WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]

ВОСПРОИЗВОДСТВО КАДРОВОГО ПОТЕНЦИАЛА В ОТРАСЛЯХ, НЕПОСРЕДСТВЕННО ВОЗДЕЙСТВУЮЩИХ НА ФОРМИРОВАНИЕ РАБОТНИКА

Автореферат кандидатской диссертации

 

На правах рукописи

 

АБРАМОВ ВАСИЛИЙ ВИКТОРОВИЧ

 

 

ЭФФЕКТИВНЫЕ СЛАБОГОРЮЧИЕ ХИМИЧЕСКИ СТОЙКИЕ ЭПОКСИДНЫЕ ПОЛИМЕРРАСТВОРЫ

         Специальность 05.23.05 – Строительные материалы и изделия

 

 

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 

 

Москва – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Московский государственный строительный университет».

Научный руководитель                         -доктор технических наук, профессор,Баженов Юрий Михайлович

Официальные оппоненты                      - Козлов Валерий Васильевич, доктор технических наук, профессор,ФГБОУ ВПО«Московский государственный строительный университет», профессор кафедры Строительные материалы

                                                                - Суханов Михаил Александрович,кандидат технических наук, доцент,ФАОУ ДПО «Государственная академия профессиональной переподготовки и повышения квалификации руководящих работников и специалистов инвестиционной сферы»

Ведущая организация                            -Государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский институт Московского строительства»

Защита состоится «15» мая 2012г.в __ часов на заседании диссертационного совета Д.212.138.02 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе д.26, ________________________.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет».

Автореферат разослан «__» апреля 2012г.

Ученый секретарь

диссертационного совета                                          Алимов Лев Алексеевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Реконструкция и ремонт промышленных зданий и сооружений вплотную связана с проблемой омоноличивания строительных конструкций. Для ремонта зданий и сооружений первого класса ответственности, подверженных коррозионным воздействиям,особенно эффективно применение эпоксидных полимеррастворов.Однако эпоксидные полимеррастворы относятся к горючим материалам с высокой дымообразующей способностью. Решение задачи снижения горючести эпоксидных полимеррастворов можно достичь подбором эффективных галогенсодержащих антипиренов, а повышение прочности –улучшением адгезии полимерной матрицы к минеральным наполнителям за счет их обработки низкотемпературной неравновесной плазмой.

Работа выполнена в соответствие с НИР ФГБОУ ВПО МГСУ, Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» (мероприятие 1.2.2), Федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2013 годы» (мероприятие 5.2).

Цель и задачи исследований.

Целью диссертационной работы является разработка эффективных слабогорючих химически стойких полимеррастворов, предназначенных для ремонта и реконструкции строительных конструкций.

Для решения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- обосновать возможность получения слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов, обладающих высокими эксплуатационными свойствами;

- исследовать влияние содержанияминеральных наполнителей на термические и пожароопасные свойства эпоксидных полимеррастворов;

- исследовать влияние содержания и химической природы промышленных и синтезированных бромхлорсодержащих антипиренов на термические, пожароопасные и физико-механические свойства эпоксидных полимеррастворов;

- установить влияние плазмохимической обработки тонкодисперсных минеральных наполнителей на пожароопасные и физико-механические свойства эпоксидных полимеррастворов;

- выбрать наиболее эффективные компоненты иоптимизировать состав эпоксидных полимеррастворов, предназначенных для ремонта и реконструкции строительных конструкций;

- провести комплексное изучение эксплуатационных свойств и химической стойкости разработанных эпоксидных полимеррастворов оптимального состава;

- установить зависимости эксплуатационных свойств и химической стойкости слабогорючих полимеррастворов от продолжительности воздействие агрессивных сред;

- разработать технологии приготовления и применения высоконаполненных слабогорючих эпоксидных полимеррастворов, используемых для ремонта и реконструкции строительных конструкций;

- провести опытно-промышленную и промышленную апробацию слабогорючих химически стойких полимеррастворов, определить технико-экономические показатели разработанных материалов.

Научная новизна работы:

- обоснована возможность снижения горючести иповышения эксплуатационных показателей слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов, используемых для ремонта и реконструкции строительных конструкций, за счет применения эффективных галогенсодержащих антипиренов и плазмохимической обработки тонкодисперсных минеральных наполнителей;

- установлены зависимости термических и прочностных показателей, горючести и дымообразующей способности эпоксидных полимеррастворов от содержания и химической природы промышленных и синтезированных галогенсодержащих антипиренов;

- методами ТГА, ДТА и ДСК установлено, что галогенсодержащие антипирены, которые наиболее полно соответствующие характеру разложения эпоксидного полимера ЭД-20, обладают и более высокой эффективностью пламягасящего действия;

