THE FORMATION OF REINFORCING FILLERS IN A POLYMER MATRIX BY SOL-GEL METHOD

В работе изучены способы формирования наночастиц диоксида кремния и диоксида титана золь-гель методом в молекулярной сетке полимера. Для этого проводили гидролиз тетраэтоксисилана и тетрабутоксититана в ультразвуковом поле. Продукты выделяли, термически обрабатывали для удаления побочных продуктов и воды и изучали методами оптической микроскопии, ИК-спектроскопии, совмещенным дифференциально-термическим и термогравиметрическим анализом. В результате получены высокодисперсные, наноразмерные, гидрофобные с высокоразвитой удельной поверхностью частицы. Они содержат на поверхности остаточные алкокси- и гидроксильные группы. Размеры диоксида кремния составляют 10-50 нм, диоксида титана - 50-150 нм. На размер частиц и способность к агломерации существенное влияние оказывает способ смешения компонентов. Проведен гидролиз тетраэтоксисилана и тетрабутоксититана в среде водной эмульсии полидиметилсилоксанового каучука с помощью ультразвукового диспергирования. Из полученных составов удалялась вода, их отверждали и изготавливали образцы для физико-механические испытаний. Прочность при растяжении для резин, наполненных диоксидом кремния, увеличивается с 0,7 до 3,0 МПа, относительное удлинение повышается со 100% до 140 %. Вулканизаты, наполненные диоксидом титана, имеют прочность при разрыве 0,4-2,7 МПа, относительное удлинение 100-160 %.Наилучшие результаты получены при проведении совместного гидролиза тетраэтоксисилана и тетрабутоксититана. Прочность при растяжении у данных образцов составляет 3,5 МПа, относительное удлинение 180 %. Предложенная методика одновременного золь-гель синтеза в ультразвуковом поле диоксида кремния и диоксида титана позволяет улучшать физико-механические показатели вулканизатов на основе низкомолекулярного полидиметилсилоксанового каучука. The methods of formation of silicon dioxide and titanium dioxide nanoparticles by sol-gel method in a polymer molecular grid are studied. For this purpose, hydrolysis of tetraethoxysilane and tetrabutoxytitane was carried out in an ultrasonic field. The products were isolated, thermally treated to remove by-products and water, and studied by optical microscopy, IR spectroscopy, combined differential thermal and thermogravimetric analysis. As a result, highly dispersed, nanoscale, hydrophobic particles with a highly developed specific surface area were obtained. They contain residual alkoxy and hydroxyl groups on the surface. The dimensions of silicon dioxide are 10-50 nm, titanium dioxide - 50-150 nm. The size of the particles and the ability to agglomerate are significantly influenced by the method of mixing the components. Hydrolysis of tetraethoxysilane and tetrabutoxytitane was carried out in an aqueous emulsion of polydimethylsiloxane rubber using ultrasonic dispersion. Water was removed from the obtained compositions, they were cured and samples were made for physico-mechanical tests. The tensile strength for rubbers filled with silicon dioxide increases from 0.7 to 3.0 MPa, the elongation increases from 100% to 140%. Vulcanizates filled with titanium dioxide have a tensile strength of 0.4-2.7 MPa, elongation of 100-160%. The best results were obtained during the joint hydrolysis. The tensile strength of these samples is 3.5 MPa, the elongation is 180%. The proposed method of simultaneous sol-gel synthesis in an ultrasonic field of silicon dioxide and titanium dioxide allows improving the physical and mechanical properties of vulcanizates based on low molecular weight polydimethylsiloxane rubber.

NUMERICAL EXPERIMENTS WITH AN ALGORITHM FOR PROCESSING EXPERIMENTAL DATA TO DETERMINE THE PARAMETERS OF A RHEOLOGICAL MODEL OF A LIQUID WITH THE EFFECT OF «SOLIDIFICATION»

