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

аа 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 ВПОМосковский 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 л15 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 л__ апреля 2012г.

Ученый секретарь

диссертационного совет 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 Цулучшением 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-промышленногоа 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 40Е50% 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 2Е5 раз повысить производительность труда при одновременном снижении в 1,5Е2 раза стоимости покрытия. Вместе с тем эпоксидныеа 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.а 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 неравновеснойа 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 ка 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 иа различной концентрацией гидроксильных групп на их поверхности.

Таблица 1

Термостойкость эпоксидных полимеррастворов

Показатели	Минеральные наполнители
	-	Гетит	Маршаллит	Al(OH)3	имонит
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 наполнителейа 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 490Е5300С, а gкр. линейно повышается с 10,3 до 12,2Е18,5 кВт/м2(рис.2). Dm в режиме пиролиза и пламенного горенияа 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;а 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 9,4Е10,8 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 27,2Е28,9 и 36,1Е39,6% соответственно, Тв уменьшается с 290-300 до 270Е280оС, а Тсв практически не зависит от химического строения антипирена и составляет 460Е480оС. Dm эпоксидных полимеррастворов в режиме пиролиза возрастает с 410 до 440Е490 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
	Ц	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., акВт/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 460Е470 до 480Е490оС, а КИ увеличивается с 21,6 до 29,2%. Dmв режиме пиролиза практически не зависита от содержания антипиренов и составляет 420Е440 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 абромсодержащих антипиренов наблюдается линейная зависимость КИ полимеррастворов от концентрации брома в композиции. Применение промышленных марок броморганических антипиренов позволяет получать слабогорючие (Г1)эпоксидные полимеррастворы с КИ = 30Е33% и высокими прочностными показателями при содержании антипиренов8Е10 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/(м2Хс) 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- РедантIн; 2- РедантIн-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 смол - 26,9 - 33,7

аминный отвердитель - 2,5 - 3,9

смесь бутадиен-нитрильного каучука

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

продукт бромирования

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

трехоксид сурьмыаа - 1,6 - 2,9а

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 олигомерома ЭД-20 и повышает степень отверждения эпоксидного полимера. В результате проведенных исследований установлено, что с ростом концентрации Редант 1 в растворе N,N-диметиЦ2,4,6-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/(м2Хс.), 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 ва 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 изменениема 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,а 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 остатока 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, содержащихаа 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;

изгибеаа аа - 69,2 - 75,5;

сжатииа - 157,9 - 160,1;

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

- удельная ударная вязкость, кДж/м2а - 6,2 - 6,7;

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

- адгезионная прочность, МПа, к

бетону марки 300 а - 3,0

металлу аа - 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 подслояаа - 3,3 - 3,4;

с эластичным подслоема - 2,3 - 2,4;

ударная стойкость, кДж/см2:

без эластичного подслояаа - 5,2 - 5,3

с эластичным подслоема - 9,0 - 9,1

Интенсивное набухание исследованных полимеррастворов происходит в первые 3 месяца эксплуатации образцов и составляет 0,22Е0,39 мас.% в зависимости от химической природы агрессивной среды. В дальнейшем изменение массы образцов практически не происходит и составляет 0,33Е0,52%. Наибольшее увеличение массы образцов происходит в воде (0,69-0,7%), уксусной (0,5Е0,51%) и азотной (0,42Е0,45%) кислотах 10%-ой концентрации. Значительно меньше изменение массы наблюдается всерной (0,4Е0,42%) и соляной (0,38%) кислотах. Для воды впервые 3Е4 месяца наблюдается более медленное увеличение массы образцов: через 1 месяц - 0,08Е0,09%, а через 3 месяца - 0,25Е0,28%.

Изменение прочности эпоксидных полимеррастворов после их экспозиции в агрессивных средах показало, что в течении первых 6 месяцев наблюдается небольшое уменьшение Кст до 0,95Е0,99 и в дальнейшем остаетсяа 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 конструкцийа 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]