- получены двухфакторные математические зависимости прочностных характеристик и показателей пожарной опасности эпоксидных полимеррастворов от содержания минеральных наполнителей и галогенсодержащих антипиренов;

- установлено влияние условий плазмохимической обработки тонкодисперсных минеральных наполнителей и смешанного железооксидного пигмента на прочность эпоксидных полимеррастворов.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

- установлено, что оптимальным содержанием галогенсодержащих антипиренов различной химической природы при получении слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов является 8-10 масс.%;

- показана возможностьполучения слабогорючих (Г1) с умеренной дымообразующей способностью (Д2) и высокими физико-механическими свойствами эпоксидных полимеррастворов путем использования синтезированных галогенсодержащих антипиренов в 40-50%-ном растворе N,N – диметил – 2,4,6 – триброманилина;

- установлено, что плазмохимическая обработка тонкодисперсных минеральных наполнителей повышает прочность слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов на 20-25%;

- разработаны составы слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов, используемых для ремонта строительных конструкций, с прочностью при растяжении, изгибе и сжатии более 35, 69 и 157 МПа соответственно;

- разработаны технологии получения и применения слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов, содержащих минеральные наполнители, обработанные в плазмохимическом реакторе.

Внедрение результатов исследования.

Опытно-промышленная и промышленная апробация разработанных слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов осуществлена предприятием ООО «Пилот» при защите от коррозии бетонного основания производственно-торгового и складского комплекса на площади 3840 м2. Экономических эффект от внедрения разработанных эпоксидных полимеррастворов составил 224640 руб.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на Международной конференции «Биосферно-совместимые технологии в развитии регионов» (г. Курск, 2011г.) и 15-й Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство-формирование среды жизнедеятельности» (г. Москва, МГСУ, 2012г.).

На защиту выносятся:

- обоснование возможности получения эффективных слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов для ремонта и реконструкции строительных конструкций;

- зависимости термических свойств и показателей пожарной опасности эпоксидных полимеррастворов от химической природы и содержания тонкодисперсных минеральныхнаполнителей и галогенсодержащих антипиренов;

- влияние плазмохимической обработки тонкодисперсных минеральных наполнителей и железооксидных пигментов на физико-механические свойства эпоксидных полимеррастворов;

- зависимости эксплуатационных свойств и химической стойкости разработанных эпоксидных полимеррастворов от содержания тонкодисперсных минеральных наполнителей и хлорбромсодержащих антипиренов;

- технологииполучения и применения слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов с повышенными эксплуатационными характеристиками;

- результаты опытно-промышленного  и промышленного внедрения, технико-экономические показатели разработанных эпоксидных полимеррастворов.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 175 наименований и 3 приложений. Работа изложена на 155 страницах печатного текста и включает 43 рисунка, 24 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Одним из недостатков строительных конструкций, подвергающихся коррозионному воздействию, является отсутствие надежных и долговечных защитных покрытий. Покрытия на основе эпоксидных олигомеров технологичны, обладают высокой адгезией к различным подложкам, прочностью, водонепроницаемостью и химической стойкостью при повышенных температурах. Рациональное применение эпоксидных покрытий позволяет на 40…50% снизить потери от коррозии, повысить эксплуатационную надежность и долговечность строительных конструкций. Применение эпоксидных монолитных покрытий вместо традиционных облицовок, выполненных из штучных кислотоупорных материалов на химически стойких связующих по непроницаемому подслою, позволяет в 2…5 раз повысить производительность труда при одновременном снижении в 1,5…2 раза стоимости покрытия. Вместе с тем эпоксидные  покрытия относятся к горючим материалам и обладают недостаточной прочностью.

Известно, что для снижения горючести эпоксидных полимеррастворов в исходные композиции дополнительно вводят галогенсодержащие антипирены в сочетании с Sb2O3, которые ингибируют радикальные цепные процессы в пламени и снижают выход горючих летучих продуктов пиролиза. Для повышения прочности таких композитов необходимо обеспечить более сильное взаимодействие полимерной матрицы и минерального наполнителя.  На основании анализа научно-технической литературы была сформулирована научная гипотеза диссертационной работы, состоящая в том, что повышение прочности эпоксидных полимеррастворов может быть достигнуто в результате плазмохимической обработки минеральных наполнителей. Плазмохимическая обработка минеральных наполнителей позволяет эффективно применять управляемые нанопроцессы при производстве строительных материалов. В поле неравновесной  низкотемпературной плазмы вещества претерпевают сложные физико-химические превращения, позволяющие придавать строительным материалам новые свойства и повышать их эффективность. Под действием плазмы на поверхности наполнителей должно образовываться большое количество активных радикалов, обладающих высокой реакционной способностью, что значительно улучшит взаимодействие полимерной матрицы и наполнителя.

