Время работы:    ПН-ПТ 08:00 - 17:00;     Склад 9:00-18:00 (мск)

8 (800) 100-70-90 (бесплатно по РФ)

+7 (495) 661-01-39 (склад г. Москва)

+7 (812) 938-09-31 (г. Санкт-Петербург)

+7 (8452) 440 540 (производство г. Саратов)

Заказать звонок
Эксклюзивный дистрибьютор в РФ. Тел. 8 (800) 100-70-90 На складе в Москве всегда в наличии более 10 000 нагревателей.
Каталог товаров

Разработка составов, технологии и исследование свойств полимерных композиций для светопрозрачных пожаробезопасных строительных конструкций

Разработка составов, технологии и исследованиесвойств полимерных композиций для светопрозрачныхпожаробезопасных строительных конструкцийС момента создания наша компания активно сотрудничает с ВУЗами Саратовской области, ведущими обучение по техническим специальностям. Многие наши сотрудники - выпускники Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского, Саратовский государственный технический университета, Энгельсcкого технологического института СГТУ - получив дипломы, продолжают исследовательскую деятельность для получения научной степени. Работы наших коллег связаны не только с вопросами промышленных нагревательных элементов и переработки полимеров, часто в своих исследованиях они затрагивают и другие смежные направления. Предлагаем вашему вниманию автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук "Разработка составов, технологии и исследование свойств полимерных композиций для светопрозрачных пожаробезопасных строительных конструкций" Ю.В.Накоряковой.

РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ, ТЕХНОЛОГИИ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ СВЕТОПРОЗРАЧНЫХ ПОЖАРОБЕЗОПАСНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ. АВТОРЕФЕРАТ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Облик современного города сегодня – это стекло фасадов его зданий, окон, балконов, витрин магазинов и выставочных центров, остановок муниципального транспорта, рекламных стендов и павильонов. Однако стекло имеет высокую плотность, неустойчиво к удару и неспособно противостоять распространению пожара при локальном его возникновении.

За семь месяцев исследуемого периода года на территории РФ произошло 118919 пожаров, которые унесли жизни 8706 человек, в том числе 348 детей. Ежедневно происходил 561 пожар, в результате которых погибал 41 человек и 37 получали травмы. Огнем уничтожалось 162 строения. Ежедневный материальный ущерб составлял 21 млн. рублей. Лопнувшее во время пожара стекло мгновенно усиливает воздушную тягу, причем порой так, что всё выгорает раньше, чем успевают приехать пожарные машины.

Современные пожарные требования, предъявляемые к зданиям и сооружениям, накладывают серьезные ограничения при выборе материалов для изготовления перегородок, окон и дверей.

На российском рынке пожаростойких конструкций в большей степени известны конструкции, в которых используется дорогостоящее противопожарное стекло зарубежных компаний «GlasTroesch» (Швейцария), «Glaverbel» (Бельгия), «Saint Gobain» (Франция), «Рilkington» (Великобритания) и др. Это стекло с прослойками из минеральных гелей. Стоимость их, в зависимости от класса защиты, составляет от 6000 до 35000 руб/м2. Кроме того, они требуют защиты от УФ-излучения и их не всегда можно эксплуатировать в условиях российского климата в наружных конструкциях. В России, в данной области, объем исследований невелик.

В связи с этим, исследования, посвященные разработке полимер-ных составов и их технологии, обеспечивающих создание светопрозрачных травмо- и пожаробезопасных строительных конструкций, изучению их свойств, механизмов огнезащиты, являются актуальными.

Цель работы: разработка фотополимеризующихся составов гомогенной полимерной композиции пониженной горючести, технологии и конструкции многослойных пожаробезопасных светопрозрачных стёкол различного функционального назначения на их основе.

