CC BY
45
Указанные системы и соотношения компонентов позволяют получать опытные образцы, отличающиеся меньшим дымовыделением, большей устойчивостью к самовоспламенению, отсутствием токсичных целевых добавок и соответственно характеризующиеся пониженной пожароопасностью.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ненахов С.А., Пименова В.П. Физико-химия вспенивающихся огнезащитных покрытий на основе полифосфата аммония (обзор литературы) // Пожаровзрывобезопасность.
- 2010. - Т. 19, № 38. - С. 12-60.
Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н., профессор Л.П. Милешко.
Черноусова Наталья Владимировна - Московский государственный университет дизайна и технологий; e-mail: chersov@gmail.com; 117997, Москва, ул. Садовническая, 33, стр. 1; тел.: 89163151898; кафедра технологии полимерных плёночных материалов и искусственной кожи; к.т.н.; доцент.
Матюшина Валерия Валентиновна - e-mail: valeriyamatyushina@rambler.ru; тел.: 89031645821; студентка.
Андрианова Гелина Павловна - e-mail: gp_andrianova@mail.ru; тел.: 84959513826; кафедра технологии полимерных плёночных материалов и искусственной кожи; д.х.н.; профессор.
Chernousova Natalia Vladimirovna - Moscow State University of Design and Technology; e-mail: chersov@gmail.com; 33, Sadovnicheskaya street, p. 1, Moscow, 117997, Russia; phone: +79163151898; the department of polymer film materials technology and artificial leather; cand. of eng. sc.; associate professor.
Matyushina Valery Valentinovna - e-mail: valeriyamatyushina@rambler.ru; phone: +79031645821; student.
Andrianovа GeleeM Pavlovna - e-mail: gp_andrianova@mail.ru; phone: +74959513826; the department of polymer film materials technology and artificial leather; dr. of chem. sc.; professor.
УДК 678.5
А.В. Никифоров, Е.С. Свешникова, Л.Г. Панова
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МОДИФИЦИРОВАНИЯ НА СВОЙСТВА ОТХОДОВ ОБМОЛОТА ПРОСА И ЭПОКСИДНЫХ КОМПОЗИТОВ
Целью работы является разработка составов пожаробезопасных эпоксидных компаундов на основе модифицированных отходов обмолота проса.
В работе использовались следующие методы исследования: термогравиметрический анализ, инфракрасная спектроскопия, оптическая микроскопия, газовая хроматография, метод низкотемпературной сорбции азота, а также стандартные методы определения свойств материала. В данной работе проведены исследования по направленному изменению структуры и свойств отходов обмолота проса с целью создания наполнителей, обеспечивающих получение пожаробезопасных эпоксидных компаундов.
Определено влияние отходов обмолота проса на физико-химические свойства эпоксидного олигомера. Доказано, что при наполнении эпоксидной смолы, отходами обмолота проса можно направленно регулировать физико-механические свойства эпоксидных составов. Исследован химический состав отходов обмолота проса и доказана его идентичность целлюлозе. На основании комплексного анализа морфологии поверхности отходов обмолота проса, их гранулометрического состава и спектров ИКС установлена зависимость изменения структуры отходов обмолота проса от параметров термообработки. Исследован химический состав газов пиролиза ООП. Определено изменение структуры и свойств
ООП при воздействии повышенных температур. Показана возможность повышения выхода карбонизованных структур при модификации отходов обмолота проса тетрафторбо-ратом аммония и термообработке.
Отходы обмолота проса; эпоксидный компаунд; пониженная горючесть; инфракрасная спектроскопия; термогравиметрический анализ; карбонизованные структуры.