К преимуществам плазмохимической обработки относится безопасность и низкая энергоемкость установок, возможность гибкого включения и регулирования их параметров. При получении низкотемпературной неравновесной плазмы в работе использован принцип вихревого движения газовой среды для создания оптимальных условий зажигания газоразрядной плазмы.

Для доказательства рабочей гипотезы в работе были проведены системные исследования по изучению влияния содержания и химической природы минеральных наполнителей и галогенсодержащих антипиренов, а также плазмохимической обработки наполнителей и пигментов на эксплуатационные, термические и пожароопасные свойства эпоксидных полимеррастворов.

При разработке слабогорючих химически стойких полимеррастворов применяли эпоксидные смолы марок ЭД-20, ЭД-22 (ГОСТ 10587-84) и аминные отвердители. Для повышения упруго-эластичных характеристик эпоксидных композиций использовали бутадиен-нитрильные каучуки марок СКН-18-1А, СКН-26-1А(ТУ 38.303-01-41-92) или низкомолекулярный полибутадиен СКДН-Н (ТУ 38.103515-82). В качестве антипиренов использовали промышленные и синтезированные галогенсодержащие соединения. Обработку тонкодисперсных минеральных наполнителей проводили в плазмохимическом реакторе, конструкции МФТИ.

Термический анализ наполнителей, бромхлорсодержащих антипиренов и эпоксидных композиций на воздухе и в токе азота проводили термогравиметрическим методом с помощью автоматизированной модульной термоаналитической системы «DuPont-9900» при скорости нагрева 10 и 20оС/мин. Кислородный индекс (КИ), коэффициент дымообразования (Dm) в режиме пиролиза и пламенного горения, температуры воспламенения (Тв) и самовоспламенения (Тсв), теплоту сгорания, критическую поверхностную плотность теплового потока воспламенения (gkp) отвержденных эпоксидных связующих и полимеррастворов на их основе определяли по ГОСТ 12.1.044-89. Предельную концентрацию кислорода (Спр) и скорость распространения пламени (Vрп) по горизонтальной поверхности при концентрации кислорода в окислителе 30-60% - исследовали по известной методике. Горючесть разработанных материалов определили по ГОСТ 30244-94. Обработку экспериментальных данных проводили методом наименьших квадратов с помощью программного комплекса MATLAB.

Полимеррастворы на основе эпоксидной смолы ЭД-20, относятся к  горючим материалам с высокой дымообразующей способностью. Применение низкомолекулярных соединений, повышающих упругоэластические показатели полимеррастворов, увеличивает их воспламеняемость и дымообразующую способность. Так, например, КИ и Дm в режиме пиролиза и горения полимера ЭД-20, отвержденного ПЭПА, составляют 22 – 22,3%, 890 – 1060 и 950 – 1020 м2/кг соответственно. При введении в смолу ЭД-20 в качестве модификаторадиоктилфталата (15,4 мас.%) КИ и Dm в режиме пиролиза и горения равны 19,3%, 1350 и 890 м2/кг.

Минеральные тонкодисперсные наполнители не только повышают физико-механические свойства полимеров, но и влияют на термостойкость и пожарную опасность полимеррастворов.Влияние минеральных наполнителей на термостойкость эпоксидных полимеррастворов не однозначно. Так, например, маршаллит и Al(OH)3 незначительно повышают, а гетит и лимонит снижают термостойкость полимеррастворов (табл.1). Это обусловлено, по нашему мнению, как различной устойчивостью наполнителей к действию повышенных температур, так и  различной концентрацией гидроксильных групп на их поверхности.

Таблица 1

Термостойкость эпоксидных полимеррастворов

 

Показатели

Минеральные наполнители

-

Гетит

Маршаллит

Al(OH)3

Лимонит

Температура, оС

- начала интенсивного разложения

10%-ной потери массы

максимальной скорости разложения на

  • 1 стадии
  • 2 стадии

 

262

268

289

525

 

250

277

265

553

 

264

284

292

463

 

266

278

299

480

 

240

268

263

476

Максимальная скорость разложения, %/мин, на

  • 1 стадии
  • 2 стадии

 

14,7

2,9

 

5,4

2,1

 

6,3

8,8

 

8,8

2,0

 

6,8

4,5

Потеря массы при 700оС,%

97,4

42,4

40,7

64,7

52,1

При небольшом содержании минеральных наполнителей до (40-45 мас.%) химическая природа наполнителей слабо влияет на пожарную опасность эпоксидных полимеррастворов (табл.2): КИ равен 19,8 – 22,3%, Тв – 280-310 0С, Тсв. – 480-520 0С, gкр. – 10,6-14,3 кВт/м2, а Dm в режиме пиролиза и горения составляет 730-840 и 360-500 м2/кг. Причем в режиме пиролиза Dm превышает коэффициент дымообразования в режиме горения более чем в 1,5 раза. Значительное снижение горючести и дымообразующей способности полимеррастворов наблюдается при содержании наполнителей  более 50 мас.%. Причем наполнители, разлагающиеся в условиях горения полимерных материалов (Mg(OH)2 и Al(OH)3) с образованием негорючих газов (Н2О), превосходят по эффективности пламегасящего действия неразлагающиеся наполнители (рис.1).

