Развитие лесохимической и электролизной промышленности вызывает необходимость создания новых конструкционных материалов, стойких к действию агрессивных сред этих производств. Огромен перечень объектов в различных отраслях народного хозяйства, требующих специальной защиты от коррозии, которая наносит нашей стране миллиардный ущерб.

Перспективными коррозионностойкими материалами, не требующими специальной защиты, зарекомендовали себя полимербетоны на фурфуролацетоновых, полиэфирных, эпоксидных и других термореактивных смолах.

Недостатком полимербетонов является существенная, хотя и ограниченная, ползучесть под действием длительных растягивающих и изгибающих нагрузок, поэтому, при создании несущих конструкций, их необходимо армировать. Армирование осуществлять стальной, стержневой стеклопластиковой и стекловолокнистой арматурой, т. е. любым ее видом.

Наиболее изучен сталеполимербетон на фурфуролацетоновой смоле ФАМ. Он имеет значительно большую, чем цементный железобетон, трещиностойкость.

Однако нарушение защитного слоя в результате механических повреждений, появления микротрещин, наличия и т. П. может, в случае электрохимической агрессии, привести к разрушению стальной арматуры, т. Е. к выводу из строя всей конструкции в целом. В особенности это относится к технологическим ваннам и другим объектам электрохимических производств.

При армировании полимербетонов стеклопластиковой арматурой требуется предварительное напряжение, что крайне трудоемко, если учесть наибольшую толщину стенок ванны. Величина предварительного напряжения, кроме этого, значительно падает во времени в результате релаксации, что существенно снижает первоначальныйэффект.

Представленный обзор емкостного оборудования и результатов решения проблемы создания новых искусственных строительных конгломератов, обладающих комплексом заданных свойств, полимербетонов на фурфуролацетоновой смоле ФАМ, армированных материалами на основе стекла алюмоборосиликатного состава, посвящены возможности использования их для названого оборудования.

Таблица 2

Материалы для оборудования процесса термического разложения древесины

Наименование аппаратов и т. д.	Условия работы		Рекомендуемые материалы	Стойкость и коррозия мм/год	Срок службы, лет
	Агрессивная среда	Температура
Сборники жижки	Жижка, смола и др. продукты кислотность до 12%	20-40	Медь М-2 Ст. ОХ21Н5Т ОХ17Т Ст-3+Х18Н10Т	Стойки	3 5 4 5
Сборник жижки	Жижка, смола и др. продукты кислотность до 12%	28-80	Ст. углерод. Футеров. Кислотоупорной плиткой на силикатной замазке по подслою рубероида на нефтебитуме №5 (емкости 15 м3)	Стойка	10 с периодическим ремонтом
Сборник жижки	Жижка, смола и др. продукты кислотность до 12%	20-140	Ст. футеров. КУ кирпичом по подслою рубероида на нефтебитуме № 5, на замазке армазит-5	Стойка	10 с периодическим ремонтом

Таблица 3

Материалы для оборудования энергохимических установок переработки древесины

Наименование аппаратов и т. п.	Условия работы		Рекомендуемые материалы	Стойкость и коррозия, мм/год	Срок службы, лет
	Агрессивная среда	Температура
Сборник и емкости для смолы	Смола: влажность 22-30%; Кислотность 3%; Фенолы 60-64%	20-40	Медь М(1-1) Ст. ОХ17Т Ст. ОХ21Н5Т Ст. Х18Н10Т Ст. 3+Х18Н10Т	0,02 0,003 0,002 0,003
Сборник и емкости для смолы	Смола: влажность 22-30%; Кислотность 3%; Фенолы 60-64%	20-40	Ст. углерод. Футеров. Кислотоупорной плиткой на силикатной замазке (емкость объемом 5 м3)	Стойка	10 с периодическим ремонтом
Сборник и емкости для смолы	Смола: влажность 22-30%; Кислотность 3%; Фенолы 60-64%	20-40	Ст. углерод., футеров. КУ кирпич	Стойка	10 с периодическим ремонтом
Сборники, емкости и хранилища жижки	Летучие кислоты в пересчете на уксусную 2,5-3,5%, смола отстойная и растворимая сода	20-40	Ст. углерод Алюмин. АД-1 Ст. ОХ17Т Ст. ОХ21Н5Т Ст. Х18Н10Т Ст. 3+Х18Н10Т	0,94 0,3 0,002 0,008 0,003 стойка	10 с периодическим ремонтом
Сборники, емкости и хранилища жижки	Летучие кислоты в пересчете на уксусную 2,5-3,5%, смола отстойная и растворимая сода	10-20	Ст. углерод. Футеров. Кислотоупорной плиткой на силикатной замазке с разделкой швов замазкой арзамит 5,6,7