Задачи исследования:

  • Выбор компонентов композиции полимерных составов и их соотношения;
  • Исследование поведения компонентов в условиях высокотемпературного пиролиза и воздействия пламени;
  • Определение технологических параметров синтеза и механизмов со-полимеризации компонентов полимерного состава;
  • Исследование свойств многослойного стекла на основе полимерных составов и триплексов на их основе.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые:

  • Доказано, что при УФ-воздействии в присутствии фотоинициатора полимеризация глицидилметакрилата протекает по радикальному механизму, с раскрытием эпоксидного кольца, что обеспечивает формирование сшитых структур. Установлено, методом ИКС и исследованиями структуры и свойств сополимеров, наличие химического взаимодействия при со-полимеризации ГМА и ГМЭМ.
  • Определено влияние соотношения компонентов многокомпонентного и двухкомпонентного составов и условий сополимеризации на структурообразование, структуру и свойства сополимеров. При этом выбраны ра-циональные составы композиции (содержание фотоинициатора, катализа-тора), продолжительность УФ-воздействия, мощность потока, обеспечи-вающие формирование сополимеров с содержанием гель-фракции в полимеризате свыше 59%, не поддерживающих горение на воздухе, с кисло-родным индексом более 29% объем., обеспечивающих создание многослойных стёкол, относящихся к классу EI от 45 до 60.
  • Установлена возможность модификации двухкомпонентных составов с введением малых добавок (1% ГМЭМ или 0,025% MgO), обеспечивающих повышение эластических свойств составов, адгезии кокса, формирующегося при разложении полимерного слоя под воздействием огня, к силикатному стеклу.
  • Доказаны взаимосвязь конструкции стеклопакетов с показателями огнестойкости и возможность направленного регулирования показателей огнестойкости многослойных стёкол.

Практическая значимость работы.

Разработаны полимерные составы для многослойных стёкол, ко-торые могут использоваться для пожаробезопасного наружного остекления, а также в стеклоблоках при создании противопожарных перегородок и дверей. Установлены технологические параметры приготовления полимерных составов. Определен класс огнезащиты стеклоблоков, изготовленных с прослойками из разработанных полимерных составов. Проведены сертификационные испытания образцов с получением сертификатов. Предложена технологическая схема производства многослойного стекла с применением разработанных полимерных составов. Практические результаты работы внедряются в ОАО «Ламинированное стекло». Теоретические и экспериментальные результаты используются в учебном процессе подготовки специалистов по специальности 25.06.00 «Технология переработки пластмасс и эластомеров».

На защиту выносятся следующие основные положения:

  • результаты комплексных исследований по определению свойств ис-пользуемых компонентов, параметров синтеза сополимеров и механизмов их сополимеризации;
  • исследования по определению поведения разработанных составов при повышенных температурах и в условиях пожара;
  • разработка технологии многослойного стекла с полимерными про-слойками, обеспечивающими необходимый класс огнезащиты.

Достоверность и обоснованность результатов исследования подтверждаются комплексом независимых и взаимодополняющих методов исследования: термогравиметрического анализа (ТГА), инфракрасной спектроскопии (ИКС), стандартных методов испытаний технологических, теплофизических свойств материалов.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались и получили положительную оценку на Между-народном симпозиуме восточно-азиатских стран по полимерным композиционным материалам и передовым технологиям «Композиты XXI века»; 3-й Международной конференции «Стеклопрогресс-ХХI», Всероссийской конференции с международным Интернет-участием «От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий к наноиндустрии».

Публикации. Материалы, изложенные в диссертации, нашли свое отражение в 7 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литера-туры, приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы.

Литературный обзор посвящен анализу состояния проблемы горючести материалов, используемых для строительной индустрии в качестве полимерной прослойки при создании пожаробезопасного остекления. Дан анализ современных тенденций в создании пожаробезопасных многослойных стекол, из которого следует, что число эффективных разработок мало. Это объясняется целым комплексом требований, предъявляемых к таким изделиям (светопрозрачности, водо- термостойкости, устойчивости к УФ-воздействию, хорошей адгезии к стеклу, пожаробезопасности). В связи с этим перспективными являются исследования по разработке полимерных составов, обеспечивающих огнезащиту светопрозрачных строительных конструкций.

В главе 2 обоснован выбор объектов исследования, ме-тодов и методик эксперимента. В качестве объектов исследования ис-пользовались: ГМА – глицидилметакрилат (2,3 – эпоксираниловый эфир метакрилата) (ТУ-2435331-05842324); ХСС – фосфорхлорсодержащее соединение; DMPP – диэтиловый эфир метилфосфоновой кислоты; ФОМ–II (ТУ-6-02-3-388-88) – фосфорсодержащий диметакрилат; ГМЭМ (ТУ-6-14-700-12) – гексаметиловый эфир гексаметилолмеламина; фосфорная кислота – ФК (ГОСТ 10678-76); магния оксид (ГОСТ 4526-75); фотоинициатор – 2,2-диметилокси-2-фенилацетофенон.