С ростом степени наполнения исходной композиции до 61мас.% закономерно снижается пожарная опасность эпоксидных полимеррастворов:КИ возрастает с 19,3 до 29,9%, Тв – с 270 до 290...3200С, Тсв – с 470 до 490…5300С, а gкр. линейно повышается с 10,3 до 12,2…18,5 кВт/м2(рис.2). Dm в режиме пиролиза и пламенного горения  снижается с 1350 и 890м2/кг до 460-570 и 200-310 м2/кг соответственно.

Для неразлагающихся тонкодисперсных минеральных наполнителей зависимость КИ эпоксидных полимеррастворов от содержания наполнителей (с) можно представить в виде уравнения: КИ=19,3+вca, где коэффициент в и а для андезита, мела и Al2O3 равны 0,9, 0,14, 0,05 и 0,39, 0,57; 0,74 соответственно. Для разлагающихся в условиях горения наполнителей КИ полимеррастворов равна: КИ=19,3+в(cosh(а*с)-1), где коэффициенты в и а для Al(OH)3 и Mg(OH)2 равны 0,597, 0,387 и 0,059, 0,069 соответственно.Следует отметить, что применение только минеральных наполнителей не позволяет перевести полимеррастворы из одной группы горючести в другую.

Рис.3 Зависимость критической поверхностной плотности теплового потока эпоксидных полимеррастворов от содержания минеральных наполнителей: 1-Al(OH)3; 2-Mg (OH)2;  3-CaCO3; 4-гетит; 5-MgO; 6-андезит.

Рис.2 Зависимость кислородного индекса эпоксидных полимеррастворов от содержания минеральных наполнителей: 1- Mg (OH)2; 2- Al(OH)3; 3-андезит; 4-гетит; 5- CaCO3; Al2O3.

Одним из наиболее распространенных и эффективных методов снижения горючести эпоксидных полимеррастворов является использование аддитивных броморганических антипиренов. Это обусловлено, прежде всего, широким ассортиментом и относительно невысокой стоимостью промышленных марок бромсодержащих антипиренов. КИ промышленных марок броморганических антипиренов, как правило, превышает 90%, а теплота сгорания составляет 9,4…10,8 кДж/кг. Воспламеняемость эпоксидных полимеррастворов, содержащих 5,7 мас.% броморганических антипиренов и наполненных кварцевым песком (41 мас.%), снижается: КИ и спр возрастают с 21,6 и 29,4% до 27,2…28,9 и 36,1…39,6% соответственно, Тв уменьшается с 290-300 до 270…280оС, а Тсв практически не зависит от химического строения антипирена и составляет 460…480оС. Dm эпоксидных полимеррастворов в режиме пиролиза возрастает с 410 до 440…490 м2/кг, а в режиме пламенного горения увеличивается более чем в 1,5 раза с 570 до 890-990 м2/кг. ПричемDm в режиме горения превышает коэффициент дымообразования в режиме пиролиза более чем в 2 раза.

Таблица 2

Горючесть и дымообразующая способность эпоксидных полимеррастворов

Показатели

Минеральные наполнители

 

мел

диабаз

гетит

кварцевый песок

андезит

Mg(OH)2

Al(OH)3

Температура, оС

воспламенения

самовоспламенения

 

270

470

 

280

480

 

290

480

 

290

500

 

290

480

 

290

480

 

300

500

 

310

520

КИ, %

19,3

19,8

20,4

21,5

21,6

21,8

22,1

22,3

gкр.,  кВт/м2

10,3

10,6

11,2

12,4

12,7

12,8

13,2

14,3

Dm, м2/кг, в режиме

 

- пиролиза

1350

790

840

760

840

740

730

740

- горения

890

390

440

500

540

450

360

360

Примечание: содержание минеральных наполнителей в полимеррастворе, модифицированном каучуком СКН-26-1А, равно 43,5 мас.%.

Химическое строение ароматических броморганических антипиренов аддитивного типа практически не влияет на горючесть эпоксидных полимеррастворов (табл.3). Основным фактором, определяющим их эффективность, является близость температур интенсивного разложения полимера ЭД-20 и бромсодержащего соединения. Механизм действия указанных антипиренов обусловлен как ингибированием радикальных цепных процессов в пламени, так и флегматизацией пламени продуктами разложения бромсодержащих антипиренов.

