Разработка составов и технологии пожаробезопасных светопрозрачных строительных конструкций и оргстекла (стр. 3 )

При исследовании влияния ФК на формирование структуры полимеризата оценивалась способность образующихся структур к набуханию (рис. 15). У образцов, содержащих 1 масс. ч. ФК, отмечается меньшая склонность к набуханию, что связано с большим содержанием сшитых структур в полимеризате – 96% масс. (при 6,7 масс. ч. ФК – 93%, при 13,3 масс. ч. – 87,9%).

3   1   2

Рис. 15. Влияние количества ФК на способность полимеризата к набуханию, состава 100 масс. ч. и 33 масс. ч. ФОМ: 1 – 1 масс. ч.; 2 – 6,7 масс. ч.; 3 – 13,3 масс. ч.

Вместе с тем на поведение при пиролизе и горении заметное влияние оказывает именно содержание ФК, которое может быть оценено методом термогравиметрического анализа. Больший выход карбонизованных структур характерен для составов, содержащих 6,7 масс. ч. ФК (табл. 5).

Таблица 5

Показатели пиролиза компонентов заливочных композиций

№ п/п	Состав композиции, масс. ч.	Выход карбонизованных структур при температурах, оС
АК	ФОМ	ФИ	ФК	200	400	600	800
1	100	33	0,06	1	96	38	25	9
2	100	33	0,06	6,7	95	51	35	22
3	100	26,6	0,06	6,7	95	50	37	20
4	100	20	0,06	6,7	94	48	34	19

На выход карбонизованных структур так же влияет и наличие в составе оргстекла ФОМа, содержащего фосфор, способный инициировать структурирование состава при пиролизе и обеспечивать повышенное образование кокса. Показатели горючести полимеризата в значительной степени зависят от структуры и свойств сформировавшегося кокса. В исследованиях структуры кокса начиная с температур 500оС отмечено вспенивание кокса и увеличение его объема (рис. 16), что оказывает существенное влияние на теплофизические свойства кокса и снижение горючести образцов.

а б в г

Рис. 16. Морфология поверхности коксов (х100):

а – 300оС, б – 400 оС, в – 500 оС, г – 600 оС

Определением показателей, характеризующих горючесть полимера, (кислородный индекс и потери массы при поджигании на воздухе) установлено, что материалы не поддерживают горение на воздухе, а КИ составляет от 50 до 70 объем. %, что позволяет отнести их к классу трудносгораемых (табл. 6). Высокое содержание сшитых структур (гель-фракции) свидетельствует о химическом взаимодействии компонентов.

Таблица 6

Физико-химические показатели образцов

№ п/п	Состав композиции, масс. ч.	Свойства
АК	ФОМ	ФК	ФИ	потери массы при поджигании на воздухе, %	содержание гель-фракции при экстракции, %	КИ, % объем.
1	100	20	6,7	0,06	3,9	95,7	60
2	100	26,6	6,7	0,06	3,7	95,4	70
3	100	26,6	6,7	0,1	3,9	97,6	60
4	100	26,6	6,7	0,2	4,1	98	50

Из сравнительного анализа физико-механических свойств (табл. 9) разработанных составов с аналогичными стеклами СО-95-К – конструкционного назначения и СО-95-А, используемым в авиационной промышленности, отмечены близкие значения показателей этих свойств.

Таблица 9

Свойства разработанного оргстекла и аналогов

Разрабо-танное оргстекло	Состав композиции, масс. ч.	Свойства
АК	ФОМ	ФК	ФИ	ρ, кг/м3	GP, МПа	а, кДж м2	НБ, МПа	ТВ, оС
100	20	6,7	0,06	1145	78	25	130	100
Аналоги	ПММА органическое стекло СО-95-К	1180	66	10	110	95
ПММА органическое стекло СО-95-А	1180	66	11	110	95
Akrylon (Словакия)	1190	70	11	140	105

Примечание: ρ – плотность, GP – прочность при разрыве, а – ударная вязкость,
НБ – твердость по Бринеллю, ТВ – теплостойкость по Вика; коэффициент вариации по свойствам 5-7%.

Но основным преимуществом приведенных составов является, что разработанное стекло считается пожаробезопасным и, в соответствии с ГОСТ 12.1.044-89, относится к классу трудносгораемых материалов.

Разработанное органическое стекло обладает высоким показателем светопропускания – 98% в видимой части спектра, в то время как аналоги не превышают 92%.

В пятой главе предложены технологические схемы, включающие подготовку составов к переработке и производство пожаробезопасного многослойного стекла и пожаробезопасного органического стекла, проведена оценка экономической целесообразности разработанных стекол.

Выводы по работе

1. Разработан состав полимерного гидрогеля, включающий акриловую кислоту, метазин, фосфорную кислоту, воду и фотоинициатор, обеспечивающий создание многослойных стекол с классом огнестойкости E60 I 50 с коэффициентом светопропускания 77-90%, что позволяет применять данную светопрозрачную строительную конструкцию для многоцелевого использования в строительстве.

2. Исследован механизм формирования сетчатых структур при полимеризации акрилового гидрогеля, определены параметры кинетики процесса полимеризации и установлено влияние содержания акриловой кислоты в гидрогеле на поведение полимеризата при повышенных температурах.

3. Установлен химический состав полимеризата гидрогеля, содержащего метазин и доказано наличие химического взаимодействия метазина с акриловой кислотой. Показано, что введение метазина ускоряет процесс полимеризации состава, рациональное время полимеризации составляет 60 минут. Определено повышение выхода карбонизованных структур полимерного геля с 10 до 35 масс. % за счет влияния метазина на химические процессы при пиролизе и горении.

