CC BY
24
Русанова Татьяна Юрьевна -
кандидат химических наук, доцент кафедры «Аналитическая химия и химическая экология» Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского
Штыков Сергей Николаевич -
доктор химических наук,
профессор кафедры «Аналитическая химия и химическая экология» Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского
УДК 678
А.Л. Носкова, Л.Г. Панова, Е.В. Бычкова ПОЖАРОБЕЗОПАСНЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СТЕКЛА
Осуществлен выбор и определены соотношения компонентов для органических стекол, исследована зависимость наличия в образцах нерастворимой в ацетоне гель-фракции от процентного содержания компонентов в составе и параметров синтеза (количество фотоинициатора, продолжительность сополимеризации), установлена взаимосвязь физико-механических свойств и показателей горючести синтезируемых сополимеров с составом оргстекла.
А.Ь. Noskova, L.G. Panova, E.V. Bychkova FIRE SAFETY PLEXIGLASS
The choice and correlations of components for plexiglass are studied in this work, dependence of availability of insoluble in acetone gel fraction in samples from percentage components in compound and synthesis parameters (quantity of photo initiator, duration of copolymerization,) are researched, interconnection of physics and mechanical properties and index of combustibility of synthesizing copolymers with composition of plexiglass.
Органическое стекло, широко используемое в авиа-, автомобиле-, судостроении, в промышленном и гражданском строительстве, в сельском хозяйстве, медицине, в химической, пищевой, светотехнической промышленностях и рекламе, получают на основе полимеров акрилового ряда, полистирола, поликарбоната и других полимеров. Оно обладает сравнительно невысокой плотностью и малой хрупкостью, по сравнению с силикатным стеклом. Однако существенными недостатками органического стекла являются низкая температура размягчения и высокая горючесть, что существенно ограничивает область их применения. В связи с этим, разработка составов органических стекол, сочетающих прозрачность, достаточный уровень физико-механических свойств, травмо- и пожаробезопасность, является актуальной задачей.
При выборе компонентов учитывались способность к фотополимеризации и сополи-меризации, наличие в составе исходных веществ атомов фосфора, хлора, азота, подавляю-
щих процесс горения как в конденсированной, так и в газовой фазах. Синтез образцов осуществляли методом УФ-полимеризации. В качестве основного компонента при получении органического стекла пониженной горючести использовался фосфорсодержащий диметилак-рилат (ФОМ). Введением в композицию соединений полифункционального действия диме-тилметилфосфоната (БММР), трихлорэтилфосфата (ТХЭФ), метазина (ЛИМ) достигается повышение способности к деформированию и снижение горючести оргстекла.
В роли структурообразующих компонентов использовали также глицидилметакрилат (ГМА) и заливочную композицию (ЗК). С уменьшением их содержания в органическом стекле количество пространственно-сшитых структур (гель-фракций) снижается (табл. 1). Это связано с тем, что ТХЭФ, ЛИМ, БММР при полимеризации не образуют трехмерную сетчатую структуру, а выстраиваются в линейную цепь.
Изучение влияния содержания инициатора и времени полимеризации на содержание в полимеризате нерастворимой гель-фракции показало, что необходимая скорость процесса сополимеризации, формирующая структуру с максимальным содержанием гель-фракции, достигается при количестве фотоинициатора 0,4% (табл. 1). Оптимальная продолжительность УФ-воздействия составляет 60 минут, так как при этом образуется наибольшее количество гель-структур.
Таблица 1
Зависимость содержания гель-фракции в полимеризате от количества фотоинициатора
№ Состав,% Содержание инициатора, % Содержание гель-фракции, %
1 100 ФОМ 0,4 98
2 100 ФОМ 0,8 98
3 100 ЗК 0,4 82
4 80 ФОМ+20 ЗК 0,8 97
5 75 ФОМ+25 ЛИМ 0,4 79
6 85 ФОМ+15 ЛИМ 0,4 92
7 60 ФОМ+20 ЛИМ+20 ТХЭФ 0,8 62
8 70 ФОМ+15 ЛИМ+15 ТХЭФ 0,8 82
9 50 ФОМ+25 ЛИМ+25 ТХЭФ 0,4 54
10 50 ФОМ+30 DMMP+20 ТХЭФ 0,4 61
11 65 ФОМ+15 DMMP+20 ТХЭФ 0,05 70
12 60 ФОМ+5 ЗК+25 ЛИМ+10 ТХЭФ 0,4 76
13 100 ГМА 0,4 81
14 49 ГМА+49 ТХЭФ+2 ЛИМ 0,4 43
15 47,5 ГМА+47,5 ТХЭФ+5 ЛИМ 0,4 49
16 60 ФОМ+5 ЗК+20 ЛИМ+15 ГМА 0,4 89
В качестве катализатора сополимеризации применялась фосфорная кислота (ФК), обеспечивающая повышение содержания нерастворимой гель-фракции в полимеризате (табл. 2).