Таблица 3

Горючесть и дымообразующая способность эпоксидных полимеррастворов

Марка антипирена

Тв, оС

КИ,%

Dm,м2/кг, в режиме

пиролиза

горения

300

21,6

410

570

Гексобромбензол

280

26,8

440

1000

Декабромдифенилоксид

270

28,2

460

900

2,4,6-триброманилин

300

28

480

820

N(2,4,6-триброфенил) милеинимид

290

28,5

430

830

2,4,6-трибромфенол

290

28,7

550

820

Пентабромфенол

280

28,4

460

860

Тетрабромфталевый ангедрид

260

28,1

490

900

Примечание: содержание антипирена в полимеррастворе, модифицированном каучуком СКН-26-1А, равно 5,7 мас.%.

С ростом содержания броморганических антипиренов, в эпоксидномсвязующем закономерно уменьшается воспламеняемость композиций. Так, например, с увеличением содержания тетрабромдиана до 9,8 мас.% Тв полимеррастворов снижается с 300 до 280оС, Тсв повышается с 460…470 до 480…490оС, а КИ увеличивается с 21,6 до 29,2%. Dmв режиме пиролиза практически не зависит  от содержания антипиренов и составляет 420…440 м2/кг, а в режиме пламенного горения возрастает с 750 до 990 м2/кг. Зависимость КИ эпоксидных полимеррастворов, модифицированных каучуков СКН-26-1А, от содержания броморганических антипиренов (с) можно представить в виде уравнения: КИ=21,6+в(1-0,5с)а, где коэффициенты а и в для хлоргидринового эфира пентабромфенола, гексабромбензола, пентабромфенола и N(2,4,6 - трибромфенил)малеинилида равны 0,87, 0,79, 0,61, 0,60 и 8,20, 7,56, 7,51, 6,84 соответственно.

Броморганические антипирены аддитивного типа значительно превосходят по эффективности пламягасящего действия реакционноспособные соединения: для получения эпоксидных полимеррастворов с КИ = 27% концентрация брома в композиции при использовании пентабромфенола составляет 8,3%, а при применении бромсодержащего олигомера марки УП-631 – 20%. Причем для аддитивных и реакционноспособных  бромсодержащих антипиренов наблюдается линейная зависимость КИ полимеррастворов от концентрации брома в композиции. Применение промышленных марок броморганических антипиренов позволяет получать слабогорючие (Г1)эпоксидные полимеррастворы с КИ = 30…33% и высокими прочностными показателями при содержании антипиренов8…10 мас.%.

Среди синтезированных бромхлорорганических антипиренов наибольшей термической стабильностью обладает Редант 1-2, а минимальной скоростью разложения– Редант 1. Причем ТГ-кривые разложения антипирена Редант 1 наиболее полно соответствуют характеру разложения эпоксидного полимера ЭД-20(рис.3,4). Этим и объясняется его более высокая эффективность пламягасящего действия по сравнению с другими бромсодержащими антипиренами. В тоже время полимеррастворы, модифицированные антипиреном Редант 1, имеют более высокую теплотворную способность (удельная теплота сгорания композиции, содержащей 8,6 мас. % Редант 1 равна 31570 кДж/кг) по сравнению с 29030 и 29900 кДж/кг для полимеррастворов, модифицированных Редант 2 и Редант 1-2 (табл.4). Массовая скорость выгорания полимеррастворов, модифицированных 8,6 мас.% Редант 1 и Редант 2-1, равна соответственно 32,17 и 30,59 г/(м2•с) при плотности теплового потока 10,58 кВт/м2. При этом концентрация хлора (19,9 – 29,8%) и брома (33,59 – 56,07%) в антипирене Редант 1 зависит от степени бромирования 1,1-дихлор-2,2-бис (4-хлорфенил) этилена. Оптимальной концентрацией синтезированных бромхлорсодержащих антипиренов для получения слабогорючих эпоксидных полимеррастворах, как и в случае с промышленными ароматическими бромсодержащими антипиренами, является 8-10 мас.%.

Рис.3 ТГ – кривые бромсодержащих антипи-ренов: I- РедантI­; 2- РедантI­-2; 3 – Редант 2-I; 4 – Редант 3; 5- Редант 2.

Рис.4 ДТГ – кривые бромсодержащих антипи-ренов: I- Редант 1; 2- Редант 1-2; 3 – Редант 2-1; 4 – Редант 3; 5- Редант 2.

