Перспективные композиты XXI века на основе органических и неорганических полимеров. Новые металлические сплавы, приоритетные технологии
Перспективные композиты XXI века на основе органических и неорганических полимеров. Новые металлические сплавы, приоритетные технологии ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЗАЛИВОЧНЫХ ГИДРОГЕЛЕЙ И.Н. Бурмистров, Л.Г. Панова Энгельсский технологический институт СГТУНеобходимость создания технически эффективных, экономически выгодных, экологически безопасных и приемлемых технологически огнестойких светопрозрачных конструкций для строительного остекления в настоящее время не вызывает сомнения. Особое внимание следует обратить на слово «конструкция», так как достижение высокой степени огнестойкости возможно только при оптимальном сочетании параметров всех деталей в конструкции. К ним относят специальную раму, огнестойкий стеклопакет, состоящий из двух или более силикатных стёкол с полимерными или гелевыми прослойками, и специальные средства крепежа. Конструкции, соответствующие классу остекления не ниже EI30, должны останавливать распространение всех составляющих пожара: огня, дыма и теплового излучения. Для достижения этой цели перспективно использовать триплексы из силикатного стекла и заливочных полимерных гелей. Применяемый гель должен реагировать на повышение температуры при пожаре. При этом положительный эффект достигается за счёт ряда факторов: испарение содержащейся в геле воды охлаждает конструкцию; структурирование полимерной составляющей образует каркас, удерживающий осколки стекла, и обеспечивает целостность конструкции; вспенивание геля обеспечивает высокую степень теплоизоляции уцелевшей части конструкции от высоких температур. Данная работа посвящена разработке заливочных гелей для создания противопожарных многослойных светопрозрачных строительных конструкций. В работе проведён анализ составов на основе следующих компонентов: состав «г1» - поливиниловый спирт (ПВС) и фосфорная кислота; состав «г2» - смесь аммониевых солей акриловых олигомеров, олигосахариды, водорастворимые силикаты натрия. Основной задачей является максимально высокое содержание карбонизированного остатка сжигаемого геля и хорошая адгезия кокса к силикатному стеклу; а также достижение наибольшей вязкости композиции при температуре разложения и оптимальное количества летучих продуктов, вспенивающих состав. На начальном этапе исследования был определён оптимальный состав гелей. Составы с лучшими реологическими свойствами приведены в таблице 1. Таблица 1. Составы гелей г1, г2 |
Наименование компонента | A | B | C | D | E | F | | г1 | 10.72 | 34.81 | 54.47 | - | - | - | | г2 | - | - | 64,39 | 3,04 | 25,40 | 7,17 | | |
В качестве основных методов исследования рассматриваемых составов были выбраны метод термогравиметрического анализа, инфракрасной спектроскопии и масштабные испытания готовых светопрозрачных конструкций в огневой печи. Методом инфракрасной спектроскопии установлено отсутствие для всех составов химических реакций между компонентами гелей. На основе инфракрасных спектров поглощения доказано, что в анализируемых составах основная масса воды связана полимерным гелем. Это подтверждается, по данным TG ТГА также повышенной температурой удаления воды из геля при его разложении. Данные ТГА-анализа показывают, что разложение гелей протекает в две стадии. На первой стадии наблюдается испарение воды и разрушение гелевой структуры, при этом образуется эластичный клейкий остаток. Энергия активации этого процесса (определяли по данным DTG) для геля г1: Е1-1 = 130,30 кДж/моль. Процесс протекает в интервале температур 80 - 200 0С. Процесс удаления воды облегчается снижением вязкости состава на начальной стадии нагревания. На второй стадии протекают процессы окисления полимерной матрицы и образования карбонизованного остатка. Энергия