Производства фурфурола

Фурановые смолы получаются на основе соединений, содержащих фурановое кольцо:

Промышленное применение нашли фурановые олигомеры на основе фурфурилового спирта, фурфурола, фурфурилового спирта и фурфурола, фурфурола и ацетона.

Для лесной промышленности интерес представляют фурфурол и его сочетание с ацетоном (мономеры ФА, ФАМ и др.)

При получении фурфурола методом каталитического пиролиза древесины используют 0,9%-ный раствор серной кислоты, которым предварительно высушенная древесина пропитывается при обычной температуре под давлением. Затем пропитанная древесина снова высушивается и подвергается пиролизу с получением таких же продуктов, как и при обычном пиролизе. Отличие заключается только в повышенном содержании фурфурола в жидких продуктах пиролиза и несколько меньшем выходе древесной смолы.

Пентосодержащее сырье гидролизуется при нагревании с 0,5-ной серной кислотой.

Продукт гидролиза, содержащий пентозу, подвергается затем дегидрации:

Наиболее распространенный прямой метод получения фурфурола заключается в смачивании измельченного растительного сырья небольшим количеством воды, содержащей минеральную кислоту, и нагревании в автоклавах при 150-180  острым паром, которой непрерывно проходит через сырье, увлекает образующийся фурфурол и уносит его в конденсатор.

Полученный любым из способов фурфурол – жидкость с запахом свежего ржаного хлеба:

Его температура кипения – 162 , температура плавления – 36,5 , плотность 1159 кг/м³ .

Фурфурол хорошо растворяется в спирте и ацетоне, в воде – лишь 8% при 20 . Он является хорошим растворителем многих органических веществ, в т. ч. И синтетических полимеров.

Производство смол на основе фурфурола и ацетона

Фурфуролвступает в реакцию поликонденсации с ацетоном. Первоначальным продуктом реакции являются моно- и дифурфурилиденацетоны:

Монофурфурилиденацетон

Смеси моно- и дифурфуридиденацетона носят название мономеров ФА, ФАМ и др. У ФА соотношение молей фурфурола и ацетона равно 1, у ФАМ – 1,5.

Мономер ФА, например, получают следующим образом (применяется то же оборудование, что и при производстве ФФС). В стальной реактор, снабженный мешалкой, рубашкой и холодильником, загружают свежеперегнанный фурфурол и ацетон. После кратковременного перемешивания постепенно приливают катализатор – 20%-ный раствор едкого натрия. Теплоту, выделяющуюся в результате экзотермической реакции, отводят, поддерживая температуру реакционной смеси в пределах 45 – 60 . Когда температура опустится ниже 30 , смесь подогревают до 82 -90  и выдерживают при этой температуре 6 часов.

Затем продукт конденсации охлаждают до 40 – 45  и добавляют 50%-ный раствор серной кислоты, доводя рН среды до 4 – 5. Воду отделяют вначале отстаиванием в течение 1…3 ч., а затем отгонкой в вакууме. Обезвоженный мономер охлаждают и сливают.

