальных исследований возможно образование отходов накаждой стадии:

Приготовлениерезиновой смеси – получение брака посредством излишнего или неправильногодобавления ингредиентов;

Вулканизациярезиновых смесей – брак за счёт явления недовулканизации и перевулканизациисмеси;

Вырубкаобразцов – получение нестандартных образцов (тупой нож), остатки листов резины,непригодных для вырезки образцов;

Физико-механическиеиспытания -  после однократного испытания образцы приходят в негодность и невозможно их дальнейшее испытание.

Привыполнении работы брак был по минимуму, после испытаний образцы выбрасывались вмусорный контейнер бытовых отходов.

Способыутилизации отходов -  для производства, налаженного в промышленных масштабахвозможны следующие способы утилизации отходов: изготовление резиновой крошки,которую применяют при производстве резиновых ковриков, изготовление звукоизолирующей и виброгасящей плитки для трамвайных путей и железнодорожных переездов и т.п.

8.4. Контроль состояния окружающей среды

                                                                                                                           

Для контроля состояния окружающей среды проводится мониторинг источников загрязнения,который включает в себя, присутствующий в данной работе, точечный стационарныйисточник загрязнения (вредные испарения использовавшегося растворителя). Приорганизации систем мониторинга обычно исходят из установления приоритетов наоснове имеющейся со­вокупности критериев. Для мониторинга загрязнений былрекомендован  следующий перечень: 1) величина фактического или потенциальновозможного влияния на здоровье и благополучие человека, на климат илиэкосистемы (сухопутные и водные); 2) склонность к деградации в окружающейприродной среде и накоплению в организме человека и пищевых цепочках; 3) возможностьхимической трансформации в физических и биологических системах, в результатечего вторичные (дочер­ние) вещества могут оказаться более токсичными или вред­ными;4)                  мобильность (подвижность); 5) фактические или возможныетренды (тенденции) кон­центраций в окружающей среде и в организме человека; 6)     частота и/или величина воздействия; 7) возможность измерений на данном уровне вразличных средах; 8) значение для оценки положения в окружающей природ­нойсреде; 9) пригодность с точки зрения всеобщего распространения для равномерныхизмерений в глобальной и субрегиональной программах.

8.5. Эколого-экономическая оценка

 

В ходе даннойработы загрязнение окружающей среды могло производиться при использованиисыпучих ингредиентов и паров ацетона. Поскольку трудно оценить влияние наокружающую среду проведения дипломной работы из-за малого количества используемыхвеществ, можно сказать, что ущерб, нанесенный окружающей среде незначительный.

Отсутствие на территориинашей страны климатических зон, пригодных для произрастания каучуконосныхрастений, делает наиболее перспективным поиск путей направленной модификациисинтетических каучукоподобных полимеров с целью получения материала, способногозаменить  натуральный каучук (НК) по технически важным физико-химическимпараметрам

НК обладает лучшими свойствами по сравнению с синтетическимианалогами, что связано с наличием в нём белковых включений. Поэтому, модификацияСКИ белковыми фрагментами, представляется, одним из наиболее перспективныхспособов улучшения потребительских свойств СКИ. Модификация синтетическогокаучука должна обеспечивать улучшение свойств смесей и резин по целому рядупоказателей: когезионных свойств смесей, упруго-гистерезисных, адгезионных иусталостных свойств резин.

Целью нашей исследовательской работы являлосьизучение физико-механических свойств цис-1,4-полиизопрена, модифицированного биологическиактивными системами.

Проведенныеисследования показали, что модифицированный синтетический цис-1,4-полиизопрен обладаетлучшими вулканизационными характеристиками, относительно контрольного каучука,а именно сократилось время достижения оптимума вулканизации, увеличиласьскорость вулканизации. Проведенный нами эксперимент не нанес значительногоущерба окружающей среде: не производились вредные выбросы в атмосферу.Исследовательская работа проводилась для улучшения физико-механических свойстви конкурентоспособности с НК.

         Полученныйматериал найдет свое применение в изделиях, в которых необходим высокий модульи малое время вулканизации.

В настоящеевремя способ утилизации, модифицированного СКИ-3 липидами и белками неизменился. Утилизация полученного материала является темой последующих работ.

 

Заключение

1.  Припроведении работы выбросы в атмосферу были сведены к минимуму и проводились всемеры для уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу.

