Разработка составов полимерных заливочных гидрогелей для создания огнестойких светопрозрачных

На правах рукописи



Бурмистров Игорь Николаевич











РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ ПОЛИМЕРНЫХ ЗАЛИВОЧНЫХ ГИДРОГЕЛЕЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ОГНЕСТОЙКИХ СВЕТОПРОЗРАЧНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ



Специальность 05.17.06 –

Технология и переработка полимеров и композитов















Автореферат

диссертации на соискание учёной степени 

кандидата технических наук









Саратов 2006


Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор 

Панова Лидия Григорьевна

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор 

Гунькин Иван Фёдорович

доктор химических наук, профессор 

Шантроха Александр Викторович

Ведущая организация:

ФГУП Государственный научно-исследовательский институт общей химической технологии (Шиханы, 	Саратовской области)

Защита состоится «__» ________ 2006 года в ___ часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.09 при Саратовском государственном техническом университете по адресу: 413100 г. Энгельс, Саратовской области, пл. Свободы, 17, Энгельсский технологический институт (филиала) Саратовского государственного технического университета, ауд. 237.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Саратовского государственного технического университета.

Автореферат разослан «___» сентября 2006 года.

Учёный секретарь

диссертационного совета В.В. Ефанова


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность темы. В последнее время происходит устойчивый рост потребления стекла в строительстве. Несмотря на высокую эстетическую привлекательность, остекленные строительные конструкции с использованием стандартных листовых стекол имеют недостатки с точки зрения безопасности. В зданиях с повышенной пожарной опасностью, зданиях, где возможно скопление большого количества людей (торговые комплексы, учебные заведения, больницы и др.), и высотных зданиях необходимо использовать специальное огнезащитное остекление оконных проёмов, внутренних светопрозрачных перегородок и дверей. 

Научно-исследовательские работы в области огнестойкого остекления в России практически не ведутся. Крупными зарубежными компаниями (Главербель, Шотт, АСАХИ) разработаны и продвигаются на западном, а в последние годы и на отечественном рынке высокоэффективные огнестойкие остеклённые конструкции на основе тугоплавкого боросиликатного стекла или огнестойких минеральных гелей. Однако такие конструкции имеют очень высокую стоимость и сложны в эксплуатации. Поэтому разработка эффективных и недорогих гелевых прослоек, позволяющих придать многослойному стеклу на основе обычного силикатного стекла высокую огнестойкость, является актуальной.

Цель и задачи работы. Целью данной работы является разработка составов огнестойкого заливочного гидрогеля для противопожарных остеклённых конструкций, применяемых в строительстве.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

		Выбор компонентов гидрогелей и оптимального их соотношения, исследование свойств;

		Определение технологических параметров приготовления геля и исследование процессов, происходящих в геле в процессе его приготовления;

		Определение параметров и механизма полимеризации компонентов гидрогеля;

		Исследование свойств многослойного стекла на основе разработанного гидрогеля;

		Разработка технологии получения полимерных составов и триплексов на их основе.

Научная новизна работы состоит в том, что:

			Доказан химизм взаимодействия компонентов гидрогеля в процессе его приготовления;

			Оценено влияние состава и параметров синтеза гидрогеля на реакции, протекающие между исходными компонентами;

			Установлены процессы, протекающие при термодеструкции исходных компонентов и геля;

			Проанализирована взаимосвязь между составом заливочного гидрогеля, параметрами полимеризации, конструкцией многослойного стекла и его огнезащитным действием.

Практическая значимость. 

		Разработаны составы гидрогелей, которые могут использоваться в стеклоблоках для внутренних противопожарных перегородок и дверей. 

		Установлены технологические параметры приготовления гидрогеля. 

		Определен класс огнезащиты стеклоблоков, изготовленных с прослойками из разработанного гидрогеля. 

		Оценено влияние конструкции многослойных стекол с гелевыми прослойками на класс его огнезащиты. 

		Предложена технологическая схема производства многослойного стекла с применением разработанных гидрогелей.