Предложена методика обработки экспериментальных данных и алгоритм для ее реализации по определению параметров реологической модели вязкопластической жидкости, которая демонстрирует проявление эффекта «отвердевания». С целью проверки работоспособности алгоритма проведены численные эксперименты с наборами генерируемых случайным образом “псевдоэкспериментальных” данных с заранее заданной величиной максимальной относительной погрешности. Проведен анализ влияния максимальной относительной погрешности исходных “псевдоэкспериментальных” данных на величину относительной погрешности определяемых в ходе численных экспериментов параметров реологической модели. По итогам проведенных экспериментов показано, что относительная погрешность определения параметров реологической модели соизмерима с максимальной погрешностью генерируемых “псевдоэкспериментальных” данных. Рассмотрен пример обработки экспериментальных данных для суспензии частиц карбоната кальция на основе полиэтиленгликоля. A technique for processing experimental data and an algorithm for its implementation to determine the parameters of a rheological model of a viscoplastic fluid, which demonstrates the manifestation of the "hardening" effect, are proposed. In order to test the algorithm's operability, numerical experiments were carried out with sets of randomly generated "pseudo-experimental" data with a predetermined maximum relative error. The analysis of the influence of the maximum relative error of the initial “pseudo-experimental” data on the value of the relative error of the parameters of the rheological model determined during numerical experiments was carried out. Based on the results of the conducted experiments, it is shown that the relative error in determining the parameters of the rheological model is commensurate with the maximum error of the generated “pseudo-experimental” data. An example of processing experimental data for a suspension of calcium carbonate particles based on polyethylene glycol is considered.

AN IMPROVED METHOD FOR THE PREPARATION OF PHLOROGLUCINOL FROM 1,3,5-TRINITROBENZENE

Статья посвящена способу получения флороглюцина, представляющего интерес в качестве основы для конструирования лекарственных средств, полимеров различного назначения и малочувствительного взрывчатого вещества 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензола. Современным и наиболее экологичным методом получения флороглюцина является каталитическое гидрирование 1,3,5-тринитробензола на палладиевом катализаторе до 1,3,5-триаминобензола и его последующий гидролиз. Использование палладиевых катализаторов позволяет проводить восстановление в мягких условиях, но их высокая стоимость обуславливает потребность в поиске путей снижения расхода палладия и, соответственно, себестоимости процесса. В данном исследовании показано, что использование 1 %-го Pd/сибунит (50 % к массе субстрата) в сочетании с водно-ацетоновым раствором в качестве среды при проведении гидрирования способствует более длительному сохранению активности катализатора. Установлено, что оптимальное соотношение ацетона и воды находится в диапазоне от 4:1 до 7:1. В этом случае может быть проведено до 20 циклов гидрирования без добавления свежего катализатора, за счет чего удается снизить расход палладия в три раза по сравнению с другими известными методиками. Кроме того, подход позволяет исключить из схемы синтеза токсичный растворитель метанол. Триаминобензол, полученный в ходе гидрирования, без выделения подвергается гидролизу в присутствии серной кислоты с образованием флороглюцина. Изучена зависимость выхода флороглюцина от мольного соотношения серной кислоты и тринитробензола. Установлено, что оптимальное соотношение серная кислота : тринитробензол составляет 2,0-2,4 моль/моль. Суммарный выход флороглюцина составляет 76 % в пересчете на тринитробензол. The study is concerned with a synthetic method for phloroglucinol that is of great concern as a scaffold for designing medicinal drugs, different-purpose polymers and the insensitive explosive 1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzene. The current and most eco-benign method for the synthesis of phloroglucinol is through catalytic hydrogenation of 1,3,5-trinitrobenzene over the Pd catalyst to 1,3,5-triaminobenzene followed by its hydrolysis. The use of Pd catalysts allows the reduction under mild conditions, but their high cost necessitates the need to find ways how to spare the Pd usage and, consequently, the process cost. Here we demonstrated that the use of 1% Pd/Sibunite (50% to substrate weight) combined with a water-acetone solution as the medium in hydrogenation allows the catalyst to keep active longer. The optimum acetone-to-water ratio was found to be between 4:1 and 7:1. In this case, as many as 20 hydrogenation runs can be done without a fresh catalyst added whereby the Pd usage can be lowered threefold when compared to the other common methods in use. Besides, this approach allows the toxic solvent methanol to be expelled from the synthetic protocol. Triaminobenzene resulting from the hydrogenation without isolation undergoes hydrolysis in the presence of sulfuric acid to furnish phloroglucinol. The relationship between the phloroglucinol yield and the molar ratio of sulfuric acid and trinitrobenzene was also explored. The optimum sulfuric acid-to-trinitrobenzene ratio was found to be 2.0-2.4 mol/mol. The overall yield of phloroglucinol was 76% on a trinitrobenzene basis.