В главе 3 представлены экспериментальные результаты создания полимерных составов для светопрозрачных пожаробезопасных многослойных конструкций и исследование их свойств.

3.1.Модификация полимерных составов для пожаробезопасных стёкол

В качестве основной составляющей ранее разработанных клеевых полимерных составов для стеклоблоков пониженной горючести использовалась многокомпонентная заливочная композиция (ЗК). Однако составы на её основе имеют низкое (до 32%) содержание гель-фракции в полимеризате (ГФ); обладают склонностью к дополимеризации, вызывающей дополнительную усадку, являющуюся одной из причин потери монолитности триплекса (растриплексации). В связи с этим, в данной работе проводилась модификация разработанных заливочных составов.

Проводилась замена многокомпонентной ЗК (7 компонентов) на глицидилметакрилат (ГМА). Основным недостатком ГМА, как и ЗК, является высокая горючесть. В связи с чем, в составе сохранены соединения, обеспечивающие снижение горючести: фосфорхлосодержащее соединение (ХСС), диметиловый эфир метилфосфоновой кислоты (DMPP), фосфорсодержащий диметилакрилат (ФОМ), а также гексаметиловый эфир гексаметилолмеламина (ГМЭМ).

Исследована полимеризация ГМА в массе в присутствии радикального инициатора под воздействием УФ-излучения методом ИКС.

Полимеризация ГМА осуществляется по радикальному механизму за счет раскрытия двойных связей, что подтверждается уменьшением интенсивности полосы валентных колебаний двойной связи >C=C< (1637 см-1). Разрыв >С=С< связи обеспечивает участие атома С в меж-молекулярной сшивке с образованием трехмерной структуры.

В заполимеризованном ГМА отмечено наличие валентных коле-баний связи гидроксильных групп (3424 см-1), отсутствующих у незаполимеризованного ГМА, связанных с раскрытием эпоксидного коль-ца и миграцией атома водорода от гидроксила воды, содержащейся в ГМА в количестве 0,5%, к кислороду. Это подтверждается также наличием в спектрограмме полимеризата пика колебаний СО связи (1149,3 см-1), принадлежащей ≥С-ОН группе, отсутствующей в незаполимеризованном ГМА. Раскрытие эпоксидного кольца также обеспечивает возможность формирования сшитых структур. Содержание нерастворимой ГФ – 90%.

Повышенное внимание содержанию сшитых (гель) структур объясняется тем, что именно они при горении формируют карбонизованный слой, препятствующий распространению теплового потока и взаимодиффузии продуктов пиролиза и окислителя, а также позволяют судить о величине остаточной ненасыщенности заполимеризованной системы.

Используемые в составе композиции компоненты, за исключением ФОМ, не способны к полимеризации под УФ-воздействием. Полимеризация ФОМ, исходя из данных ИКС, осуществляется за счет раскрытия двойных связей, о чем свидетельствует значительное уменьшение глубины пика (1636 см-1) валентных колебаний >С=С< связи в ФОМ.

Полимеризация сопровождается формированием трёхмерной структуры, что подтверждается содержанием в полимеризате ФОМ гель-фракции в количестве 96%, а также уменьшением пиков, соответствующих деформационным колебаниям ≡Р=О, >C=C<, –СН3 и =СН2.

В связи с тем, что процессам горения предшествуют процессы термоокислительной деструкции, проведен сравнительный анализ исследуемых компонентов методом термогравиметрического анализа (ТГА). Из данных термогравиметрии (табл.1) следует, что ЗК и ГМА разлагаются приблизительно в одинаковом интервале температур и имеют близкие значения кажущейся энергии активации процесса деструкции (Еа). Вместе с тем, ГМА характеризуется более узким температурным интервалом разложения и более высоким выходом коксового остатка (КО). Замедлители горения, используемые в составе, разлагаются в температурном интервале основных потерь массы ГМА, что предопределяет возможность снижения его горючести (табл.1).

Таблица 1. Параметры процесса пиролиза компонентов.

Таблица 1. Параметры процесса пиролиза компонентов


Примечание: Тн, Тк, Тmax– температуры начала (Тн), завершения (Тк) и максимальной скорости потери массы (Тmax).