На защиту выносятся:

		результаты комплексного исследования компонентов гидрогелей, механизмов их взаимодействия и выбор оптимального соотношения;

		параметры синтеза и их влияние на свойства гидрогелей, химические превращения исходных компонентов, происходящие в процессе приготовления гидрогелей;

		параметры термодеструкции гидрогелей, влияние состава гелей на характер термодеструкции;

		результаты комплексных исследований свойств разработанных гидрогелей и свойств многослойных конструкций на их основе.

Методы исследований. В работе использовалась методы термогравиметрического анализа, инфракрасной спектроскопии, методы определения скорости распространения пламени, огневой трубы и другие методы химического анализа и исследований строительных светопрозрачных конструкций.

Достоверность и обоснованность достигается использованием комплекса независимых взаимодополняющих методов исследования.

Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались на двух международных конференциях: «Композит-2004» (Саратов, 2004 г.), «Композиты-XXI века» (Саратов, 2005 г.) и на III Всероссийской научной конференции (с международным участием) «Физико-химия процессов переработки полимеров» (Иваново, 2006 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы пять печатных работ.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методической части, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложения. Общий объём диссертации 115 страниц, не включая приложения. При создании работы было использовано 113 литературных источников. Диссертация содержит 51 рисунок и 13 таблиц.

Автор выражает благодарность генеральному директору ЗАО «Ламинированное стекло» В.Н. Олифиренко и техническому директору А.И. Палагину за помощь в проведении испытаний противопожарных свойств разработанных составов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ



Введение содержит обоснование актуальности темы, целей и задач исследования, раскрывает научную новизну и практическую значимость работы.

Первая глава содержит анализ литературы, в котором изложены закономерности процессов горения полимеров и пути направленного снижения их горючести. Показана возможность оценки поведения полимеров в условиях пиролиза и горения методом термогравиметрического анализа и взаимосвязь показателей пиролиза с процессами при горении полимеров. Приведён обзор существующих методов создания пожаробезопасных светопрозрачных конструкций. Показано, что рынок специальных, в том числе огнестойких остекленных конструкций в настоящее время активно формируется, однако решение комплексной проблемы разработки заливочных составов, остеклённых конструкций и технологий их изготовления является достаточно сложной и актуальной проблемой.

Во второй главе представлены характеристики используемых материалов, методы исследования и методики испытаний. 

В работе использовались:

		Компоненты, обеспечивающие создание устойчивой светопрозрачной матрицы геля: акремос-401 - водный раствор сополимеров акриловых и виниловых полимеров (ТУ 2241-161-05757593-98); акриловая кислота (марка «П» ТУ 2431-001-52470063-2002); полиакриламид; поливиниловый спирт (ПВС 20/1) (ГОСТ 10779-78);

		Компоненты, придающие гелю огнестойкость: жидкое стекло натриевое – водный раствор силиката натрия (ГОСТ 13078-81); карбамид (ГОСТ 6691-77); фосдиол-А – сложный гидроксилсодержащий олигомерный эфир (ТУ 6-02-1329-86); фосполиол-П – смесь оксипропилированных эфиров пентаэритрина и метилфосфоновой кислоты (ТУ 2226-115-00210045-2000); фостетрол-1 оксиэтилированный тетраалкилфосфонат пентаэритрина (ТУ 6-02-1022-80); фосфорная кислота (ГОСТ 6552-58).

В третьей главе представлены экспериментальные результаты создания полимерных гидрогелей для светопрозрачных пожаробезопасных многослойных конструкций.

Для придания гелю всех требуемых свойств в его состав были введены компоненты, каждый из которых обеспечивал реализацию отдельного параметра. Была решена задача совмещения этих компонентов с образованием стабильного, прозрачного огнестойкого геля. 

Разработаны составы на основе: полиакриламида и фосфорсодержащих полиспиртов; поливинилового спирта (ПВС) и фосфорной кислоты; загустителя «Акремос» и силикатов щелочных металлов; полиакриловой и фосфорной кислот (ФК).

Гели на основе ПАА и фосфорсодержащих полиспиртов (фосдиола, фостетрола и фосполиола) представляют собой высоковязкие жидкости. Существенным препятствием для их применения является трудоёмкость заливки, вследствие высокой вязкости при комнатной температуре, и значительное снижение вязкости при повышении температуры в условиях пожара. Составы на основе ПАА и фосфорсодержащих полиспиртов исследовались вискозиметрически, методами ИКС, неизотермического ТГА и в изотермических условиях при высоких температурах в муфельной печи.