Состав слабогорючих (Г1) эпоксидно-каучуковых композиций, содержащих Редант 1 в качестве антипирена, приведен ниже (мас.%):

эпоксидная диановая смола                                             - 26,9 – 33,7

аминный отвердитель                                                       - 2,5 – 3,9

смесь бутадиен-нитрильного каучука

и трихлордифенила в соотношении 1:1                          - 10,1 – 15,3

продукт бромирования

1,1-дихлор-2,2-ди (4-хлорфенил) этилена                      - 5,2 – 8,6

трехоксид сурьмы                                                            - 1,6 – 2,9       

минеральный наполнитель                                              - 39,9 – 46,7

Следует отметить, что Редант 1 обеспечивает получение эпоксидных полимеррастворов с более высокими физико-механическими свойствами (табл.4).

Горючесть полимеррастворов зависит от равномерного распределения антипирена в полимерной матрице. Учитывая, что все исследованные антипирены являются порошкообразными кристаллическими или аморфными веществами, представлялось целесообразным использовать их в виде раствора в N,N-диметил – 2,4,6-триброманилине, который хорошо совмещается с олигомером  ЭД-20 и повышает степень отверждения эпоксидного полимера. В результате проведенных исследований установлено, что с ростом концентрации Редант 1 в растворе N,N-диметил–2,4,6-триброманилина с 5 до 50% КИ возрастает с 25,8 до 30,1%, массовая скорость выгорания при плотности теплого потока 10,58 кВт/м2 уменьшается с 29,1 до 23,4 г/(м2•с.), а теплота сгорания линейно снижается с 34400 до 30150 кДж/кг(рис.5,6).

Рис.5 Зависимость горючести эпоксидныхкомпози-ций от концентрации Редант 1 в N,N – диметил - 2,4,6 – триброманилине:

1,2 – кислородный индекс;3 - теплота сгорания;4 – массовая скорость горения при плотности теплового потока 10,58 кВт/м2;1- содержание антипирена в композиции 8,6 масс. %; 2,3,4 – содержание антипирена в композиции составляет 4,5 масс. %

Рис.6 Зависимость дымообразующей способности эпоксидных полимер-растворов от концентрации Редант 1 в растворе NN – диметил – 2,4,6 – триброманилине: 1,2 – в режиме пиролиза ; 1', 2' – в режиме горения; 1, 1'- содержание антипирена – 4,1 масс.%; 2,2' – содержание антипирена – 7,9 масс. %

В то же время максимальные значения Dm полимеррастворов реализуются при 20-30%-ной концентрации Редант 1 в N,N-диметил-2,4,6-триброманилине. При этом с ростом содержания антипиренов серии Редант дымообразующая способность полимеррастворов в режиме пиролиза снижается, а в  режиме пламенного горения возрастает. Физико-механические свойства полимеррастворов, модифицированных раствором Редант 1 в N,N-диметил-2,4,6-триброманилине зависят от концентрации антипирена (табл.5), что обусловлено изменением  степени превращения олигомера ЭД-20(рис.7).

Таким образом, использование синтезированных галогенсодержащих антипиренов в растворе N,N-диметил-2,4,6-триброманилина позволяет получать слабогорючие (Г-1), не распространяющие пламя по поверхности строительных материалов (РП1) с умеренной дымообразующей способностью эпоксидные полимер-растворы, обладающие высокими физико-механическими свойствами.

Таблица 4

Физико-механические свойства, термостойкость и пожарная опасность эпоксидных полимеррастворов,  наполненных маршаллитом (47,2 мас.%)

Показатели

Марка антипирена

Редант 1-2

Редант 2-1

Редант 2

Редант 1

Концентрация галогена в антипирене, %

брома

хлора

 

66,0

15,5

 

44,0

26,5

 

63,0

19,0

 

45,5

22,5

Разрушающее напряжение при растяжении, МПа

13,2

23,9

27,7

29,45

Относительное удлинение при разрыве,%

1,0

1,58

1,23

1,95

Кислородный индекс, %

32,3

33,2

30,5

33,7

Температура, 0С

 

 

 

 

начала разложения

284

252

253

264

10%-ной потери массы

309

311

307

298

максимальной скорости разложения

317

322

322

333

Скорости разложения, %/ мин., на

 

 

 

 

1 стадии

6,71

6,53

6,16

8,15

2 стадии

7,23

7,55

7,52

7,19

Коксовый остаток  при 600 0С, %

43,3

46,7

42,6

41,3

Теплота сгорания, кДж/кг

29900

-

29030

31570

Дм ,м2/кг, в режиме:

пиролиза

горения

 

 

 

 

770

650

870

730

760

690

850

630

Примечание: содержание антипирена равно 8,6 мас.%.