В составе композиций содержание соединений, снижающих горючесть, фиксировалось постоянным и определялось исходя из содержания в композиции элементов – фосфора и хлора, обеспечивающих снижение горючести состава. Варьировалось только соотношение ГМА и ГМЭМ (табл.2). Образцы получали методом УФ-полимеризации (время воздействия УФ-излучения – 60 мин, мощность потока – 500 мВ/м2).

Оценивались основные показатели: содержание гель-фракции в полимеризате и поведение композиции при воздействии температур, соответствующих реальным температурам пламени при горении различных видов «топлив» и температурам огневых испытаний в соответствии с ГОСТ, табл.2.

Для дальнейших исследований выбраны два состава под условными обозначениями I и II, табл.2.

Таблица 2. Зависимость содержания гель-фракции в полимеризате и показателей горючести от соотношения ГМА:ГМЭМ для составов ГМА+ГМЭМ+20 ФОМ+10 ХСС+40 DMPP +0,4 ФИ

Таблица 2. Зависимость содержания гель-фракции в полимеризате и показателейгорючести от соотношения ГМА:ГМЭМдля составов ГМА+ГМЭМ+20 ФОМ+10 ХСС+40 DMPP +0,4 ФИ

Показано возрастание количества ГФ с увеличением содержания ГМА и по истечении 30 суток после полимеризации, а для некоторых составов степень превращения продолжает увеличиваться и при дальнейшем хранении образцов до 75 суток (табл.2). Это связано со способностью не-которых компонентов состава к формированию трёхмерной сетчатой структуры, которая в условиях УФ-воздействия в присутствии ФИ не успевает реализоваться. К таким компонентам может быть отнесён ГМЭМ, способный к формированию сетчатой структуры.

В связи с этим, для повышения скорости реакции сополимеризации, в композиции составов I и II вводили катализатор (ФК) (в количестве – 0,6 (Iа, IIа); 2(Iб), 4 масс.ч (Iв). Были получены прозрачные эластичные образцы. Однако на поверхности образцов, содержащих 2 и 4% ФК, отмечено выделение жидкости, что свидетельствует об избытке ФК в составе композиции. Содержание гель-фракции в полимеризате при введении катализатора увеличилось с 42 до 53-54% масс. (табл.3). Следовательно, предложенный катализатор эффективен для разработанного состава.

Влияние ФК проявляется в процессе горения. Отмечено снижение потерь массы для составов Iа и IIа. С увеличением количества ФК воз-растает время поджигания, но начинают загораться выделяющиеся в результате разложения избытка катализатора газы, что приводит к увеличению потерь массы (табл. 3).

Таблица 3.Влияние катализатора на свойства образцов.

Таблица 3.Влияние катализатора на свойства образцов

При выборе параметров синтеза определено влияние времени воздействия УФ-облучения на содержание ГФ в полимеризате составов II и IIа (табл. 4).

Таблица 4. Влияние времени полимеризации на содержание гель-фракции в полимеризате

Таблица 4. Влияние времени полимеризации на содержание гель-фракции в полимери-зате

Отмечено возрастание содержания ГФ с увеличением времени инициирования до 40 минут. Дальнейшее увеличение времени полимеризации не только не эффективно, но и может снижать содержание сшитых структур в полимеризате. Следовательно, целесообразнее осуществлять процесс сополимеризации за 40 минут (табл. 4).

Установлено, что составы II и IIа имеют практически одинаковые температурные интервалы деструкции и потери массы, табл.5.

Таблица 5. Параметры процесса термоокислительного пиролиза полимерных составов

Таблица 5. Параметры процесса термоокислительного пиролиза полимерных составов

Примечание: Тн, Тк, Тмах– температуры начала (Тн), завершения (Тк) и максимальной скорости потерь массы (Тмах), mн, mк и mмах – потери массы при Тн, Тк, Тмах.

Однако при пиролизе составов с ФК отмечены возрастание энер-гии активации процесса деструкции (табл.5) и образование более объёмно-го кокса, что свидетельствует о формировании более сшитой структуры.

Разработанные многокомпонентные составы относятся к классу трудносгораемых материалов и могут быть использованы в качестве полимерных прослоек при создании многослойных стёкол.