Гели обладают коксообразующей способностью. Выход коксового остатка достаточно высок и составляет при длительном нагреве не менее 23%. Однако составы на основе фосфорсодержащих олигоспиртов и ПАА не полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым к гелям, они нестабильны во времени, вследствие гидролиза ПАА, образующего полимерную матрицу геля. 

Гели с полимерной матрицей на основе ПВС не подвергаются гидролизу и, следовательно, вязкость их растворов стабильна во времени. Составы на основе ПВС и фосфорной кислоты исследовали вискозиметрически, методом ТГА, а также оценили поведение стеклоблоков, выполненных из силикатных стёкол с прослойками из гидрогеля, в условиях пожара (ГОСТ 30247.0-94).

Гели на основе ПВС представляют собой вязкотекучие жидкости, их применение затруднено по причине существенной зависимости вязкости от температуры и низкой адгезии геля и продуктов его деструкции к стеклу. В условиях пожара, при нарушении сплошности конструкции, отмечено вытекание состава. 

Исследовались составы на основе загустителя «Акремос» и стеклоблоки, выполненные с прослойками на их основе.

Гели и продукты их деструкции обладают высокой адгезией к стеклу. Однако составы на основе загустителя «Акремос» теряют с течением времени прозрачность.

Лучшими свойствами характеризуются составы на основе полиакриловой кислоты (ПАК) (табл. 1). 



Таблица 1

Выбор соотношения компонентов гелей на основе ПАК по критерию потери массы гелем при нагревании

№ п/п

ПВС, % масс.

АК, % масс.

ФК, % масс.

Вода, % масс.

КО, % масс.

Потери 

массы, %

1

8,20

21,43

5,44

64,92

53,66

46,34

2

5,47

21,43

5,44

67,66

38,46

61,54

3

3,65

21,43

5,44

69,48

43,33

56,67

4

2,43

21,43

5,44

70,70

47,06

52,94

5

1,62

21,43

5,44

71,51

35,14

64,86

6

2,70

22,22

2,82

72,26

47,17

52,83

7

2,60

21,43

5,44

70,53

51,61

48,39

8

2,51

20,69

7,88

68,92

50,00

50,00

9

2,43

20,00

10,16

67,41

46,91

53,09

10

2,28

18,75

14,29

64,68

53,41

46,59

11

3,03

8,33

6,35

82,28

25,71

74,29

12

2,80

15,38

5,86

75,95

57,89

42,11

13

2,60

21,43

5,44

70,53

55,88

44,12

14

2,43

26,67

5,08

65,83

50,00

50,00

15

2,28

31,25

4,76

61,71

56,10

43,90



Оптические свойства гелей практически не зависят от соотношения компонентов, поэтому основным критерием при выборе состава являлось количество карбонизованного остатка при воздействии высоких температур (пламя пропановой горелки). Даже при длительном воздействия пламени гель не загорается, поэтому было выбрано время испытания – 150 с. Изменяемыми параметрами было соотношение исходных компонентов (табл. 1). Наибольшей коксообразующей способностью обладает состав геля №15 (табл. 1).

При получении геля на основе ПАК протекают: полимеризация АК и взаимодействие между компонентами смеси. Поэтому были исследованы реакции, протекающие между компонентами геля методами инфракрасной спектроскопии (ИКС), титрометрически и методом экстракции. Основной процесс, обеспечивающий образование гидрогеля – полимеризация АК:



nCH2=CH–COOH → (–CH2–CH(COOH)–)n.



Полимеризация протекает радикально под воздействием УФ-света и инициатора. Для определения оптимальных параметров полимеризации исследовали кинетику реакции (табл. 2). 



Таблица 2

Кинетика полимеризации АК

№ п/п

Время воздействия УФ-света, мин

Количество 

мономеров АК, моль

Степень 

превращения, %

Константа скорости, k, мин–1

0

0

0,0045

69,1

–

1

5

0,0009

93,8

0,32

2

10

0,0005

96,9

0,23

3

15

0,0000

100,0

–


Установлено, что процесс раскрытия двойных связей начинается сразу при смешении компонентов. Полимеризация завершается через 15 минут УФ-воздействия.