A.V. Nikiforov, E.S. Sveshnikova, L.G. Panova
THE PURPOSE OF MY WORK IS DEVELOPMENT OF COMPOSITIONS
FIREPROOF EPOXY COMPOUNDS BASED ON MODIFIED WASTE THRESHING MILLET
For carrying out these researches we will use methods such as: thermogravimetric analysis, infrared spectroscopy, optical microscopy, gas chromatography, the method of low-temperature nitrogen adsorption, as well as standard methods for determining the material properties. In this paper we studied the directional change in the structure and properties of the waste threshing millet to create fillers, providing reception fireproof epoxy compounds. Defined the influence of the waste threshing millet on the physico-chemical properties of the epoxy oligomer. It is proved that the filling of epoxy resin waste threshing millet be directionally controlled mechanical properties of epoxy resins. The chemical composition of the waste threshing millet is investigated and proved his identity cellulose. Based on a comprehensive analysis of the morphology of the surface of the waste threshing millet, their size distribution and IR spectra of the dependence of the change in the structure of waste threshing millet on the parameters of heat treatment. The chemical composition of pyrolysis gases WTM is investigated. The change in the structure and properties of the WTM when exposed to elevated temperatures is defined. The possibility of increasing the yield of the carbonized structures by modification of waste threshing millet ammonium tetrafluoroborate and heat treatment is shown.
Waste threshing millet; epoxy compound; reduced flammability; infrared spectroscopy; thermogravimetric analysis; carbonized structures.
В настоящее время все более широко во все отрасли промышленности внедряются полимерные композиционные материалы, что связано с их высокими технологическими и эксплуатационными свойствами.
Важнейшим компонентом, определяющим свойства композиционных материалов, является наполнитель. В качестве наполнителей могут использоваться отходы промышленного и сельскохозяйственного производств, представляющие серьезную экологическую проблему в РФ. Вопросы утилизации отходов обмолота зерновых культур, таких как просо (ООП), гречиха, подсолнечник зачастую не решаются вообще и они годами гниют на полях, либо их сжигают, и возникает серьезная опасность пожаров.
После определенной технологической обработки отходы растениеводства могут служить наполнителями термо- и реактопластов, что позволит существенно снизить стоимость композитов. Кроме того, такие наполнители возможно модифицировать, обеспечивая им комплекс заданных свойств, в том числе и пониженную горючесть.
Частички ООП имеют лепесткообразную форму со средними размерами: длина 3-4 мм, толщина 0,1 мм. По химическому составу они представляют собой в основном крахмал, клетчатку и пентазан - 70-80 %, включают 13-14 % воды и незначительное количество минеральных веществ.
Исследования химического состава исходных ООП методом ИКС показали наличие в спектрах ИКС глубокой полосы поглощения в области 3200-3500 см-1, свидетельствующей о наличии в оболочках проса, связанных водородными связями, ОН групп. Полосы поглощения при 2923 см-1 следует отнести к валентным колебаниям связей СН СН3 группы (2853 см-1) и СН2 группы. Обнаружены также
валентные колебания кольца <^У> при 1090 см"1, и мостика (-С-О-С- ) при 1060 и 898 см"1. Следовательно, по химическому составу ООП относятся к полисахаридам, что подтверждается идентичностью спектров ООП и целлюлозы, рис. 1.
глюк, свяіь
^ \нгч^
\ ОН ''иг4-* С N ' , Г и .
А с=о \ с-ог V г сн2 V / Чл1 снз Оч/
4000 3500 3000 2500 2000 І500 1000 500 О
Рис. 1. Данные метода ИКС: 1-ООП (исходные), 2- целлюлоза
Воздействие повышенных температур на ООП изучали методом термогравиметрического анализа (ТГА), табл. 1.
Таблица 1
Показатели пиролиза отходов ООП
Параметры термообработки Тн-Тк, °С Шн- тк, % Потери массы, % при температурах (оС) Энергия активации деструкции Дж/моль
200 300 400 500
Отходы обмолота проса (исходные) 160- 300 8-38 14 38 50,5 57,5 26,3
ООП 200°С 90 мин 160- 320 6-44 10 38,5 49,5 58 -
250°С 90 мин 165- 360 5-44 7 34,5 47 56 34,4
350°С, 3 мин 240- 350 3-21 3 10 29 46 47,6
Примечание: Тн; Тк и тн; тк, - начальная и конечная температуры пиролиза и потери массы при этих температурах.