DEVELOPMENT OF AN INTELLIGENT AUTOMATED INSTRUMENT STORAGE COMPLEX

Автоматизация производственных процессов на предприятии помогает максимально эффективно организовать работу производства, существенно снизить нагрузку на отдельных людей. Целью работы является разработка интеллектуального автоматизированного комплекса хранения инструментов. Актуальность разработки обусловлена необходимостью повышения эффективности производства за счет правильной организации и планирования производственных процессов и площадей, приведения данных процессов в соответствие с современными требованиями к информационно-измерительным системам. В данной статье рассматривается концепция создания интеллектуального автоматизированного комплекса хранения инструментов, описываются основные составляющие комплекса, рассматриваются принципы их взаимодействия, приводится алгоритм работы пользователя с ячейками системы хранения при выполнении операции внесения инструмента.Результатом исследования является разработка оригинального комплекса хранения инструмента, который применим на промышленных предприятиях различного профиля. Automation of production processes at an enterprise helps to organize the work of production as efficiently as possible, significantly reduce the workload on individual people. The aim of the work is to develop an intelligent automated complex for storing tools. The relevance of the development is due to the need to improve production efficiency through the correct organization and planning of production processes and areas, bringing these processes in line with modern requirements for information and measurement systems. This article discusses the concept of creating an intelligent automated complex for storing tools, describes the main components of the complex, discusses the principles of their interaction, provides an algorithm for the user's work with the cells of the storage system during the operation of inserting the tool.The result of the research is the development of an original tool storage complex, which is applicable at industrial enterprises of various profiles.

EFFECT OF THE ORDER OF APPLICATION OF COPPER AND ZINC COMPOUNDS ON CATALYTIC ACTIVITY IN CO-OXIDATION REACTION

На основе алюмохромового носителя экстракционно-пиролитическим методом (ЭПМ) синтезирована серия медь-цинк-содержащих катализаторов, проанализировано влияние порядка внесения активных компонентов (меди и цинка) на качественный и количественный состав формирующихся фаз, а также глубину размещения в гранулах носителя, структурно-прочностные и каталитические свойства образцов в процессе окисления СО кислородом воздуха.Рассчитанные значения энергии активации и предэкспоненциального множителя показали, что порядок внесения активных компонентов оказывает влияние на кинетические параметры: наилучшие результаты наблюдаются в образцах, полученных совместной пропиткой алюмохромового носителя. Константы скорости реакции окисления СО (k), рассчитанные во всем температурном диапазоне более, чем в 2 раза выше, чем при совместном внесении компонентов.С помощью электронно-зондового микроанализа изучена текстура поверхности катализаторов ЭПМ, установлено, что не смотря на порядок внесения, технология ЭПМ позволяет получать однородную текстуру - поверхность катализаторов характеризуется слоистостью с частицами чешуйчатой структуры с минимальным размером частиц во всех случаях 0,4 мкм, максимальным 3-4 мкм. Совместное внесение Zn и Cu обеспечивает равномерное распределение компонентов по сечению гранул катализаторов.Результаты работы могут быть применимы для построения технологии эффективных медь-цинковых катализаторов для процессов окисления. Область применения катализаторов – комплексная очистка многокомпонентных газовых смесей. A series of copper-zinc-containing catalysts was synthesized on the aluminum - chromium oxides base by the extraction -pyrolytic method (EPM), the effect of the order application active components (copper and zinc) on the qualitative and quantitative composition of the formed phases, as well as the depth of placement in the granules of the baser, structural strength and catalytic properties of samples during oxidation with air oxygen was analyzed.The calculated values of the activation energy and the pre-exponential multiplier showed that the order of application active components has an effect on the kinetic parameters: the best results are observed in samples obtained by joint impregnation of an alumochrome carrier. The rate constants oxidation CO (k) calculated over the entire temperature range are more than 2 times higher when the components added together.Using electron probe microanalysis, the surface texture of the EPM catalysts was studied, it was found that, despite the order of application, the EPM technology allows to obtain a homogeneous texture - the surface of the catalysts is characterized by layering with particles of a scaly structure with a minimum particle size of 0.4 microns in all cases, and maximum 3-4 microns. The joint application of Zn and Cu ensures an even distribution of the components over the cross section of the catalyst granules.The results of the work can be applied to build a technology of effective copper-zinc catalysts for oxidation processes. The scope of application of catalysts is complex purification of multicomponent gas mixtures.

HEAT EXCHANGE OF ELECTRIC CONDUCTIVE LIQUID IN THE SUPPLY OF HEAT TO THE INNER SURFACE OF THE SPHERICAL LAYER AT SMALL VALUES OF THE REYNOLD'S MAGNETIC NUMBER

Представлены результаты численного моделирования нестационарного теплообмена и магнитной гидродинамики электропроводной жидкости в сферическом слое. Исследовано влияние малых значений магнитного числа Рейнольдса и теплоты джоулевой диссипации на эволюцию структуры течения жидкости, поле температуры, магнитной индукции и распределение чисел Нуссельта. The results of numerical simulation of unsteady heat transfer and magneto hydrodynamics of an electrically conductive fluid in a spherical layer are presented. The influence of small values of the magnetic Reynolds number and the heat of Joule dissipation on the evolution of the structure of the fluid flow, the field of temperature, magnetic induction and the distribution of Nusselt numbers is investigated.