Наряду с полимеризацией протекают процессы этерификации ПВС и АК:



{–СН2–СН(ОН)–СН2–СН(ОН)–СН2–СН(ОН)–}n + mHOOC–CH=CH2 →

{–СН2–СН(ОН)–[СН2–СН(OOC–CH=CH2)]m–СН2–СН(ОН)–}n + mH2O



Этерификация подтверждена методами ИКС. На ИК спектрах водных растворов, содержащих мономеры АК и ПВС, полоса поглощения, отвечающая связи С=О, смещена от 1703 см–1 (для индивидуальной 
АК, рис. 1 кр. 1) до 1697 см–1 (рис. 1 кр. 3) вследствие образования 
α-ненасыщенных сложных эфиров АК и ПВС. 

Протекание реакции этерификации также подтверждено титрометрически. Определена степень этерификации для образцов с различным стехиометрическим соотношением групп –ОН/–СООН (табл. 3). 





Рис 1. ИК спектры образцов, полученных из АК и ПВС:

1 – полимеризат акриловой кислоты в водном растворе ПВС, 

2 – водный раствор акриловой кислоты и ПВС, 3 –акриловая кислота



Таблица 3

Зависимость степени этерификации 

от мольного соотношения функциональных групп

Соотношение групп

–ОН/–СООН, моль/моль

Степень этерификации, %

2,07

4,3

9,34

11,5

21,23

11,8



Исследуемые водные растворы с заданным соотношением АК и ПВС, выдерживали равное время (60 минут) и титровали щёлочью не прореагировавшую АК. Степень этерификации ПВС возрастает пропорционально увеличению отношения –ОН/–СООН до некоторого предела. Максимальная степень этерификации составляет ~20% и достигается при соотношении –ОН/–СООН, равном 21 моль/моль.

Содержание ФК влияет на скорость этерификации АК ПВС. Это объясняется каталитическим воздействием ФК на реакцию этерификации АК ПВС. Реакция образования кислого эфира по первой ступени протекает следующим образом:



{–СН2–СН(ОН)–СН2–СН(ОН)–СН2–СН(ОН)–}n + xH3PO4 →

{–СН2–СН(ОН)–[СН2–СН(H2PO4)]x–СН2–СН(ОН)–}n + xH2O



Далее протекает реакция этерификации:



{–СН2–СН(ОН)–[СН2–СН(H2PO4)]x–СН–СН2(ОН)–}n + yHOOC–CH=CH2→

{–СН2–СН(ОН)–[СН2–СН(OOC–CH=CH2)]y–СН2–СН(ОН)–}n + yH3PO4.


Протекание реакции этерификации обусловливает образование при полимеризации акриловой кислоты сшитых и разветвленных полимеров (рис. 2).





Рис. 2. Образование разветвлённых (а) и сшитых (б) структур 

при полимеризации акриловой кислоты в растворе ПВС

а

б



Процесс образования сшитых структур доказан методом экстракции водой. Экстракция проводилась в течение 24 часов, затем образцы сушили под вакуумом над обезвоженной щёлочью в течение 24 часов. Установлено, что доля сшитых компонентов существенно зависит от концентрации АК (рис. 3) и ФК (рис. 4).




Рис. 3. Зависимость доли нерастворимой 

фракции от содержания АК

Рис. 4. Зависимость доли нерастворимой фракции от содержания ФК

Доля гель-фракции, %

Доля гель-фракции, %

Содержание акриловой кислоты, %

Содержание фосфорной кислоты, %



Поведение гидрогеля при воздействии высоких температур исследовали методами ТГА (табл. 4, рис. 5, 6) и определили показатели горючести. 