Однако в заполимеризованных композициях присутствуют реакционноспособные центры, что способствует протеканию процесса структурирования и увеличению, со временем, содержания нерастворимой гель-фракции (рис. 1).
Определение класса горючести полученных составов осуществляли концентрационным методом (определение КИ) и определением потерь массы при поджигании на воздухе. По показателям КИ и потерям массы при горении все полученные композиции относятся к группе трудносгораемых материалов (табл. 3).
Таблица 2
Зависимость содержания гель-фракции от содержания фосфорной кислоты
№ Состав, % масс Содержание ФК, % масс Содержание гель-фракции, %
0 49
1 47,5 ГМА+47,5 ТХЭФ+5 ЛИМ 1 57
2 60
0 43
2 49 ГМА+49 ТХЭФ+2 ЛИМ 1 52
2 56
0 76
3 60 ФОМ+5 ЗК+25 ЛИМ+10 ТХЭФ 1 78
2 81
5 87
Рис. 1. Зависимость содержания гель-фракции от времени хранения образцов: 1 - ▲ 60 ФОМ+5 ЗК+25 ЛИМ+15 ТХЭФ; 2 - ♦ 60 ФОМ+5 ЗК+25 ЛИМ+15 ТХЭФ+1 ФК; 3 - • 60 ФОМ+5 ЗК+25 ЛИМ+15 ТХЭФ+5 ФК
Таблица 3
Показатели горючести органического стекла
№ Состав,% Содержание инициатора,% КИ, % об. Дт, % масс
1 100 ФОМ 0,4 31 9,2
2 75 ФОМ+25 ЛИМ 0,4 30 15,9
3 85 ФОМ+15 ЛИМ 0,8 30 7,1
4 77 ФОМ+15 ЛИМ+8 ТХЭФ 0,8 30 13
5 50 ФОМ+30 DMMP+20 ТХЭФ 0,4 27 18
6 60 ФОМ+5 ЗК+25 ЛИМ+10 ТХЭФ 0,4 27 14,8
7 60 ФОМ+5З К+20 ЛИМ+15 ГМА 0,4 28,5 11
8 60 ФОМ+5 ЗК+20 ЛИМ+15 ГМА 1 28 8,8
Для оценки прочностных характеристик определяли в соответствии с ГОСТ разрушающее напряжение и относительное удлинение при разрыве (табл. 4). Заполимеризованный ФОМ, вследствие формирования жесткой сшитой структуры, имеет низкие значения прочно-
сти при разрыве и удлинения (табл. 4). Введение в композицию соединений, не образующих при полимеризации пространственной сетки (ТХЭФ и ЛИМ), приводит к снижению содержания нерастворимой гель-фракции и увеличению относительного удлинения. Наибольшими прочностными свойствами, по сравнению с исходным ФОМ, обладает состав, содержащий 60 ФОМ+5 ЗК+20 ЛИМ+15 ГМА+ 0,4 фотоин.
Таблица 4
Прочностные характеристики органического стекла
№ Состав,% Содержание инициатора,% Gp, МПа e, % Содержание гель-фракции, %
1 100 ФОМ 0,4 10 3,7 98
2 75 ФОМ+25 ЛИМ 0,4 14,4 4,9 79
3 85 ФОМ+15 ЛИМ 0,8 15,3 3,1 92
4 60 ФОМ+20 ЛИМ+20 ТХЭФ 0,8 12 3,3 62
5 70 ФОМ+15 ЛИМ+15 ТХЭФ 0,8 14,7 3,5 81
6 50 ФОМ+30 DMMP+20 ТХЭФ 0,4 15,5 5,6 61
7 60 ФОМ+5 ЗК+25 ЛИМ+10 ТХЭФ 0,4 11 3,6 76
8 100 ГМА 0,4 19,8 2,5 81
9 60 ФОМ+5 ЗК+20 ЛИМ+15 ГМА 0,4 37,7 7,2 83
10 60 ФОМ+5 ЗК+20 ЛИМ+15 ГМА 1 33,6 4,4 90
Анализ экспериментальных данных показал, что максимальные для данного состава значения вышеуказанных свойств наблюдаются при содержании фотоинициатора 0,4% масс. и времени сополимеризации 60 минут. Этот факт, видимо, связан с тем, что при данной величине инициирующего агента при заданном временном режиме процесс структурирования протекает равномерно по объему состава, при этом формируется однородная композиция с предельным содержанием насыщенных связей (содержание гель-фракции составляет 83% масс.). Компоненты, не участвующие в образовании пространственно-сшитой структуры, обеспечивают пластифицирующий эффект, что сопровождается увеличением показателя относительного удлинения до 7,2%.
В связи с высокими значениями плотности состава (р=1473 кг/м ) и вязкости (Л=4,9 мПас), определенными пикнометрическим и вискозиметрическим методами, соответственно, рассматриваемая композиция органического стекла нуждается в продолжительной гомогенизации. Увеличение времени перемешивания смеси от 3 до 24 часов (рис. 2) значительно повышает прочностные характеристики. При этом твердость (ГОСТ 4670-91) и теплостойкость по Вика (ГОСТ 15065-69) исследуемых материалов остаются неизменными и составляют 234 МПа и 245°С, соответственно.