3.2. Разработка малокомпонентных составов для пожаробезопасных стёкол

Управлять процессом синтеза многокомпонентной композиции сложно и поэтому в дальнейших исследованиях определялась возможность создания составов с минимальным содержанием компонентов при сохранении всех свойств композиции: способности формировать трёхмерную структуру, прозрачности, хорошей адгезии к стеклу.

Проведенный сравнительный анализ исследуемых компонентов показал, что в качестве замедлителя горения для структурообразующего компонента (ГМА) наиболее целесообразно использовать ХСС, разлагающегося в температурном интервале деструкции ГМА. В связи с этим, разрабатывались составы на основе ГМА и ХСС. По показателям горючести состава и стабильному содержанию в них гель-фракции во времени было выбрано наиболее рациональное соотношение компонентов 50 ГМА:50 ХСС (табл.6).

Таблица 6. Выбор соотношения компонентов в составе композици

Таблица 6. Выбор соотношения компонентов в составе композиции

Исследованием влияния количества ФИ на содержание ГФ показано, что с увеличением содержания ФИ в системе полимеризация происходит за меньшее время и количество ГФ увеличивается. Однако с увеличением количества ФИ скорость сополимеризации компонентов смеси воз-растает, что сопровождается возникновением высоких напряжений при полимеризации, появлением на поверхности образцов дефектов и образованием пор. В результате релаксации напряжений наблюдается усадка, приводящая к нарушению сплошности образцов. Также нецелесообразно использование ФИ в больших количествах в связи с его высокой стоимостью.

Со временем содержание сшитых структур в полимеризате изменяется незначительно (табл.7), но такого их количества недостаточно для решения основной задачи – обеспечения высокого выхода карбонизованных структур, противостоящих разрушению стеклопакетов при пиролизе и горении.

Таблица 7. Влияние фотоинициатора на содержание гель-фракции в полимеризате

Таблица 7. Влияние фотоинициатора на содержание гель-фракции в полимеризате

Для повышения содержания ГФ в композицию вводился катали-затор процесса сополимеризации – фосфорная кислота (ФК).

При выборе количества ФК учитывались его влияние на содержание ГФ (табл.8), процесс пиролиза (табл.9) и горючесть состава (табл.10).

Таблица 8. Свойства образцов состава 50 ГМА+50 ХСС+0,4 ФИ с различным содержанием катализатора (время воздействия УФ-света – 60 мин)

Таблица 8. Свойства образцов состава 50 ГМА+50 ХСС+0,4 ФИс различным содержанием катализатора (время воздействия УФ-света – 60 мин)

Таблица 9. Параметры процесса термоокислительного пиролиза полимерных составов

Таблица 9. Параметры процесса термоокислительного пиролиза полимерных составов

Данные составы относятся к группе трудногорючих полимерных материалов, поскольку величины потерь массы составляют менее 20%, а значение КИ превышает 27% объем.

Образцы, содержащие 1 и 6% ФК, имеют близкие начальные температуры деструкции и аналогичный выход КО в исследуемом интервале температур (табл.9).

Таблица 10. Показатели горючести состава 50 ГМА+50 ХСС+0,4 ФК

Таблица 10. Показатели горючести состава 50 ГМА+50 ХСС+0,4 ФК

Более сшитая структура формируется при 2%-м содержании ФК (табл.8). Однако в этом случае отмечена некоторая диффузия избытка катализатора к поверхности образца, что может вызвать растриплексацию полимерного слоя с силикатным стеклом. Поэтому рациональным является содержание ФК в количестве 1% масс.

Способность составов сохранять свойства в условиях хранения до переработки (жизнеспособность) оценивалась по изменению реологиче-ских свойств (рис.1). При этом вязкость составов не должна превышать значения 2•105– 2,05•105 Па•с при температуре 25оС, что обеспечивает возможность заполнения ими пространства между стёклами шириной 1-2 мм.

Рисунок 1. Изменение вязкости состава в условиях эксперимента

Отмечена зависимость вязкости от условий эксперимента. В отсутствии света вязкость составов незначительно увеличивалась лишь через 14 суток, а сохранение жизнеспособности состава наблюдалось в течение 49 суток (рис.1, кр.4). При воздействии на образцы дневного света вязкость возрастает значительно быстрее и по истечении 27 суток состав заполимеризовался (рис.1, кр.3). Дополнительное введение в состав ФК ускоряет процессы взаимодействия, скорости реакции возрастают, и вязкость незначительно зависит от условий испытания (рис.1, кр.1 и 2). Перерабатывать приготовленные составы и в темноте и на свету можно в течение 10-13 су-ток.