Термообработанные при температуре 250 °С отходы имеют параметры пиролиза, аналогичные исходным. Существенно более термостойкими являются только ООП, обработанные при температуре 350 °С, имеющие более высокую начальную температуру разложения и существенно меньшие потери массы.
Изменения в структуре ООП при воздействии высоких температур подтверждается данными измерений насыпной плотности, табл. 2. Насыпная плотность исходных ООП составляет 0,163 г/см3 , а у обработанных температурой - уменьшается в результате изменения формы частиц с лепесткообразной на игольчатую, что препятствует их уплотнению.
Таблица 2
Влияние температуры термообработки исходных ООП на их насыпную плотность и выход готового продукта
Температура,°С 300 350 400 700
Насыпная плотность, г/см3 0,105 0,113 0,120 0,129
Выход готового продукта до модификации ТФБА, % 44,2 35,2 31 15
Выход готового продукта, после модификации ТФБА, % 65 53,6 46,5 20,6
В связи с тем, что размер частиц влияет на свойства композитов проведен анализ гранулометрического состава ООП.
С ростом температуры уменьшается размер частиц ООП и повышается количество частиц с мелкой фракцией, в свою очередь, содержание крупной фракции значительно уменьшается. Это характерно и для термообработанных как исходных, так и модифицированных тетрафторборатом аммония (ТФБА) ООП. Модификация ТФБА проводилась с целью повышения выхода готового продукта. В условиях нагрева с 350 до 700 °С выход углеродсодержащих структур из исходных ООП не превышает 30-35 %. Поэтому в дальнейших исследованиях осуществляли модификацию ООП ТФБА, способным инициировать карбонизацию ООП и использовали ступенчатый нагрев для окисления ООП в кислородсодержащей среде. Модификацию проводили из водного раствора тетрафторбората аммония (ТФБА).
а б
Рис. 2. Гранулометрический состав ООП: а - немодифицированных термообработанных температурами, °С: 1 - 300, 2 - 350, 3 - 550, 4 - 650,
5 - 700; б - модифицированных ТФБА термообработанных температурами, °С:
1 - 400, 2 - 550, 3 - 650, 4 - 700
Анализ показал, что выход углеродсодержащих структур из образцов, модифицированных ТФБА и термообработанных при 350 °С составляет 65 %, следовательно, ТФБА является эффективным модификатором, кроме того, не требуется промывка образцов, так как pH водного раствора нейтрален. При этом выход готового продукта после термообработки повысился, табл. 2.
Как показал анализ хроматограмм (табл. 3), основными продуктами пиролиза ООП являются СО, СО2, СН4 и другие.
Таблица 3
Состав газов пиролиза ООП
Состав газов пиролиза Выход газов, %, при температурах, оС
20-250 250-315 315-438 438-560 560-700
СО 31,5 8,1 17,7 16,5 21,2
С О 2 27,2 68,4 79,8 68,6 57,3
пропан 2,5 1,9 0,5 0,6 2,1
водород - - - - 0,3
бутен-1 - - - - 0,4
В составе продуктов пиролиза содержится 31 % - газов, 31 % - жидкости, 33 % - твердого остатка, 6 % - потери.
В дальнейших исследованиях модифицированные и термообработанные ООП вводились в состав эпоксидной композиции, пластифицированной трихло-этилфосфатом, как в качестве наполнителя (20-40 мас. ч), так и в качестве модифицирующей добавки (0,1 и 1 мас. ч).
Таблица 4
Свойства наполненных композитов, содержащих в мас. ч 70 ЭД20+30 ТХЭФ+15 ПЭПА
Свойства Количество ООП, модифицированных ТФБА, термообработанных при 350 оС, мас. ч
- 0,1 1 20 40
Ударная вязкость, кДж/м2 5 14 8 6 5
КИ, % объем 27 28 29 30 30
Вследствие высокой термостойкости ООП нами было предложено использование таких отходов в качестве наполнителей эпоксидной смолы марки ЭД-20. Их введение обеспечивает, даже при малом содержании ООП, увеличение КИ и повышение комплекса физико-механических свойств, что подтверждает влияние ООП на структурообразование и структуру эпоксидного полимера.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Рыбкина С.П., Шостак Т.С. Состояние и перспективы развития промышленности переработки пластмасс в России // Пластические массы. - 2009. - № 10. - C. 3-7.
