Физико-химические аспекты пластификации серы

С.Г. Карчевский, Ю.А. Сангалов, В.И. Ионов
ГУП «Институт нефтехимпереработки РБ»,
г. Уфа


Растущие объемы переработки серосодержащих газов и нефтей вызывают непрерывный рост объемов неиспользуемой элементной серы (десятки миллионов тонн). Ее хранение порождает трудноразрешимые проблемы в различных областях: экологической – образование кислых стоков в результате биокоррозии и эрозии, экономической – непродуктивные затраты на содержание хранилищ и правовой – неизбежный в ближайшей перспективе перевод серы из разряда сопутствующих или ассоциированных продуктов нефте- и газопереработки в разряд производственных отходов-загрязнителей. К наиболее перспективным направлениям использования серы (квалифицированная утилизация) относят серобетоны для строительной индустрии. Применение серы в этом композиционном материале в качестве связующего предполагает ее пластификацию с целью уменьшения хрупкости.

На основании экспериментальных работ и анализа мировой литературы впервые проведено комплексное рассмотрение пластификации серы органическими соединениями. Установлено, что наибольший эффект пластификации проявляют осерненные ненасыщенные и ароматические соединения – органополисульфиды в количестве 5-10 масс. % к сере, среди которых заслуживают внимания ненасыщенные (в органическом радикале) и элементоорганические полисульфиды (силановые и титановые производные). Выявлена общая схема и детали действия пластификаторов серы в композициях серобетона – совмещение с серой с повышением вязкости, замедление кристаллизации серы, образование мелких (микронного диапазона) кристаллов серы и, как следствие, улучшение взаимодействия связующего с наполнителями. Тип аллотропной модификации серы в серобетоне зависит от природы модификатора, однако четкой зависимости между ними не установлено. Наиболее специфической является стадия твердения серы – массовая кристаллизация с гетерогенным инициированием в условиях пространственных ограничений (влияние высокодисперсных наполнителей и объемных пластификаторов), протекающая, судя по форме кристаллов (пластины), в неравновесных условиях.

В общем случае, в зависимости от соотношения пластификатор/сера, реализуется несколько вариантов конечных систем: для примесных концентраций пластификатора – легирование с регулируемыми реологическими свойствами, при невысоких концентрациях – молекулярная и структурная пластификация с признаками временной пластификации и антипластификации (увеличение прочностных свойств серы и серобетона) и при высоких – образование твердых растворов или эвтектик. Как результат, широкий спектр практически полезных композиций на основе серы и пластификаторов – от жидко-вязких, каучукоподобных до термопластичных и твердых. 


Назад к списку