При деструкции исследуемого гидрогеля протекают реакции: 

1) дегидратация ПВС:



~CH2–CHOH–CH2–CHOH ~ → ~CH=CH–CH2–CHOH~ + H2O;



2) эндотермические реакции разрыва цепей ПВС: 



~CH=CH–CH2–CHOH ~ → ~CH=CH–CH3 + O=CH~,



термоокислительный разрыв цепей:



~CH=CH–CH2–CHOH ~ + О2 → ~CH–О–О–CH–CH2–CHOH ~ →

→ ~CH–О–О· + ·CH–CH2–CHOH ~



3) экзотермические реакции структурирования: межмолекулярная (по механизму Дильса-Альдера) и внутримолекулярная циклизация, а также ароматизация образовавшихся циклов:



Динц-

Альдер

Ароматиза-

ция

внутримолекулярная 

циклизация

Ароматиза-

ция



4) декарбоксилирование ПАК:



~CH2–CH(COOH)–CH2–COOH~ → ~CH2–CH2–CH2–COOH~ + CO2.



Также протекает процесс дегидратации ФК, разложение сформировавшихся в результате удаления воды полифосфатов и возгонка оксидов фосфора. 



Таблица 4

Данные ТГА геля №15

Состав,

масс. %

, 0С

, %

Потери массы % 

при температурах, ºC

Еакт, кДж/моль







200

300

400

500

600



ПВС













6

20

74

90

95

363,5



45,8



165,5

ПАК,

Вода









49

68

85

99

100

–



3,64

ФК,

ρ = 1670 кг/м3









11

19

25

30

32

300,0



638,3

ПВС,

ПАК,

ФК,

Вода









40

63

73

78

83

36,2



318,9



Все эти процессы протекают совместно и сложным образом влияют друг на друга. 

Разрушение гидрогеля начинается с удаления связанной воды. Потери массы на этой стадии составляют 53%, табл. 4, доля воды в гидрогеле 57% (рис. 5). В интервале температур 260 – 3300С протекают эндотермические реакции дегидратации ПВС и декарбоксилирования ПАК (рис. 6). 

Суммарная энергия активации этих процессов составляет Еа = 9,5 кДж/моль. Эта энергия ниже, чем при деструкции индивидуальных компонентов, что объясняется активирующим влиянием протонов, образующихся при диссоциации ФК на процессы отщепления карбоксилов. В интервале температур 290-4700С происходит деструкция основных полимерных цепей, кипение ФК и процессы структурирования. Суммарная энергия активации таких процессов составляет – 318,9 кДж/моль. При температурах 470-6700С завершаются процессы структурирования и формирования кокса, который разрушается при температуре более 6700С.




Рис. 5. Зависимость потерь 

массы от температуры:

1 – ФК; 2 – полимеризат смеси АК+ФК+ПВС состава №15; 

3 – ПВС; 4 – гидрогель ПАК

Рис. 6. Кривые DTA для индивидуальных компонентов геля и полимеризата:

1 – ФК; 2 – полимеризат смеси 

АК+ФК+ПВС состава №15;

3 – ПВС; 4 – гидрогель ПАК



Определение скорости распространения пламени по поверхности образца полимерного геля №15, при воздействии пламени газовой горелки сверху и снизу показало, что вследствие наличия значительной доли воды в геле, его возгорание не происходило. Образец не воспламеняется также при любом содержании кислорода в кислород-азотной смеси (КИ 100%). Однако при длительном воздействии пламени, под влиянием высоких температур, из образца геля удаляется вода, полимерная матрица подвергается деструкции и по истечении 90 с начинается образование кокса. В процессе деструкции геля образуется твёрдый, пористый коксовый остаток.

Потери массы при поджигании вертикально расположенных образцов на воздухе составляют 0,4%. 

Светопрозрачность стеклоблоков с прослойкой из разработанного гидрогеля соответствует техническим условиям на многослойные стёкла. 

Поскольку разработанный гидрогель содержит более 60% масс. воды, то при воздействии отрицательных температур происходит временная, обратимая при положительных температурах, потеря прозрачности конструкции на его основе. Поэтому стеклоконструкции на основе разработанного гидрогеля рекомендуются к применению во внутреннем противопожарном остеклении в качестве светопрозрачных огнестойких перегородок и дверей. Кроме того, очень важно, что при деструкции гидрогеля практически отсутствует дымообразование.

Строительные конструкции на основе полимерного гидрогеля испытывали по ГОСТ 30247.0-94. Исследуемыми параметрами были Е - сохранность целостности конструкции и I – теплоизолирующая способность конструкции. Для испытаний были изготовлены многослойные стёкла по ТУ 5271-002-40419855-2002 габаритным размером Н×В=500×500 мм (Н – высота, В – ширина). С целью определения влияния конструкции на огнестойкость многослойного стекла были изготовлены стеклоблоки, в которых изменялось количество гелевых и воздушных прослоек, их расположение и расположение обычных и термоупрочненных стёкол (рис. 7, 8, 9). Результаты испытаний приведены на рис. 10.