сс 1=
г*1 S
N
Р
d ГО
а
40 35 30 25 20 15 10 5 0
60 50 40 30 20 10 0
го С
И И
9 12 15 18 21
24
Часы
Рис. 2. Зависимость прочности при растяжении и изгибе от продолжительности гомогенизации (состав 60 ФОМ+5 ЗК+20 ЛИМ+15 ГМА+0,4 фотоин.): 1 - прочность при изгибе, МПа; 2 - прочность при растяжении, МПа
2
1
0
3
6
Проведена в соответствии с ГОСТ 30247.1-94 оценка огнестойкости состава 60 ФОМ+5 ЗК+20 ЛИМ+15 ГМА+0,4 фотоин. при промышленных огневых испытаниях строительных стеклоблоков в печи, наружной стенкой которой являлась многослойная конструкция, состоящая из 4 силикатных стекол, воздушной прослойки и 2 полимерных слоев. При испытаниях регистрировались температуры внутри печи и на внешней поверхности стекла (рис. 3). При огневом воздействии на одну из сторон стеклоблока происходит разогрев стекла. При температуре 130°С слой полимерного состава вспенивается, коксуется, формируя непрозрачные теплоизолирующие слои. Стекла со стороны воздействия огня растрескиваются, оплавляются, а стекло с необогре-ваемой стороны остается в неизменном виде, обеспечивая сохранение целостности конструкции (Е) и теплоизолирующей способности (I) в течение 50 минут.
С
го
Ci
у т
го
е
2
1
900
800
700
600
500
400
3
300
200
100
0 ................................................
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
Время, мин
Рис. 3. Температурные характеристики строительного блока: 1 - ■ температура внутри печи, °С; 2 - ♦ температура внутри печи по ГОСТ, °С; 3 - ▲ температура наружного стекла, °С
Таким образом полученный состав может быть использован не только для производства органического стекла пониженной горючести, но и для создания светопрозрачных строительных конструкций различного назначения, способных противостоять распространению локального возникшего пожара в течение 50 минут.
Носкова Анна Леонидовна -
аспирант кафедры «Химическая технология» Энгельсского технологического института (филиала) Саратовского государственного технического университета
Панова Лидия Григорьевна -
доктор химических наук, профессор, заведующая кафедрой «Химическая технология» Энгельсского технологического института (филиала) Саратовского государственного технического университета
42
Бычкова Елена Владимировна -
кандидат технических наук, доцент кафедры «Химическая технология» Энгельсского технологического института (филиала) Саратовского государственного технического университета
УДК 2L793.7; 621.9; 615.465; 616-089.843
Р.В. Пенкин, А.В. Лясникова, Д.В. Власов
ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ДЕНТАЛЬНОГО ИМПЛАНТАТА ПУТЕМ УЛУЧШЕНИЯ ЕГО БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ЭЛЕКТРОПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО БИОКОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ
Статья посвящена разработке и исследованию новой конструкции дентального имплантата с повышенными биомеханическими характеристиками и остеоинтегративной потенцией. Приведены результаты экспериментальных и клинических исследований.
R.V. Penkin, A.V. Lyasnikova, D.V. Vlasov
DENTAL IMPLANT DESIGN OPTIMIZATION WITH IMPROVEMENT BIOMECHANICAL CHARACTERS AND PLASMA SPRAY OF BIOCOMPOSITIONAL COATING
This article proposes the research and development of new dental implant design with highly biomechanical characters and osteoinductive potential. Results of experiments and clinical researches are given here.
Современная стоматология по сравнению с другими медицинскими специальностями является одной из самых прогрессивных и бурно развивающихся. Наиболее наукоемким и перспективным разделом стоматологии является дентальная имплантология, которая в России была разрешена относительно недавно (1986 г.), но уже сейчас по уровню существующих разработок не уступает мировым лидерам. Российские пациенты уже успели оценить преимущества дентальной имплантации перед традиционными методами протезирования, и уровень обращаемости в специальные лечебно-профилактические учреждения по поводу имплантации растет с каждым годом. Однако по сей день существует ряд нерешенных проблем, которые мешают максимальному успеху протезирования с опорой на дентальные им-плантаты и вынуждают некоторые клиники и отдельных специалистов отказаться от этого метода в своей врачебной практике. Основными проблемами являются: относительная дороговизна имплантации, недостаточная надежность соединения имплантата и супраструктуры, вероятность отторжения имплантированной конструкции из-за отсутствия остеоинтеграции. На борьбу с первой проблемой направлены усилия отечественных научных коллективов и предприятий, которые разрабатывают имплантационные системы, не уступающие по качеству зарубежным аналогам, но при этом значительно более дешевые [i]. Возможные варианты решения двух других проблем представлены в данной статье.
43