2.  Дляочистки сточных вод в лаборатории использовались все необходимые методыочистки.

3.  Вданной работе не предусмотрены  способы утилизации отходов.

4.  Дляконтроля  состояния окружающей среды предусмотрен мониторинг источниковзагрязнения.

5.   Проведенный экспериментне нанес значительного ущерба окружающей среде и был разработанконкурентоспособный материал.

9. Экономическая часть.

 

 

Введение

В связи со все возрастающим применением впромышленности белков, ведутся интенсивные работы по модификации и изучению ихсвойств.

Модификация проводится с целью повышенияэффективности путем добавления специальных добавок (модификаторов),способствующих лучшему взаимодействию их с каучуком, что ведет к улучшениюсвойств резин.

В данной работе стоит задача исследованиявлияния белкового комплекса липидов на структуру и свойства полиизопреновогокаучука. Таким образом, представляется перспективным использование комплекса наоснове липидов с белками для улучшения прочностных и вулканизационныххарактеристик полиизопрена.

Экономическаячасть состоит из трёх частей:

•  Расчета затрат на проведение работ;

•   Расчёт сетевогографика;

•   Расчетаэкономической эффективности.

Таблица 9.1

Суммарныезатраты на проведение исследования.

Затраты наэлектроэнергию

Наименование оборудования Мощность, кВт Кол-во часов Расход, кВтч Тариф, 1 кВтч Сумма, руб. Вальцы 3,5 0,5 1,75 0,50 0,88 Вулканизационный пресс 7,8 0,5 3,90 0,50 1,95 Сушильный шкаф 1,3 30 4,00 0,50 27,00 Разрывная машина 0,52 12 6,24 0,50 3,12 Аналитические весы 0,5 24 12,00 0,50 6,00 Инстрон 1122 3,7 20 74,00 0,50 37,00 Ксерокс 4,2 5 21,00 0,50 10,50 итого 86,45

Таблица 9.2

Затраты наводу для технологических целей.

Наименование оборудования

Расход, м3/час

Кол-во часов Кол-во воды Тариф Сумма, руб. Вальцы 0,83 0,5 0,415 7,07 2,93 итого 2,93

 

Расчетамортизации приборов и оборудования.

Формула расчета: p=∑ S*N*t/365*10

Где S — стоимость единицы оборудования, руб.

N — норма амортизации оборудования, %

t — время использования, дни

 

 

Таблица 9.3

Отчисления наоборудование.

Наименование оборудования Стоимость, руб. Срок, дни Норма аморт., % Сумма отчисл., руб. Вальцы 35261.5 0.02 10 0.19 Вулкан. пресс 75289.0 0.02 10 0.41 Инстрон 1122 45325.1 0.83 10 10.31 Ксерокс 21280.0 0.21 10 1.22 Итого 12.13

Накладные расходы составляют 100% отзаработной платы

Таблица 9.4

Расчетматериальных и сырьевых затрат.

Наименование ресурса Единица измерения Цена, руб. Кол-во ресурса Сумма затрат, руб. СКИ-3 кг 15.00 0.100 1.50 Стеариновая к-та кг 15.12 0.002 0.03 Оксид цинка кг 7.00 0.005 0.04 Сульфенамид Ц кг 54.00 0.001 0.05 Сера кг 3.80 0.002 0.01 Итого - - - 1.63 Транспортно-заготовительные затраты - - - 0.21 всего - - - 1.84

Транспортно-заготовительныерасходы составляют 5-10% от стоимости материально-сырьевых затрат.

Таблица 9.5

Расчетсетевого графика табличным методом.

Параметрыработ сетевого графика.

События Вид работ Ожидаемая продол­жительность работ 1-2 Выдача задания на дипломную работу 1 2-3 Сбор литературы для теоритической части 20 2-4 Задание по экономической части 1 2-5 Задание по охране труда и экологии 1 3-6 Оформление теоретической части 17 4-7 Построение сетевого графика 5 4-8 Сбор литературы по эконом, части 4 5-8 Сбор литературы по охране труда 10 5-10 Оформление строительного раздела 10 6-8 Сбор литературы по экспериментальной части 10 7-9 Расчет экономической части 5 8-9 Оформление расчетной эконом, части 2 8-10 Оформление охраны труда 2 8-11 Выполнение экспериментальной части 5 9-15 Оформление эконом, части в диплом 1 10-15 Оформление охраны труда и экологии в диплом 1 11-12 Обработка экспериментальных данных 7 12-13 Оформление математической обработки 4 13-14 Обсуждение результатов 5 14-15 Оформление экспериментальной части 15 15-18 Подготовка к защите 15 18-19 Защита 2

/>

 

Таблица 9.6

Параметры сетевого графика.