Рис. 7. Образец №1 

многослойного стекла, 

изготовленного 

на основе геля №15:

1 – простое 

силикатное стекло; 

2 – высокотемпературный 

силиконовый герметик «ПЕНТЭЛАСТ – 1110»;

3 – трубка ПВХ; 

4 – гель №15;

5 – воздушная прослойка;

6 – миллиметровая 

бутиловая лента 4910

Рис. 8. Образец №2 

многослойного стекла, 

изготовленного 

на основе геля №15 

(стрелкой указано 

направление воздействия 

температуры):

1 – простое силикатное 

стекло; 2 – закалённое 

стекло; 3 – трубка ПВХ; 

4 – гель №15;

5 –  высокотемпературный 

силиконовый герметик «ПЕНТЭЛАСТ – 1110»

Рис. 9. Образец №3 

многослойного стекла, 

изготовленного 

на основе геля №15 (стрелкой указано 

направление воздействия температуры):

1 – простое силикатное стекло; 2 – закалённое стекло; 3 –гель №15;

4 –  высокотемпературный силиконовый герметик «ПЕНТЭЛАСТ – 1110»



Рис. 10 . Результаты масштабных испытаний образцов многослойных стёкол.

1 – температура в печи по ГОСТ 30247.0-94; 2 – температура в печи, образец №1; 
3 – температура на поверхности наружного стекла, образец №1; 4 – температура в печи, образец №2; 5 – температура на поверхности наружного стекла, образец №2; 
6 – температура в печи, образец №3; 7 – температура на поверхности наружного стекла, образец №3

Температура, 0С

Время, мин

1

2

4

6

3

5

7



При разрушении всех стёкол в стеклоблоках появляются трещины, образующие замкнутые сферы, по которым впоследствии идет обрушение стекла. Кокс, образуемый гелем, имеет рыхлую пористую структуру. 

В конструкции стеклоблока №1 не использовались термоупрочнённые стёкла, так как предполагалось, что наличие трёх гелевых и двух воздушных прослоек должно обеспечивать медленный нагрев наружного стекла и возможность релаксации остаточных напряжений с повышением его термостойкости (отжиг), однако удаление воды из геля протекает в интервале температур 25–2600С и такие температуры не позволяют наружному стеклу отжечься. После удаления всей связанной воды происходит быстрый рост температуры, который приводит к разрушению стекла. Однако разрушение стеклоблока происходит ступенчато. Сначала разрушается ближнее к пламени стекло, потом сравнительно медленно удаляется вода из гелевой прослойки, гель быстро карбонизируется, начинается его деструкция и температура возрастает, вследствие чего разрушается следующее стекло.

Потом весь цикл повторяется, пока не разрушится последнее стекло. Кокс обладает невысокой адгезией к стеклу, и образует прослойки между стёклами, практически со стеклом не связанные. В них имеются разрывы и трещины. После обрушения стекла гель не может самостоятельно сохранять целостность. Вместе с тем данная конструкция имеет достаточно высокий класс огнестойкости EI 32/32.

Для повышения огнестойкости изготовлена конструкция №2 с применением термоупрочнённого стекла и конструкция №3, аналогичная №2, но с гелевыми прослойками с толщиной, увеличенной с 1 мм (№1, 2) до 2 мм. Конструкция №2 имеет высокий показатель по признаку целостности (не менее 47 мин), но время потери изолирующей способности – 27 мин. Конструкция №2 имеет класс огнестойкости EI 47/27. Следует отметить, что термоупрочнённые стекла в процессе испытания дополнительно отжигаются.

В конструкции №3, вследствие увеличенной толщины гелевой прослойки, образуется плотный слой кокса толщиной до 4 мм. Такой кокс позволяет обеспечивать низкую теплопроводность и целостность коксового слоя даже после обрушения стекла. Однако термоупрочнённое стекло находится в слишком мягких условиях и не успевает дополнительно «отжечься», вдобавок к этому, разрушающее усилие, возникающее при испарении связанной воды, значительно выше, чем в конструкциях с толщиной геля 1 мм. Всё это приводит к разрушению наружного стекла на 23-й минуте испытаний. Конструкция №3 имеет класс огнестойкости EI 23/23.