активации процесса Е1-2 = 123,10 кДж/моль. Процесс протекает в интервале температур 300 - 900 0С. В геле г2 доля связанной воды значительно больше, по сравнению с гелем г1. Это объясняет смещение процесса удаления воды в область более высоких температур. Температурный интервал удаления воды и процессов структурирования карбонизованного слоя 100 - 340 0С. Энергия активации процесса Е2-1 = 142,10 кДж/моль. Процесс деструкции карбонизованного слоя протекает в интервале температур 380 - 5600С, энергия активации процесса Е2-2 = 602,99 кДж/моль. Столь существенные различия в протекании второй стадии процесса в геле г1 и г2 объясняются различным механизмом протекания этих процессов. Доля полимерной матрицы в геле г1 составляет 10,72%. Процесс её деструкции протекает в присутствии образующихся в геле, под воздействием высоких температур, полифосфорных кислот, которые значительно снижают скорость разложения углеводородных соединений за счёт образования защищающих окисляющееся вещество плёнок полифосфорных кислот и нейтрализации активных радикалов оксидами фосфора. Процесс разложения, кипения и возгонки соединений фосфора продолжается до 9000С. Доля полимерной матрицы в геле г2 составляет 3,04%. В геле отсутствуют активные антипирены, поэтому процесс деструкции протекает в более узком интервале температур и завершается при более низкой температуре. С целью оценки пригодности составов оценили огнестойкость конструкции на основе изучаемых гелей по ГОСТ 30247.0-94. Протоколы испытаний приведены на рис. 1 и 2. Согласно проведённым испытаниям выбранные составы соответствуют классу противопожарной безопасности для геля г1 EI20, для геля г2 EI60 [1]. Рис. 1. Данные испытания многослойной конструкции на основе геля г1: 1-температура внутри печи по ГОСТ; 2-фактическая температура внутри печи; 3-температура наружного стекла Рис. 2. Данные испытания многослойной конструкции на основе геля г2: 1-температура внутри печи по ГОСТ; 2-фактическая температура внутри печи; 3-температура наружного стекла УДК 678.5 БАЗАЛЬТОПЛАСТИКИ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНА И ПОЛИПРОПИЛЕНА Т.П. Гончарова, Ю.А. Кадыкова, С.Е. Артеменко Энгельсский технологический институт СГТУБазальтовые волокна являются эффективным армирующим наполнителем полимерных композиционных материалов (ПКМ) [1-3] и по своим технологическим и экономическим характеристикам успешно конкурируют с традиционными наполнителями - стеклянными и асбестовыми волокнами. Замена этих волокон базальтовыми позволяет создать ПКМ с высокими физико-механическими, эксплуатационными характеристиками и меньшей себестоимостью.На кафедре «Химическая технология» СГТУ ведется разработка новой технологии армирования полиолефинов базальтовой ватой. Цель работы заключается в создании на основе полиэтилена и полипропилена ПКМ, обладающих необходимым комплексом свойств для различного практического использования. Изучаются факторы, влияющие на прочность, долговечность и другие характеристики ПКМ на основе полиолефинов, армированных базальтовой ватой. Формование осуществляется методом прямого прессования при температуре +1150С, давлении 5 МПа и продолжительности прессования 50 с. В качестве полимерной матрицы использовали полиэтилен ПЭ-15803-020 и полипропилен ПП-01003, как первичные, так и вторичные; в качестве армирующей системы - некондиционную (отработанную) базальтовую вату (производства г. Брянска). Оптимальная степень наполнения полимера базальтовой ватой (БВ) составляла 15% (табл.1). При более высокой степени наполнения полимера БВ повышается дефектность материала и снижаются его прочностные характеристики.Из табл. 1 видно, что все исследуемые физико-механические свойства первичных ПЭ и ПП повышаются при введении в полимерную матрицу 15% базальтовой ваты: р на 63-74%, i на 43-75%, твердость на 69-76 % .Важно, что при использовании в качестве связующего вторичных полиолефинов физико-механические свойства снижаются незначительно (табл.2).Таблица 1Физико-механические характеристики БП на основе ПЭ и ПП, армированных 15% базальтовой ваты|