INFLUENCE OF POROSITY OF PRESSED SAMPLES OF SUPERFINE ALUMINUM POWDER ON COMBUSTION PARAMETERS

Данная статья посвящена исследованию влияния пористости прессованных таблеток из сверхтонкого порошка алюминия (СТП Al). Определен механизм горения, протекающий в две стадии: первая, медленная, включающая в себя как «кольцевое» горение боковой поверхности, так и параллельное горение концентрическими слоями, вторая стадия объемная, сопровождающаяся резким самопроизвольным увеличением температуры горения и интенсивности свечения. Показано, что увеличение плотности упаковки СТП Al позволяет замедлить процесс окисления алюминия более чем в два раза. Это обусловлено снижением газопроницаемости таблетки и затруднением доступа воздуха вглубь образца. Повышение пористости материала позволяет регулировать процесс нитридообразования за счёт увеличения содержания азота в продуктах при фильтрационном механизме горения, что открывает возможности получения тугоплавких материалов. This article is devoted to the study of the effect of porosity of compressed tablets from ultrafine aluminum powder (STP Al). The combustion mechanism was determined, which proceeds in two stages: the first, slow, which includes both "ring" combustion of the side surface and parallel combustion with concentric layers, the second stage is volumetric, accompanied by a sharp spontaneous increase in the combustion temperature and glow intensity. It has been shown that an increase in the packing density of HFC Al makes it possible to slow down the process of aluminum oxidation by more than two times. This is due to a decrease in the gas permeability of the tablet and the difficulty of air access deep into the sample. An increase in the porosity of the material makes it possible to regulate the process of nitride formation by increasing the nitrogen content in the products during the filtration mechanism of combustion, which opens up the possibility of obtaining refractory materials.

METHOD FOR THE PREPARATION OF 2,4,6-TRIHYDROXYTOLUENE FROM 2,4,6-TRINITROTOLUENE

Статья посвящена усовершенствованию способа получения 2,4,6-тригидрокситолуола, востребованного химического реагента в синтезе азокрасителей и пигментов, а также химико-фармацевтических препаратов и различных полимеров. Основным сырьем для его получения является 2,4,6-тринитротолуол, который подвергают каталитическому гидрированию с последующим гидролизом образовавшегося 2,4,6-триаминотолуола. В данной работе предложены условия многоциклового использования палладиевого катализатора гидрирования 2,4,6-тринитротолуола, позволяющие сохранять активность катализатора и повысить выход 2,4,6-триаминотолуола выше 98 %. Аминопроизводное выделяется в виде дисульфата действием концентрированной серной кислоты. Кроме того, изучено влияние соотношения вода/дисульфат 2,4,6-триаминотолуола на выход 2,4,6-тригидрокситолуола; найдены условия, в которых выход на стадии гидролиза увеличен до 83-84 %. Проведен сравнительный анализ различных способов выделения 2,4,6-тригидрокситолуола из реакционной массы. The paper is concerned with upgrading the synthetic method for 2,4,6-trihydroxytoluene, an in-demand chemical reactant in the synthesis of azo-dyes and pigments, as well as chemical pharmaceuticals and various polymers. The basic feedstock for the synthesis thereof is 2,4,6-trinitrotoluene, which is subjected to catalytic hydrogenation followed by hydrolysis of the resulting 2,4,6-triaminotoluene. Here we suggest conditions for the multicycle use of Pd catalyst employed for the hydrogenation of 2,4,6-trinitrotoluene, which allow the catalyst activity to be retained and the yield of 2,4,6-triaminotoluene to be enhanced above 98%. The amino derivative is liberated as the disulfate by concentrated sulfuric acid. Moreover, we examined how the ratio of water / 2,4,6-triaminotoluene disulfate influences the yield of 2,4,6-trihydroxytoluene. Conditions were found in which the yield from hydrolysis is 83-84 %. Different methods for the isolation of 2,4,6-trihydroxytoluene from the reaction mixture were comparatively analyzed.