Рис.7 Зависимость разрушающего напряжения при растяжении (1), относительного удлинения при разрыве (2) и модуля упругости при растяжении (3) эпоксидных композиций, содержащих в качестве антипирена 4,6 масс % раствора Редант 1 в NN – диметил – 2,4,6 – триброманилине.

 

Таблица 5

Физико-механические свойства эпоксидных полимеррастворов, содержащих   раствор Редант1 в N,N-диметил-2,4,6-триброманилине

Показатели

Концентрация антипирена в

N,N-диметил-2,4,6-триброманилине

10

20

30

40

50

Разрушающее напряжение при растяжении, МПа

25,1

27,3

21,6

38,0

23,7

21,5

28,0

25,5

29,1

-

Относительное удлинение при разрыве, %

1,58

1,81

1,54

1,40

1,46

1,41

1,95

1,65

1,8

-

Модуль упругости при растяжении, МПа

3350

3510

3676

3920

3084

3186

3371

3168

3543

-

Примечание: в числителе содержание антипирена 4,5 мас.%., в знаменателе – 8,6 мас.%.

При обработке минеральных наполнителей (маршаллит, диабаз, кварцевый песок) неравновесной низкотемпературной плазмой в плазмохимическом реакторе прочность эпоксидных полимеррастворов повышается на 20-25%:

- разрушающее напряжение, МПа, при

растяжении                                  -35,6 – 36,4;

изгибе                                          - 69,2 – 75,5;

сжатии                                         - 157,9 – 160,1;

- твердость по Бринеллю, МПа                 - 41,5 – 43,0;

- удельная ударная вязкость, кДж/м2        - 6,2 – 6,7;

- водопоглощение за 30 суток, %              - 0,07 – 0,09;

- адгезионная прочность, МПа, к

бетону марки 300                        - 3,0

металлу                                        - 6,5 – 6,8

Аналогичный результат получен и при использовании смешанного железооксидного пигмента, обработанного в плазмохимическом реакторе. По материалам проведенных исследований оформлены 2 заявки на потент.

Высокая прочность разработанных эпоксидных композиций с пониженной пожарной опасностью, наполненных диабазовой и кварцевой мукой, реализуется при содержании наполнителей 52 – 54 мас.%. Максимальная усадка полимеррастворов происходит в первые 24 часа отверждения связующего изавершается на 30 сутки. Причем объемная усадка эпоксидных композиций не превышает 0,4%. Повышение степени наполнения исследованных эпоксидных композиций кварцевой мукой до 58 мас.% уменьшает усадку до 0,24%. Эксплуатационное свойство разработанных эпоксидных покрытий приведены ниже:

адгезионная прочностьпри

отрыве, МПа, к

бетону М250                               - 2,4 – 2,5;

бетону М300                               - 2,9 – 3,0;

стали ст.3                                     - 6,9 – 7,1;

внутренние напряжения, МПа:

без эластичного подслоя            - 3,3 – 3,4;

с эластичным подслоем              - 2,3 – 2,4;

ударная стойкость, кДж/см2:

без эластичного подслоя            - 5,2 – 5,3

с эластичным подслоем              - 9,0 – 9,1

Интенсивное набухание исследованных полимеррастворов происходит в первые 3 месяца эксплуатации образцов и составляет 0,22…0,39 мас.% в зависимости от химической природы агрессивной среды. В дальнейшем изменение массы образцов практически не происходит и составляет 0,33…0,52%. Наибольшее увеличение массы образцов происходит в воде (0,69-0,7%), уксусной (0,5…0,51%) и азотной (0,42…0,45%) кислотах 10%-ой концентрации. Значительно меньше изменение массы наблюдается всерной (0,4…0,42%) и соляной (0,38%) кислотах. Для воды впервые 3…4 месяца наблюдается более медленное увеличение массы образцов: через 1 месяц – 0,08…0,09%, а через 3 месяца – 0,25…0,28%.

Изменение прочности эпоксидных полимеррастворов после их экспозиции в агрессивных средах показало, что в течении первых 6 месяцев наблюдается небольшое уменьшение Кст до 0,95…0,99 и в дальнейшем остается  практически постоянным. Более высокая химическая стойкость эпоксидных композиций, наполненных кварцевой мукой, обусловлено более высоким содержанием SiO2 в наполнителе. При исследовании диффузионной проницательности и химической стойкости эпоксидных композиций установлено, что снижение прочности при воздействии кислот становится ограниченным и затухающим во времени. Расчет показывает, что срок службы покрытия на основе разработанных эпоксидных композиций зависит от толщины покрытия, вида и концентрации агрессивной среды. Для покрытия толщиной 3 мм срок службы в условиях постоянного воздействия агрессивных сред составил: для 25% раствора серной кислоты, 50% раствора гидроксида натрия и 10% раствора хлорида натрия – более 20 лет;для 10% растворов азотной и уксусной кислот и 30% раствора хлорида натрия – 18 лет; для 30% раствора уксусной кислоты и 15% раствора азотной кислоты – 15 лет.