Событие Параметр сети 1-2 1 1 1 1 2-3 1 20 21 1 20 21 2-4 1 1 2 43 1 44 2-5 1 1 2 37 1 38 3-6 21 17 38 21 17 38 4-7 2 5 7 73 5 78 4-8 2 4 6 44 4 48 5-8 2 10 12 38 10 48 5-10 2 10 12 73 10 83 6-8 38 10 48 38 10 48 7-9 7 5 12 78 5 83 8-9 48 2 50 81 2 83 8-10 48 2 50 81 2 83 8-11 48 5 53 48 5 53 9-15 50 1 51 83 1 84 10-15 50 1 51 83 1 84 11-12 53 7 60 53 7 60 12-13 60 4 64 60 4 64 13-14 64 5 69 64 5 69 14-15 69 15 84 69 15 84 15-18 84 15 99 84 15 99 18-19 99 1 100 99 1 100

Транспортно-заготовительные расходысоставляют 5-10% от стоимости материальных и сырьевых затрат.

Таблица 9.7

Расчетзаработной платы и начисления на социальное страхование.

Специальность работников Часовая ставка оклад, руб. Отраб. время, час Основная з/п, руб Руководитель 15,8 32 158.00 Консультанты: По экономике 15,8 4 63.20 По охр. Труда 15,8 5 79.00 Дополнительная з/п 36.45 Отчисления на соцстрах 56.10 Итого: 392.75

Взносы на социальное стррахование определяются в размереустановленном в процентах от общей суммы основной и дополнительной заработнойплаты. Для работников в химической промышленности составляет 14%.

Таблица 9.8

Суммарныезатраты на выполнение работы.

Наименование затрат Сумма, руб.

Доля в общих

затратах, %

Затраты на сырье и 86.45 9.89 транспортно- заготовительные расходы Заработная плата с 392.75 44.94 отчислениями Энергетические затраты 82.42 9.43 Амортизационные 12.13 1.39 отчисления Накладные расходы 300.2 34.35 Итого: 873.95 100

Экономическаяоценка результатов работы.

Посколькуотсутствует необходимая информация по количественной оценке экономическойэффективности результатов теоретической работы, поэтому производится качественнаяоценка научно-технической эффективности этих результатов. Она носитэкспертно-вероятностный характер и производится посредством априорногоранжирования оценок экспертов. Для проведения экспертной оценки используютсядевять основных факторов, характеризующих научно-техническую и экономическуюэффективность теоретических работ (табл. 9.9). Корректировочные коэффициентыхарактеризуют значимость рассматриваемых факторов с точки зрения комплекснойоценки научно-технической и экономической эффективности работы (принимаются от1,0-1,4).

Таблица 9.9

Экономическаяоценка результатов работы.

Наименование факторов Условное обозначение Знак включения в результирующий показатель Корректировоч-ный коэффициент Важность и актуальность темы исследования

Э1

+ 1,4 Значимость, комплексность, органи­зационный уровень работы

Э2

+ 1,3 Степень научной новизны работы

Э3

+ 1,3 Научно-техническая сложность ме­тода анализа и исследования, ис­пользуемых в работе

Э4

+ 1,2 Уровень технической оснащенности рабочего места

Э5

- 1,0 Общая сметная стоимость проведения работы

Э6

- 1,0 Продолжительность проведения рабо­ты

Э7

- 1,2 Предполагаемый срок внедрения ре­зультатов работы в научно-произ­водственную практику

Э8

- 1,0 Предполагаемая сфера внедрения результатов работы в научно-произ­водственную практику (научно-информативная ценность работы)

Э9

+ 1,2

Втаблице 9.10  представлена расшифровка факторов с соответст­вующими внутрифакторнымирангами. Использование при проведении коллективной   экспертной оценки«двойных рангов»  (т.е. внутрифакторных и межфакторных), а  такжеразличных знаков  влияния  и сравнительно большого коли­чества основныхфакторов позволяет добиться большей   степени вероятности достоверной оценкирезультирующей научно-технической и экономической эффективности работ.