При выборе параметров исследованы также зависимость содержания ГФ от времени УФ-воздействия и его изменение в процессе хранения. Отмечено, что содержание ГФ образцов состава 50 ГМА+50 ХСС+0,4 ФИ+1 ФК через 6 недель достигает одного и того же значения (≈66,5%). Это подтверждает, что и без воздействия УФ-излучения в исследуемом со-ставе проходят процессы структурообразования, протекающие под влиянием дневного освещения.

В отсутствии ФИ, независимо от содержания ФК (1-10 масс.ч), составы, после УФ-инициирования, оставались в первоначальном жидком состоянии. Добавление ФИ привело к образованию трёхмерной структуры после полимеризации. Таким образом, каталитическое действие ФК и инициирующее ФИ проявляются при синтезе лишь при совместном их присутствии в композиции.

Взаимодействие компонентов ГМА и ХСС оценивалось методом ИК-спектроскопии. Были исследованы как незаполимеризованный, так и подвергнутый УФ-воздействию составы (рис.2). В спектрограмме полимеризата данного состава существенно увеличился пик валентных колебаний связи ОН-группы (3414 см-1) и уменьшился пик валентных колебаний связи >С=С<. Появление в спектре заполимеризованного состава колебаний чётких последовательностей (СН2)n (748 см-1), отсутствующих в незаполимеризованном образце, может свидетельствовать о присоединении молекулы ХСС к ГМА по типу «голова к голове».

Рисунок 2. ИК-спектры составов, содержащих ГМА, ХСС, ФК, ФИ:1–незаполимеризованный образец; 2–заполимеризованный образец; 3–кокс

Анализ спектрограмм позволил предположить, что взаимодействие ГМА с ХСС, в присутствии ФИ и ФК, осуществляется в процессе УФ-инициируемой полимеризации по следующей схеме:

взаимодействие ГМА с ХСС, в присутствии ФИ и ФК, осуществляется в процессе УФ-инициируемой полимеризации по следующей схеме

Оценку сформировавшейся структуры проводили при испытаниях образцов на термо-, водостойкость при кипячении в воде в течение 120 минут и при выдержке образцов в воде без кипячения (табл.11). Данные испытаний свидетельствуют о наличии в полимеризате структур, сшитых различными по энергии связями. Более существенны потери массы при испытаниях с нагревом. На формирование структуры оказывает влияние и количество катализатора.

Таблица 11. Определение термоводостойкости и водостойкости образцов

Таблица 11. Определение термоводостойкости и водостойкости образцов

На основе состава 50 ГМА+50 ХСС+0,4 ФИ+1 ФК (масс.ч.) разработаны различные конструкции стеклоблока и проведены промышленные испытания согласно ГОСТ 30247.1-94 «Временная методика испытаний на огнестойкость светопрозрачных строительных конструкций». Отличиями конструкции были: количество полимерных слоев, воздушных прослоек и их толщины.

В зависимости от требований стандартов можно создавать стек-лоблоки с классом огнестойкости от EI-15 (триплекс с одним полимерным слоем) до EI-60, конструкция которого приведена на рис.3. Стеклоблок состоит из пяти последовательно соединённых силикатных стёкол 1 и 2 толщиной 4 мм и размещённых на расстоянии друг от друга не менее 1 мм и не более 2 мм при помощи распорных рамок 3 из двухсторонней клеящей ленты на вспененной основе. Стёкло 2 – силикатное закаленное. Пространство с обеих сторон стеклопакета между стеклами заполнено полимерным составом 4 (рис.3).

Рисунок 3. Конструкция стеклопакета

При испытаниях измеряли температуру внутри печи и на поверхности стеклопакета. Огнестойкость оценивали по потере целостности конструкции (E) и теплоизолирующей способности (I).

В течение испытаний происходит расплавление и опадание трех стекол со стороны воздействия огня, четвертое стекло – имеет только на-рушение целостности, пятое – сохраняется в течение всего времени испытаний – 61мин. Температура наружного стекла меньше 240оС (3,5кВт/м2), это позволяет в соответствии с ГОСТом отнести стеклоблок к классу ЕI-60 (рис.4).

