Особливості термодеструкції вторинної полімерної сировини

Abstract

Проведено аналіз сучасних хімічних положень про термодеструкцію вторинних полімерів (ВП), як джерело цінних енергетичних складових, що утворюються після їх розкладу: газової компоненти, синтез-нафти та пірокарбону. Показано, що незалежно від складу вторинної полімерної сировини термодеструкція проходить за класичним радикально-ланцюговим механізмом з утворенням газової суміші вуглеводнів, алкан-алкенової суміші різних вуглеводнів (мономерів та олігомерів ВП) та пірокарбону, до складу якого входять конденсовані ароматичні структури. Показана залежність утворення мономерів, як продуктів термодеструкції вторинних полімерів, від їх густини енергії когезії (Еког, кДж ̸моль). В низці робіт розглянуто методи термоокислювальної і термічної деструкції полімерів різного складу та будови, однак дослідження хімічних перетворень самих вторинних полімерів, а найбільше їх сумішей, розглянуто лише в деяких роботах. При цьому констатується, що стійкість полімерів (зокрема вторинних) до нагрівання та швидкість їх термічного розкладу залежить від хімічної будови полімеру або їх сумішей. Закінчення термічних процесів розкладу вторинних полімерів проходить шляхом рекомбінації утворених радикалів або їх диспропорціонуванням з утворенням подвійних зв’язків на кінцях макромолекул, а також зміни фракційного складу і утворення розгалужених та просторових структур. Констатується, що у випадку термічної деструкції вторинних полімерів до складу яких входить один (полівінілхлорид) або декілька (політетрафторетилен) атомів галогенів, відбувається майже кількісне галогеноводнів (HHal), які потребують обов’язкового додаткового знешкодження. Також акцентується увага на тому, що використання каталізаторів різної хімічної природи при проведенні термічної деструкції вторинних полімерів призводить до суттєвої різниці виходу газоподібних та рідких продуктів радикально-ланцюгових перетворень.

The analysis of modern chemical ideas about thermal destruction of secondary polymers (SP) as a source of valuable energy components, which are formed after their decomposition: gas component, synthesis oil and pyrocarbon has been carried out. It is shown that regardless of the composition of the secondary polymeric materials, thermal destruction takes place by the classical radical chain mechanism with the formation of a gas mixture of hydrocarbons, alkane-alkene mixture of different hydrocarbons (monomers and oligomers of SP) and pyrocarbon, which includes condensed aromatic structures. The dependence of the formation of monomers as products of thermal destruction of secondary polymers on their cohesion energy density (Ecog, kJ/mol) has been shown. In a number of works the methods of thermal-oxidative and thermal destruction of polymers of different composition and structure have been considered, however, only a small number of works are devoted to the study of chemical transfor-mations of secondary polymers, and even less to their mixtures. It is stated that the resistance of polymers (including sec-ondary) to heat and the rate of their thermal decomposition depends on the chemical structure of the polymer or mixtures thereof. Completion of thermal processes of decomposition of secondary polymers takes place by recombination of formed radicals or their disproportionation with the formation of double bonds at the ends of macromolecules, as well as changes in fractional composition and formation of branched and spatial structures. It is stated that in the case of thermal destruction of secondary polymers that contain one (PVC) or several (PTFE) halogen atoms, there is almost quantitative release of hydro-gen halides (HHal), which require additional disposal. Attention is also paid to the fact that the use of catalysts of different chemical nature in the thermal destruction of secondary polymers leads to a significant difference in the yield of gaseous and liquid products of radical-chain transformations.

Проведен анализ современных химических представлений о термодеструкции вторичных полимеров (ВП), как источник ценных энергетических составляющих, образующихся после их распада: газовой составляющей, син-тез-нефти и пирокарбона. Показано, что независимо от состава вторичного полимерного сырья термодест-рукция происходит по классическому радикально-цепному механизму с образованием газовой смеси углеводоро-дов, алкан-алкеновой смеси различных углеводородов (мономеров и олигомеров ВП) и пирокарбона, в состав которого входят сконденсированные ароматические структуры. Показана зависимость образования мономе-ров. как продуктов термодеструкции вторичных полимеров от их плотности энергии когезии (Еког, кДж ̸ моль). В ряде работ рассмотрены методы термоокислительной и термической деструкции полимеров различного состава и строения, однако исследования химических превращений самых вторичных полимеров, а более всего их смесей, рассмотрены лишь в некоторых работах. При этом констатируется, что стойкость полимеров к нагреванию, а также вторичных полимеров, скорость их термического распада, зависит от химического строе-ния полимера или их смесей. Окончание термических процессов распада вторичных полимеров происходит пу-тем рекомбинации образовавшихся радикалов или их диспропорционирования с образованием двойных связей на концах макромолекул, а также изменение фракционного состава и образования разветвленных и пространст-венных структур. Констатируется, что в случае термической деструкции вторичных полимеров в состав которых входит один (ПВХ) или несколько (ПТФЭ) атомов галогенов, почти количественное выделение галоге-новодородов (HHal), нуждающихся в обязательном дополнительном обезвреживании. Также акцентируется вни-мание на том, что использование катализаторов различной химической природы при проведении термической деструкции вторичных полимеров приводит к существенной разнице выхода газообразных и жидких продуктов радикально-цепных превращений.