Таблица 9.10

Оценка результирующей научно-технической иэкономической эффективности работ.

Факторы и их характеристики

Ранги

факторных

характеристик

Важность и актуальность темы исследования 1 Значимость, комплексность, органи­зационный уровень работы 2 Степень научной новизны работы 3 Научно-техническая сложность ме­тода анализа и исследования, ис­пользуемых в работе 1 Уровень технической оснащенности рабочего места 2 Общая сметная стоимость проведения работы 1 Продолжительность проведения рабо­ты 1 Предполагаемый срок внедрения ре­зультатов работы в научно-произ­водственную практику 4 Предполагаемая сфера внедрения результатов работы в научно-произ­водственную практику (научно-информативная ценность работы) 1

Величина результирующей комплексной балльнойоценки научно-технической и экономической эффективности теоретических работ (Эт)определяется по формуле

Эт=∑Ki*Эi/n ,  (баллов)               (9.1)

                                                                         i=1

гдеЭi<sub/>- дифференцированная оценка научно-технической иэконо­мической эффективности теоретической работы по характеризующему её  i-му основному фактору  (вбаллах). Эi= 1-5;  знаки влиянияфакторов на Эт: "+", "-";

Ki<sub/>- корректировочный коэффициент эффективности  i-го фактора,  учитывающийстепень влияния этого фактора  на результирующий показатель эффективности Эт;Ki  = l,0 — 1,4;

n- число   учитываемых основных i-хфакторов, характери­зующих рассматриваемую эффективность  Эт*n = 9.

Предложенный в данной дипломной работе методмодификации 1,4-цис-полиизопренового каучука (СКИ-3) и резиновых смесей на егооснове липидами и белками является очень перспективным, и в этом направленииеще ведется науч­ная работа.

Эт= (1,4*1+1,3*2+1,3*3+1,2*1-1,0*2-1,0*1-1,2*1-1,0*4+1,2*1)/9 = 0,23, что соответствуетсреднему уровню эффективности теоретической работы.

В настоящее время эталоном для каучуков общегоназначения является натуральный каучук, который широко используется за рубежом.В нашей стране большое распространение получили синтетические каучуки, в част­ностиСКИ-3. Однако СКИ-3 уступает НК по ря­ду важных свойств: когезионной прочности,сопротивлению раздиру и дру­гим. Поэтому актуальной проблемой являетсяприближение свойств СКИ-3 к уровню свойств НК путем химической модификации.

Существенно поднять уровень свойств СКИ-3 можнопутем введения в него не каучуковых компонентов НК или их синтетическиханалогов как фи­зических добавок, также модификацией.

Приведенные ранее исследования по модификации СКИ-3липидами и белками, как на стадии синтеза, так и в процессе переработки,показали перспективность данного процесса.

Целью нашегоисследования, было изучение влияния липидов и белковых фрагментов на свойстваСПИ и полученных эластомерных композиций на его основе.

Такимобразом, проведенная экспериментальная работа показала, как благоприятно влияютвведённые группы на комплекс свойств 1,4-цис-полиизопренового каучука.

Чтобыобосновать экономический эффект от введения липидного остатка биомассы проводимупрощённый расчёт без учёта затрат. При получении экспериментального материалапомимо стандартных компонентов (см. табл. 8.4) вводился липидный остатокбиомассы в количестве 0,005 м.ч… Себестоимость 1 кг смеси без белковых включений составляет 14,82 рубля, а поскольку вводимая биомасса являетсяотходами другого производства – то себестоимость 1 кг получаемого продукта снижается на 0,005% и составляет 14,81. В результате при увеличенииэксплуатационных характеристик материала наблюдается небольшое снижениеэкономических затрат.

10. Выводы

1. Установлено, что введение липидного остатка биомассыRhodobacter capsulatus, соевого белка и соевой муки существенно повлияло на вулканизационныехарактеристики резиновых смесей на основе СКИ-3: уменьшился  индукционный период вулканизации, такжеснизилось время достижения оптимума вулканизации по сравнению с не модифицированнымисмесями. Возросла скорость вулканизации у резиновых смесей, в которые былвведен липидный остаток биомассы Rhodobacter capsulatus, тогдакак в резиновых смесях с соевым белком и соевой мукой данный показательувеличился при введении не более одной массовой части модификатора.