Рисунок 4. Изменение температуры в огневой камере печи при испытании строительного стеклоблока с композицией состава , масс. ч

Из исследований поведения при испытаниях конструкции с размещенными в полимерных слоях (4 слоя) термопарами установлено, что полимерные слои при температуре 100-150oС начинают вспениваться, увеличиваются в объеме. Образовавшийся карбонизованный слой ограничивает тепловое воздействие на последующие стекла, отсекая тепловой поток.

При температуре в печи 700oС температура по слоям составляет (I – 427°С, II – 193°С, III– 124°С, IV– 91°С). Температуру в 7500С термопары фиксируют за разное время испытаний (I – 17, II – 20, III– 30, IV– 40 мин испытаний).

При исследовании элементного состава кокса, полученного в результате промышленных испытаний, установлено наличие фосфора, что свидетельствует о влиянии ЗГ в конденсированной фазе полимера.

3.3. Модификация малокомпонентных составов

Исследовались возможности повышения адгезии кокса к силикатному стеклу и подавления дымовыделения введением неорганических микро- (MgO, Al (OH) 3) и наночастиц (Al2O3, Si, SiC). Однако все исследуемые соединения, кроме MgO, не растворились ни в компонентах состава, ни в смеси этих компонентов. Оксид магния растворим в ФК, и максимальная его концентрация, образующая гомогенные прозрачные растворы, составляет 0,04 г/мл.

Поджигание образцов на воздухе показало, что образцы не загораются в течение 120 с, потери массы составляют 7,4%, КИ – 30% объем.

Исследованиями реологических свойств составов и процессов структурообразования определено, что более целесообразно подвергать состав УФ-облучению спустя 12 часов с момента совмещения компонен-тов после 2-часового интенсивного перемешивания в течение 60 минут.

Анализ поведения образцов с оксидом магния при испытаниях в муфельной печи показал, что образец загорался при 850oС, по-сле возгорания образовавшийся кокс объемный, нехрупкий и характеризу-ется высокой адгезией к стеклу, о чем свидетельствует невозможность от-деления кокса от стекла без разрушения кокса. Проведены промышленные испытания светопрозрачной конструк-ции на основе разработанного полимерного состава с MgO. Cтеклопакет, состоящий из четырех силикатных стекол, пространство между которыми заполнено полимерным материалом, содержащим MgO, относится к классу EI-60. Аналогичная конструкция с полимерным заполнением без оксида магния, имеет класс E-60 I-30.

Известно влияние малых добавок на структурообразование и структуру полимеров. В связи с этим изучалась возможность улучшения эластичных свойств разработанного полимерного слоя, содержащего ГМА и ХСС, и дополнительным введением ГМЭМ – азотсодержащего сложного эфира в количестве 1 масс.ч.

Сравнением ИК-спектров (рис.5) показано небольшое увеличение пика валентных колебаний, связанных ОН-групп (3443 и 3414 см–1), пика, соответствущего колебаниям простой эфирной связи (1159 см–1) и пика 850 см–1 деформационных колебаний (СН2)n в полимеризате ГМЭМ.

Из данных спектрального анализа следует, что ГМЭМ, взаимодействуя с ГМА, встраивается в молекулярную цепь и снижает её жёсткость:

Из данных спектрального анализа следует, что ГМЭМ, взаимодействуя с ГМА, встраивается в молекулярную цепь и снижает её жёсткость

Рисунок 5. ИК-спектрыполимеризата:1 – состав без ГМЭМ;2 – состав с ГМЭМ

После совмещения компонентов исследовано влияние продолжи-тельности воздействия УФ-света на процессы структурообразования (табл.12) и исследована зависимость содержания ГФ от времени полимеризации (табл.13).

Таблица 12. Зависимость количества ГФ от времени полимеризации в образцах с ГМЭМ

Таблица 12. Зависимость количества ГФ от времени полимеризации в образцах с ГМЭМ

Рациональное время УФ-инициирования должно составлять 60 мин, в этом случае обеспечивается больший выход карбонизованного остатка.

Увеличение мощности потока УФ-излучения не ускорило процесс структурирования, лишь незначительно увеличило содержание ГФ (табл.13).