При нагревании мономера ФА или ФАМ до 180 – 200  или в присутствии бензолсульфокислоты (далее - БСК) уже при 50 – 70  происходит образование нерастворимых и неплавких полимеров (реактопласты).

При введении в мономеры наполнителей и заполнителей разной дисперсности и крупности и БСК в количестве 10 – 20 % от массы мономера получают полимерные мастики, замазки, растворы и бетоны ФА или ФАМ.

Составы полимербетонов и растворов на ФАМ (ФА) и их химстойкость

Различные составы полимерных мастик, замазок, растворов и бетонов на ФАМ и ФА разрабатывались в СССР более 20 лет.

Таблица 4

Средние составы полимербетонов и растворов (мастики, замазки) ФАМ (ФА)

Химическая стойкость полимербетонов ФАМ исследовалось многими авторами, однако значения коэффициентов стойкости и физико-механических характеристик часто расходятся, т. к. применялись различные составы, наполнители, технологии отверждения и т. п.

Таблица 5

Стойкость полимербетона ФАМ (ФА) в агрессивных средах

Примечание: «-» - образцы мгновенно разрушаются «*» - через 23 суток происходит разрушение

Стекловолокнистый бибетон на основе цементного и полимерного (ФАМ) вяжущих

Предложено для снижения метало- и материалоемкости конструкций эксплуатируемых в агрессивных средах применять в качестве материала их корпусов слоистый композит на основе цементного и полимерного бетона, который назван бибетоном. Состава его компонентов и физико-механические свойства представлены в таблице.

Таблица 6

Компоненты СВПБ ФАМ и СВЦБ, совмещаемые в бибетоне

Таблица 7

Нормативные механические характеристики бибетона

Сборно-монолитные цилиндрические емкости для хранения агрессивных жидкостей собираются из отдельных малогабаритных блоков дугообразной формы, изготовленных из бибетона, состоящего из слоя толщиной 6 см, из стекловолокнистого полимербетона на смоле ФАМ толщиной 2 см. Преимущество предлагаемых емкостей: удешевление резервуара за счет использования двухслойного материала, а целиком коррозионно-стойкого; возможность собирать корпуса из отдельных блоков в труднодоступных для транспорта районах; возможность собирать корпуса различной формы (цилиндрической, прямоугольной) и размеров, изменяя форму и число блоков. Экономический эффект от внедрения одной емкости на 10 м³ составит 20 тыс. руб. в год (в ценах 1997 г.)

Таблица 8

Химстойкость СВПБ ФАМ в агрессивных средах лесохимических производств

Среда	Концентрация		Стойкость
Вода	-	100	Стойки
Фенолы	5	20	Стойки
Муравьиная кислота	90	100	Стойки
Уксусная кислота	100	60	Стойки
Пропионовая кислота	-	-	Стойки
Масляная кислота	100	120	-
Серная кислота	80	20	Стойки
Бисульфит натрия	-	-	-
Этилоцетат	-	20	-
Натрий гидрат окиси	20	60	-
Кальций гидрат окиси	-	60	-
Калий гидрат окиси	25	20	-
Бензино-бутанольная смесь	-	-	-
Абиетиновая кислота	-	-	-
Метиловый спирт	10	60	-

Вывод

1. Фурфорол, получаемый из отходов лесной и деревообробатывающей промышленности, является эффективным продуктом для производства фурфурол-ацетоновых (фурановых) смол на предприятиях лесопромышленного комплекса без особых капитальных вложений, а ФАМ на заводах химической промышленности.

2. Корпуса технологических аппаратов, емкости лесохимических производств, перечисленных в разделе 1, могут быть выполнены из стекловолокнистых или древесностекловолокнистых полимербетонов ФАМ на андезите или пиритовой муке.

3. Так как потребность в корозионностойких материалах в стране и за рубежом огромна, то лесная промышленность и лесохимические производства могут стать их основными поставщиками и получать соответствующую прибыль.