2. Показано, что введение липидногоостатка биомассы Rhodobacter capsulatus не способствует увеличениюкогезионной прочности резиновых смесей на основе СКИ-3 до уровня НК, что может указывать напластифциирующий эффект липидов. Резины на основе СКИ-3  обладают более высокойпрочностью при содержании 0,075 мас. ч. липидного остатка в каучуке, по сравнениюс немодифицированными резинами.

3. Установлено, что  условное напряжение при 100%-омудлинении резиновой смеси растет с увеличением содержания  белка (до 10 мас.ч.)  и соевой муки. Прочность смеси падает с увеличением содержания соевогобелка и растет с увеличением содержания соевой муки (до 10 мас. ч.).

4. Показано, что введениесоевого белка (до 10 мас. ч.) существенно увеличивает напряжение, в вулканизатепревышая уровень резин на основе НК, при этом снижаются прочностные свойства.

5. Установлено, чтовведение соевой муки в количестве до 6 мас. ч. несколько улучшают механическиесвойства резин, не превышая при этом уровень свойств резин, содержащих соевыйбелок..

6. Рассмотрены пожароопасные итоксилогичесие свойства материалов, категории взрыво- и пожароопасностиэлектроприборов и оборудования, микроклимат и освещенность рабочей зоны, гдепроводился эксперимент. Доказано, что помещение лаборатории относится кпожароопасным, категории А.

7. Проведен упрощенный экологическийанализ. Показано, что проведенная экспериментальная рабата не нанеслазначительного ущерба окружающей среде.

8. Проведенные исследования показалиперспективность проведения модификации синтетического полиизопрена липиднымостатком биомассыRhodobacter capsulatus, соевым белком и соевой мукой с целью получения каучука, резиновыхсмесей и вулканизатов на его основе с улучшенным комплексом свойств. 

 

11. Списоклитературы

 

1.    ВозниковскийА.П., Дмитриева И.П., Клюбин В.П. и др. //Международная конференция по каучукуи резине. М. 1994.
Т. 2. С. 499-506.

2.    Таnaka, Y. //Inter. RubberConf. Cobe. 1995. P. 27-30.

3.    Соmpoz-Lopez E., Palacios J.//J. of Polymers Sciens. 1976. V. 14.

4.  GolubU.A., Fugua P.S., Bhacea N.S. //J. of the Amer.Chem. Soc. 1962. V. 84. N 24. P.4981-4982.

5.    Baba,T., Allen, C.M. //Archs Biochem. Biophys. 1980. N 200. P. 474.

6.   Allen, C.M., Keenan, M.O.,Sack, J. //Archs Biochem. Biophys. 1976. V. 61.    N 175. P. 236.

7.    Натуральныйкаучук. Пер. с англ. //Под ред. А. Робертса. М.: Мир, 1990. Т.1. С. 82.

8.    В патенте США №4638028.

9.  Евдокимова О.А.,Шестаков А.С., Моисеев В.В. Некоторые особенности биогенеза натуральногокаучука: Тем. обзор. М.: ЦНИИТЭнефтехим. 1993. С. 18.

10.   Gorton, A.D.T., Pendle,T.D. //International. Rubber Conference. Kuala Lumpur. 1985.

11.  Ho, C.C., Subramanian, A.,Wong, W.,M. //In Proc. Int. Rubber. Conf. Kuala Lumpur. 1975. V. 2. P. 441.

12.   Cockbain, E.G. //Rubb.Age. 1948. N 62. P. 649.

13.  Pendle T.D. //Recentadvances In Latex technology. Seminar Rarers. Hartfort, U.K. 1993. P. 49-56.

14.    Oqyra Kyozo // Kovyncu, Kubunshi, High Polim. 1983 V.32 N.12P.835-857

15.    Buofutur. 1987 N.55 P.74

16.    БогачеваЕ.Н., Жуков Д.Н., Шишков А.В. и др // Биоорганич. хим. 1985 Т.11. N8.С.1130-1134

17.    Исследованиеструктуры и состава полимера, синтезированного биохимическим способом. ОтчетНИИШП N 7-8-82. 1983.