Таблица 13. Влияние мощности излучения на завершенность процесса структурообразования

Таблица 13. Влияние мощности излучения на завершенность процесса структурообразования

Отмечено, что введение ГМЭМ стабилизировало систему: структурные изменения в полимере прекратились спустя сутки с момента изготовления, что позволит исключить процесс усадки и отслоения полимерного слоя от поверхности стекла.

О повышении эластичности свидетельствует увеличение относи-тельного удлинения образцов с 4 до 29% и способности составов сопротивляться внедрению индентора. Образцы без ГМЭМ раскалывались после приложения к ним нагрузки 1835 Н. В образцах с введенным ГМЭМ, индентор внедряется в образец, причем область продавливания локализована и соответствует диаметру шарика.

Поведение композиции при воздействии повышенных темпера-тур исследовано методами ТГА, кислородного индекса и оценено поведение образцов при поджигании на воздухе. Из данных ТГА следует, что значительного выделения летучих продуктов при анализе образцов не про-исходит вплоть до 285°С. Следует отметить некоторое возрастание энергии активации процесса деструкции образцов, с увеличением времени УФ-полимеризации от 20 до 60 мин (табл.14), что связано с боль-шей завершенностью процессов структурообразования.

Данные ТГА (табл.14) и содержание ГФ в образцах (табл. 13) свидетельствуют о возможности деструкции образцов под воздействием УФ-излучения в течение 80 минут. Этот факт доказывается снижением начальной температуры деструкции с 200°С (60 мин УФ воздействия) до 160°С, уменьшением содержания ГФ с 62,5 до 58%, плотности с 1321 до 1294 кг/м3 и кажущейся энергии активации со 197,0 до 179,5 кДж/моль.

Таблица 14. Изменение параметров процесса деструкции от времени полимеризации состава

Таблица 14. Изменение параметров процесса деструкцииот времени полимеризации состава

Скорости потери массы для всех составов приблизительно одинаковы. Исследуемый состав не поддерживает горение на воздухе, имеет потери массы в результате деструкции 6,2%, кислородный индекс 32 % объем, что позволяет отнести его к классу трудногорючих материалов.

Образцы, выдержанные в воде в течение суток, сохраняют оптическую прозрачность и гладкую блестящую поверхность.

В главе 4 предложена технологическая схема производства многослойного стекла на основе разработанного полимерного состава.

Выводы по работе

1. Разработаны многокомпонентные составы на основе глицидилметакрилата, фосфорхлорсодержащего соединения, фосфорсодержащего метилакрилата, диметилметилфосфоната, гексаметилового эфира гексаметилолмеламина и бикомпонентные составы с использованием глицидилметакрилата и фосфорхлорсодержащего соединения, а также модифицированные бикомпонентные составы; выбрано рациональное соотношение компонентов светопрозрачных строительных конструкций, используемых в качестве противопожарных дверей, окон, перегородок.

2. Проведены комплексные исследования свойств исходных компонентов, позволяющие установить их взаимодействие в процессе сополимеризации и склонность к формированию трехмерных сшитых структур, образующих в процессах пиролиза и горения карбонизованный остаток.

3. Установлена взаимосвязь параметров синтеза: продолжительности сополимеризации, мощности потока ультрафиолетового излучения, а также содержания катализатора и инициатора со структурой и свойствами полимеризации (содержание гель-фракции, способность к карбонизации, поведение в процессах пиролиза и горения).

4. Исследованием реологических свойств составов определено влияние условий подготовки композиции и хранения состава на жизнеспособность составов, обеспечивающую возможность их переработки в течение 10-13 дней.

5. Исследованы процессы, происходящие в стеклопакете при воздействии на него огня при промышленных испытаниях и влияния на эти процессы полимерного слоя.

6. Проведены сертификационные испытания в Сертификационном центре ООО «Стеклосертификат», доказавшие соответствие разработанных многослойных стекол по показателям тепловлагостойкости, морозостойкости, светостойкости под действием УФ-излучения ТУ 5924-007-34202034-03 и сертификационные испытания в испытательном центре ИЦ ФГУ ВНИИПО в соответствии с ГОСТ 30247.0-94 и ГОСТ 30427.1-94, установившие класс огнестойкости ЕI-60. В соответствии с нормативной документацией такие окна можно использовать для остекления высотных домов без ограничения этажности зданий.

7. Разработана технологическая схема получения полимерных составов и многослойных стёкол на их основе.

Все обзоры и советы
Звоните +7 (8452) 440-540