В диссертационной работе разработаны рекомендации по производству составов для ремонта строительных конструкций  и устройству химически стойких слабогорючих монолитных покрытий на основе высоконаполненных эпоксидных полимеррастворов, включающие в себя требования к исходным материалам, условия плазмохимической обработки наполнителей, оптимизацию составов полимеррастворов, технологию их изготовления и контроль качества монолитных покрытий.

Опытно-промышленная и промышленная апробация разработанных высоконаполненных эпоксидных полимеррастворов осуществлена на предприятии ООО «Пилот»: выполнена защита от коррозии бетонного основания производственно-торгового и складского комплекса, расположенного в Мытищинском районе, Московской области, монолитным эпоксидным покрытием с пониженной горючестью (Г1) на основе эпоксидных смол толщиной 3 мм, на площади 3840 м2. Опыт эксплуатации покрытий подтвердил их высокую эффективность. Экономический эффект от внедрения разработанных эпоксидных покрытий составил 224640 руб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

  1. Обоснована возможность снижения горючести и повышения эксплуатационных показателей слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов, используемых для ремонта и реконструкции строительных конструкций, за счет применения галогенсодержащих антипиренов и плазмохимической обработки тонкодисперсных минеральных наполнителей.
  2. Разработаны технологии приготовления и применения высоконаполненных эпоксидных полимеррастворов для ремонта и реконструкции строительных конструкций, выключающих эпоксидную диановую смолу, аминный отвердитель, смесью бутадиен-нитрильного каучука и трихлордифенила, продукты бромирования1,1-дихлор-2,2-ди (4-хлорфенил)этилена, трехоксид сурьмы и минеральные наполнители, обработанные неравновесной низкотемпературной плазмой.
  3. Разработаны составы слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов, используемых для ремонта строительных конструкций, с прочностью при растяжении, изгибе и сжатии более 35, 69 и 157 МПа соответственно.
  4. Установлены зависимости термических и прочностных показателей, горючести и дымообразующей способности эпоксидных полимеррастворов от содержания и химической природы промышленных и синтезированных галогенсодержащих антипиренов.
  5. Получены двухфакторные математические зависимости прочностных характеристик и показателей пожарной опасности эпоксидных полимеррастворов от содержания минеральных наполнителей и галогенсодержащих антипиренов.
  6. Методами ТГА, ДТА и ДСК установлено, что галогеносодержащие антипирены, которые наиболее полно соответствующие характеру разложения эпоксидного полимера ЭД-20 обладают более высокой эффективностью пламягасящего действия.
  7. Установлено, что оптимальным содержанием галогенсодержащих антипиренов различной химической природы при получения слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов, является 8-10 мас.%.
  8. Показана возможность получения слабогорючих (Г1) с умеренной дымообразующей способностью (Д2) и высокими физико-механическими свойствами эпоксидные полимеррастворы путем использования синтезированных галогенсодержащих антипиренов в 40-50%-ном растворе N,N – диметил – 2,4,6 – триброманилина;
  9. Установлено, что плазмохимическая обработка тонкодисперсных минеральных наполнителей и железооксидных пигментов повышает прочность слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов на 20-25%.
  10. Опытно-промышленная и промышленная апробация разработанных слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов осуществлена при защите бетонного основания производственно-торгового и складского комплекса в Московской обл. на площади 3840 м2.Экономический эффект от применения слабогорючих химически стойких эпоксидных полимеррастворов превысил 224 тыс. руб.

Основные результатыдиссертационной работы опубликованы в следующих работах:

    • Ушков В.А., Григорьева Л.С., Абрамов В.В. Горючесть эпоксидных полимеров.// Вестник МГСУ. 2011. - Т.2. - №1. - С. 352-356.
    • Ушков В.А., Абрамов В.В., Григорьева Л.С., Кирьянова Л.В. Термостойкость и пожарная опасность эпоксидных полимеррастворов.// Строительные материалы. 2011. - №12. - С. 68-71.
    • Ушков В.А., Абрамов В.В., Григорьева Л.С. Эксплуатационные свойства эпоксидных полимеррастворов.// Известия Юго-Западного госуниверситета. 2011. - №5-2. – С. 217-220.
    • Абрамов В.В. Прочность и химическая стойкость слабогорючих эпоксидных полимеррастворов.// Строительство-формирование среды жизнедеятельности: научные труды 15 Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов. – М.: МГСУ, Изд-во АСВ. 2012. - С. 382-385.
     
    Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.