18.    Грегг.Е.С., Макей Дж.// Международный симпозиум по изопреновому каучуку М.1972

19.    Burfield D., Chew L., Gan S. // J. Polimer. 1976 V.17. August.P.713-716

20.  Shimomura Y., White J.,Spruiell J. // Int. Appl. Pol. Sci. 1982 V.27 N.9 P.3553-3567

21.  Масагутова Л.В., Полуэктова Л.Е.,Сапронов В.А. и др // Препринты международной конференции по каучуку и резине М. 1984 А-59

22.  Полуэктова Л.Е., Микуленко Н.А.,Масагутова Л.В. //  Всесоюзная научно-техническая конфиренция по полиизопренуМ. 1987 С. 26

23.  Лонина Н.И. Исследования модификациисинтетического полиизопрена аминокислотами и их производными // Автореф. дисс.к. х. н. М. 1979

24. Масагутова Л.В.,Полуэктова Л.Е. Исследования структуры, состава и свойств усовершенствованныхкаучуков, резин на их основе. Отчет НИИШП N 8-59-87 М. 1988 N госрег. 01860046620

25. Лыкин А.С.,Масагутова Л.В., Полуэктова Л.Е. Оценка современного уровня качествасинтетического полиизопрена и основные направления работ по его усовершенствованию.Отчет НИИШП N 7-145-85 М. 1985 N госрег. 01890069543

26.   Кестнер А.И. // Успехи химии. 1974Т. 43 N. 8 С. 1480-1508

27.    Моисеев В.В., Попова О.К., Косовцев В.В. и др.Применение белков при получении эластомеров. Тем. обзор М. ЦНИИТЭнефтехим 1985

28.    Полесская С.Ф., Конкон А.А. // Ж. ВХО им. Д.И.Менделеева. 1970 Т. 15 N 6 С. 711

29.    Туторский И.А., Потапов Е.Э., Шварц А.Г. Химическаямодификация эластомеров. М. Химия 1993

30. Пат. 3313749(США) 1967

31. BakerC. // NR Technical Bulletine 1974

32. Имнадзе Е.Г.Модификация водной дисперсии синтетического цис-1,4-полиизопренасеросодержащими аминокислотами Дисс. к. х. н. М. 1987

33. Пат. 57-10881(Япония) 1982

34. Коршак В.В.,Штильман М.И. Полимеры в процессах иммобилизации и модификации природныхсоединений 1984

35.    Потапов Е.Э. //  Всесоюзная научно-техническаяконфиренция по полиизопрену М. 1987 С. 24

36.    Алексеенко  В.В., Исмаилова Д.Ю., Алексеева В.В. и др.//  Научно-техническая конфиренция “Биотехнологические и биотехнические процессыв мясной и молочной промышленности” М. 1987 С. 68

37. Пат. 1426985(СССР) 1982

38. Агалакова Н.В.,Хлебов Г.А., Филатова Л.И.// Научно-техническая конфиренция “Разработка ивнедрение безотходных технологий, использование вторичных ресурсов  — путиповышения эффективности производства” Киров. 1986 С. 13

39. KramerR., Wuthrich C., Bollier C. // Biochem. Et. Biophys. Acta. 1978 V.32 N.507 N 3P.381-394

40. Баранец И.В.,Новикова Г.Е., Марей А.И. физические и механические свойства новых эластомеров.М.: ЦНИИТЭнефтехим. 1978. С.25-30

41. Марей А.И.,Новикова Г.Е., Петрова Г.П. и др. //Каучук и резина. 1974.  № 2. С. 5-7

42. Кошелев Ф. Ф., Корнев А. Е., Буканов А. М. Общая технология резины. //«Химия»,1978, Москва, С. 528

43. Кейтс М. «Техникалипидологии», издательство «Мир», Москва, 1975

44. Моисеев В.В. и др. Применение белков при получении эластомеров. Обзор.М., 1985

45. Cheritat R., Coutchouc 1959, v. 36, No. 9, f.382, p. 1191

46. Пожаровзрывоопасностьвеществ и материалов и средства их тушения. Справочник т.1-2. — М.: Химия, 1990

47. Вредные веществав промышленности. Под редакцией Н.В.Лазарева, И.Д.Гадискиной. Л., Химия, 1977,т.3,608с.

48. Бобков А.С.,Блинов А.А., Роздин И.А., Хабарова Е.И. Охрана труда и экологическаябезопасность в химической промышленности. — М.: Химия, 1997.

49.Справочник по охране труда // под редакцией Вареник О.Н. // М. электронноеизд., 2003