2. Панова Л.Г. Наполнители для полимерных композиционных материалов: Учеб. пособие
- Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2002. - 72 с.
3. Технология пластических масс / Под ред. В.В. Коршака. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Химия, 1985. - 560 с.
4. Рабек Я. Экспериментальные методы в химии полимеров: В 2-х частях. Ч. 2. / Под ред. В.В. Коршака: Пер с англ. Я. С. Выгодский. - М.: Мир, 1983. - 480 с.
5. Липатов Ю.С. Физико-химические основы наполненных полимеров. - М.: Химия, 1991
- 256 с.
Статью рекомендовал к опубликованию д.ф.-м.н. В.Г. Крупкин.
Никифоров Антон Вадимович - Энгельсский технологический институт; e-mail: fly240889@mail.ru; 413100, г. Энгельс, пл. Свободы, 17; тел.: +79372622405; аспирант.
Свешникова Елена Станиславовна - e-mail: elena-sveshnikova@yandex.ru; тел.: +79270505538; к.т.н.; доцент.
Панова Лидия Григорьевна - e-mail: panova.lg@yandex.ru; phone: +79172149803; д.х.н.; профессор.
Nikiforov Anton Vadimovich - The Engels Technological Institute; e-mail: fly240889@mail.ru; 7, Svobody ploshad, Engels, 413100, Russia; phone: +79372622405; postgraduate student.
Sveshnikova Elena Stanislavovna - e-mail: elena-sveshnikova@yandex.ru; phone: +79270505538; cand. of eng. sc.; associate professor.
Panova Lidia Grigor’evna - panova.lg@yandex.ru; phone: +79172149803; dr. of chem. sc.; professor.
УДК 641.841
С.Д. Шарипханов, Г.Ш. Хасанова, А.Б. Сивенков
ЭФФЕКТИВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ОГНЕЗАЩИТЫ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ
Проведен краткий обзор современного состояния средств огнезащиты и лабораторной научно-исследовательской базы в области огнезащиты в Республике Казахстан. Дана характеристика некоторых эффективных пропиточных составов отечественного производства.
Авторами статьи отмечена необходимость совершенствования экспериментальных методов, позволяющих контролировать качество строительной продукции в области ее пожарной безопасности, улучшать огнезащитные свойства составов и эффективность действия вводимых антипирирующих добавок.
Высказаны представления о перспективах развития и основных направлениях научных исследований в области огнезащиты, по созданию высокоэффективных огнезащитных материалов для деревянных конструкций и задачи для достижения данной цели.
Древесина; горение; замедлители горения; пожарная опасность; воспламенение; огнезащитный состав; огнезащита.
S.D. Shariphanov, G.Sh. Khassanova, А-B. Sivenkov,
EFFECTIVE MECHANISMS OF FIRE PROTECTION TO REDUCE THE RISK
OF FIRE WOOD
The brief overview of the current state offire protection equipment and the laboratory of the research base in the field offire protection in the Republic of Kazakhstan. The characteristics of some effective preservatives strength of domestic production.
Authors of the article noted the need to improve the experimental methods to monitor the quality of construction products in the area of its fire safety, improve flame retardant properties of the compositions and the effectiveness of the introduced antipiriruyuschih supplements.
Expressed views on prospects of development and the main directions of scientific research in the field offire protection, to develop highly efficient flame retardants for wood structures and objectives to achieve this goal.
Wood; burning, fire danger; ignition; fireproof structure; fire protection.
Постановка проблемы. В современных условиях важное значение имеет широкое применение огнезащитных составов, которые должны обеспечиваться новым поколением экологически безопасных, рентабельных огнезащитных композиций (ОК) с высокими эксплуатационными показателями. Используемые для этого составы после нанесения на поверхность горючих материалов повышают их огнестойкость.