ПКМ | Плотность, кг/м3 | Разрушающее напряжение при растяжении, МПа | Разрушающее напряжение при изгибе, МПа | Твердость по Бринеллю, МПа | | ПЭ | 910/990 | 17/28 | 20/35 | 25/44 | | ПП | 920/980 | 30/49 | 30/43 | 33/56 | | |
Примечание: в числителе ненаполненный материал; в знаменателе - наполненный 15% базальтовой ваты Таблица 2 Сравнительные физико-механические характеристики БП, на основе первичного и вторичного ПЭ и ПП, армированных 15% базальтовой ваты |
ПКМ | Плотность, г/см3 | Разрушающее напряжение при растяжении, МПа | Разрушающее напряжение при изгибе, МПа | Твердость по Бринеллю, МПа | | ПЭ | 0,99/0,97 | 28/25 | 35/32 | 44/41 | | ПП | 0,98/,097 | 49/44 | 43/40 | 56/54 | | |
Примечание: в числителе первичный ПЭ и ПП, в знаменателе - вторичный ПЭ и ПП, наполненные 15% базальтовой ваты Таким образом, введение базальтовой ваты в термопласты дает возможность получать ПКМ с достаточно высокими механическими свойствами, а также эффективно использовать в качестве полимерной матрицы вторичные полиолефины. УДК 541.64:593.199 СИНТЕЗ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ФУЛЛЕРЕНА С60 И.Ф. Гунькин, В.Н. Целуйкин Энгельсский технологический институт СГТУВведение фуллеренов в полимеры расширяет возможности синтеза новых полимерных композиционных материалов, обладающих самыми разнообразными свойствами. В результате введения фуллеренов в полимеры образуются соединения с ковалентными связями или комплексы донорно-акцепторного типа. Для получения таких систем в основном используется фуллерен С60 и гораздо меньше фуллерен С70 или их смеси и различные мономеры или готовые полимерные соединения. Поскольку многие производные фуллерена С60 проявляют высокую физиологическую активность [1], одним из динамично развивающихся направлений химии фуллеренов является синтез физиологически активных веществ на основе фуллерена С60 [2]. Однако, молекула С60 гидрофобна и растворимость фуллерена С60 в воде составляет 1,3•10-11 мг/мл [3], что сильно мешает изучению его физиологической активности. Получение водорастворимых фуллеренов имеет важное значение для фармакологии; изучение реакций фуллеренов в воде представляет также и самостоятельный интерес для химической науки. В принципе можно реализовать два подхода при получении водорастворимых форм фуллерена С60. Первый подход связан с применением законов коллоидной химии. Известно, что растворы поверхностно-активных веществ (ПАВ) могут переводить нерастворимые в воде органические соединения в коллоидное состояние или солюбилизировать. В результате такой солюбилизации, например, в присутствии додецилсульфата натрия, образуются коллоидные растворы фуллерена С60 в воде. Растворимость фуллерена С60 можно также увеличить при комплексообразовании его с водорастворимыми полимерами, например, поливинилпирролидоном (ПВП) [4-8]. При комплексообразовании фуллерена С60 с ПВП протекает одновременно обволакивание сферы С60 цепями ПВП, при этом достигается частичная стабилизация и увеличение растворимости в воде. Второй подход при получении водорастворимых форм фуллерена С60 связан с модификацией фуллереновой сферы. Известно, что связи (С - С) фуллереновой сферы обладают ненасыщенным характером и диенофильны [9]. Поэтому можно осуществить по этим связям функционализацию фуллерена С60 диенами и нуклеофильными агентами, имеющими различные гидрофильные составляющие. При этом возникают аддукты, растворимость которых в воде гораздо выше самого фуллерена С60. Таким образом, к фуллерену С60 можно привить «фармакофорные» группы и получить также дополнительную физиологическую активность.
Страницы: 1, 2, 3, 4
|