NEURAL NETWORK CALCULATION OF CARBON DIOXIDE CONCENTRATIONS

Снижение углеродного следа в настоящее время является одной из приоритетных задач мировой экономики. Для достижения этой цели необходимо с одной стороны снижать выбросы парниковых газов, с другой стороны развивать методы мониторинга парниковых газов в атмосферном воздухе для обеспечения контроля эффективности принимаемых решений.Учитывая сложность процессов рассеивания газов в атмосферном воздухе, значительными преимуществами в вопросах определения концентраций атмосферных примесей обладают нейросетевые методы моделирования. В данной статье представлен метод расчета концентраций углекислого газа в атмосферном воздухе с помощью спроектированной и обученной каскадной нейросетевой модели, позволяющей при расчете концентраций учитывать сложное влияние метеорологических факторов и локальных условий рассеивания. Первым уровнем модели является расчет концентрации оксида углерода по известным параметрам источников выбросов этого вещества с использованием регламентированной методики расчета рассеивания примесей в атмосфере в Унифицированной программе расчета рассеивания «Эколог-Город». Вторым уровнем является нейронная сеть, которая корректирует рассчитанную на первом шаге концентрацию по заданным метеорологическим параметрам для увеличения точности моделирования. Третьим уровнем является нейронная сеть, позволяющая по полученной на предыдущем шаге концентрации оксида углерода, а также измеренным значениям коэффициента химической трансформации и концентрации атмосферного озона производить расчет концентрации углекислого газа.Полученная каскадная модель апробирована на территории г. Нижнекамск. Достигнутая точность расчета концентрации углекислого составила более 95%. Таким образом, представленная технология позволяет расширить возможности локальной системы мониторинга в условиях недостаточного количества измерений диоксида углерода. Reducing the carbon footprint is currently one of the priorities for the world economy. To do this, it is necessary to reduce greenhouse gas emissions, as well as to develop methods for monitoring greenhouse gases in the atmospheric air to ensure control over the effectiveness of decisions taken.Considering the complexity of the processes of dispersion of gases in the atmospheric air, neural network modeling methods have significant advantages in determining the concentrations of atmospheric impurities. This article presents a method for calculating the concentration of carbon dioxide in the atmospheric air using a designed and trained cascade neural network model, which makes it possible to take into account the complex influence of meteorological factors and local dispersion conditions when calculating concentrations. The first level of the model is the calculation of the concentration of carbon monoxide according to the known parameters of the emission sources of this substance using the regulated method for calculating the dispersion of impurities in the atmosphere in the Unified program for calculating dispersion "Ecolog-City". The second level is a neural network, which corrects the concentration calculated at the first step according to the specified meteorological parameters to increase the modeling accuracy. The third level is a neural network that allows calculating the concentration of carbon dioxide based on the concentration of carbon monoxide obtained at the previous step, as well as the measured values of the coefficient of chemical transformation and concentration of atmospheric ozone.The resulting cascade model was tested on the territory of Nizhnekamsk. The achieved accuracy of calculating the concentration of carbon dioxide was more than 95%. Thus, the presented technology makes it possible to expand the capabilities of the local monitoring system in conditions of an insufficient number of measurements of carbon dioxide.

GEL FORMATION IN THE KAOLIN SYSTEM - SODIUM ALGINATE - CALCIUM SULFATE - SODIUM PYROPHOSPHATE

Представлены результаты исследований изменений происходящих при формировании наполненных альгинатных гелей при внутреннем диффузионном гелеобразовании. Исследование проводилось для систем, состоящих из каолина и альгината натрия с системой отверждения из сульфата кальция и пирофосфата натрия. Установлено, что применение реологических методов исследования позволяют получать данные о показателях качества альгинатных гелей и их составе, и механизме гелеобразования. Установлено, что для системы каолин – альгинат натрия – сульфат кальция – пирофосфат натрия при формировании альгинатного геля целесообразно использовать сульфат кальция с массовой долей от 5 до 6,5, а пирофосфат натрия с массовой долей от 1,5 до 3 % при гидромодуле 1 к 3 и температуре воды 20 °С.Эти данные можно использовать при разработке рецептуры альгинатных масок и подготовки нормативной технической документации. The results of studies of changes occurring during the formation of filled alginate gels during internal diffusion gelation are presented. The study was carried out for systems consisting of kaolin and sodium alginate with a curing system of calcium sulfate and sodium pyrophosphate. It has been established that the use of rheological research methods makes it possible to obtain data on the quality indicators of alginate gels and their composition, and the mechanism of gelation. It was found that for the system kaolin-sodium alginate-calcium sulfate-sodium pyrophosphate when forming an alginate gel, it is advisable to use calcium sulfate with a mass fraction of 5 to 6.5, and sodium pyrophosphate with a mass fraction of 1.5 to 3% at a hydromodule 1 to 3 and a water temperature of 20 °C. This data can be used in the development of the formulation of alginate masks and the preparation of regulatory technical documentation.