Следовательно, для использования рекомендуется конструкция №2, не допускающаяся распространения локально возникающего пожара и обеспечивающего эвакуацию людей в течение 47 минут.

В четвёртой главе предложена технологическая схема приготовления гидрогеля и производства многослойного стекла на его основе.


ВЫВОДЫ



1. Разработаны составы заливочных гидрогелей, обеспечивающие создание светопрозрачных огнестойких конструкций. 

2. Определены рациональные подходы к выбору компонентов гидрогелей и критерии их применимости (вязкость и её стабильность во времени, светопрозрачность, коксообразующая способность, отсутствие коагуляции при совмещении компонентов) в зависимости от состава гелей.

3. Для составов на основе полиакриламида и фосфорсодержащих полиспиртов установлена зависимость вязкости, её стабильности во времени и прозрачности от соотношения компонентов и вида полиспиртов. Определено поведение гелей в условиях высокотемпературного нагрева и доказана способность гелей к коксообразованию. Установлены причины снижения вязкости во времени, не позволяющие использовать данные составы для создания стеклоконструкций с длительным сроком эксплуатации.

4. Для гелей с полимерной матрицей на основе ПВС по реологическим свойствам и склонности составов к коагуляции определено оптимальное соотношение ПВС, фосфорной кислоты и воды изучено поведение их в условиях пиролиза и пожара и установлено разрушение геля и его вытекание из конструкции в условиях пожара.

5. Доказана возможность регулирования коагуляции гидрогелей на основе водного раствора акрилатов аммония и силикатов щелочных металлов изменением состава гидрогелей и оценено, с использованием метода ИКС, взаимодействие компонентов. Установлен класс огнезащиты многослойных стёкол на основе данного гидрогеля. 

6. Доказано наличие химического взаимодействия компонентов в геле на основе акриловой кислоты методом ИКС, титрометрическим и экстракционным методами. Установлены параметры полимеризации и исследовано влияние технологических параметров получения геля на наличие дефектов в его структуре. Исследованы физико-химические процессы, происходящие в геле при нагреве в интервале температур 20-10000С и в условиях прямого контакта с пламенем. Доказана при масштабных испытаниях (ГОСТ 30247.0-94) и с учётом требований Московских городских строительных норм (МГСН 4.04-94) возможность применения разработанных стеклоблоков в обычных зданиях высотой до 150 м.

7. Разработана технологическая схема получения многослойных конструкций на основе гидрогелей.


ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:



		Бурмистров И. Н. Выбор составов и исследование свойств заливочных гелей / И. Н. Бурмистров, Е. О. Бычкова, Л. Г. Панова // Сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф. «Композит-2004». – Саратов: СГТУ, 2004. – С. 139-142.

		Бурмистров И. Н. Исследование свойств заливочных гидрогелей / И. Н. Бурмистров, Л. Г. Панова // Сб. докл. Междунар. науч.-техн. симпозиума Восточно-азиатских стран по полимерным композиционным материалам и передовым технологиям «Композиты XXI века». – Саратов: СГТУ, 2005. – С. 22-26.

		Бурмистров И. Н. Анализ взаимодействия компонентов в заливочных гидрогелях. / И.Н. Бурмистров, Л.Г. Панова // Физико-химия процессов переработки полимеров: сб. материалов III Всерос. науч. конф. (с междунар. участием). – Иваново:: Иванов. хим.-технолог. ун-т, 2006. – С. 70-71.

		Бурмистров И. Н. Исследование поведения заливочных гидрогелей при воздействии высоких температур / И. Н. Бурмистров, Л. Г. Панова // Вестник СГТУ. – 2006. – №4. Вып. 1. – С. 30-33.

		Бурмистров И. Н. Исследование поведения заливочных гидрогелей при воздействии высоких температур / Е. С. Егина, И. Н. Бурмистров // Вестник СГТУ. – 2006. – №4. Вып. 1. – С. 38-41.