4. Разработаны составы, обеспечивающие получение пожаробезопасного органического стекла, включающие акриловую кислоту, фосфорсодержащий диметилакрилат, фосфорную кислоту и фотоинициатор.

5. Установлен механизм формирования трехмерной структуры при полимеризации фосфорсодержащего диметилакрилата и сополимеризации его с акриловой кислотой.

6. Оценено влияние соотношения компонентов на процесс структурообразования, структуру и свойства полимерного состава и выбрано рациональное содержание фотоинициатора (0,06 масс. ч.), фосфорной кислоты (6,7 масс. ч.) и соотношение акриловой кислоты и фосфорсодержащего диметилакрилата.

7. Исследованы физико-химические процессы при пиролизе и горении разработанных составов и установлено, что по показателю воспламеняемости – кислородному индексу (50-70% об.) и потерям массы при поджигании на воздухе (3,9-4,1% масс.) они относятся к классу трудносгораемых материалов.

8. Установлено, что физико-химические и физико-механические свойства исследуемых образцов оргстекла превосходят аналоги и относятся к пожаробезопасным материалам.

9. Проведены промышленные испытания многослойного стекла, разработаны технологические схемы производства пожаробезопасных многослойного и органического стекол, доказана технико-экономическая целесообразность их выпуска.

Список публикаций по теме диссертации:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Литовченко, остекление / , , // Химическая промышленность сегодня. – 2014. – № 2. – С. 30-35.

2. Литовченко, состава для пожаробезопасных органических стекол / , , // Известия Южного Федерального Университета. Технические науки. – 2013. – № 8. – С. 27-30.

3. Литовченко, взаимосвязи структурных и механических свойств дисперснонаполненных полимерных композиционных материалов / И. А. Ильиных, А. Г. Юдин, Н. В. Шатрова, , А. А. Шевелев, А. С. Мостовой, О. С. Арзамасцев, А. В. Ермоленко, Д. В. Кузнецов, // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2012. – №4 (68). – C. 90-96.

Публикации в других изданиях

4. Литовченко, термоокислительной деструкции гидрогелей полиакриловой кислоты / , , // Наноструктурные, волокнистые и композиционные материалы: тезисы докладов VII Всероссийской студенческой олимпиады и семинара с международным участием, Санкт-Петербург. 10-14 мая 2011 г. – СПб., 2011. – C. 42.

5. Литовченко, взаимодействия компонентов в полимерной композиции для светопрозрачных пожаробезопасных строительных конструкций и изучение их свойств / , , // Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент: материалы III Междунар. науч.-инновацион. молодежной конф., Тамбов. 31 октября –
2 ноября 2011 г. – Тамбов: Изд-во ИП , 2011. – C. 301-304.

6. Литовченко, Д. И. Гелевые составы на основе акриловой кислоты для полимерных слоев многослойных светопрозрачных пожаробезопасных строительных конструкций / , , // Наноструктурные, волокнистые и композиционные материалы: тезисы докладов Международной научной конференции и VIII Всероссийской олимпиады молодых ученых,  Санкт-Петербург, 10-14 мая 2012 г. – СПб., 2012. – C. 54.

7. Литовченко, Д.И. Модификация акриловых гидрогелей / , , // Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений: сб. тез. Всерос. молодеж. конф. – Уфа: РИЦ БашГУ, 2012. – С. 17. ISBN 3036-6

8. Литовченко, Д.И. Фотоотверждаемые составы на основе акрилатных полимеров для пожаробезопасных многослойных стекол / , , // Teoretyczne i praktyczne innowacje naukowe: сборник научных докладов. Ч. 6. – Krakow: Sp. z o. o. «Diamond trading tour», 2013. – С. 86-91. ISBN 0-90-5

9. Литовченко, составы для создания пожаробезопасных светопрозрачных многослойных строительных конструкций / , ,  , // Химическая технология: сб. науч. докл. IV Всерос. конф. Т. 2. – М.: Тип-Топ, 2012. – С. 195-197. ISBN 7-04-0

10. Литовченко, свойств полимерных составов, применяемых в производстве пожаробезопасных строительных конструкций / , , // Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология: докл. Междунар. конф. «Композит-2013». – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2013. – С. 24-26. ISBN 2633-4

11. Литовченко, составов и исследование свойств пожаробезопасного органического стекла / , , // Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент: материалы V Междунар. науч.-инновацион. молодеж. конф., г. Тамбов, 31 октября – 1 ноября 2013 г. – Тамбов: Изд-во ИП , 2013. – C. 231-233.

Патент

12. Пат. 2440937 Российская Федерация, МПК C03C27/12. Гидрогель для огнезащитных прослоек в многослойном пожаробезопасном остеклении / , , ; заявитель; патентообладатель ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет». – №; заявл. 07 июня 2010 г.; опубл. 27.01.2012, Бюл. с.: ил.

РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ И ТЕХНОЛОГИИ ПОЖАРОБЕЗОПАСНЫХ

СВЕТОПРОЗРАЧНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ОРГСТЕКЛА

Автореферат

Подписано в печать 11.03.14 Формат 60×84 1/16

Бум. офсет. Усл. печ. л. 1,0 Уч.-изд. л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ 30 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

Саратов, Политехническая ул., 77

Отпечатано в Издательстве СГТУ. Саратов, Политехническая ул., 77

Тел.: ; , е-mail: [e-mail]